Recentemente, l'European Strategy Forum for Research Infrastructures (ESFRI) dell’Unione Europea ha unanimemente accolto la proposta di creare una “Microbial Resources Research Infrastructure” (MIRRI), volta alla creazione di un network di CRB, ritenuto uno degli elementi chiave per lo sviluppo sostenibile del nostro continente. Più nel dettaglio, il progetto MIRRI ha come obiettivo la costituzione di un’infrastruttura di ricerca pan-europea che fornisca l’accesso a collezioni di microorganismi certificati, loro derivati (DNA, RNA, metaboliti, ecc.) e le relative informazioni circa la fisiologia e la genetica di questi organismi. Il progetto coinvolgerà 16 partners, provenienti da 11 Paesi europei, che nel complesso garantiranno la disponibilità di tutti i tipi di microorganismi e loro derivati e garantiranno la presenza di personale con grande esperienza, non solo dal punto di vista scientifico, ma anche legislativo e gestionale.
La MUT, è l’unica collezione italiana di microorganismi coinvolta nel progetto e porterà in dote i circa 5300 ceppi fungini conservati presso la sua struttura.
Partner coinvolti:
Leibniz-Institut DSMZ - DEUTSCHE SAMMLUNG VON MIKROORGANISMEN UND
ZELLKULTUREN GMBH (DSMZ), Germany (Coordinator).
CAB INTERNATIONAL (CABI) United Kingdom
INSTITUT PASTEUR (IP) France
SERVICE PUBLIC FEDERAL DE PROGRAMMATION POLITIQUE SCIENTIFIQUE (SPP-PS) Belgium
KONINKLIJKE NEDERLANDSE AKADEMIE VAN WETENSCHAPPEN - KNAW (KNAW-CBS) The Netherlands
UNIVERSITY OF GOTHENBURG (UGOT), Sweden
UNIVERSITAT DE VALENCIA (UVEG-CECT), Spain,
UNIVERSITEIT GENT (UGENT), Belgium
INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE
(INRA-CIRM), France
JACOBS UNIVERSITY BREMEN GMBH (JacobsUni), Germany
UNIVERSIDADE DO MINHO (UMinho-MUM), Portugal
UNIVERSITA DEGLI STUDI DI TORINO (UNITO-MUT), Italy
AGENCIA ESTATAL CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC-IMEDEA) Spain
G.K. SKRYABIN INSTITUTE OF BIOCHEMISTRY AND PHYSIOLOGY OF
MICROORGANISMS, RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES (IBPM), Russian Federation
INSTYTUT BIOTECHNOLOGII PRZEMYSLU ROLNO-SPOZYWCZEGO (IAFB-CCIM), Poland
IRCCS AZIENDA OSPEDALIERA UNIVERSITARIA SAN MARTINO-IST-ISTITUTO
NAZIONALE PER LA RICERCA SUL CANCRO (USMI), Italy
I microorganismi del suolo rivestono un ruolo chiave negli ecosistemi ed esercitano molteplici funzioni, mediante un'azione sia dannosa (come patogeni), sia benefica (ad esempio come promotori della crescita delle piante e antagonisti si patogeni), con un impatto sulla resa e la qualità dei prodotti agricoli. Essi influenzano un gran numero di processi importanti degli ecosistemi, compresi l'acquisizione dei nutrienti, il ciclo dell'azoto, del carbonio e la pedogenesi.
Inoltre, i microorganismi del suolo rappresentano la maggior parte della biomassa nel suolo e comprendono una grande porzione della diversità genetica sulla Terra. Al giorno d'oggi, viene dedicata sempre più attenzione alla rizosfera e ai microorganismi endofiti che svolgono un ruolo centrale nel promuovere la crescita e la salute delle piante attraverso:
- l'acquisizione e il riciclo dei nutrienti importanti per la crescita delle piante,
- la modulazione dell’equilibrio ormonale della pianta,
- la protezione diretta o indiretta della pianta da organismi nocivi (ad esempio agenti patogeni),
- la protezione contro gli stress abiotici (siccità, metalli pesanti),
- li miglioramento della struttura del terreno.
