Basi molecolari e cellulari della vita degli organismi (DBA.AD006)

Area progettuale

Dipartimento

Il rilievo

A quest'Area afferiscono proposte progettuali volte a definire le strutture biologiche e i meccanismi molecolari e cellulari alla base del funzionamento, della diversificazione e dell'evoluzione degli organismi viventi. Ne fanno parte gli studi tesi alla comprensione delle interazioni funzionali che si stabiliscono fra gli organismi, anche mediante l'utilizzo di sistemi modello. L'AP ha un valore sociale rappresentato dall'avanzamento delle conoscenze sulla vita degli organismi e dalla condivisione delle stesse dalla comunità scientifica internazionale, e un valore economico poiché, nel solco della ricerca fondamentale, può produrre applicazioni pratiche di grandissima importanza, impossibili tuttavia da prevedere al momento in cui la ricerca è intrapresa. Le conoscenze fondamentali acquisite e i modelli sviluppati, oltre al valore culturale e conoscitivo, potranno in particolare essere utili per il miglioramento della qualità, conservazione e sicurezza delle produzioni agroalimentari ed industriali, e per la salute umana. Altro punto di rilievo dell'AP è che essa si propone come "multidisciplinare"; vi afferiscono infatti ricercatori con competenze in diversi settori: la loro fruttuosa interazione può generare una rete complessa, di grande importanza per il DiSBA e per il CNR, e avere un forte impatto sui grandi temi della ricerca e dello sviluppo.

Obiettivi

L'Area Progettuale è finalizzata: allo studio dei meccanismi molecolari del metabolismo, della struttura e della funzione di macromolecole; all'analisi dei meccanismi alla base della vita della cellula e dei networks di trasduzione dei segnali molecolari a livello subcellulare, di tessuti, organi ed organismi; all'approfondimento dei meccanismi molecolari e cellulari di base responsabili delle interazioni funzionali che si stabiliscono fra gli organismi.
Gli studi avranno un approccio multidisciplinare e le sperimentazioni includeranno attività in silico, in vitro, ex vivo ed in vivo. Al fine di capire la complessità dei fenomeni biologici e interpretarli correttamente, gli studi si avvantaggeranno dell'utilizzo di organismi modello e di sistemi in vitro. Grazie alle disponibilità di piattaforme genomiche di supporto, le ricerche saranno condotte anche su specie di grande rilevanza agroalimentare, per sviluppare le conoscenze fondamentali sui fenomeni genetici ed epigenetici evolutisi in diversi ambienti ed in risposta a cambiamenti del clima.
Gli obiettivi principali sono i) ottenere e organizzare informazioni sulla biologia a livello molecolare, cellulare, di organismo e di sistema complesso, per poter aumentare le conoscenze biologiche nonché l'efficacia e la precisione delle indagini, anche al fine del miglioramento genetico; ii) promuovere una visione multidisciplinare e inter-regno della biologia delle strutture e dei processi biologici, attraverso lo scambio di dati, modelli e strategie investigative fra ricercatori operanti in diverse discipline e che lavorano su specie evolutivamente molto distanti. Infine, ma non ultimo, un obiettivo dell'AP è anche stimolare attività di outreach e organizzare eventi per la diffusione al grande pubblico della cultura scientifica nell'ambito delle Bioscienze.

