EU-IBISBA - European Industrial Biotechnology Innovation and Synthetic Biology Accelerator

EU-IBISBA è un’infrastruttura di ricerca pan-europea dedicata alle biotecnologie industriali. che fornisce un unico punto di accesso ai ricercatori del mondo accademico e industriale di tutto il mondo per usufruire di servizi integrati per lo sviluppo end-to-end di bioprocessi. Unendo competenze europee e strutture di ricerca e sviluppo all’avanguardia, EU-IBISBA promuove la standardizzazione e le migliori pratiche in materia di dati come elementi fondamentali per la riproducibilità e l’interoperabilità dei servizi. In questo modo, IBISBA accelera la produzione e la traslazione di conoscenze all’avanguardia in innovazione per la bioproduzione.

IBISBA-IT costituisce il nodo italiano di EU-IBISBA, svolgendo un ruolo distinto in quattro settori chiave: Biologia Sintetica, Chimica Verde, Bioenergia Sostenibile e Alimenti Funzionali. IBISBA-IT contribuisce agli obiettivi generali di EU-IBISBA rafforzando la ricerca scientifica italiana nelle biotecnologie industriali, supportando le autorità nazionali e locali e promuovendo iniziative di formazione e istruzione.

PlanOVac - Plant-based bio-encapsulation strategies for oral veterinary vaccines

Il progetto vede l’ottimizzazione di strategie di bioincapsulamento di vaccini e farmaci utilizzando proteine di riserva dei semi di mais (zeine) come scaffold. Le zeine sono generalmente considerate sicure e possono anche fornire effetti adiuvanti per i vaccini.

VaTEP - Vacuolar Transport Equipment for Growth Regulation in Plant

Il tonoplasto (la membrana del vacuolo vegetale) svolge un ruolo centrale nella crescita della pianta e nell’omeostasi cellulare. Il network di ricerca VaTEP si è focalizzato sul ruolo di canali e trasportatori del tonoplasto per identificare le loro specifiche funzioni rispetto ai processi di sviluppo e crescita della pianta. Gli studi erano portati avanti in maniera interdisciplinare dai vari gruppi partecipanti e particolare attenzione era data alla formazione di giovani ricercatori.

Cambiamento climatico: mitigazione del rischio per uno sviluppo sostenibile

Il progetto ad ampio spettro prevede:

• lo studio degli impatti dei cambiamenti climatici sulla sostenibilità e produttività dei sistemi agricoli e strategie di adattamento;
• l’utilizzo della diversità genetica di specie agrarie per l’adattamento ai cambiamenti climatici;
• la produzione di un nuovo germoplasma con una maggiore tolleranza alla siccità, mantenendo quantità e qualità del seme;
• lo sviluppo di strategie volte a contrastare le condizioni ambientali avverse attraverso le conoscenze dei meccanismi preposti alla risposta delle piante agli effetti dei mutamenti climatici;
• l’ottenimento/identificazione di genotipi superiori e dei determinanti genetici per la tolleranza a stress abiotici (migliore efficienza d’uso dell’acqua, resistenza alle alte temperature) e nutrizionali (migliore efficienza d’uso dell’azoto);
• la sostenibilità dei sistemi di allevamento ed identificazione di regioni genomiche con effetto sull’adattamento in animali.

Sintesi e accumulo, in cellule vegetali, di proteine chimeriche per utilizzi biotecnologici

Servizio di ingegneria proteica: produzione di costrutti ingegnerizzati (plasmidi) e verifica della sintesi e dell’accumulo, in cellule vegetali, di proteine chimeriche per utilizzi biotecnologici.

PREP-IBISBA - Industrial Biotechnology Innovation and Synthetic Biology Accelerator - Fase Preparatoria

EU-IBISBA (Industrial Biotechnology Innovation and Synthetic Biology Accelerator) sostiene la ricerca nel campo delle biotecnologie industriali fornendo l’accesso a strutture di prima categoria per tutti i professionisti delle biotecnologie industriali. Nel 2018, questo concetto di infrastruttura di ricerca distribuita europea è stato inserito nella tabella di marcia del Forum strategico europeo sulle infrastrutture di ricerca. Una conseguenza immediata è stata l’ingresso del progetto nella fase di preparazione.

