Laboratorio di Microbiologia degli estremofili ed Enzimologia

Laboratorio di Microbiologia degli estremofili ed Enzimologia - Istituto di Bioscienze e BioRisorse (IBBR - UOS Napoli) del Consiglio Nazionale delle Ricerche.

Referente: Beatrice Cobucci-Ponzano 

Progetti del Laboratorio di Microbiologia degli estremofili ed Enzimologia

​Il nostro gruppo partecipa al progetto “Vita nello Spazio: origine, presenza, persistenza della vita nello spazio, dalle molecole agli estremofili”, finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana (2018-2021). Nell’ambito di questo progetto il laboratorio è Responsabile dell’Unità “Geni interrotti in Archaea estremofili per lo studio dell’evoluzione del codice genetico e dei limiti della vita”. Lo studio degli Archaea estremofili è di notevole interesse per comprendere l'evoluzione della vita sulla Terra ed ha forti implicazioni astrobiologiche. Infatti, esopianeti caratterizzati da ambienti estremi potrebbero ospitare, o aver ospitato, organismi estremofili. Pertanto, un approccio realistico per esplorare l'origine e l'evoluzione della Vita nell'Universo è studiare gli estremofili che popolano oggi la Terra. In quest’ottica, lo studio della genetica molecolare degli Archaea estremofili permette di comprendere aspetti fondamentali sull’origine della vita, come l’evoluzione del genoma e della trasmissione dell’informazione genica. Sempre maggiori evidenze suggeriscono che la flessibilità del codice genetico è un tratto selezionato durante l'evoluzione e che i geni interrotti potrebbero fornire un vantaggio evolutivo in condizioni estreme, espandendo i limiti della vita. In campo astrobiologico, lo studio dei geni interrotti negli organismi estremofili in condizioni di stress e spaziali simulate è di grande interesse per lo studio dell’evoluzione del codice genetico e dei limiti della vita.

Partecipazione al Progetto ECMB finanziato da ASI.

Il nostro laboratorio ha partecipato al Progetto"Esobiologia e ambienti estremi: dalla Chimica delle Molecole alla Biologia degli Estremofili", Finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana(2014-2016). In particolare, il nostro gruppo si è occupato di comprendere i meccanismi post-traduzionali di stabilizzazione di proteine archaeali e quelli di regolazione dell'espressione genica negli organismi estremofili.  I risultati ottenuti hanno consentito di isolare e caratterizzare nuovi enzimi termostabili presumibilmente coinvolti nella glicosilazione delle proteine dell’archeobatterio ipertermofiloSaccharolobus solfataricuse con interessanti ricadute biotecnologiche per la sintesi di oligosaccaridi di interesse biomedico. Inoltre, durante questo progetto sono state gettate le basi per lo studio dei meccanismi di regolazione dell’espressione dei geni interrotti in questi microrganismi. Infine, è stata effettuata una campagna di campionamenti a cadenza settimanale allo scopo di valutare le differenze nel microbioma della solfatara Pisciarelli in relazione ai cambiamenti chimico-fisici della pozza dimostrando chiaramente che ambienti come questi, ritenuti tipicamente “statici”, subiscono grosse variazioni nel microbioma dovute sia alle condizioni chimico-fisiche dell’ambiente che ad eventi geologici. Le ricadute astrobiologiche hanno riguardato lo studio dei meccanismi molecolari alla base dei limiti della vita in condizioni estreme.

Partecipazione alla costituzione della infrastruttura pan-europea di biotecnologie industriali IBISBA

Il nostro gruppo partecipa attivamente a due progetti europei in qualità di responsabile dei WP di “Comunicazione e Disseminazione” nei progetti “Industrial Biotechnology Innovation and Synthetic Biology Accelerator (IBISBA 1.0)” - H2020-INFRAIA(2017-2021)e “PREP-IBISBA” - H2020 INFRADEV(2020-2024), per la costituzione della infrastruttura pan-europea di ricerca e innovazione EU-IBISBA, riconosciuta dall'ESFRI, che mira principalmente a sostenere le biotecnologie industriali europee ed a promuovere la transizione verso una bioeconomia circolare. A livello nazionale, il nostro laboratorio coordina i laboratori congiunti ProtEnz ed IBISBA-IT che coinvolgono diversi istituti ed università italiani allo scopo di promuovere EU-IBISBA.

