Descrizione del modulo "TOMMONARO - Attività biologica di metaboliti secondari da biomassa batterica e vegetale (PM.P01.008.003)"

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  • Descrizione del modulo "TOMMONARO - Attività biologica di metaboliti secondari da biomassa batterica e vegetale (PM.P01.008.003)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Il quorum sensing, mediato dalla sintesi di piccole molecole, rende capace la popolazione batterica di organizzare una risposta comune alla necessità di recuperare nutrienti, difendersi facilitando la sopravvivenza nell'ambiente circostante. E' un processo, quindi, coinvolto nella patogenicità dei batteri. Lo studio di questo meccanismo, integrato con lo studio chimico delle molecole coinvolte, potrebbe chiarire alcuni aspetti dei processi patogeni di alcuni microorganismi e sviluppare una terapia antibiotica alternativa a quella tradizionale. Inoltre la ricerca e lo sviluppo nell'ambito di nuove molecole di semi-sintesi rappresentano un aspetto notevole nella ricerca farmacologica, per l'ottenimento di nuovi farmaci con una tossicità limitata e un indice terapeutico migliorato. Lo studio ti tipo biologico nell'ambito di nuove molecole ed estratti da vegetali, prodotti tipici agricoli e soprattutto l'ottenimento di nuovi ibridi (es. pomodoro) interpreterà quelle che sono le richieste e le aspettative dei consumatori sempre più esigenti ed attenti alle qualità dei prodotti agricoli immessi sul mercato. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Le tematiche di ricerca proposte dal nuovo modulo includono la microbiologia, con l'isolamento, l'identificazione e la crescita di nuovi microorganismi che vivono in associazione con le spugne marine. Inoltre l'attività di ricerca del modulo sarà indirizzata anche allo studio chimico e biologico di metaboliti secondari estratti da macro- e microorganismi marini e vegetali.Infatti lo studio chimico prevede l'estrazione, l'isolamento e la caratterizzazione molecolare di prodotti coinvolti nel meccanismo del quorum-sensing da microorganismi marini e di metaboliti con attività antiossidante da vegetali e prodotti agricoli. La tematica puramente chimica sarà ulteriormente approfondita con l'ottenimento di derivati semi-sintetici a partire da un metabolita naturale (avarolo) con una maggiore attività farmacologica rispetto al metabolita naturale.Lo studio biologico prevede, invece, una serie di saggi di attività biologiche (antiossidante, anti-infiammatoria, antitumorale, inibizione dell'AChE)sui metaboliti isolati, su estratti in toto e sui derivati semi-sintetici,e la valutazione nutrizionale di nuovi ibridi vegetali con particolare riferimento al contenuto totale di antiossidan (literal)
Competenze
  • I partecipanti all'attività di ricerca del modulo hanno competenze che riguardano soprattutto l'estrazione, l'isolamento e la caratterizzazione chimica di metaboliti secondari biologicamente attivi da fonte naturale. In particolare l'esperienza maturata dai partecipanti al modulo sono sulla caratterizzazione strutturale di composti naturali da macro-e microorganismi marini e vegetali, e nella valutazione della loro attività biologica mediante test mirati, così come nella trasformazione chimica di composti bioattivi per migliorarne l'indice terapeutico. Inoltre partecipano tecnici, periti chimici, con un'ottima esperienza nelle tecniche di estrazione e purificazione di prodotti naturali e una vasta conoscenza nell'uso di piccole e medie apparecchiature di laboratorio. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Il modulo propone essenzialmente uno studio di metaboliti secondari biologicamente attivi da diverse fonti naturali. L'ottenimento di prodotti naturali da biomassa batterica, con un potenziale impiego in campo farmacologico, rappresenta un vantaggio per un'eventuale produzione su vasta scala. Infatti si potrebbe ipotizzare l'impiego di bioreattori per la crescita massiva del microorganismo in questione con una continua e massiva produzione del metabolita bioattivo. I prodotti agricoli tipici del territorio campano e nazionale rappresentano un'importante e disponibile risorsa di estratti e metaboliti bioattivi, quindi il loro studio nell'ambito del presente modulo potrebbe imprimere un valore aggiunto ed un marker di qualità a tali prodotti. Anche la sperimentazione di nuovi e semplici sistemi di reazione per l'ottenimento, con ottima resa, di derivati semi-sintetici con un migliorato indice terapeutico potrebbe rappresentare un vantaggio per l'eventuale utilizzo di tali processi produttivi su vasta scala dei derivati. (literal)
