Enhancing Photosynthesis

La fotosintesi è il processo mediante il quale la luce solare è convertita in potenziale chimico, utilizzabile dagli organismi, e rappresenta pertantp il sito primario si produzione energetica nella biosfera. In condizioni ottimali le relazioni di foto-conversione procedono con una resa quantica estremamente elevata (80-99%). Lo studio di questi sistemi biologici può quindi rappresentate un paradigma utile per l’implementazione di materiali e strategie che li imitino per applicazioni fotovoltaiche e fotocatalitiche. D’altro canto, in condizioni naturali, a causa di variabilità e fluttuazioni ambientali, la resa fotosintetica è generalmente più bassa di quella ottimale e questo può portare a una riduzione della produttività, soprattutto per quanto riguarda le colture agricole. Pertanto, lo studio dei processi, come la raccolta della luce e il controllo dell’efficienza di raccolta, potrebbe portare ad un miglioramento della produttività delle colture ed essere quindi vantaggioso dal punto di vista sociale.

Il progetto “Enhancing Photosintesi” si propone di affrontare alcuni di questi aspetti, studiando sia i fattori che influenzano la produttività delle colture/piante, sia i loro meccanismi molecolari, sia i meccanismi fondamentali di conversione dei fotoni nei fotosistemi con l’obiettivo di trasferire alcune delle loro caratteristiche in sistemi biomimetici artificiali.

Il progetto prevede inoltre lo sviluppo di una piattaforma spettroscopica (ottica) per lo studio dei processi fotosintetici sia in(super)complessi clorofilla-proteina isolati, sia in sistemi fotosintetici intatti così come in sistemi sintetici artificiali (anche allo stato solido). La strumentazione coprirà oltre ad un ampio intervallo temporale (dai femto ai millisecondi) anche una ambia banda spettrale (dal vicino UV al vicino IR). Questa piattaforma sarà basata sia su strumentazioni già esistenti presso il CNR Milano e al PoliMI,  le cui caratteristiche saranno sostanzialmente estese/implementate per renderle adatte allo studio di campioni molto diversificati e complicati da studiare a causa dell’elevata dispersione della luce che presentano. E’ fine del progetto rendere questo “hub” spettroscopico aperto che rappresenti una struttura di duratura che possa aggregare e promuovere la ricerca in fotosintesi, e su argomenti strettamente correlati, a livello regionale e possibilmente nazionale.

Development of a structural biology platform as part of the IBISBA European research infrastructure network

Protein function can be understood through protein structure. The structure of a protein can inform the design of modifications resulting in increase or reduction of activity, depending on the desired goal. The service we are developing is a structure determination pipeline (from gene to protein structure). The design of synthetic proteins needs both validation by structure determination and it need to be inspired by structures of the proteins – either the ones to be modified or the products of the initial stages of design.  The user will provide either the gene encoding the protein of interest, or vector/expression system and purification protocol for producing it recombinantly, or purified protein.  The service will provide either of the following deliverables:

• Crystal structure.
• Cryo-EM structure (for targets with Molecular Weight MW greater than 200 kDa).

DYE ART- In vivo incorporation of organic DYE to ARTificially enhance photosynthetic efficiency in green algae and cyanobacteria

Grazie a una maggiore efficienza di fissazione dell’anidride carbonica rispetto alle piante terrestri, le microalghe possono svolgere un ruolo fondamentale nella futura economia a basse emissioni di carbonio e il loro potenziale ha suscitato un crescente interesse da parte del mondo accademico e dell’industria per lo sviluppo di tecnologie di cattura e utilizzo della CO₂.

DYE ART mira alla sperimentazione di una nuova e promettente tecnologia basata su coloranti sintetici che agiscono come sistemi antenna artificiali per migliorare l’efficienza fotosintetica di alghe verdi e cianobatteri. L’obiettivo è quello di superare le attuali limitazioni della crescita autotrofa delle microalghe nei fotobioreattori, per rendere sostenibili i processi biotecnologici basati sulle microalghe, riducendo l’impronta di carbonio e aumentando la produttività complessiva.

DYE ART integra competenze multidisciplinari all’avanguardia nel campo della biologia, della biotecnologia e della fotonica. Il progetto si propone di caratterizzare, verificare e convalidare l’approccio delle antenne artificiali in due gruppi di microalghe – alghe verdi e cianobatteri – entrambi di importanza fondamentale per lo sviluppo di un’ampia gamma di processi biotecnologici e caratterizzati da una diversa configurazione dei complessi pigmento-proteina che raccolgono la luce.

BIO-ECO "Bioeconomy”

The BIO-ECO project, coordinated by the Department of Biology, Agriculture and Food Sciences of CNR, involves a multi-disciplinary team of researchers belonging to nine Institutes spread all over the country. IBBA activities cover:

• efficient use of natural resources and improvement of photosynthesis / resistance and tolerance of crop plants to abiotic stress (WP2);
• development and application of agricultural decision support systems (WP3);
• production of bioactive molecules from plants, microbes and plant cell cultures (WP4);
• aquatic freshwater plants and microalgae as alternative food sources (WP7).

CYAO-CYAnobacteria platform Optimised for bioproduction

The development of economically and environmentally sustainable strategies for the production of renewable fuels and chemical supplies is perceived as one of the most burning issues in modern society. In particular, the generation of bioproducts from renewable sources having high associated quality value is a core task of bioeconomy. The principal aims of the CYAO project are:

– the development of cyanobacterial strains having improved growth yield and biomass accumulation by the engineering of their light-harvesting capacity;

– the development of cyanobacterial strains producing and accumulating high levels of the antioxidant carotenoid astaxanthin (Asx);

– the evaluation of the feasibility of rainbow trout aquaculture in which the bioproduct Asx, extracted from the engineered cyanobacterial strains, is used as feed supplement.

sPATIALS3 - Improvement of agrifood productions and innovative technologies for a safer and more secure and sustainable nutrition

sPATIALS3 is a technological and research hub involving 12 CNR Institutes belonging to 4 different Departments and 4 companies. Main objectives will be: obtainment of innovative food products improved for their nutritional and functional properties; provision and implementation of precision technologies to guarantee products quality, safety and traceability; development of innovative and eco-sustainable smart– and active-packaging to minimize and reuse wastes, where possible, and to increase food preservability; provision to consumers and producers of tools for results exploitation.