L’obiettivo del progetto di follow-up PREP-IBISBA, finanziato dall’UE, è quello di creare le condizioni affinché EU-IBISBA diventi un’infrastruttura di ricerca europea pienamente operativa nei prossimi anni. Il progetto aiuterà l’EU-IBISBA a definire un modello aziendale, a stabilire un piano finanziario a lungo termine e a identificare i quadri giuridici idonei a sostenerne il funzionamento

Determinazione della struttura del corpo proteico del mais, la gabbia del cibo

Il seme della pianta di granturco (Zea mays, detto anche mais) contiene zeine, proteine di stoccaggio del seme situate nel lume del Reticolo Endoplasmatico (ER) delle sue cellule. La principale proteina di stoccaggio del seme di mais, la Zea mays 27g-zeina (Zm27g-zeina), polimerizza nell’ER del seme di mais per formare grandi gabbie – che poi accumulano al loro interno altre proteine di stoccaggio del seme di mais, fornendo così un’impalcatura strutturale al corpo proteico (CP) che è la principale fonte di cibo del seme. L’N-terminus di Zm27g-zeina è necessario per la polimerizzazione che forma la gabbia PB – e il C-terminus della proteina si folda come un dominio di 2S-albumina – ma non sono disponibili strutture per l’intera proteina né per uno dei due domini separatamente. I modo in cui la Zm27g-zeina dà origine alla struttura molecolare della gabbia del CP è del tutto sconosciuto, comprese questioni quali la coesistenza intermolecolare Zm27g-zeina: interazioni covalenti e non covalenti tra monomeri di Zm27g-zeina  formano la gabbia del CP; ci sono pori nella gabbia del CP e, in caso affermativo, di quali dimensioni; o l’orientamento relativo dei termini N- e C- nel contesto della gabbia del CP completamente formata (i termini N-/C- di Zm27g-zeina sono all’interno del CP, o all’esterno, o entrambi? ). Queste domande sulla gabbia di Zm27g-zeina del CP sono molto importanti per le applicazioni nei campi della scienza alimentare, dell’espressione di proteine ricombinanti, della farmacologia e delle nanotecnologie. Risponderemo a queste domande utilizzando la microscopia confocale, la cristallografia a raggi X e la crio-EM.

PRIN 2022 PROSPER - PROtein interactome to sustain seed Storage Protein synthesis in the ER

La massiva sintesi di proteine ​​di riserva (SSP) durante lo sviluppo del seme causa un rapido aumento del carico di lavoro del meccanismo di ripiegamento (folding) proteico nel reticolo endoplasmatico (ER), innescando l’unfolded protein response (UPR), una via di segnalazione che mantiene la proteostasi dell’ER. Nonostante questo monitoraggio, una rilevante proporzione di SSP neo-sintetizzate viene subito degradata, suggerendo un fallimento nel folding che può essere esacerbato da condizioni ambientali avverse sempre più frequenti. Il principale sensore UPR nell’ER è la proteina chaperone BiP della famiglia delle HSP70. Interagendo competitivamente con polipeptidi unfolded e trasduttori di segnale, BiP regola l’UPR. Abbiamo mostrato che l’entità di interazione con BiP è specifica per ogni singola SSP (Brocca et al, Plant Physiol. 2021). BiP interagisce anche con gli altri fattori di folding dell’ER, ma le relazioni con la sintesi di SSP e la risposta allo stress sono tuttavia in gran parte sconosciute.

Utilizzando approcci proteomici e di biologia cellulare all’avanguardia, PROSPER mira a identificare quali elementi del macchinario di folding dell’ER svolgono un ruolo chiave nel sostenere la sintesi delle diverse SSP .

Il progetto fornirà conoscenze di frontiera per sviluppare nuove strategie per il miglioramento della qualità nutrizionale dei semi.

