Progetti

Progetti svolti nel 2018

  • 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.
  • 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.
  • Versatilità metabolica e produzione primaria dei solfobatteri anaerobi fotosintetici - Nella zona di transizione ossico-anossica (chemoclino) del lago di Cadagno è presente una vasta comunità di batteri sulfurei anaerobici fotosintetici, composta da “purple sulfur bacteria” (PSB, famiglia delle Chromatiaceae) e “green sulfur bacteria” (GSB, famiglia delle Chlorobiaceae). Entrambi i gruppi ossidano i composti dello zolfo per la fotosintesi anossica con conseguente fissazione dell’anidride carbonica (CO2). Questo processo è molto importante a livello ecologico, infatti la grande capacità di questi microorganismi di fissare l’anidride carbonica, persino in assenza di luce, tramite differenti vie metaboliche è di grande interesse nel nostro istituto di microbiologia. Inoltre, si presume che questi batteri sulfurei siano tra le prime forme di vita apparse sulla Terra, quando l’ossigeno non era ancora presente. Questi microorganismi primitivi potrebbero quindi rappresentare il punto di partenza di tutto il processo evolutivo che ha portato ad una massiccia ed eterogenea presenza di vita sul nostro pianeta.
  • 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.
  • Tasso di assimilazione di CO2 e H2S dei più importanti batteri fototrofici dello zolfo del chemoclino del lago di Cadagno - Lo scopo di questo progetto è di analizzare la diversa velocità di ossidazione del solfuro (H2S) e la efficacia di assimilazione dell’anidride carbonica (CO2) per le più importanti popolazione di batteri sulfurei fototrofi anaerobici che vivono nella chemoclino del lago di Cadagno, ossia i batteri rossi (PSB) Chromatium okenii LaCa, “Thiodictyon syntrophicum” Cad16T e il battere verde (GSB) Chlorobium pheobacteroides.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Metagenomica dei grandi laghi insubrici - Lo studio che prevede l’analisi metagenomica dei cinque grandi laghi profondi della regione Insubrica (Lugano, Garda, Maggiore, Como e Iseo), svolto in collaborazione con l’Istituto Scienze della Terra (SUPSI), la Fondazione Edmund Mach (San Michele all’Adige), il MEG (Microbial Ecology Group Institute of Ecosystem Study CNR, Pallanza), l’Arpa Lombardia e il Dipartimento di scienze dell'ambiente e del territorio dell’Università Bicocca (Milano), iniziato a fine 2017, è proseguito nel 2018 con i campionamenti e il trattamento dei campioni per l’analisi metagenomica che verrà effettuata dalla Fondazione E. Mach. Il progetto "Innovative Ecological Assessment and Water Management Strategy for the Protection of Ecosystem Services in Alpine Lakes and Rivers (Eco-AlpsWater)" è stato accettato e sarà finanziato nell’ambito del programma europeo INTERREG- Alpine Space. In questo progetto, che inizierà ufficialmente a gennaio 2019 e che coinvolge la Fondazione Edmund Mach (S. Michele Alto Adige) ed altri partner europei (Italia, Francia, Germania, Slovenia e Austria), LMA collabora con l’Istituto Scienze della Terra (SUPSI) e si focalizza in particolare sull’armonizzazione transnazionale degli approcci microbiologici per lo studio degli ecosistemi idrici. Come LMA, 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.
  • 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.
  • 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” 
Contatti
st.wwwsupsi@supsi.ch