È stato affermato che "l'obiettivo agricolo finale negli studi della biologia dell’interfaccia suolo-radice deve essere la manipolazione dei microrganismi presenti in questa zona al fine di aumentare
la crescita e la salute delle piante" (Rovira, 1979). La ricerca dovrebbe, quindi, mirare ad incrementare la conoscenza delle interazioni tra le piante e i microorganismi e la gestione sostenibile di questi microorganismi a beneficio della catena alimentare produttori vegetali-consumatori. Questa conoscenza potrebbe contribuire a ridurre l'uso eccessivo di prodotti agrochimici e alleviare gli effetti pericolosi della produzione agricola sull'ambiente.
Le pratiche agricole e ambientali dovrebbero favorire la composizione equilibrata della popolazione microbica nella rizosfera. Infatti, una popolazione microbica ben bilanciata favorisce la colonizzazione del suolo e l’assorbimento di nutrienti, limita la pressione degli agenti patogeni (stress biotici), sostiene lo sviluppo di commensali o il rapporto simbiotico tra piante e microrganismi, ecc. Infine, essa agisce in modo benefico, limitando anche gli stress abiotici (migliora la capacità di ritenzione idrica, aumenta la biodisponibilità di macro- e micronutrienti).
Mentre i terreni coltivati sono stati ampiamente studiati, la rizosfera naturale è stata meno studiata, nonostante in tali nicchie ecologiche potrebbero risiedere un’importante microflora e microfauna utili per una maggiore comprensione delle complesse relazioni ecologiche nel suolo in generale, e nella rizosfera in particolare.
Gli obiettivi di BRIO sono:
I. organizzare la cooperazione tra collezioni specializzate che conservano microrganismi benefici isolati dalla rizosfera,
II. costituire una vasta gamma condivisa di diversità microbica sfruttabile per la ricerca e l’industria: la Rete Paneuropea di Risorse della Rizosfera (PERN).
La collaborazione tra le collezioni di colture con materiale proveniente da ecosistemi dell'Europa occidentale e i centri di risore biologiche russi, aventi microrganismi isolati da biotopi dell’est-europeo permetterà di creare una rete coordinata di collezioni complementari che offrirà una vasta gamma di microrganismi provenienti differenti zone ecologiche di un’ampia area geografica da studiare e sfruttare dal punto di vista applicativo. La rete di raccolta comune offrirà un accesso facilitato da parte degli scienziati al materiale microbiologico geograficamente diversificato.
L'obiettivo di questa proposta è sviluppare nuove strategie e soluzioni tecnologiche per consentire l'applicazione dei funghi nel trattamento biologico dei reflui, in sinergia con il trattamento convenzionale basato sulla selezione di comunità batteriche.
I funghi, grazie alla produzione in enzimi ossidativi extracellulari, possono degradare diversi composti che risultano recalcitranti nei processi a fanghi attivi basati su consorzi batterici; tuttavia, i funghi non sono competitivi nelle condizioni ambientali tipiche dei biologici di trattamento delle acque reflue.
L'idea, mirata a superare questa limitazione, è integrare la strategia del bioarricchimento con biomassa fungina prodotta in situ nella filiera di trattamento convenzionale a fanghi attivi e di ottenere le condizioni necessarie alla crescita dei funghi in condizioni non sterili tramite un approccio sostenibile: la selezione e la crescita dei funghi in un reattore dedicato (side-stream) alimentato con i ricircoli della disidratazione dei fanghi.
Questo assicurerà un rapporto elevato tra composti recalcitranti e biodegradabili (per i batteri) e la possibilità di selezionare i funghi in un ambiente confinato e potendo controllare le condizioni di processo senza influenzare le condizioni di processo nella filiera di trattamento principale. La selezione di funghi verrà ulteriormente agevolata dall'utilizzo di carrier biodegradabili come supporto per la crescita.
La biomassa prodotta verrà utilizzata come inoculo per i reattori della filiera principale con l'obiettivo stimolare la formazione di un consorzio misto fungino e batterico.
