Laboratorio di Genetica dei microorganismi

Responsabile: Dr. Cinzia Calvio
Collaboratore: Valeria Bontà
Il Laboratorio di genetica dei microorganismi lavora prevalentemente sull’organismo modello per i batteri Gram-positivi Bacillus subtilis. B. subtilis, oltre ad essere un paradigma per la genetica microbica, rappresenta un perfetto ospite per la produzione di enzimi ricombinati. Per le sue caratteristiche è già altamente sfruttato in diversi settori biotecnologici, anche a livello industriale.
Bacillus subtilis NELLE SFIDE DELLO SVILUPPO SOSTENIBILE
In collaborazione con:
- Dr. Maurizia Dossena, Daniela Buonocore ed EnricoDoria (DBB-Unipv e spin-off BIORESTART-Unipv) (recupero di composti nutraceutici dagli scarti alimentari)
- Proff. Stefania Colombini e Gianluca Galassi (Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali, Università degli Studi di Milano) (miglioramento della nutrizione di bovini da latte)
- Proff. Alma Balestrazzi e Anca Macovei (DBB-Unipv e consorzio internazionale BenefitMED (agricoltura sostenibile)
- Prof. Marcin Łukaszewicz (Dipartimento di biotrasformazioni, Università di Breslavia e InventionBio, Polonia).
Bacillus subtilis è un batterio del suolo, dotato di numerose caratteristiche benefiche. Vivendo nel suolo, è naturalmente dotato di pathway metabolici che lo rendono in grado di degradare biomasse vegetali, contribuendo al riciclo dei nutrienti; inoltre, favorisce lo sviluppo delle piante, migliorando la produttività agricola. Cresce bene in laboratorio su un’ampia varietà di substrati, può essere ingegnerizzato con facilità ed è un perfetto ospite per la produzione di enzimi degradativi e altri bioprodotti utili all’uomo. Nel laboratorio di genetica dei microorganismi ci occupiamo del miglioramento delle caratteristiche benefiche di B. subtilis per l’impiego nel miglioramento della sostenibilità ambientale di molti processi agroindustriali. Di seguito, alcuni esempi delle ricerche attualmente in corso:
- Ottimizzando la produttività di enzimi che degradano le biomasse vegetali siamo in grado di ottenere ceppi batterici che favoriscono l’estrazione di composti di interesse nutraceutico da scarti vegetali (Doria et al, 2022).
- Ceppi ottimizzati, cresciuti su biomasse di scarto come la paglia di riso, possono migliorare il valore nutrizionale di alcuni foraggi utilizzati nell’alimentazione delle bovine da latte, candidandosi come ottimi alleati nell’industria zootecnica.
- Ceppi iperproduttori del polimero naturale γ-PGA possono influire positivamente sulla germinazione di semi in terreni aridi. Insieme al gruppo di Fisiologia Vegetale, abbiamo creato un partenariato internazionale che, partendo da specie di leguminose altamente resilienti al cambiamento climatico, si propone di sviluppare tecnologie innovative di agricoltura sostenibile, basati su trattamenti di seed priming con l’impiego di ceppi di Bacillus in grado di migliorare il vigore dei semi e le prestazioni della coltura in condizioni climatiche avverse.
- Il polimero γ-PGA presenta caratteristiche uniche che lo rendono un prodotto ideale per l’industria cosmetica, e può essere prodotto in maniera sostenibile da biomasse di scarto. Grazie ad una collaborazione con l’università di Breslavia e con la bioraffineria industriale InventionBio, entrambi in Polonia, abbiamo accesso ad impianti per lo scale-up industriale delle fermentazioni microbiche ed a strumenti sofisticati per la caratterizzazione dei prodotti e dei processi di fermentazione.
IDROLASI γ-PGA-SPECIFICHE COME AGENTI ANTIBATTERICI
In collaborazione con:
- C. Morelli del Dip. di Chimica (Università Statale di Milano).
Abbiamo identificato e caratterizzato quattro nuovi geni in B. subtilis che codificano per γ-PGA idrolasi. Abbiamo scoperto che questi geni, di origine fagica, si sono diffusi in numerose specie batteriche, tra cui alcuni patogeni, attraverso processi di trasferimento genico orizzontale (Mamberti et al, 2015; Ramaswamy et al, 2018). Stiamo caratterizzando l’attività enzimatica e la specificità di substrato di questi enzimi al fine di un loro possibile utilizzo come agenti antibatterici verso patogeni in cui il γ-PGA rappresenta un fattore di virulenza.
RUOLO BIOLOGICO DI SwrA, PROTEINA REGOLATRICE DI Bacillus subtilis A FUNZIONE SCONOSCIUTA
In Bacillus subtilis il sistema a due componenti DegS-DegU è un regolatore centrale che controlla l’espressione di più di cento geni coinvolti nella transizione dalla fase di crescita esponenziale a quella stazionaria, coordina il differenziamento delle singole cellule nelle comunità multicellulari e, in batteri patogeni come Listeria monocytogenes o Bacillus anthracis, è coinvolto nella virulenza. Insieme alla proteina SwrA, che non appartiene ad alcune classe proteica nota, DegU regola in maniera complessa una serie di altri comportamenti in B. subtilis (Mordini et al, 2013; Ermoli et al, 2021). Stiamo analizzando più in dettaglio l’effetto, recentemente scoperto, di SwrA su alcuni dei pathways genetici controllati da DegU e stiamo indagando alcune peculiarità che caratterizzano il locus swrA, per capire lo schema di funzionamento di questo sistema genetico -estremamente complesso- ed ancora ignoto.