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Unità di Scienze Biomolecolari, Genomiche e Biocomputazionali

Biomolecular, Genomic and Bioinformatic Sciences Unit

Attività

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L’unità di Scienze Biomolecolari, Genomiche e Bioinformatiche (USBGB) svolge attività di ricerca interdisciplinare nel contesto generale e unificante della Genomica e comprende gli ambiti scientifici relativi a Biochimica, Biologia Molecolare e Cellulare, Genetica, Microbiologia, Bioinformatica e Bio-Statistica. Gli studi condotti dai componenti dell’ USBGB spaziano dalla Genomica Funzionale alla Genomica Strutturale, ivi comprese la Genomica Evolutiva e la Filogenomica, fino alla “Systems Biology”- una disciplina in crescente espansione che coinvolge tutti gli aspetti più moderni della biologia, delle biotecnologie molecolari e cellulari e della bio-medicina con importanti ricadute anche di tipo applicativo.

Le ricerche dell’USBGB si caratterizzano per la capacità di coniugare ricerche biologiche di base con ricerche di carattere più applicativo negli ambiti della salute umana e delle biotecnologie.

Per quanto riguarda specificamente le ricerche di base, molti studi sono condotti in organismi modello per la comprensione di processi vitali fondamentali utilizzando in modo innovativo (e intensivo) approcci bioinformatici, metagenomici, molecolari e cellulari. Questi riguardano lo studio sia dell’informazione genetica in tutti i suoi molteplici aspetti: genomi, geni e polimorfismi ad essi associati, espressione genica (in particolare, trascrizione del DNA) e i processi regolativi (genetici ed epigenetici) che la controllano, proteine ed enzimi, anche in relazione alla funzionalità di cellule e organi/tessuti e alla loro alterazioni in diverse condizioni patologiche (e.g., malattie croniche e/o degenerative, trasformazione neoplastica e progressione tumorale, genotossicità).

Alcune ricerche di base si sono sviluppate in ricerche traslazionali di interesse biomedico volte a: i) realizzazione di vaccini ricombinanti anti-HPV, di librerie sintetiche di anticorpi a singola catena, di agenti teranostici e immunoterapeutici; ii) scoperta di inibitori di specifiche interazioni proteina-proteina con valenza farmacologico-terapeutica (e.g., antibiotici);  iii) creazione/validazione di sistemi modello per lo studio di patologie umane e per l’identificazione di molecole in grado di prevenirle o correggerle. Nell’ambito dell’innovazione biotecnologica, alcune linee di ricerca in ambito agro-alimentare sono specificamente dedicate al miglioramento genetico a fini produttivi di lieviti per uso industriale, alla generazione di probiotici e al controllo della produzione di tossine microbiche (e..g., aflatossine).

 

Settori Scientifico Disciplinari: BIO/06, BIO/08, BIO/10, BIO/11, BIO/18, BIO/19, SECS/S04

 

BARUFFINI E.

Studio di geni coinvolti nell'interazione e nella comunicazione fra ceppi vinari naturali di Saccharomyces cerevisiae mediante l'uso di tecniche colturali, genetiche e genomiche.

 

BARUFFINI E., C. DALLABONA, C. DONNINI, P. GOFFRINI, T. LODI

Studio dei meccanismi molecolari delle funzioni mitocondriali in lievito ed estensione del modello allo studio di patologie mitocondriali umane. Espressione e analisi funzionali in S. cerevisiae di mutazioni potenzialmente patologiche identificate in pazienti affetti da malattie mitocondriali al fine di  valutarne la patogenicità. Studio delle conseguenze a livello molecolare delle mutazioni. Ricerca di molecole in grado di annullare o ridurre i difetti fenotipici indotti dalle mutazioni mediante approcci di drug repositioning o con nuovi farmaci. Ricerca dei meccanismi di azione e del target molecolare delle molecole selezionate. Utilizzo di diversi modelli di lievito per studiare gli effetti (capacità antiossidante, antimutagena sul mtDNA, antinvecchiamento) di composti naturali e/o di sintesi.

 

BOLCHI A.

Progettazione e selezione di anticorpi ricombinanti a singola catena (‘nanobodies’) a partire da genoteche combinatoriali semi-randomiche basate su uno ‘scaffold’ artificiale. Sviluppo di diverse strategie per la funzionalizzazione dei ‘nanobodies’ volte a consentirne l’utilizzo come strumenti immuno-diagnostici avanzati.

 

BOLCHI A., S. OTTONELLO

Progettazione, caratterizzazione chimico-fisica e validazione funzionale di vaccini ricombinanti termostabili, prodotti anche sotto forma di nanoparticelle iper-immunogeniche, sia per scopi preventivi che terapeutici. Da alcuni anni il principale target è la proteina L2 di HPV, ma vengono perseguiti anche altri antigeni di interesse diagnostico/profilattico, unitamente a nuove formulazioni vaccinali (e.g., polveri inalabili).