Lo scopo di EU-IBISBA è quello di costruire un’infrastruttura di ricerca integrando le competenze delle discipline scientifiche dei diversi partner europei afferenti all’infrastruttura. I servizi offerti da EU-IBISBA potranno essere utilizzati anche per studi in campo astrobiologico. Infatti, tra le competenze scientifiche presenti in EU-IBISBA, per esempio, il nostro laboratorio è stato riconosciuto quale punto di riferimento per lo studio degli organismi estremofili.

Our group participates in the project "Life in Space: origin, presence, persistence of life in space, from molecules to extremophiles", funded by the Italian Space Agency (2018-2021). As part of this project, the laboratory is responsible for the Unit "Interrupted genes in extremophile Archaea for the study of the evolution of the genetic code and the limits of life". The study of extremophile Archaea is of considerable interest for understanding the evolution of life on Earth and has strong astrobiological implications. In fact, exoplanets characterized by extreme environments could host, or have hosted, extremophile organisms. Therefore, a realistic approach to exploring the origin and evolution of Life in the Universe is to study the extremophiles that populate the Earth today. From this point of view, the study of the molecular genetics of extremophile Archaea allows us to understand fundamental aspects of the origin of life, such as the evolution of the genome and the transmission of genetic information. Accumulating evidence suggests that the flexibility of the genetic code is a trait selected during evolution, and that disrupted genes could provide an evolutionary advantage under extreme conditions, expanding the limits of life. In the astrobiological field, the study of genes disrupted in extremophile organisms under simulated stress and spatial conditions is of great interest for the study of the evolution of the genetic code and the limits of life.

Participation in the ECMB Project funded by ASI.

Our laboratory participated in the Project "Exobiology and extreme environments: from the Chemistry of Molecules to the Biology of Extremophiles", Funded by the Italian Space Agency (2014-2016). In particular, our group has been involved in understanding the post-translational mechanisms of stabilization of archaeal proteins and those of regulation of gene expression in extremophile organisms. The results obtained allowed to isolate and characterize new thermostable enzymes presumably involved in the glycosylation of the proteins of the hyperthermophilic archaebacterium Saccharolobus solfataricuse with interesting biotechnological implications for the synthesis of oligosaccharides of biomedical interest. Furthermore, during this project the foundations were laid for the study of the mechanisms regulating the expression of the genes disrupted in these microorganisms. Finally, a weekly sampling campaign was carried out in order to evaluate the differences in the microbiome of the Pisciarelli solfatara in relation to the chemical-physical changes of the puddle, clearly demonstrating that environments such as these, typically considered "static", undergo large variations in the microbiome due both to the chemical-physical conditions of the environment and to geological events. The astrobiological effects concerned the study of the molecular mechanisms underlying the limits of life in extreme conditions.

Participation in the establishment of the pan-European industrial biotechnology infrastructure IBISBA

Our group actively participates in two European projects as head of the "Communication and Dissemination" WPs in the projects "Industrial Biotechnology Innovation and Synthetic Biology Accelerator (IBISBA 1.0)" - H2020-INFRAIA(2017-2021) and "PREP-IBISBA ” - H2020 INFRADEV(2020-2024), for the establishment of the pan-European research and innovation infrastructure EU-IBISBA, recognized by ESFRI, which mainly aims to support European industrial biotechnologies and to promote the transition towards a circular bioeconomy. At national level, our laboratory coordinates the joint ProtEnz and IBISBA-IT laboratories involving several Italian institutes and universities in order to promote EU-IBISBA.

The purpose of EU-IBISBA is to build a research infrastructure by integrating the expertise of the scientific disciplines of the different European partners involved in the infrastructure. The services offered by EU-IBISBA can also be used for studies in the astrobiological field. In fact, among the scientific expertise present in EU-IBISBA, for example, our laboratory has been recognized as a point of reference for the study of extremophile organisms.