Tecnologie
  • La principale strategia che si seguirà per l'isolamento di nuovi microorganismi da spugne sarà l'uso di un'ampia varietà di terreni di coltura commerciali e sperimentali per l'ottenimento di una grossa varietà di microorganismi. Poiché le diverse condizioni colturali possono influire su quali metaboliti vengono prodotti, l'uso di diversi terreni di crescita potrebbero incrementare la diversità chimica del microorganismo in questione. Le nuove tecnologie di spettroscopia con l'utilizzo di apparecchi sempre più sofisticati (es. NMR a 600 MHz, GC-MS, LC-MS) saranno fondamentali per lo studio chimico dei metaboliti isolati e nello studio biologico per il monitoraggio dei suddetti metaboliti. Si metteranno a punto anche sistemi di reazioni chimiche per l'ottenimento di derivati con un alto grado di purezza e di resa. Infine la messa a punto di saggi di attività farmacologica anche con l'utilizzo di linee cellulari, principalmente macrofagi e linee tumorali, sarà fondamentale per una futura applicazione dei prodotti isolati in ambito farmacologico. (literal)
Obiettivi
  • Gli obiettivi saranno: 1) Isolare microorganismi associati e/o simbionti di spugne marine. Gli studi su nuove specie di microorganismi permetterà, anche, di isolare nuovi metaboliti bioattivi. 1) Isolare e caratterizzare da un punto di vista chimico metaboliti secondari coinvolti nel Quorum Sensing mediante tecniche cromatografiche (TLC, HPLC) e spettroscopiche (NMR mono- e bi- dimensionali, IR, GC-MS) da microorganismi marini e approfondire le conoscenze sul meccanismo molecolare che regola la biosintesi di queste piccole molecole, il loro ruolo nelle comunità microbiche e le loro attività biologiche. 2) Migliorare l'indice terapeutico di composti naturali con già note attività biologiche (es. Avarolo) mediante l'ottenimento di prodotti di semi-sintesi. 3) Studio su estratti e metaboliti da prodotti agricoli (pomodori, carote, agrumi, ecc.) al fine di stabilire markers di qualità in prodotti chiave per l'economia del territorio campano e nazionale. 4)Creazione di campi sperimentali per il confronto delle varie cultivars, di nuovi ibridi e diverse condizioni pedoclimatiche. (literal)
Stato dell'arte
  • Lo studio delle sostanze naturali e del loro utilizzo come rimedi terapeutici ha mostrato un crescente interesse nel corso degli anni. Le spugne marine sono state oggetto di numerose ricerche perché rappresentano una ricca fonte di nuovi composti con una varietà di attività biologiche. E'stato dimostrato che alcuni composti biologicamente attivi isolati da invertebrati marini,sono originati dai microorganismi loro simbionti che, attualmente,sono considerati una nuova fonte di composti biologicamente attivi con potenziale applicazione in medicina e nella protezione delle derrate alimentari.Negli ultimi anni grande attenzione è stata rivolta alla dieta mediterranea.Diversi autori, infatti, hanno evidenziato l'importanza del consumo di frutta, verdura e ortaggi al fine di preservare la salute umana prevenendo l'insorgenza di malattie cardiovascolari e tumorali.Molte patologie e,in particolare quelle legate all'invecchiamento, sono dovute al danno ossidativo. Il pomodoro, in particolare, rappresenta uno degli elementi chiave della dieta mediterranea in quanto una delle maggiori fonti di composti bioattivi (vitamina C, polifenoli e carotenoidi) con una spiccata attività antiossidante. (literal)
Tecniche di indagine
  • • Isolamento, identificazione e crescita dei microrganismi: smembramento meccanico e chimico delle spugne; crescita microorganismi, isolamento colonie, identificazione strain • Isolamento dei composti naturali da microorganismi e da vegetali: estrazione con solventi, tecniche cromatografiche (colonne cromatografiche di silice o fase inversa RP, TLC, HPLC) • Determinazione strutturale dei composti naturali: utilizzo di tecniche spettroscopiche: UV, IR, NMR mono- (1H, 13C, DEPT) e bi-dimensionale (COSY, TOCSY, NOESY, HMQC, HMBC), spettrometria di massa (MS) • Reazioni di semi-sintesi • Saggi di attività biologica degli estratti, composti isolati e derivati semi-sintetici: ° Antimicrobico usando dei ceppi standard ( E. coli, M. luteus, B. subtilis, S. cerevisae); ° Antiossidante con metodi spettrofotometrici (DPPH, DMPD, ABTS) e in vitro su cellule macrofagiche J774.A1 valutando la produzione di nitriti e ROS; °Antitumorale su cellule in vitro ° Citotossico mediante il Brine Shrimp Test e su cellule in vitro ° Inibizione dell'acetilcolinesterasi (AChE)mediante il TLC Bioautographic Method (literal)
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