 

BUSCHINI A.

Profilo tossicologico, geno-tossicologico ed epi-genotossicologico di contaminanti ambientali, molecole farmacologicamente attive e alimenti. Studio della relazione struttura/attività di composti di nuova sintesi ad attività antitumorale o antibiotica. Studio della relazione tra varianti genetiche o epigenetiche ed insorgenza/evoluzione di malattie complesse (infertilità idiopatica e patologie ischemiche).

 

DE IASIO S.

Variazioni dei caratteri antropometrici nei coscritti piemontesi ed emiliani durante la transizione epidemiologica, nel passaggio dal sistema sanitario dominato dalla mortalità a quello caratterizzato dalla morbosità. Determinazione dello stato di salute dei militari del XIX secolo attraverso i "fogli matricolari" individuali

 

DIECI G.

Le attività di Ricerca sono rivolte a diversi aspetti della regolazione genica eucariotica sia attraverso studi biochimici di meccanismo sia mediante approcci di genomica funzionale: i) biogenesi e funzione di ncRNA; ii) trascrittomica di retrotrasposoni umani in condizioni normali e patologiche; iii) controllo epigenetico dell’espressione dei retrotrasposoni; iv) controllo trascrizionale della biogenesi dei ribosomi in lievito.

 

DONNINI C.,  M.  MANFREDINI

Genetica ed Epigenetica dei comportamenti additivi. Identificazione, mediante modelli statistici di tipo Hazard Models, dei fattori di rischio nello sviluppo della drug addiction, con particolare attenzione al ruolo di fattori di natura genetica, epigenetica e ambientale.

 

FERRARI D.

Sviluppo di nuove procedure analitiche separative per la determinazione, in spettrometria di massa, di farmaci (antibiotici, antu-HIV, anti-HCV) in campioni di plasma umano.

 

GOFFRINI P.

Miglioramento genetico di lieviti per le fermentazioni industriali. Selezione di mutanti alto-produttori di metaboliti primari. Fermentazioni  microbiche per il recupero di sottoprodotti di lavorazioni industriali.

 

LUNGHI P.

Lo studio dei tumori del sangue (in particolare,  leucemia e mieloma multiplo) con l’ identificazione di pathways e meccanismi molecolari coinvolti nella farmacoresistenza ai chemioterapici convenzionali e ai farmaci a bersaglio molecolare, il superamento della farmacoresistenza attraverso lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche e la valutazione della loro efficacia in modelli preclinici in vitro ed in vivo.

 

MANFREDINI M.

Analisi dei processi demografici in popolazioni storiche e contemporanee: relazione tra variabili economiche, di struttura familiare e demografiche. Studi su salute e “living standards” in popolazione del passato, e sua evoluzione.

 

MONTANINI B. 

Sviluppo di una nuova piattaforma di drug discovery basata su Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET) in cellule ingegnerizzate di lievito. Applicazione della piattaforma BRET all’identificazione di inibitori di interazioni proteina-proteina di interesse biomedico, con particolare riferimento a nuovi composti antibatterici.

 

MONTANINI B., S. OTTONELLO

Analisi trascrittomica e altri approcci di genomica funzionale applicati allo studio di patologie virali croniche umane (HBV, HCV), alla scoperta di nuovi biomarker e potenziali target terapeutici in modelli animali di patologie respiratorie croniche e acute, alla caratterizzazione molecolare di modelli di stress proteotossico in lievito, e allo studio di funghi filamentosi simbiotici di marcato interesse ambientale e commerciale.

 

OTTONELLO S.

Saggi funzionali in cellule di lievito e di mammifero ingegnerizzate per l’espressione di polipeptidi amiloidotici proteotossici, finalizzato all’identificazione di metaboliti umani di derivazione polifenolica e di altri composti naturali o sintetici in grado di favorire la proteostasi, riducendone la citotossicità.

 

PAVESI A.

Lo studio dei geni sovrapposti in virus riguarda la loro genealogia (identificazione del gene ancestrale e del gene di nuova origine), la loro particolare composizione in basi e amino acidi e il loro meccanismo di evoluzione (simmetrico o asimmetrico).

 

PERACCHI A.

Funzione ed evoluzione di macromolecole biologiche catalitiche: enzimi proteici, ribozimi (RNA catalitici) e deossiribozimi (DNA catalitici), e loro applicazioni. Studi enzimologici e di
distribuzione genomica degli enzimi dipendenti dal cofattore piridossale fosfato. Studi sulla promiscuità catalitica degli enzimi e del relativo contributo al metabolismo 'underground'.

 

PERCUDANI R.

Messa a punto di metodi bioinformatici per l’identificazione di associazioni funzionali tra geni. Predizione bioinformatica e validazione sperimentale della funzione di proteine ipotetiche.

