Istituto di chimica biomolecolare (ICB)

Attività di ricerca

L'attività di ricerca dell'Istituto ha come oggetto composti di rilevanza biologica di diversa natura; tale attività si inserisce nel campo della chimica dei sistemi biologici con finalità sia di base che applicative. La missione dell'Istituto consiste nello studio chimico dei sistemi e dei processi biologici, con finalità di base ed applicative per la comprensione del livello molecolare e per nuove applicazioni tecnologiche. L'ICB opera nei campo della chimica bioorganica e della "chemical biology" con expertise nelle varie discipline della spettroscopia, della chimica strutturale e di sintesi, della biochimica, del modeling molecolare, della microbiologia, della farmacologia, della nutraceutica e della bioenergetica.

La sintesi delle molecole organiche:

Sintesi di molecole naturali e analoghi come target e 'start' per l'individuazione di composti bioattivi con potenziale farmacologico. Preparazione di glicolipidi immunomodulanti, di composti bifenilici antiossidanti e antitumorali, di peptidi e peptidomimetici. Sviluppo di nuove metodologie di catalisi asimmetrica e non, anche in accordo con i principi della Green Chemistry, funzionalizzazione di macrocicli e produzione di potenziale biodiesel.

Studio di procedure sintetiche catalizzate da enzimi isolati da micro- (batteri, funghi) eventualmente estremofili e macro-organismi (marini e terrestri) per la produzione e modifica di molecole eventualmente chirali impiegate come farmaci, agrochemicals e sintoni ad elevato valore sintetico. I biocatalizzatori impiegati sono: alcol-deidrogenasi, cloroperossidasi, glicosidasi e glicosintasi, lipasi, nitrilasi, nitrile idratasi-ammidasi.

Sviluppo di metodologie per reazioni asimmetriche con catalizzatori organometallici o organocatalizzatori. Sintesi di inibitori di caspasi, sintesi totale di tetraidroisochinoline e di Tolterodina; sintesi di diidropiridine, piperidine e di intermedi bioattivi di interesse farmaceutico.Ossidazione selettiva di polioli di origine naturale; studio di radicali e dei relativi meccanismi di reazione; antiossidanti; biocatalisi.

Il riconoscimento molecolare e le sue conseguenze biologiche

Studi per malattie genetiche e debilitanti: basi molecolari della patologia mediante studio delle relazioni struttura-attività di proteine e peptidi bioattivi, chaperone farmacologici, ruolo del sistema endocannabinoide. Comunicazione chimica tra batteri e inter kingdom communication. Tecnologie strumentali (analisi computazionale, EPR, HPLC, NMR) per lo studio avanzato delle strutture e delle interazioni.

Design, sintesi e studio delle proprietà di riconoscimento molecolare di composti a base calixarenica con l'obiettivo di ottenere nuove molecole utili per applicazioni in campo biomedico.

Screening di molecole su target enzimatici e recettoriali di rilevante interesse terapeutico. Modellazione di complessi ligando-proteina per studi di SAR. Progettazione razionale ed ottimizzazione di molecole bioattive. Progettazione e caratterizzazione dell'architettura tridimensionale di peptidi contenenti amminoacidi non proteici.


Le sostanze naturali: "piccole" molecole per "grandi" applicazioni

Studio del ruolo delle sostanze naturali come mediatori di processi biologici che influenzano l'abbondanza e la distribuzione delle specie in natura ed il funzionamento degli ecosistemi.

Identificazione di hit compounds con attività farmacologica e di molecole di interesse per l'industria agroalimentare e cosmetica da fonti marine e vegetali. Design e sintesi di nuovi leads di ispirazione naturale e di nuove classi di molecole bioattive. Progettazione razionale e screening di molecole in silico. Chaperone farmacologici per la cura di malattie genetiche. Caratterizzazione dell'attività antitumorale in vitro.

Identificazione di composti nutraceutici in matrici naturali complesse e loro utilizzo in ambito alimentare, cosmetico e farmaceutico. Valutazione di attività antiossidante di prodotti agroalimentari (freschi e trasformati) e progettazione di nuove varietà con caratteristiche nutrizionali migliorate. Utilizzo di piattaforme polifunzionali per l'enhanced delivery dei micronutrienti. Stabilizzazione di prodotti a base di frutta mediante l'utilizzo di molecole naturali funzionali. Realizzazione di nuovi bevande funzionali destinate ad un utilizzo nel settore HoReCa.

Progettazione, sintesi e caratterizzazione di composti fenolici polidrossilati come potenziali: a) Agrofarmaci sostenibili b) Recettori elettroattivi reversibili basati su "scaffols" bifenilici c) Antitumorali. d) Inibitori tirosinasi/laccasi. e) Antiossidanti. f) Ligandi recettore GABAa. g) Anti-misfolding proteico) h) Inibitori di micotossine. Sviluppo di metodologie di sintesi sostenibili. Preparazione di complessi con ciclodestrine.


I "profilers" delle biomolecole

Analisi di biomarker in matrici biologiche complesse per studi nel campo della ecologia marina e della biomedicina. Metabolomica, studi farmacocinetici e fitochimici. Studi strutturali e quantitativi di molecole di interesse farmacologico ed alimentare in matrici complesse. Profiling di endocannabinoidi e lipidi bioattivi implicati nelle patologie umane tramite approcci di lipidomica.

Identificazione e caratterizzazione di alterazioni genetico-molecolari in geni candidati coinvolti nella patogenesi di neoplasie solide (melanoma, carcinoma colon-retto, mammella). Identificazione e caratterizzazione di alterazioni citogenetiche convolte nella tumorigenesi. Studi traslazionali di associazione tra dati genetico-molecolari e parametri clinico-patologici. Studio dei meccanismi molecolari che sottendono patologie neurologiche (epilessie infantili) e muscolari (distrofie)

Utilizzo di modelli animali e cellulari per lo studio dei meccanismi molecolari modulati dai sistemi endocannabinoide ed endovanilloide nel controllo della patofisiologia della plasticità sinaptica e la cui de regolazione è alla base di numerose patologie neurologiche, tra cui epilessie, dolore neuropatico, distrofia Duchenne, obesità, dipendenze e patologie neurodegenerative e psichiatriche.



Sistemi e processi biologici

Produzione di biomasse microbiche convenzionali e non in sistemi fermentativi controllati; Sviluppo ed ottimizzazione di strategie di fermentazione; Uso degli scarti agro-industriali vegetali come substrati economici ed ecocompatibili di fermentazione; Isolamento e caratterizzazione chimica, biochimica e genetica di batteri estremofili come potenziale fonte di estremozimi, lipidi, antibiotici, polisaccaridi, polidrossialcanoati.

Sviluppo, ottimizzazione ed integrazione di bioprocessi per la produzione di bio-oli e bio-idrogeno; studi metabolici sulla regolazione dei pathway coinvolti nella produzione di vettori energertici; sviluppo di reazioni catalitiche efficienti, a basso impatto ambientale, e comprensione delle basi molecolari di tali processi; sviluppo di processo multicatalizzati "a cascata" per la messa a punto di processi sintetici.

Valorizzazione di scarti agro-industriali (dalla produzione di pomodoro, limone, carota, finocchio) come fonte rinnovabile di molecole di alto valore aggiunto (polisaccaridi, polifenoli e carotenoidi). Riutilizzo degli scarti come mezzo di coltura di batteri estremo fili per la produzione di enzimi di interesse biotecnologico.