Il laboratorio di Microbiologia Ambientale e Biologia Molecolare si occupa di coltivazioni microbiche ed isolamenti di microorganismi di interesse ambientale ed analisi biomolecolari nel campo delle scienze omiche con applicazioni ambientali, sia quantitative che qualitative. Questo approccio consente l’identificazione e la caratterizzazione dei microrganismi in sistemi ambientali complessi e delle loro potenzialità metaboliche utilizzabili in tecnologie ecosostenibili volte alla mitigazione del rischio per l’ambiente e la salute umana. Le attività sono mirate allo studio di microorganismi coinvolti in un ampio spettro di processi ambientali quali il biorisanamento di matrici contaminate, la digestione anaerobica, il trattamento biologico di acque reflue e la valorizzazione di scarti organici per la produzione di biogas, biopolimeri e sostanze ad alto valore aggiunto. Inoltre, si svolgono studi di interesse igienico-sanitario che prevedono il monitoraggio di organismi patogeni e di geni resistenti agli antibiotici in diverse matrici ambientali.
L’apparato strumentale a disposizione consente di eseguire servizi di:

• identificazione e quantificazione di microorganismi in matrici ambientali mediante analisi microscopiche ad epifluorescenza;
• quantificazione della presenza e dell’attività di microorganismi di interesse biotecnologico e dei relativi geni (16S rRNA e geni funzionali mediante analisi qPCR,RT-qPCR e Droplet Digital PCR);
• caratterizzazione genomica e metagenomica di comunità microbiche complesse mediante Next Generation Sequencing (NGS) mirato ai geni 16S rRNA di Batteri ed Archaea e 18S rRNA di Eucarioti e Whole Genome Shotgun Sequencing (WGS);
• determinazione di microrganismi di interesse igienico-sanitario mediante analisi con Droplet Digital PCR.

In aggiunta alla caratterizzazione tassonomica e funzionale di comunità microbiche miste, sia naturali che selezionate in sistemi di interesse biotecnologico, siamo in grado di offrire le seguenti analisi specialistiche:

• analisi di carattere igienico-sanitario (determinazione di cisti di Giardia ed oocisti di ryptosporidium); monitoraggio di microrganismi patogeni (Salmonella spp., Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa) tramite Loop-mediated isothermal Amplification (LAMP); analisi di geni di resistenza agli antibiotici (geni ampC, mecA, ermB, sul1, sul2, tetA, tetO, tetW, vanA) mediante qPCR;
• analisi di biofilm microbici in sistemi naturali, inclusa la plastisfera, e artificiali, inclusi i sistemi industriali, mediante tecniche di identificazione in situ (FISH-CARD-FISH) combinate con la microscopia confocale a scansione laser (CLSM);
• analisi di batteri arsenito ossidanti e arseniato riducenti in sistemi di trattamento per le acque potabili mediante qPCR (geni aioA, arsBC, arrA, arxA);
• analisi di gruppi microbici funzionali responsabili dei processi di digestione anaerobica mediante qPCR: produzione di metano (gene mcrA); produzione di biopolimeri (PHA, analisi delle PHA sintasi); produzione di acidi grassi a lunga catena (analisi di lattato-deidrogenasi e alcol-deidrogenasi).

Valorizzazione della Ricerca – Spin Off CNR “TRIREME“

Il laboratorio di Microbiologia Ambientale e Biologia Molecolare ospita lo Spin Off “Trireme – Technologies for Reliable and Innovative REMEdiation”. TRIREME offre servizi di monitoraggio ambientale e caratterizzazione chimico-fisica e biomolecolare, progettazione, messa in sicurezza, bonifica e ripristino ambientale dei siti inquinati mediante tecnologie innovative. Nell’ambito delle attività in convenzione con IRSA-CNR si eseguono analisi biomolecolari quantitative (qPCR, RT-qPCR) di biomarcatori in matrici ambientali inquinate, ivi inclusi Dehalococcoides mccartyi e geni funzionali per la declorazione riduttiva (pceA, tceA, bvcA, vcrA), solfato-riduzione (dsrAB, apsA), ossidazione di inquinanti organici quali ad esempio bifenildiossigenasi (bphA) e monossigenasi (etnE, etnC). Si eseguono inoltre caratterizzazioni in NGS delle comunità microbiche nei processi di biorisanamento.

Il laboratorio di microbiologia esegue studi su:

• biodiversità batterica e comunità microbiche in ambiente marino con particolare attenzione ai batteri eterotrofi coltivabili, ai batteri luminosi e ai vibrioni;
• contaminanti microbici nell’ambiente marino e loro effetto in acquacoltura, accumulo e abbattimento microbiologico in invertebrati marini;
• estrazione di composti bioattivi da macroalghe ed invertebrati e studio della loro potenziale attività antimicrobica;
• valutazione della tossicità acuta mediante sistema Microtox®.

Marcella Narracci :: marcella.narracci@irsa.cnr.it
Maria Acquaviva :: maria.acquaviva@irsa.cnr.it
Loredana Stabili :: loredana.stabili@irsa.cnr.it

Il laboratorio di Trattamenti Biologici e Microbiologia Applicata all’Ambientale si occupa dell’identificazione quali-quantitativa di microrganismi attraverso l’utilizzo di tecniche biomolecolari. Il principale ambito di ricerca è l’identificazione di fonti di contaminazione antropica, in particolar modo correlata alle tecniche agronomiche, per la tutela delle acque e dei suoli da contaminazione dei composti chimici di fertilizzazione (nitrati, fitofarmaci e glifosato). Le attività attualmente operative mirano all’identificazione dei principali microrganismi presenti nelle matrici ambientali, all’identificazione e studio del loro sviluppo in correlazione alla presenza di composti chimici che ne limitano o modificano l’accrescimento e/o la presenza.

Attraverso lo sviluppo di algoritmi matematici e modelli il gruppo di ricerca attua uno studio sull’andamento spaziale e temporale ipotizzando le possibili cause delle diversificazioni individuate e individuando così possibili fonti di contaminazioni e o di cambiamento dello stato naturale della matrice.

Potenzialità: La caratterizzazione microbica effettuata permette l’analisi e la valutazione di ecosistemi naturali e antropizzati tramite l’identificazione qualitativa e quantitativa della biodiversità microbicaomica.

Angelantonio Calabrese :: angelantonio.calabrese@irsa.cnr.it