Il quadro delle ricerche in ambito internazionale

Il grande valore della ricerca fondamentale di frontiera continua ad essere riconosciuto da numerose Grant Agencies internazionali, quali NIH, NSF e NIMGS negli USA; ERC e HFSP nella UE; Wellcome Trust e BBSRC nel Regno Unito; GFG in Germania; JST in Giappone. Queste agenzie prevedono finanziamenti dedicati alle ricerche curiosity-driven (R01-PAS-15-029; ERADbTB). Dipartimenti in prestigiosi Centri di Ricerca (Weizmann, Harvard, MRC, CNRS, Max Planck, Mendel Institute) sono dedicati specificamente alla ricerca fondamentale, il cui valore è stato sottolineato mediante documenti ufficiali di importanti organi competenti (THE FUTURE POSTPONED, MIT; The Value of Basic Research, White House Office of STP; The Scientific Century: Securing Our Future Prosperity, UK Royal Society; A New Biology for the 21st Century, NIH ed NSF; Strategic Research Agenda 2025 - ETP Plants for the Future). Sulla base del concetto che le scoperte scientifiche sono state e saranno la base per il progresso dell'umanità, questi rapporti sostengono che solo investendo sulla conoscenza si potranno affrontare e soddisfare le richieste della società ed essere competitivi. Anche la prima delle sette iniziative bandiera di H2020, l'Innovation Union, mira a migliorare le condizioni generali e l'accesso ai finanziamenti per la ricerca e l'innovazione, prevedendo in tutte le sue azioni che le Scienze della Vita occupino una posizione centrale.
Una parte dei progetti afferenti all'AP è caratterizzata dall'utilizzo di sistemi modello, universalmente riconosciuto come uno strumento importante nello studio di meccanismi molecolari e cellulari degli organismi viventi. In diversi Istituti internazionali specifici problemi biologici vengono affrontati utilizzando una gamma di sistemi modello (Uni. of Sheffield, Salk Inst., Queensland Brain Inst.). La concentrazione di tanti e variegati sistemi modello allinea l'AP ai più alti standard internazionali di ricerca fondamentale di frontiera.

Il quadro delle ricerche in ambito nazionale

Il crescente peso economico dei "Programmi di Ricerca e Sviluppo Regionali" e di quelli relativi allo "Sviluppo Industriale" ha legato sempre più la ricerca scientifica all'ottenimento di risultati con ricadute produttive a breve o brevissimo termine. Oltre a causare aspettative a volte irrealistiche, questa strategia spesso limita la propensione dei ricercatori a "rischiare" in progetti di frontiera. Nonostante questo quadro politico-ideologico, la biologia è stata riconosciuta dall'ultimo PNR del MIUR come uno degli elementi fondanti del progresso scientifico all'alba del terzo millennio, costituendo una priorità per tutti i sistemi di ricerca dei paesi avanzati e come tale anche nel nostro Paese. Tale visione comporta un approccio multidisciplinare, basato su progetti che abbiano come riferimento permanente l'oggettiva eccellenza, contraddistinta da un impatto scientifico internazionale, dal carattere innovativo della ricerca e dalla sua originalità. E' largamente condivisa l'idea che un'integrazione di portata così rilevante può essere promossa in maniera ottimale da un'Istituzione dal carattere spiccatamente multidisciplinare come il CNR, che può e deve rappresentare un punto di riferimento per l'intera comunità scientifica nazionale interessata allo studio delle Scienze della Vita. Alla ricerca fondamentale viene riconosciuto dal MIUR un ruolo rilevante, ed i finanziamenti ad hoc, seppure esigui, ne sono la prova (Fondo per gli Investimenti della Ricerca di Base). Il valore ed all'importanza della ricerca fondamentale sono anche riconosciuti da agenzie che finanziano ricerche applicate (Telethon, AIRC). In questo contesto si considera rilevante prendere atto che il CNR è molto probabilmente l'Istituzione di ricerca nazionale che concentra il maggiore know-how per la gestione e l'utilizzo di molteplici sistemi modello e di versatili approcci metodologici, sia per l'attività di ricerca sia per l'educazione alla ricerca.

Il posizonamento del Cnr

La missione principale dell'AP di aumentare le conoscenze fondamentali è un obiettivo che coincide con il primo fra i compiti del CNR definiti nello Statuto, ossia quello "di svolgere, promuovere, e valorizzare ricerche nei principali settori della conoscenza, perseguendo l'integrazione di discipline e tecnologie". Il CNR rappresenta una importante realta' per la ricerca fondamentale di biologia in Italia. La ricca e peculiare concentrazione di esperti in sistemi modello e più in generale di ricercatori attivi nella ricerca fondamentale, rappresentano un vantaggio che è necessario mettere a sistema e valorizzare. Le competenze dei ricercatori afferenti all'Area, e le conoscenze che sapranno accumulare sui meccanismi molecolari e cellulari che regolano diversi aspetti della vita degli organismi, possono agevolmente interagire in modo sinergico con le altre aree progettuali del DiSBA per trovare una loro valorizzazione nel trasferimento tecnologico ed un naturale sbocco più applicativo.
L'impatto che tali ricerche fondamentali rivestono in ambito nazionale ed internazionale è stato messo in luce dal processo di valutazione degli Istituti e dal numero e dalla qualità dei contributi che compaiono negli ultimi Highlights CNR pubblicati.

