RICERCA ITALIANA     

Meccanismi di comunicazione ed interazione dei batteri lattici negli ecosistemi alimentari: trascrittomica, proteomica e metabolomica

Università degli Studi di Bari

Abstract

Il presente progetto si propone di studiare, secondo un approccio di tipo trascrittomico, proteomico e metabolomico, i meccanismi di comunicazione ed interazione dei batteri lattici in alcuni ecosistemi alimentari. La comprensione di tali meccanismi è funzionale allo studio delle reti metaboliche di sistemi complessi in cui i microrganismi interagiscono in modo dinamico. Le Unità di Ricerca partecipanti al progetto studieranno le specie microbiche prevalenti di ecosistemi alimentari diversi: (i) “lievito naturale” per la produzione di lievitati da forno (U.R. I, Lactobacillus sanfranciscensis, Lactobacillus plantarum e Lactobacillus rossiae); (ii) mosti d’uva e vini (U.R. II, Lb. plantarum, Oenococcus oeni e Saccharomyces cerevisiae); (iii) siero innesto per la produzione di formaggio Parmigiano Reggiano (U.R. III, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis, Lactobacillus rhamnosus e Lb. plantarum); ed (iv) alimenti funzionali e slurry fecale per simulare gli effetti sulla composizione del microbiota intestinale (U.R. IV, Lactobacillus acidophilus, Lb. plantarum, Bifidobacterium longum e Bifidobacterium lactis). Ciascuna delle Unità di Ricerca metterà, inoltre, a disposizione del progetto competenze specifiche relativamente a: (i) profili di trascrizione (U.R. IV); (ii) livelli di espressione delle proteine citoplasmatiche (U.R. I); (iii) profili metabolici e molecole segnale (U.R. II); ed (iv) espressione di geni (U.R. III) coinvolti nei meccanismi di >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Marco Gobbetti Università degli Studi di BARI

Obiettivo del Programma di Ricerca

In generale, gli ecosistemi alimentari sono dominati da comunità microbiche complesse le cui azioni e stabilità sono marcatamente condizionate dalle interazioni e dai meccanismi di comunicazione cellulare. Lo studio dei meccanismi di interazione e comunicazione cellulare può consentire il controllo delle popolazioni microbiche e dei relativi processi. Il presente progetto propone lo studio di ecosistemi alimentari diversi caratterizzati da specifiche e complesse reti metaboliche nell’ambito delle quali i batteri lattici interagiscono in modo dinamico. In particolare, ogni Unità di Ricerca partecipante al presente progetto studierà uno specifico sistema alimentare: (i) “lievito naturale” per la produzione di lievitati da forno; (ii) mosti d’uva e vini; (iii) siero innesto per la produzione di formaggio Parmigiano Reggiano; ed (iv) alimenti funzionali e slurry fecale per simulare la composizione del microbiota intestinale. Batteri lattici dominanti nei diversi ecosistemi alimentari saranno oggetto di studio.
L’obiettivo generale di tutte le Unità di Ricerca consiste nell’acquisire informazioni sulle molecole e sui meccanismi che regolano le associazioni microbiche e coordinano la risposta a specifici segnali ambientali. Tale obiettivo sarà perseguito su basi di natura trascrittomica, proteomica e metabolomica, in funzione delle competenze complementari ed integrate di ciascuna Unità di Ricerca, e dovrà consentire, da un punto di vista applicativo, la gestione delle reti >>>

Risultati parziali attesi

RISULTATI ATTESI
Lo studio dei meccanismi di interazione e comunicazione cellulare dei batteri lattici negli ecosistemi alimentari costituisce una tematica trasversale che nell’ambito del presente progetto sarà sviluppata relativamente al “lievito naturale” per la produzione di lievitati da forno (U.R. I); mosti d’uva e vini (U.R. II); siero innesto per la produzione di formaggio Parmigiano Reggiano (U.R. III); ed (iv) alimenti funzionali e slurry fecale per simulare la composizione del microbiota intestinale (U.R. IV). L’approccio integrato sulla base di competenze di tipo trascrittomico, proteomico e metabolomico dovrà consentire in maniera coordinata, per ciascuno degli ecosistemi, la (i) definizione dei meccanismi di interazione e comunicazione cellulare; (ii) l’individuazione delle molecole e delle vie biosintetiche che presiedono alla loro regolazione; e (iii) la comprensione dei meccanismi di risposta di complessi microbici dinamici e disposti a formare reti metaboliche che influenzano la qualità, in senso lato, degli alimenti trasformati.

INTERESSE PER L’AVANZAMENTO DELLA CONOSCENZA
Lo studio delle interazioni microbiche e, soprattutto, dei meccanismi di comunicazione cellulare rappresenta una delle tematiche di ricerca di maggiore attualità nell’ambito della microbiologia di base ed applicata. Con particolare riferimento agli ecosistemi alimentari, vi è un'indubbia carenza di conoscenze ed alcuni quesiti di carattere generale e/o >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Recentemente, la comunità scientifica ha accettato il paradigma secondo il quale i meccanismi di comunicazione cellulare basati sulla sintesi di segnali extracellulari controllano le dinamiche delle popolazioni microbiche e le relative reti metaboliche in sistemi dinamici complessi (32). E’ stato dimostrato che diversi tratti salienti che connotano l’attività microbica (es. produzione di bioluminescenza, biofilm, virulenza, sintesi di batteriocine) sono il risultato di attività collettive coordinate. Il meccanismo di “quorum sensing” rappresenta una parte fondamentale dei processi di comunicazione cellulare (11, 38). Esso consente il monitoraggio della densità della popolazione e regola, conseguentemente, la tempistica delle attività comuni, sincronizzando l’espressione genica in funzione di un adattamento ambientale e metabolico a vantaggio di una specifica parte della popolazione. I batteri producono un ampio spettro di metaboliti secondari ed in risposta ai cambiamenti ambientali rilasciano una varietà di molecole. Le principali classi chimiche di composti associati ai meccanismi di “quorum sensing” includono oligopeptidi, acil-omoserina lattoni e LuxS/autoinduttori-2 e -3 (28). Recentemente, una nuova famiglia di molecole segnale, con una configurazione assimilabile ai 2(5H)-furanoni, è stata identificata nei batteri Gram positivi (9, 37, 44). I 2(5H)-furanoni sono per lo più rilasciati da cellule in fase stazionaria di sviluppo, dopo esposizione a stress ossidativi e/o >>>