 

PERRIS R.

Ruolo del proteoglicano Glypican-5 nel controllo della formazione e progressione tumorale tramite indagini in vitro ed in modelli di tumorigenesi nel topo (incluso modelli transgenici). Ruolo del proteoglicano NG2/CSPG4 nel controllo della formazione e progressione tumorale e quale bersaglio per lo sviluppo preclinico di agenti teranostici e immunoterapici. Sviluppo di nuovi agenti immunoterapici contro patologie ematologiche mediante un approccio di “reverse immunoproteomics”.

 

RESTIVO F.M.

Studio dei fattori di controllo della biosintesi delle aflatossine e dei processi differenziativi nel fungo Aspergillus flavus e ricerca di possibili bersagli molecolari su cui progettare nuove molecole ad azione antitossigenica.

 

RIVETTI C.

Studio delle interazioni proteina-DNA nei sistemi di trascrizione batterica. Analisi del nucleoide batterico mediante microscopia ibrida AFM e fluorescenza. Studio dell’interazione di complessi metallici antitumorali con il DNA. Applicazioni della microscopia AFM per lo studio di surfattanti polmonari. Analisi degli effetti di tossine proteiche prodotte da ceppi batterici cresciuti in condizioni di stress.

 

TURRONI F.

Studio del microbiota intestinale, tramite l’impiego di approcci metagenomici e di genomica funzionale. Studio della biologia dei bifidobatteri e dei batteri probiotici tramite approcci di genomica e genomica funzionale mediante modelli in vitro che in vivo.

 

VENTURA M.

Genomica microbica con specifico interesse relativamente ai bifidobatteri e alla loro interazione con l'ospite umano e con altri membri del microbiota intestinale. Valutazione della composizione microbica di comunità batteriche complesse e della loro funzionalità mediante approcci metagenomici in uomo, animali di allevamento e di compagnia, e in vari alimenti. Bionformatica microbica.

 

Pubblicazioni  selezionate

Balducci C, Santamaria G, La Vitola P, Brandi E, Grandi F, Viscomi AR, Beeg M, Gobbi M, Salmona M, Ottonello S, Forloni G. 2018. Doxycycline counteracts neuroinflammation restoring memory in Alzheimer's disease mouse models. Neurobiology Aging 70:128-139

Bosio MC, Fermi B, Spagnoli G, Levati E, Rubbi L, Ferrari R, Pellegrini M, Dieci G. 2017. Abf1 and other general regulatory factors control ribosome biogenesis gene expression in budding yeast. Nucleic Acids Res 45(8) 4493-4506.

Del Dotto V, Fogazza M, Musiani F, Maresca A, Aleo SJ, Caporali L, La Morgia C, Nolli C, Lodi T, Goffrini P, Chan D, Carelli V, Rugolo M, Baruffini E, Zanna C. 2018. Deciphering OPA1 mutations pathogenicity by combined analysis of human, mouse and yeast cell models. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis. 1864(10):3496-3514. doi: 10.1016/j.bbadis.2018.08.004.

Dong H, Manfredini M, Kurosu S, Yang W, Lee JZ. 2017. Kin and Birth Order Effects on Male Child Mortality: Three East Asian Populations, 1716-1945. Evolution and Human Behavior, 38: 208-216. doi:10.1016/j.evolhumbehav.2016.10.001

Ferrari D, Spagnuolo V, Manca M, Bigoloni A, Muccini C, Banfi G, Locatelli M, Castagna A. 2018. Increased dose of dolutegravir as a potential rescue therapy in multi-experienced patients. Antivir Ther. 2018 Oct 24. doi: 10.3851/IMP3275.

Gerra MC, Jayanthi S, Manfredini M, Walther D, Schroeder J, Phillips KA, Cadet JL, Donnini C. 2018. Gene variants and educational attainment in cannabis use: mediating role of DNA methylation. Translational Psychiatry. 8:23. doi: 10.1038/s41398-017-0087-1.

Friederich MW, Timal S, Powell CA, Dallabona C, Kurolap A, Palacios-Zambrano S, Bratkovic D,….., Fernández-Moreno MA, Baris HN, Donnini C, Minczuk M, Rodenburg RJ, Van Hove JLK. 2018. Pathogenic variants in glutamyl-tRNAGln amidotransferase subunits cause a lethal mitochondrial cardiomyopathy disorder. Nature Communication. 9:4065. doi: 10.1038/s41467-018-06250-w.

Legati A, Reyes A, Ceccatelli Berti C, Stehling O, Marchet S, Lamperti C, Ferrari A, Robinson AJ, Mühlenhoff U, Lill R, Zeviani M, Goffrini P, Ghezzi D. 2017. A novel de novo dominant mutation in ISCU associated with mitochondrial myopathy. Journal of Medical Genetics, pii: jmedgenet-2017-104822. doi: 10.1136/jmedgenet-2017-104822.

