Progetti

Progetti in corso 2020

Ecologia microbica – Lago di Cadagno

  • Dinamica delle popolazioni microbiche del lago di Cadagno - Durante gli ultimi 25 anni si sono sviluppate ed applicate tecniche di identificazione batterica sempre più efficaci che sono poi state validate e standardizzate in modo da essere disponibili come servizio presso LMA (identificazione e tipizzazione di microorganismi ambientali). La dinamica delle popolazioni batteriche, soprattutto di quelli fototrofi, è fondamentale per struttura e l’attività ecologica del lago. Inoltre, questa attività scientifica e strettamente legata a servizio di monitoraggio ambientale svolto nel compito 2 per il cantone.
  • Influenza del processo di bioconvezione sull’eco-fisiologia microbica in ambienti acquatici; analisi multidimensionale delle dinamiche nel chemoclino del lago meromittico di Cadagno (BIOCAD) - Nelle acque permanentemente stratificate del lago di Cadagno, in val Piora, vive una popolazione di batteri che grazie al loro movimento sincronizzato possono provocare il rimescolamento di grandi volumi d’acqua (fino ad 1m). Questo fenomeno è conosciuto con il nome di bioconvezione e fino ad oggi non era mai stato osservato in un ambiente naturale. La specie in grado di nuotare grazie a dei flagelli, Chromatium okenii, è in grado di mescolare considerevoli volumi d'acqua, non agitandola direttamente con i loro flagelli ma raggruppandosi alla ricerca di luce in una zona ristretta in prossimità del fronte di diffusione dell’ossigeno. Così facendo la densità per volume aumenta e l’acqua inizia a scendere portando con sé i microorganismi. L’obiettivo principale progetto BIOCAD, finanziato dal fondo nazionale Svizzero per la ricerca, è quello di studiare gli effetti del processo di bioconvezione sull’eco-fisiologia delle specie microbiche chiave in ambienti acquatici anaerobici. Alla fine di questo progetto potremo porre le basi per la comprensione delle conseguenze della bioconvezione sull’intero ecosistema del lago di Cadagno ed usarlo come modello per la descrizione di fenomeni simili anche in altri ambienti.
  • Sequenziamento di genomi nuovi isolati dal lago meromittico di Cadagno - La conoscenza genetica è necessaria per comprendere meglio il suo ruolo specifico di ogni microorganismo nell'ecosistema del Lago Cadagno o più generalmente nei processi ecologici generali. Il progetto si svolge in collaborazione con la Divisione Biologia del Laboratorio Spiez dell'Ufficio federale della protezione civile, con la Zürich University of Applied Science e con la Mabritec AG (Riehnen).

 

Resistenze agli antibiotici nell’ambiente

  • Ricerca nel Lago di Lugano e alcuni fiumi immissari di geni di resistenza e batteri resistenti agli antibiotici - Da gennaio 2016 è in corso un progetto che ha lo scopo di valutare, mediante il monitoraggio della presenza di geni di resistenza e di batteri resistenti agli antibiotici, l’impatto antropico nel Lago Ceresio e in alcuni fiumi immissari. I geni ricercati sono gli stessi che vengono individuati in clinica e che conferiscono resistenza agli antibiotici più utilizzati in medicina umana e veterinaria. I batteri isolati sono prevalentemente ambientali ma possono avere anche un ruolo in clinica sia come patogeni che come “vettori” di geni di resistenza. Questo progetto si inserisce perfettamente nella concezione One-Helath della lotta alla resistenza agli antibiotici permettendo di capire meglio il ruolo dell’ambiente nella diffusione delle resistenze.

    I risultati possono essere consultati, sotto forma di rapporto annuale, sul sito della CIPAIS 

Ecologia e biodiversità dei funghi acquatici

  • Diversità degli ifomiceti acquatici in vari ambienti delle Bolle di Magadino - Le Bolle di Magadino sono una zona protetta alla bocca del fiume Ticino al Lago Maggiore. La zona e coperta principalmente di un bosco diverso, e ci sono presenti varie ambienti acquatici. Gli ifomiceti aquatici gestiscono la degradazione delle foglie secche in questi ambienti ma loro attività e diversità dipende delle condizioni abiotici fra un corpo d’acqua e l’altro, per esempio il flusso idrologico. Con questo progetto in collaborazione con la Fondazione delle Bolle di Magadino cerchiamo di misurare la diversità degli ifomiceti aquatici in vari ambienti aquatici e di isolare e coltivare delle individue di questi funghi.
  • Tassonomia ifomiceti acquatici - Nel 2018, l’analisi tassonomica della specie di ifomiceti acquatici Tetracladium marchalianum è proseguita con un confronto di diversi ceppi europei (Francia, Germania, Portogallo, Svezia). La redazione di una pubblicazione scientifica è in corso.

