RICERCA ITALIANA     

Nuova metodica per l'analisi della biodiversità: un’applicazione del pirosequenziamento allo studio degli organismi del suolo

Università degli Studi di Milano-Bicocca

Abstract

Lo studio della biodiversità richiama un sempre maggiore interesse nella comunità scientifica internazionale. Il presente progetto incontra questo interesse e si propone di introdurre una metodica innovativa per l’analisi della biodiversità: il sequenziamento ambientale di massa, sfruttando la tecnologia del pirosequenziamento. Questa metodica permette di analizzare parallelamente un elevato numero di campioni assicurando elevate performance di sequenziamento in un limitato lasso di tempo, fattori che rendono l’approccio particolarmente indicato per un’analisi ambientale estensiva. Da questo punto di vista riteniamo che il presente possa essere considerato un progetto guida per ricerche sulla biodiversità. Recentemente, infatti, si stanno moltiplicando progetti di ricerca con approccio metagenomico (i.e. un’analisi estensiva della componente genica generica di un ambiente): secondo i dati del Genomes OnLine Database, Release 2.0 (http://www.genomesonline.org/gold.cgi) sono ben 115 i progetti metagenomici attualmente in itinere. Tuttavia in questi progetti l’abbondanza di informazioni rende il trattamento dei dati molto complesso e costoso, spesso a scapito della capacità di processare campioni multipli e di una corretta analisi tassonomica del campione. Il metodo da noi proposto, concentrandosi solo su una parte delle informazioni genetiche ottenibili, permette di ottenere, a parità di sforzo, una processività più alta rispetto ad un approccio metagenomico e un’accuratezza >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Maurizio Casiraghi Università degli Studi di MILANO-BICOCCA

Obiettivo del Programma di Ricerca

La finalità principale del presente progetto è quella di utilizzare un approccio innovativo per lo studio della biodiversità, tramite un sequenziamento ambientale di massa, sfruttando la tecnica del pirosequenziamento, particolarmente indicata per un’analisi ambientale estensiva. La tecnologia da noi approntata sulla base del pirosequenziamento è particolarmente favorevole in tal senso in quanto consente di processare un elevato numero di campioni ambientali in un limitato lasso di tempo, permettendo di associare ciascuna sequenza prodotta alla regione geografica da cui proviene mediante un sistema di marcatura specifica per campione d’origine. Le sequenze così prodotte saranno assegnate alla specie d’origine mediante un sistema di classificazione automatico sviluppato nell’ambito del progetto.
Modello del nostro studio sarà la comunità biotica dei suoli delle foreste di castagno (Castanea sativa), dove per alcuni gruppi di organismi, ci si aspetta di trovare un livello di biodiversità tassonomica moderato rispetto ad altri ecosistemi forestali. Inoltre questo ambiente è diffuso su tutto il territorio nazionale ed è caratterizzato da un limitato impatto antropico dal punto di vista agronomico (non si effettuano ad esempio concimazioni, arature, sarchiature, ecc.) che potrebbe alterare la comunità biotica del suolo. Per la nostra ricerca non si è scelto di seguire un approccio metagenomico (i.e. un’analisi estensiva della componente genica generica di un ambiente), ma >>>

Risultati parziali attesi

Nel presente progetto di ricerca i risultati attesi sono i seguenti:

1) Sviluppo e validazione di un sistema innovativo di analisi della biodiversità.
Il risultato sarà conseguito tramite l’utilizzo di un pirosequenziamento ambientale di massa, prendendo come modello la comunità biotica dei suoli delle foreste di castagno e utilizzando alcuni gruppi tassonomici come riferimento (coleotteri carabidi, isopodi terrestri, nematodi e funghi ascomiceti).
Si sottolinea come questi risultati contengano un forte contenuto innovativo e svolgano il ruolo di progetto guida per ricerche di questo ambito. Oggi i campionamenti ambientali di massa su base molecolare sono spesso indirizzati ad approcci di tipo metagenomico (i.e. un’analisi estensiva della componente genica generica di un ambiente), un approccio in cui l’abbondanza di informazioni rende il trattamento dei dati molto complesso e costoso, spesso a scapito della capacità di processare campioni multipli e di una corretta analisi tassonomica del campione. Noi riteniamo che l’approccio da noi proposto possa fungere da ponte di congiunzione tra l’approccio classico allo studio della biodiversità (valido, ma spesso vincolato da ricerche molto dispendiose in termini di tempo e forza lavoro altamente qualificata impegnata) e quello metagenomico (un progetto necessariamente molto grosso e che comporta un ingente investimento economico). Questo è reso possibile dall’elevata processività della metodica >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La diversità biologica è la varietà e la variabilità degli organismi all’interno e tra le popolazioni. Questa variabilità si presenta ai diversi livelli della scala gerarchica del vivente, dagli ecosistemi alle comunità, dalle specie ai geni. Lo studio della biodiversità ha attratto numerose ricerche negli ultimi anni, sia per le ampie possibilità insite nel potenziale sfruttamento di organismi/derivati ancora non noti in ambito medico e tecnologico, sia per via dell’impatto umano sulla stessa. Tuttavia, nonostante molti studi, le nostre conoscenze sulla reale entità della biodiversità presente (e passata) sulla Terra, sulle dinamiche complesse che ne regolano l’evoluzione, sulle interazioni tra le sue diverse componenti, restano in buona parte oscure.
La caratterizzazione della biodiversità naturale si rifà ai conseguimenti conoscitivi di tre discipline: (a) la genetica che fornisce la descrizione dello stato della variazione intra ed interspecifica, (b) la sistematica che dà una rappresentazione organizzata delle differenze tra le specie di organismi e della loro storia evolutiva (filogenesi), e (c) l'ecologia che studia il funzionamento dei sistemi ambientali, nei quali diversità genetica e tassonomica si trovano naturalmente integrate.
La ricerca moderna implementa le metodologie tradizionali con innovazioni tecnologiche, e punta all'adozione di standard di studio e monitoraggio condivisi e definiti in ambito internazionale. Le metodiche della >>>