Mazzera L, Lombardi G, Abeltino M, Ricca M, Donofrio G, Giuliani N, Cantoni AM, Corradi A, Bonati A, Lunghi P. 2013. Aurora and IKK kinases cooperatively interact to protect multiple myeloma cells from Apo2L/TRAIL. Blood. 122:2641-53. doi: 10.1182/blood-2013-02-482356.

Milani C, Mangifesta M, Mancabelli L, Lugli, GA, James K, Duranti S, Turroni F, Ferrario C, Ossiprandi MC, van Sinderen D, and Ventura M. 2017. Unveiling bifidobacterial biogeography across the mammalian branch of the tree of life. ISME J. 11(12):2834-2847.

Murat C, Payen T, Noel B, Kuo A, Morin E, Chen J, Kohler A, Krizsán K, Balestrini R, Da Silva C, Montanini B et al. Pezizomycetes genomes reveal the molecular basis of ectomycorrhizal truffle lifestyle. Nature Ecol Evol. (2018) 2: 1956-1965

Oh J, Liuzzi A, Ronda L, Marchetti M, Corsini R, Folli C, Bettati S, Rhee S, Percudani R.  2018. Diatom Allantoin Synthase provides structural insights into natural fusion protein therapeutics. ACS Chem Biol. 13(8):2237-2246. doi:10.1021/acschembio.8b00404.

Orrù A, De Iasio S, Frederic P, Girotti M, Boano R, Sanna E. 2018. Spatial diffusion of surnames by long transhumance routes between highland and lowland: A study in Sardinia. Homo, 69:127-138, https://doi.org/10.1016/j.jchb.2018.06.006

Pavesi A, Vianelli A, Chirico N, Bao Y, Blinkova O, Belshaw R, Firth A, Karlin DG. 2018. Overlapping genes and the proteins they encode differ significantly in their sequence composition from non-overlapping genes.  PloS One  13, e0202513.

Peracchi A. 2018. The limits of enzyme specificity and the evolution of metabolism. Trends in Biochemical Sciences. 43: 984-996.

Pitayu L, Baruffini E, Rodier C, Rötig A, Lodi T, Delahodde A. 2016. Combined use of Saccharomyces cerevisiae, Caenorhabditis elegans and patient fibroblasts leads to the identification of Clofilium tosylate as a potential therapeutic chemical against POLG-related diseases.  Human Molecular Genetics 25:715-727  doi: 10.1093/hmg/ddv509

Pouyanfard S, Spagnoli G, Bulli L, Balz K, Yang F, Odenwald C, Seitz H, Mariz FC, Bolchi A, Ottonello S, Müller M. 2018. Minor Capsid Protein L2 Polytope Induces Broad Protection against Oncogenic and Mucosal Human Papillomaviruses. J Virology 92: e01930-17

Roncarati D, Pelliciari S,  Doniselli N, Maggi S, Vannini A, Valzania L, Mazzei L, Zambelli B, Rivetti C,  Danielli A. 2016. Metal-responsive promoter DNA compaction by the ferric uptake regulator”. Nature Communication. 7: 12593. doi: 10.1038/ncomms12593.

Serra O, Frazzi R, Perotti A, Barusi L, Buschini A. 2018. Use of FTA® classic cards for epigenetic analysis of sperm DNA. Biotechniques. 642:45-51. doi: 10.2144/btn-2017-0101.

Tamburini E, Dallatomasina A, Quartararo J, Cortelazzi B, Mangieri D, Lazzaretti M, Perris R. 2018. Structural deciphering of the NG2/CSPG4 proteoglycan multifunctionality. FASEB J.  14:fj201801670R.

Turroni, F., Milani, C., Duranti, S., Mancabelli, L., Mangifesta, M., Viappiani, A., Lugli, G.A., Ferrario, C., Gioiosa, L., Ferrarini, A., Li, J., Palanza, P., Delledonne, M., van Sinderen, D., and Ventura, M. 2016. Deciphering metabolic interactions of bifidobacteria and its impact on gut microbiota by a multi-omics approach. ISME J. 10(7):1656-68.

Zani C, Bisceglie F, Restivo FM, Feretti D, Pioli M, Degola F, Montalbano S, Galati S, Pelosi G, Viola GVC, Carcelli M, Rogolino D, Ceretti E, Buschini A. 2017. A battery of assays as an integrated approach to evaluate fungal and mycotoxin inhibition properties and cytotoxic/genotoxic side-effects for the prioritization in the screening of thiosemicarbazone derivatives. Food Chem Toxicol. 105:498-505. doi: 10.1016/j.fct.2017.05.008.

 

 

Progetti

Ultimo aggiornamento: 27/02/2019 12:32
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