 

Conservazione e restauro

  • Ottimizzazione della procedura di caratterizzazione e messa a punto del trattamento mirato dei biodeteriogeni nell’ambito della conservazione del patrimonio culturale – Si tratta di un’attività in stretta collaborazione con Il corso di laurea in conservazione e restauro. La collaborazione tra i docenti/ricercatori attivi presso il corso di laurea e gli esperti scientifici del Laboratorio Microbiologia Applicata ha rappresentato un’ottima opportunità di crescita professionale e di sviluppo sinergico. Inoltre, questa collaborazione rappresenta un grande valore aggiunto per gli studenti che hanno la possibilità di disporre di competenze specialistiche e multidisciplinare all’avanguardia. Al giorno d’oggi, anche per problemi di limitate risorse, si tende a fare un trattamento biocida in modo empirico senza il supporto di conoscenze teoriche e scientifiche con sostanze chimiche poco sicure per l’ambiente e per il professionista che lo deve applicare. Spesso le operazioni di pulitura sono eseguite meccanicamente a scapito della pietra. Obbiettivo di questa attività è stata la caratterizzazione delle diverse specie di microrganismi presenti in alcuni casi studio (Cimitero Monumentale di Lugano, Sacro Monte di Varallo e Sacro Monte di Orta, Chiesa Santa Maria dal Sasso a Morcote e Convento Santa Maria dei Fratti Cappuccini del Bigorio), sviluppo di un trattamento biocida (con prodotti canonici e innovativi) per ogni monumento in studio, e monitoraggio dell’efficacia dell’intervento nel tempo.
  • Biodeterioramento, conservazione e restauro di opere d’arte - Agenti biodeteriogeni quali batteri, alghe, funghi e muffe sono frequentemente la causa di alterazioni cromatiche, pattine e discolorazioni di superficie colorate, monumenti, sculture, ecc. La conservazione dei beni culturali ha spesso a che fare con la necessita di caratterizzazione di questi microrganismi per affrontare il trattamento in modo mirato e se possibile ecosostenibile. Nell’ambito di questo progetto si sta procedendo all’ottimizzazione di procedure di caratterizzazione e messa a punto di trattamenti mirati dei diversi gruppi di biodeteriogeni.
  • Caratterizzazione e identificazione di leganti proteici tramite spettrometria di massa - Sulla base di diversi documenti storici siamo consapevole dell’uso, a partire del medioevo, di diversi tipi di leganti proteici adoperati su tele, su tavole e su muri. La conoscenza del tipo di leganti usato è di estrema importanza per il corretto lavoro di manutenzione e restauro dell’opere d’arte. La caratterizzazione e l’identificazione dei leganti proteici usati può essere acquisita tramite l’uso della spettrometria di massa (MALDI-TOF MS). Analisi preliminari di leganti proteici puri non degradati hanno dato risultati molto promettente che fanno pensare ad un metodo valido per la valutazione di leganti proteici pittorici e essere un aiuto prezioso per il restauratore conservatore. Marta Cicardi ha terminato con successo la sua tesi bachelor “Indagine sui fenomeni di biodeterioramento dei dipinti murali della cappella XI al Sacro Monte di Varallo. Identificazione, caratterizzazione e fattori di sviluppo” e ha cominciato la tesi master “Monitoraggio e manutenzione nel caso di microrganismi endolitici in pietre calcaree” 

 