PNRR AGRITECH (SPOKE 1) - Plant, animal and microbial genetic resources and adaptation to climatic changes

La resilienza degli ecosistemi agricoli e forestali sotto condizioni stressanti generate dai cambiamenti climatici (CC) richiede la valorizzazione e lo sfruttamento delle risorse genetiche attraverso strategie di conservazione all’avanguardia, combinate con una caratterizzazione approfondita dei genomi e fenotipizzazione ad alto rendimento.

Le attività includeranno il sequenziamento massivo di accessi/razze/ceppi, una descrizione estensiva dei genomi basata su marcatori, l’elucidazione del (pan)genoma, la fenotipizzazione approfondita e la caratterizzazione multi-omics.

Le informazioni risultanti, processate attraverso metodi avanzati per l’analisi/interpretazione/archiviazione/gestione di dati complessi, metteranno in evidenza gli alleli/haplotipi superiori, identificheranno interazioni benefiche in una varietà di condizioni e definiranno unità di conservazione.

IBISBA 1.0 – Design Phase. Industrial Biotechnology Innovation and Synthetic Biology Accelerator

La finalità del progetto è quella di creare le basi per una futura infrastruttura di ricerca paneuropea per la biotecnologia industriale, la cui fattibilità sarà stabilita durante il progetto. L’obiettivo generale di IBISBA è supportare e accelerare l’adozione della biotecnologia industriale come tecnologia chiave per la produzione avanzata. Per fare ciò, IBISBA 1.0 fornirà una rete distribuita di infrastrutture di ricerca per promuovere la R&S nello sviluppo dei bioprocessi e per sostenere la bioeconomia. Le strutture coprono una varietà di ambiti e discipline sperimentali e in silico e insieme rappresentano il continuum di ricerca e sviluppo nell’intervallo da TRL2 a 6

PHARMAPLANT - Recombinant Pharmaceuticals from Plants for Human Health

Pharma-Planta è un progetto del VI Programma quadro EU, partito nel 2004 e finanziato dalla Commissione europea con 12 milioni di euro, che ha coinvolto 40 gruppi di ricerca appartenenti a 33 istituzioni di ricerca e industriali. Gli obiettivi del progetto sono:

• Produrre anticorpi ricombinanti in piante sviluppate secondo gli standard richiesti dai regolamenti (Good Manufacturing Practice, GMP), e sottoposte ai test pre-clinici di tossicità. Gli anticorpi ricombinanti anti-HIV sono attualmente in fase I di sperimentazione clinica.
• Sviluppare e definire nuove strategie per l’espressione di farmaci ricombinanti in pianta.
• Sviluppare metodiche di contenimento del rischio per farmaci ricombinanti prodotti in piante, sia per quanto riguarda l’impatto sulla salute umana che sull’ambiente.
• Costruire una piattaforma di produzione di farmaci basata sulle piante, rilevante per il mercato europeo.
• Definire ed attuare un programma coordinato per assicurarsi le proprietà intellettuali per facilitare la disponibilità dei farmaci ricombinanti essenziali derivati dalle piante ai paesi in via di sviluppo.

Individuazione di un test rapido per fattori antinutrizionali in farine proteiche vegetali

La ricerca prevede la messa a punto di un saggio rapido per la determinazione degli inibitori della tripsina in diverse matrici di soya (soya farina di estrazione, soya estrusa, soya proteica concentrata fermentata); la realizzazione di un saggio rapido per la determinazione degli allergeni in diverse matrici di soya; la caratterizzazione molecolare di n. 3 matrici di soya (soya farina di estrazione, soya estrusa, soya proteica fermentata).

Sviluppo di una piattaforma per biologia strutturale nella rete di infrastrutture di ricerca europee IBISBA

La funzione delle proteine può essere compresa attraverso la loro struttura. La struttura di una proteina può aiutare la progettazione di modifiche che comportano un aumento o una riduzione dell’attività, a seconda dell’obiettivo desiderato. La progettazione di proteine sintetiche ha bisogno sia di una convalida attraverso la determinazione della struttura, sia di essere ispirata dalle strutture delle proteine – sia quelle da modificare sia i prodotti delle fasi iniziali della progettazione.  Il servizio che stiamo sviluppando è una piattaforma che implementi il processo di determinazione della struttura (dal gene alla struttura della proteina). L’utente fornirà il gene che codifica la proteina di interesse, o il sistema di vettori/espressione e il protocollo di purificazione per produrla ricombinatamente, o la proteina purificata.  Il servizio fornirà uno dei seguenti risultati:

• – Struttura cristallina.
• – Struttura Cryo-EM (per target con peso molecolare MW superiore a 200 kDa).

