Gli organismi marini sono molto sensibili a differenti stress ambientali e, di conseguenza, l'analisi delle risposte ai differenti tipi di agenti è molto importante, sia per la comprensione dei meccanismi di riparo implicati, che per la loro applicazione in studi sull'ambiente. Una recente linea di ricerca della Sezione "Biologia dello Sviluppo", ha studiato cellule ed embrioni di un invertebrato marino, utilizzandolo come sentinella dello stato di salute degli habitat marini. L'organismo scelto allo scopo, il riccio di mare è un sistema modello relativamente semplice, ma importante per saggiare: 1) sugli embrioni l'impatto sulla biologia dello sviluppo in relazione alla espressione genica, e 2) sulle cellule immuno-competenti gli effetti sulla espressione genica e sul danno al DNA. Queste ultime sono cellule contenute nella cavità celomatica del riccio di mare adulto, chiamate celomociti, studiate per molti decenni, ma solo recentemente usate nei nostri laboratori come bio-indicatori di stress. Grazie alla loro capacità di rispondere a traumi, invasione di corpi estranei o agenti citotossici, i celomociti sono stati considerati gli effettori immunologici del riccio di mare.
L'Istituto ha recentemente partecipato ad un Progetto Internazionale, 5° Programma R&S della Commissione Europea, intitolato: "Sviluppo e validazione sul campo di metodi bio-sensoristici per la misurazione degli effetti di inquinamento e radiazione solare UV in invertebrati marini ecologicamente e commercialmente importanti". Uno degli obiettivi di questo progetto multidisciplinare, che ha coinvolto laboratori di ricerca in Germania, Francia ed Ungheria, è stato quello di identificare i marcatori molecolari che sono attivati da stress chimici e/o fisici, allo scopo di utilizzarli per la stima dello stato di salute di invertebrati marini nei loro habitat naturali (spugne e ricci di mare) o in sistemi di acquicoltura (molluschi). A questo scopo sono stati utilizzati embrioni e cellule di invertebrati marini, esposti in laboratorio a metalli pesanti e/o radiazioni UV. In breve, durante i passati 4 anni sono state clonate e sequenziate nei nostri laboratori un certo numero di sequenze codificanti per geni specifici per proteine da stress, enzimi del riparo, antigeni del differenziamento, fattori di crescita e trascrizionali, molecole della matrice extracellulare. Anche grazie a queste sonde molecolari è stato possibile dimostrare ad esempio che se i celomociti di riccio di mare vengono esposti a metalli pesanti e/o radiazioni UV-B, essi esprimono alti livelli di proteine da stress, quantificate mediante WB, 2-D gel elettroforesi, RT-PCR. Negli embrioni è stato dimostrato che la variazione dei livelli di espressione, esaminata mediante analisi proteomica e genomica, è direttamente correlata alla quantità di anomalie nello sviluppo che si verificano dopo esposizione a metalli pesanti e/o radiazioni UV-B. E' molto interessante notare che, mentre gli effetti tossici sono microscopicamente rilevabili solo dopo 24 ore di esposizione all'agente inquinante, le analisi per Northern blot e RT-PCR rivelano un significativo incremento nell'espressione dei geni dello stress rispettivamente già a partire da 12 e 6 ore. Questo è un esempio di come i marcatori molecolari di stress identificati possano essere usati per studi applicativi come la determinazione degli effetti nocivi causati da agenti chimici e fisici in habitat marini contaminati.
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