Microbiologia ambientale varia

  • Tombini come possibile serbatoio di Legionella Pneumophila e valutazione del rischio di esposizione - In collaborazione con il Centro Nazionale di Referenza per la Legionella è in corso un progetto finanziato dalla Lega Polmonare, che ha come obbiettivo quello di valutare se i tombini possano essere considerati un serbatoio di Legionella pneumophila e costituire così una possibile fonte di contaminazione e diffusione comunitaria. L. pneumophila è il principale agente eziologico di una patologia polmonare chiamata comunemente legionellosi che può avere un decorso grave specialmente in pazienti immunocompromessi. La contaminazione avviene per inalazione di aerosol dunque le principali fonti di contaminazione possono essere le torri di raffreddamento, gli impianti di condizionamento, le docce, i rubinetti, il compost ecc... I casi comunitari di legionellosi sono difficili da ricondurre ad una specifica fonte di contaminazione questo è dovuto anche alla difficoltà nell’isolare ceppi virulenti dall’ambiente. Per questo motivo questo studio prevede anche di testare un kit rapido e specifico (Legiolert, IDDEX) per l’identificazione di L. pneumophila in campioni di acqua potabile e non.
  • INTERREG, EcoAlps Water - Il progetto "Innovative Ecological Assessment and Water Management Strategy for the Protection of Ecosystem Services in Alpine Lakes and Rivers (Eco-AlpsWater)", finanziato nell’ambito del programma europeo INTERREG- Alpine Space, si focalizza sull’armonizzazione transnazionale degli approcci microbiologici per lo studio degli ecosistemi idrici. Il progetto coinvolge diversi partner europei (Italia, Francia, Germania, Slovenia e Austria) ed è guidato dalla Fondazione Edmund Mach (S. Michele Alto Adige). Nell’ambito del progetto, iniziato nel 2019, LMA collabora con l’Istituto Scienze della Terra (SUPSI) e come laboratorio ci concentreremo sulle acquisizioni dei campioni e il loro trattamento in vista delle analisi che saranno stabilite e coordinate tra tutti i partner del progetto.

  • Metagenomica della sorgente d’acqua ricca in metalli pesanti situata in Val Camadra nella regione della Greina - In seguito all’acquisto di un sequenziatore MinION (Oxford Nanopore) e alla messa a punto delle relative analisi di bioinformatica è stato possibile ottenere il genoma completo di tre batteri in cultura pura e è stata svolta un’analisi metagenomica di un biofilm di cianobatteri presente in una sorgente di acqua carica di metalli pesanti situata in Val Camadra nella regione della Greina. Questo ecosistema sembra essere unico e risulta estremamente interessante quale modello per lo studio dei microorganismi resistenti ai metalli. È risaputo che i cianobatteri attuano strategie di difesa per sequestrare i metalli tossici per le cellule, questi meccanismi oltre ad essere interessanti dal punto di vista conoscitivo possono fornire soluzioni biotecnologiche al problema dell’eliminazione dei metalli pesanti nell’ambiente.
  • Sperimentazione di nuova tecnologia per controllo di specie infestanti - in Collaborazione scientifica con Agroscope, WSL e Università di Napoli - Il Dr. Stefano Mazzoleni, ed il suo gruppo di ricerca presso l’Università di Napoli, hanno messo in evidenza un fenomeno auto-inibitorio dovuto al DNA della pianta sulla germinazione e crescita radicale dei suoi semi. L’effetto auto-inibitorio si verifica sia in materiali vegetali decomposti in cui il DNA di una pianta è mescolato con DNA microbico prodotto nel corso del processo di decomposizione dello stesso materiale vegetale, sia utilizzando DNA purificato a seguito di estrazioni da foglie. La sperimentazione sul terreno tramite Cyperus esculentus sono condotte da Agroscope e WSL nel loro nuovo stabile a Cadenazzo. Il concetto fondamentale di questa sperimentazione è la produzione di grandi quantità di DNA della pianta (C. esculentus) mediante BAC library (Bacterial Artificial Chromosome) coltivando in laboratorio il microorganismo vettore Escherichia coli. La BAC library contiene il genoma totale della pianta a frammenti di circa 110 kbp in media. Lo stesso genoma è distribuito in modo casuale in migliaia di ceppi di E. coli separati, che sono stati mescolati assieme in un singolo brodi di cultura (LB medium con antibiotico chloramphenicol 12.5 mg/l) per garantire la maggior variabilità genetica possibile per C. esculentus. Il compito del LMA-SUPSI è quello di produzione e il pretrattamento del microorganismo contenente la BAC library di C. esculentus.
  • Determinazione Enterobactriaceae da rizosfera di piante desertiche - Nel 2018, il LMA è stato contattato dall’Università di scienze e tecnologie King Abdullah (Dr. Maged Saad, Arabia Saudita). Una collaborazione è iniziata per la determinazione di ceppi batterici della famiglia Enterobacteriaceae. Titolo del progetto: “MALDI-TOF MS analysis of potential plant growth-promoting bacteria, isolated from different arid regions”. Le analisi sono state terminate nel 2018 ed un rapporto completo è stato redatto ed inviato ad inizio 2019. È prevista la pubblicazione dei risultati in un articolo scientifico.
  • Muffe negli edifici (muffe indoor): studio delle popolazioni fungine in vari ambienti abitati e variazioni secondo le stagioni - Le muffe presenti negli edifici, indicate come muffe indoor, sono considerate una delle principali cause di asma e altre malattie respiratorie, generando costi elevati per la salute pubblica. La loro crescita è legata all'umidità presente negli ambienti costruiti. Infatti, a seconda dell’umidità presente all'interno delle case possono svilupparsi diversi gruppi di muffe. Altri fattori che contribuiscono a determinare la popolazione di muffe negli ambienti costruiti sono i materiali e le tecnologie utilizzate per la loro costruzione, nonché le condizioni climatiche a cui sono sottoposti. Il contatto tra essere umano e muffe indoor avviene principalmente attraverso la respirazione. La presenza di muffe porta alla formazione di complessi bioaerosol composti da spore, frammenti di ife e composti organici volatili che si diffondono nell'aria.