PNRR ITINERIS - Italian Integrated Environmental Research Infrastructures System

Le sfide più critiche che la nostra società deve affrontare riguardano inquinamento, uso del suolo e cambiamenti climatici, con impatti diretti sulla biodiversità e sull’integrità degli ecosistemi, che richiedono risposte urgenti basate su conoscenze quantitative trasformabili in strategie operative.
Data la complessità di tali sfide, è indispensabile un approccio multidisciplinare al Sistema Terra, che integri misure di campo e di laboratorio, analisi sperimentali, gestione dei dati e strumenti di modellazione nei diversi domini ambientali interconnessi. In questo contesto nasce ITINERIS, una rete tematica che riunisce 22 infrastrutture di ricerca ambientale con l’obiettivo di creare un sistema integrato nazionale per l’osservazione e lo studio dei processi atmosferici, marini, della biosfera terrestre e della geosfera.

Nell’ambito del WP6 – Terrestrial Biosphere, IBBA-CNR contribuisce allo sviluppo di piattaforme armonizzate e distribuite per analisi metagenomiche, produzione di biomolecole e caratterizzazione strutturale e funzionale di proteine e peptidi. Il progetto prevede l’acquisizione e l’integrazione di strumentazioni ad alta tecnologia per il sequenziamento ad alta produttività, la coltivazione microbica e la purificazione e caratterizzazione di macromolecole.

Il progetto rafforza l’interoperabilità delle infrastrutture e la standardizzazione dei dati, in linea con la roadmap IBISBA-EU, sostenendo una visione innovativa e di lungo periodo della ricerca ambientale italiana ed europea.

sPATIALS3 - Miglioramento delle produzioni agroalimentari e tecnologie innovative per un’alimentazione più sana, sicura e sostenibile

Il progetto si configura come un HUB tecnologico e di ricerca che coinvolge 12 istituti CNR, appartenenti a 4 diversi Dipartimenti, e 4 aziende, i cui obiettivi sono: ottenere prodotti migliorati per le proprietà nutrizionali e funzionali; fornire e implementare tecnologie di precisione per garantire la sicurezza, la tracciabilità e la qualità dei prodotti; sviluppare smart– e active-packaging ecosostenibili e innovativi per minimizzare e recuperare, ove possibile, gli sprechi e aumentare la conservabilità degli alimenti; fornire al consumatore e alle aziende strumenti per la fruibilità dei risultati.

NUTRAGE - Nutrizione, Alimentazione & Invecchiamento Attivo

Con un approccio multidisciplinare, Nutrage si pone l’obiettivo di promuovere soluzioni e strategie per un invecchiamento attivo e in salute che mostra importanti ricadute sul futuro, benessere e coesione sociale del Paese. Le evidenze suggeriscono che l’alimentazione svolge un ruolo chiave nel favorire la prevenzione e il ritardo dell’insorgenza delle principali patologie legate all’invecchiamento della popolazione; pertanto il progetto intende sviluppare nuovi alimenti ad alto valore nutrizionale, nuovi regimi dietetici e programmi specifici di nutrizione personalizzata, e favorire nuovi percorsi a supporto della salute, benessere e sicurezza della popolazione più fragile. Obiettivi specifici del progetto sono:

• Sviluppo di (Bio)tecnologie agroalimentari
• Sviluppo di nuovi alimenti ad alto valore salutistico
• Tecnologie green per l’estrazione e la stabilizzazione di biocomposti
• Identificazione di biomarcatori precoci
• Strategie innovative per l’active and healthy aging
• Analisi integrata delle basi fisiopatologiche dell’invecchiamento
• Cultura ed educazione del cibo