De Rosa, Teresa (2026) Cyanobacteria for health, nutrition, and the environment. [Tesi di dottorato]

Documento PDF De_Rosa_Teresa_38.pdf Visibile a [TBR] Amministratori dell'archivio Download (7MB) | Richiedi una copia

Abstract

I cianobatteri occupano una posizione distintiva all’interfaccia tra monitoraggio ambientale e biotecnologia, fungendo sia da indicatori precoci di alterazioni della qualità delle acque sia da produttori rinnovabili di metaboliti bioattivi. L’obiettivo generale di questo progetto di dottorato è stato indagare e valorizzare questo duplice ruolo attraverso un quadro sperimentale e analitico integrato. Svolto nell’ambito dell’iniziativa EMBRC-UP (Unlocking the Potential for Health and Food from the Seas, https://dta.cnr.it/project/embrc-up/), lo studio combina strumenti avanzati di monitoraggio con la valorizzazione della biomassa cianobatterica per valutare questi microorganismi sia come bioindicatori dello stato di salute ambientale sia come bio-risorsa per il loro uso dei composti antiossidanti ed antinfiammatori. Il primo tema di ricerca ha riguardato lo sviluppo e l’applicazione della Fast Detection Strategy (FDS), un workflow che integra telerilevamento satellitare, rilevamento prossimale mediante drone, campionamento mirato in campo e analisi LC-HRMS/MS combinate con molecular networking. Questo approccio è stato applicato a un evento di fioritura cianobatterica nel lago d’Averno (Italia) nel 2022. Le immagini multispettrali ed i rilievi UAV hanno permesso di rilevare precocemente una fioritura rossa di Planktothrix rubescens e di documentarne il trasporto a valle dal lago vulcanico, attraverso il canale emissario, fino alle acque costiere del Golfo di Pozzuoli (Napoli). Le informazioni spaziali ottenute hanno guidato il campionamento in situ di acqua e mitili lungo la linea di costa interessata. Le analisi LC-HRMS/MS ad alta risoluzione, combinate con il tool bioinformatico feature-based molecular networking, hanno consentito l’identificazione rapida delle tossine caratteristiche della fioritura, anabaenopeptine A, B, F e oscillammide Y, non solo nell'acqua del lago ma anche in Mytilus galloprovincialis prelevati da un sito di acquacoltura locale. L’anabaenopeptina B, la più abbondante, ha raggiunto concentrazioni fino a 21 μg kg−1 nei tessuti dei mitili. Questo rappresenta la prima segnalazione di bioaccumulo di anabaenopeptine in bivalvi nel Mediterraneo e fornisce un’evidenza inequivocabile del trasferimento delle tossine lungo un continuum lago-costa. L’integrazione tra telerilevamento e molecular networking basato su spettrometria di massa tandem ha permesso una mappatura sinottica della fioritura, dall’ottica satellitare fino ai fingerprint molecolari delle tossine, dimostrando l’efficacia della combinazione di strumenti ambientali, analitici e bioinformatici per la sorveglianza delle fioriture cianobatteriche. I risultati evidenziano come i cianobatteri possano fungere da biotraccianti, consentendo la ricostruzione dei percorsi di esposizione e supportando la valutazione del rischio in un’ottica One Health. Il secondo tema di ricerca ha esplorato i cianobatteri come fonti sostenibili di composti con proprietà antiossidanti. La specie Anabaena flos-aquae UTEX 1444 è stata selezionata come organismo modello per valutare possibili applicazioni in campo nutraceutico e farmaceutico. Per questo studio, è stata applicata una strategia di coltivazione in microscala ed in condizioni di limitazione del ferro per indurre diversità chimica. Gli estratti di diversa polarità sono stati analizzati mediante LC-HRMS/MS non mirata e feature-based molecular networking. Gli estratti sono stati analizzati con saggi per valutare l’attività antiossidante. La frazione metanolica ha mostrato l’attività più elevata (RACI = 1.18). Le annotazioni MS/MS hanno rivelato che tale estratto contiene mono- e diacilgliceroli insaturi aventi catene polinsature C16 e C18, composti noti per attività di donazione elettronica e scavenging radicalico, che spiegano l’attività antiossidante riscontrata. Inoltre, estratti butanolici da colture in carenza di ferro contengono sinecobactine, siderofori di tipo idrossamico. Nel complesso, A. flos-aquae UTEX 1444 emerge come una biorisorsa cianobatterica di interesse nutraceutico. Dal punto di vista metodologico, questo studio ha adottato un flusso di lavoro sostenibile ed a basso impatto basato su coltivazioni in microscala e molecular networking per la dereplicazione dei metaboliti, riducendo tempi e consumo di risorse. Estendendo ulteriormente l'analisi di bioprospecting, un nuovo cianobatterio è stato isolato e caratterizzato dalla sorgente geotermica Bagni San Filippo, in Toscana. Denominato Tusconia apicata gen. et sp. nov. (ceppo TBCL 2401), questo cianobatterio filamentoso rappresenta un nuovo genere dell’ordine Oculatellales. Attraverso un approccio polifasico (sequenziamento del gene 16S rRNA, ITS e analisi morfologica), il ceppo è stato confermato come distinto, ed, in particolare, lo screening PCR di geni coinvolti nella biosintesi di tossine, quali microcistina, saxitossina, cilindrospermopsina e anatossina, è risultato negativo, indicando l’assenza delle principali vie biosintetiche note per le cianotossine. Le analisi chimiche e di bioattività hanno rivelato che Tusconia apicata produce estratti ricchi di pigmenti con significative proprietà antiossidanti e antinfiammatorie. L’ estratto acetonico, contenente carotenoidi, ha mostrato attività antinfiammatoria in vitro, riducendo in modo dose-dipendente la concentrazione di ossido nitrico in cellule RAW 264.7 stimolate con LPS senza indurre citotossicità. L’ estratto acquoso, ricco di ficobiliproteine, ha mostrato invece attività antiossidante, inattivando i radicali •NO e O2•⁻ in saggi chimici. Questi risultati evidenziano l’importanza biologica dei pigmenti cianobatterici e identificano T. apicata come una biorisorsa sicura e promettente per applicazioni antiossidanti e antinfiammatorie. Nel complesso, questa tesi mostra come i cianobatteri possano fungere sia da bioindicatori, supportando il rapido rilevamento degli HAB, il tracciamento delle tossine e la valutazione del rischio ambientale, sia da biorisorse, producendo estratti con attività antiossidanti e antinfiammatorie di interesse biotecnologico. Allo stesso tempo, integra strategie di monitoraggio, conoscenze sulla biodiversità cianobatterica e l’identificazione di fonti microbiche rinnovabili con metaboliti bioattivi.

Downloads

Actions (login required)

Modifica documento