    Il progetto ha come obiettivo la realizzazione di uno studio pilota per determinare le popolazioni di funghi in ambienti costruiti ed abitati nel sud delle Alpi. Sarà condotto su tre tipi di abitazioni: i) una con problemi di umidità e presenza visibile di muffe; ii) una senza problemi visibili; iii) una casa di tipo "Minergie", con un sistema di ventilazione controllata. Verranno effettuati quattro campioni di aria / polvere nel corso di un anno (uno per stagione), ciascuno comprendente: i) due mesi di campionamento della polvere al suolo, tenendo conto degli angoli dove le muffe si sviluppano facilmente; iii) un campionamento tramite strisci su zone con visibile sviluppo di muffe. Per l'identificazione delle diverse popolazioni a livello di genere e specie, verrà utilizzato il sequenziamento di ultima generazione Illumina (iSeq), seguito da un'analisi bioinformatica per lo studio delle popolazioni.

    Il progetto è iniziato nel 2019 con diversi test preliminari. I quattro campionamenti saranno eseguiti tra ottobre 2019 e agosto 2020.

  • Influsso di fattori ambientali e fisiologici sul micobioma di formaggi tradizionali ticinesi - I formaggi tradizionali ticinesi a pasta semidura si distinguono per la presenza di muffe (prevalentemente funghi filamentosi) sulla loro superficie, che danno loro un aspetto caratteristico. La funzione di queste muffe durante il processo di maturazione non è del tutto chiara, ma si ritiene che possano contribuire allo sviluppo di aromi particolari e modificare la consistenza della pasta grazie alla produzione di enzimi lipolitici e proteolitici. La biodiversità delle muffe di alcuni formaggi a pasta morbida quali Brie, Camembert e Roquefort è stata studiata da vari autori, ma ben poco conosciuto sulle muffe dei formaggi tradizionali ticinesi: lavori preliminari (L. Petrini e O. Petrini, non pubblicato) hanno mostrato la presenza di un numero limitato, circa una decina, di specie di ascomiceti filamentosi che si ritrovano costantemente.

    Questo progetto si prefigge di analizzare il micoboma (specie fungina) presente sulla crosta di formaggi tradizionali ticinesi. Lo studio pilota propone di degli alpeggi, con formaggi a latte vaccino e misto (caprino e vaccino) a pasta semidura, per determinare il micobioma delle croste di formaggio. Per ogni alpeggio analizzeremo due forme di formaggio. Il micobioma sarà studiato usando: i) metodi classici, con coltura diretta di muffe, seguita da identificazione morfologica; ii) metodi molecolari basati sul sequenziamento di specifiche regioni di DNA per l'identificazione di muffe non riconosciute con metodi classici e proteomici; iii) metodi proteomici basati sulla spettrometria di massa MALDI-TOF, che consente la rapida identificazione degli organismi dopo il confronto dei loro profili proteici con una banca dati esistente .; iv) Metabarcoding (sequenziamento di ultima generazione, iSeq Illumina) che consente la determinazione di tutte le popolazioni di funghi presenti in un singolo campione. I campionamenti sono stati eseguiti durante l'estate e la fine dell'estate 2019. L'analisi è in corso e proseguirà fino al 2020.

 

 

 

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