Fisiologia ambientale ed animale

Obiettivo principale è la comprensione dei meccanismi d'azione coinvolti nelle risposte neuro-endocrine ai fattori di stress ambientale e l'approfondimento delle conoscenze circa i possibili effetti sul controllo integrato delle funzioni cellulari e la espressione genica di vertebrati ed invertebrati acquatici.

L’interesse è rivolto principalmente ai fattori chimico-fisici correlati ai cambiamenti climatici (acidificazione e temperatura) ed ai “contaminanti emergenti” ossia interferenti endocrini e dei residui dei farmaci ad uso umano e veterinario ampiamente diffusi nell’ambiente e in grado di avere effetti biologici anche a basse dosi. Gli studi sono condotti a livello molecolare e cellulare (espressione genica e proteica, meccanismi di trasduzione del segnale, attività enzimatiche, etc.).

Le tecniche usate sono PCR, RNAseq, Western blotting, spettrometria e spettrofluorimetria, microscopia ottica e in fluorescenza. Inoltre, il gruppo svolge anche attività applicate ai fini del biomonitoraggio ambientale della salute. L’attività di ricerca su questi temi è svolta principalmente nella sede di Ravenna ed è focalizzata sulle seguenti tematiche:

Basi molecolari della risposta allo stress ambientale e della plasticità fisiologica degli invertebrati marini nello scenario dei cambiamenti climatici. Molti invertebrati marini vivono in ambienti (estuari, lagune costiere, acque intertidali) che sono tra i maggiormente interessati dagli effetti dei cambiamenti climatici in atto e dall’azione delle attività antropiche. La comprensione dei meccanismi di acclimatamento o di plasticità fisiologica (ovvero la capacità che hanno gli organismi viventi di modulare le proprie funzioni fisiologiche durante il ciclo vitale per far fronte alle variazioni ambientali) attivati da questi animali può fornire importanti informazioni sui potenziali impatti dei cambiamenti climatici sulla biodiversità marina. Questa attività di ricerca mira a identificare e caratterizzare i meccanismi che contribuiscono alla plasticità fisiologica di mitili e coralli sia in studi in campo che in studi di laboratorio in condizioni controllate, o utilizzando come laboratori naturali ambienti con caratteristiche peculiari. Sia mitili che coralli sono organismi calcificanti, ossia sono in grado di assorbire il carbonato di calcio dall’acqua di mare per formare scheletri (coralli) e conchiglie (mitili). I meccanismi di calcificazione vengono studiati a livello molecolare, valutando i profili trascrizionali di trasportatori ionici e proteine della matrice organica che regolano la precipitazione del carbonato di calcio, la formazione dei cristalli di minerale, e controllano le proprietà strutturali di scheletri e conchiglie, e a livello strutturale, valutando la porosità e altre caratteristiche micro-morfologiche.
Effetti fisiologici di contaminanti emergenti sugli organismi marini. L’attività di ricerca riguarda prevalentemente gli effetti dell’esposizione dei mitili (Mytilus galloprovincialis) a farmaci e microplastiche, sviluppata nell’ambito di progetti internazionali quali EU FP7 MEECE e JPI-Ocean PLASTOX. I farmaci sono molecole disegnate per produrre effetti biologici a basse dosi, agendo su specifici bersagli molecolari che, se evolutivamente e funzionalmente conservati, possono produrre effetti (specifici) correlati con il meccanismo di azione terapeutica, oppure effetti aspecifici legati all’attivazione dei meccanismi di risposta allo stress ambientale propri dei molluschi bivalvi. Gli endpoint biologici analizzati comprendono: mediatori della trasduzione del segnale AMPc/PKA dipendente, espressione di trascritti codificanti per recettori serotoninergici e per i trasportatori attivi (ABC transporters) del sistema MXR (Multixenobiotic resistance system), che sono regolati a livello trascrizionale attraverso meccanismi AMPc-dipendenti, alterazioni del sistema lisosomiale, risposte antiossidanti, effetti genotossici. Considerando che la maggior parte di questi meccanismi sono scarsamente studiati negli invertebrati, i risultati ottenuti hanno fornito un rilevante e originale contributo alla conoscenza della fisiologia cellulare dei bivalvi. Il gruppo svolge inoltre attività applicate all’ambiente marino-costiero attraverso azioni di biomonitoraggio mediante organismi sentinella (mitili) e biomarker (parametri fisiologici, biochimici, istologici modificati dai fattori di stress ambientali). Le microplastiche derivanti dalla dispersione di rifiuti in mare rappresentano un potenziale rischio per gli invertebrati marini, poiché le loro dimensioni si sovrappongono a quelle del plancton e delle particelle organiche di cui questi organismi si cibano. L’attività di ricerca mira a analizzare il rapporto tra l’esposizione dei mitili alle microplastiche, i tassi di ingestione, l’accumulo in determinati organi o tessuti, e la eventuale alterazione di processi fisiologici chiave, come la funzionalità dei sistemi citoprotettivi e del sistema immunitario in mitili adulti, e dei processi di sviluppo embrionale. Per quest’ultimo aspetto, le analisi si sono focalizzate sulle fasi precoci di sviluppo (fino a 48 ore dalla fecondazione: stadio di veliger, primo stadio larvale dotato di una conchiglia calcificata). Questi studi hanno anche permesso di ottenere nuove e preziose informazioni sui processi fisiologici attivi e la loro regolazione fino allo stadio di veliger. Ad esempio, è stata dimostrata la presenza e l’efficacia di meccanismi di protezione, come il sistema MXR, già nei primissimi stadi embrionali e la loro regolazione in stretta relazione con l’organogenesi e lo sviluppo del comportamento alimentare dell’animale. Altri processi fisiologici investigati sono i meccanismi di modulazione neuroendocrina e i processi di biomineralizzazione. Mediante microscopia a scansione elettronica sono stati studiati gli step di formazione della prima conchiglia calcificata e le alterazioni strutturali indotte dall’esposizione a contaminanti.
Effetti di contaminanti emergenti su cellule umane in coltura. Sulla base dell’esperienza relativa ai contaminanti emergenti presenti in ambiente, il gruppo svolge anche ricerche sulle alterazioni eventualmente prodotte da queste sostanze (bisfenolo A, ftalati, etc.) sulle cellule di trofoblasto umano, tessuto in attiva proliferazione durante il primo trimestre di gravidanza. Vengono studiati eventuali effetti sui processi di proliferazione, migrazione e infiammazione, e – a livello molecolare - il meccanismo d’azione utilizzato. Inoltre, il gruppo svolge analisi chimiche (HPLC-MS/MS) e biologiche (test di estrogenicità e genotossicità su cellule umane di ghiandola mammaria) per valutare la presenza e gli effetti di contaminanti emergenti, non sottoposti a limiti normativi, in acque destinate al consumo umano, sia durante che al termine dei processi di potabilizzazione.