Le principali attvità svolte

Le principali attività svolte dai Ricercatori afferenti utilizzano approcci genetici, biochimici, biofisici, di ecologia funzionale, di genomica strutturale e funzionale, proteomici, bioinformatici, di biologia cellulare, molecolare e strutturale per lo studio dei meccanismi molecolari e cellulari che regolano la vita degli organismi. Alcuni studi sono condotti anche in agro-ecosistemi (o negli organismi animali o vegetali su cui si basano) di massima rilevanza economica e sociale, quali ad esempio le specie di grande interesse agricolo, le colture tradizionali ed alternative, gli animali d'allevamento. I ricercatori dell'AP utilizzano nei loro studi la maggioranza dei sistemi modello usati nella moderna biologia.
Le ricerche comprendono studi nelle seguenti aree tematiche:
a) Metabolismo e funzioni degli acidi nucleici. Studio dei meccanismi molecolari del metabolismo di DNA ed RNA: 1. stabilità, riparazione e modifiche del DNA; 2. regolazione dell'espressione genica; 3. agenti infettivi regolatori dei genomi; 4. epigenetica.
b) Biologia cellulare. Studio dei meccanismi alla base della vita della cellula: 1. metabolismo primario e secondario; 2. biogenesi e funzionamento delle strutture subcellulari; 3. evoluzione di comparti e di organelli semiautonomi; 4. proteostasi.
c) Trasduzione dei segnali. Studio dei networks di trasduzione dei segnali molecolari, a livello di cellule, tessuti, organi ed organismi: 1. sviluppo; 2. omeostasi cellulare; 3. differenziamento; 4. fisiologia.
d) Meccanismi molecolari e cellulari alla base delle interazioni tra organismi e con l'ambiente.

Le attività previste

Le attività previste sono riconducibili a tre grandi aree tematiche:
1. BIOLOGIA DELLE MACROMOLECOLE
Studio dei meccanismi molecolari del metabolismo, della struttura e della funzione di DNA, RNA e proteine: i) stabilità, riparazione e modifiche dei genomi; ii) regolazione dell'espressione genica; iii) regolazione dei genomi da parte di agenti infettivi, iv) struttura e interazione di proteine; v) proteostasi (sintesi, folding, targeting e smistamento intracellulare, stabilità, degradazione, aggregazione proteica); vi) attività di estremoenzimi, enzimi anti-ossidanti, inibitori di proteasi e molecole termostabili da organismi estremofili.
2. BIOLOGIA CELLULARE
Studio dei meccanismi alla base della vita della cellula e dei networks di trasduzione dei segnali molecolari a livello subcellulare, di tessuti, organi ed organismi: i) metabolismo primario e secondario; ii) biogenesi e funzionamento delle strutture subcellulari; iii) evoluzione di comparti e di organelli semiautonomi; iv) omeostasi cellulare; v) fertilità, sviluppo, differenziamento, organogenesi; vi) invecchiamento, infiammazione, degenerazione.
3. INTERAZIONI TRA ORGANISMI E TRA GLI ORGANISMI E L'AMBIENTE
Studio dei meccanismi molecolari e cellulari di base responsabili di: i) risposta evolutiva degli organismi in ambienti naturali estremi; ii) plasticità fisiologica degli organismi in ambienti naturali estremi; iii) risposta a fattori biotici ed abiotici; iv) interazioni tra microrganismi ed organismi pluricellulari; v) risposta immunitaria; vi) meccanismi di difesa di estremofili.

Area tematica

Scienze bio-agroalimentari

Parole chiave

Scienze della vita, Sistemi modello, Ricerca fondamentale

Progetti

Ultimo aggiornamento: 19/04/2024