Come compromesso tra l'esigenza di un supporto solido per facilitare la crescita dei funghi e la necessità di controllare la rimozione della biomassa, verrà utilizzato un reattore a biomassa adesa a letto rotante che consente di regolare flessibilmente gli sforzi di taglio sulla biomassa.
Questo approccio non è mai stato testato e presenta il potenziale di consentire la rimozione di composti recalcitranti e tossici dalle acque in modo sostenibile.
La strategia verrà testata in primo luogo su composti presenti nelle acque reflue conciarie e sui percolati di discarica; tuttavia un approccio analogo è applicabile anche nel trattamento dei reflui civili, nei quali l'utilizzo di biomassa fungina rappresenta una possibile soluzione per la rimozione di microinquinanti quali i distruttori endocrini.
Il progetto prevede la selezione di ceppi fungini, la valutazione delle condizioni operative e la descrizione delle condizioni di processo attraverso modelli matematici e con il supporto di test a scala banco e pilota.
Esso consentirà un consistente avanzamento dello stato dell'arte dell'applicazione dei funghi nell'ambito delle biotecnologie ambientali e per l'ingegneria degli ecosistemi applicata al trattamento delle acque.
Coordinatore nazionale: Dr. Giulio Munz (Dipartimento di Ingegneria civile e ambientale, Università di Firenze).
Responsabile di unità locale: Dr. Valeria Tigini (Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi, Università degli Studi di Torino).
Un numero crescente di evidenze illustra come la salute degli organismi multicellulari quali animali e piante si basi sulla loro stretta associazione con le comunità microbiche specializzate (microbiomi). A causa della loro interdipendenza, le piante e i loro microbiomi associati possono essere visti come "super-organismi " che potenziano reciprocamente il loro metabolismo. Nell'approccio riduzionista classico, le interazioni con microorganismi del suolo sono state studiate principalmente in una relazione binaria. Ad esempio, è stato dimostrato che l'associazione tra funghi micorrizici arbuscolari e le radici delle piante migliora la nutrizione minerale della pianta, fortifica quest'ultima contro stress biotici e abiotici e crea effetti sistemici positivi.
Negli ultimi anni, lo studio delle interazioni pianta-microorganismi del suolo ha giovato del approccio -omico: le innovative tecnologie di sequenziamento di nuova generazione (NGS) hanno rivoluzionato la nostra comprensione dell'ecologia della nicchie come acque e dei suoli e del loro funzionamento; mentre i codici a barre permettono ai ricercatori di valutare meglio la biodiversità, l'analisi su larga scala quali mRNA-Seq può rivelare il pieno profilo di trascrizione di uno o più organismi.
L'obiettivo principale di questa proposta è quella di combinare NGS, proteomica, metabolomica e genetica delle piante per dedurre i principi alla base delle interazioni pianta-microorganismi a livello di comunità. La pianta del pomodoro (Solanum lycopersicum) e i suoi biomi fungini strettamente associati saranno considerati come modello per tale studio. Infatti, oltre al suo genoma noto e al gran numero di strumenti genetici attualmente disponibili, il pomodoro rappresenta una priorità per l'economia italiana. Il settore dell'agricoltura ha bisogno di nuove scoperte finalizzate ad innovare e migliorare la qualità delle colture e la resa. I risultati del progetto potranno fornire nuove conoscenze scientifiche sull'impatto dei microbiomi sulle piante, come le piante formi attivamente i propri microbiomi, ma anche sulla formulazione di buone pratiche per l'utilizzo del microbioma per aumentare la salute delle piante in ambienti agricoli.
Il progetto, finanziato da Compagnia San Paolo e coordinato dalla Prof.ssa Paola Bonfante, vede la collaborazione di diversi enti di ricerca: Università degli Studi di Torino (Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi, Dipartimento di Scienza e Tecnologia del Farmaco, Dipartimento di Protezione e Valorizzazione delle Risorse Argoforestali), l'Università Calude Bernard Lyon 1 e il Consiglio Nazionale delle Ricerche.
In tale contesto, presso la MUT verrà analizzata la micoflora associata alle piante di pomodoro, in diverse condizioni ambientali e biologiche.
