Aree di ricerca

Metodi molecolari e bionformatica

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I progetti di ricerca sono centrati sullo sviluppo di metodi di microbiologia classica, quali l’isolamento, la messa in coltura e l’esecuzione di test per evidenziare caratteristiche fenotipiche specifiche, di biologia molecolare, in particolare basati sulla PCR (amplificazione di regioni specifiche di DNA) e sul sequenziamento, e di proteomica, cioè l’identificazione e la caratterizzazione delle proteine, per ottenere le "impronte digitali" dei microrganismi. Queste impronte digitali (fingerprinting) sono necessarie per identificare, ossia dare un nome, e/o tipizzare, vale a dire distinguere in modo univoco, un microrganismo ignoto o con particolari capacità metaboliche. I metodi di "fingerprinting" sono applicati in diversi settori per la caratterizzazione dei microrganismi, l'epidemiologia e l'epidemiologia molecolare, il monitoraggio ambientale e lo studio delle dinamiche delle popolazioni microbiche naturali.

Le metodiche attualmente in primo piano in questo settore sono la spettrometria di massa (MALDI-TOF MS) e il sequenziamento massivo parallelo o Next Generation Sequencing (NGS).

L'applicazione della spettrometria di massa MALDI-TOF per l'identificazione e la tipizzazione dei microorganismi, che nel 2008 è stata introdotta in Ticino dall'allora Istituto Cantonale di Microbiologia come primo Istituto di diagnostica microbiologica in Svizzera, rappresenta una competenza specifica che pone l’Istituto microbiologia come laboratorio di servizio per la SUPSI e per richiedenti esterni. La banca dati del IM è in continua espansione e attualmente permette l’identificazione rapida ed accurata oltre che di batteri ambientali, batteri patogeni e funghi filamentosi anche delle zanzare.

Negli ultimi anni, abbiamo implementato il sequenziamento massivo parallelo (NGS) quale tecnologia innovativa e altamente versatile che permette il sequenziamento in parallelo di milioni di frammenti di DNA. Questa tecnica, basata sugli strumenti iSEQ100 di Illumina e MinION della Oxford Nanopore technologies, permette di studiare la composizione nucleotidica dell’intero genoma di un microrganismo (Whole-genome sequencing-WGS),  o di identificare tutti i membri di una comunità microbica, incluse le specie non coltivabili e quelle rare (metagenomica). Questi approcci permettono di stabilire il grado di (bio)diversità di comunità microbiche residenti in matrici e ambienti differenti e di studiare le relazioni che esistono tra i microrganismi che fanno parte della stessa comunità, siano essi residenti o contaminanti. In parallelo, il Settore sta acquisendo e sviluppando l’infrastruttura informatica necessaria alla gestione ed all’analisi dei dati NGS guidati da una figura professionale specialista in bioinformatica.

Federica Mauri, Sophie De Respinis e Antoine Buetti-Dinh

Ambiente naturale

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Tutto ciò che deriva dall’attività dell’uomo ha un forte impatto, spesso negativo, sull’ambiente, specialmente quello acquatico. Ma è importante ricordare che l’ambiente naturale è fortemente legato alla salute dell’uomo e degli animali, per questo bisogna lavorare in modo sinergico per garantirne la buona qualità. L’Istituto microbiologia condivide questo approccio definito “one health” volto a migliorare la salute globale ed è attivo sul territorio con diversi progetti di monitoraggio.

  • Monitoraggio della diffusione di geni che conferiscono resistenza agli antibiotici in ambienti d'acqua dolce, situati in zone antropizzate cioè influenzate da attività umane di diverso tipo (es. scarichi degli impianti di depurazione urbani, ospedalieri e industriali). Lo studio prevede  l'utilizzo di microrganismi "modello" e di tecniche molecolari. Il progetto è finanziato dalla CIPAIS Commissione internazionale per la protezione delle acque italo-svizzere (http://www.cipais.org/).
  • Applicazione di metodi chimici, molecolari e tecniche di microbiologia classica per definire un approccio rapido ed efficace per monitorare la presenza di indicatori di contaminazione fecale umana in acque chiare contaminate da acque reflue. Il progetto è finanziato dal Service de l’eau di Losanna ed è in collaborazione con il laboratorio Scitec SA di Losanna.
  •  Monitoraggio della distribuzione delle microplastiche nel Lago di Lugano e valutazione dell’iterazione tra microorganismi e microplastiche. Questo progetto è finanziato da fondi interni del DACD ed è svolto in collaborazione con L’istituto scienze della terra, il laboratorio cultura visiva e l’istituto materiali e costruzioni.

Federica Mauri

Ambiente costruito

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L'istituto microbiologia, come parte del Dipartimento ambiente costruzioni e design, sta svolgendo vari studi legati ai seguenti ambienti costruiti:

  • Ambienti “indoor”, cioè locali all’interno di costruzioni ed abitazioni. L’obiettivo principale è di capire quali microorganismi sono presenti (muffe, batteri, virus), se la loro presenza e attività sono legate allo stato della costruzione (età, umidità, ventilazione, ecc) e se hanno un eventuale effetto sulla salute di chi ci vive. Per i vari studi, si lavora in collaborazione con l’Istituto materiali e costruzione del DACD.
  • Tombini. Un progetto attuale è quello di accertare se i tombini possono essere eventuali serbatoi per il batterio Legionella pneumophila e di valutare il rischio di esposizione di tale batterio da parte della popolazione.
  • Cantine di stagionamento dei formaggi alpini ticinesi. L’Istituto microbiologia è interessato a determinare la composizione delle muffe presenti sui formaggi ticinesi, e di stabilire un eventuale legame con le condizioni climatiche delle cantine. In questi studi, l’IM lavora in stretta collaborazione con l’Ufficio della consulenza agricola della sezione ticinese dell’agricoltura.
  • 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. I vari progetti sono svolti in collaborazione con il corso di laurea in conservazione e restauro.

Cristina Fragoso, Federica Mauri e Sophie De Respinis

st.wwwsupsi@supsi.ch