Metodologie di Spettrometria di Massa, Proteomica, Metabolomica e Bioinformatica nelle Scienze dell’Alimentazione

Tematiche di ricerca

  • WP1: Proteomica e Metabolomica nelle scienze dell’alimentazione;
    – Studio dei meccanismi molecolari alla base delle interazioni tra alimenti e salute dell’uomo,attraverso l’analisi di sistemi cellulari modello
    – Studio dei meccanismi epigenetici alla base della regolazione da estrogeni e fitoestrogeni di geni ormono-dipendenti
    – Approcci proteomici per lo studio di microrganismi di interesse alimentare e di alimenti (latte,cereali, pomodori, etc.)
    – Caratterizzazione di costituenti di piante di interesse alimentare e medicinale
  • WP2: Sviluppo di metodologie rapide per la caratterizzazione di alimenti, in termini di autenticità, qualità e sicurezza
  • WP3: Sviluppi metodologici basati sulla spettrometria di massa:
    – Sviluppo di tecniche analitiche per lo studio delle modifiche post-traduzionali delle proteine
    – Profiling rapido mediante MALDI-TOF-MS di miscele lipidiche e loro prodotti di ossidazione da matrici alimentari
  • WP4: Microbiologia degli alimenti: Studio della microflora naturale di prodotti alimentari
  • WP5: Sviluppo e applicazione di strumenti bioinformatici per la caratterizzazione strutturalefunzionale di macromolecole

Stato dell’arte

Recenti innovazioni strumentali hanno dato impulso a discipline omiche ed approcci di molecular profiling. La spettrometria di massa costituisce il nucleo delle tecnologie per lo studio del proteoma e del metaboloma ed è affiancata dalla bioinformatica per gestione e analisi di risultati e predizione di strutture. Grazie a questa piattaforma innovativa e all’integrazione tra le differenti competenze dei ricercatori della commessa, l’attività scientifica è stata incentrata su tematiche che spaziano dalle scienze dell’alimentazione alle scienze della vita. Scopo delle nostre attività di ricerca è anche quello di utilizzare metodologie di spettrometria di massa per affrontare in maniera innovativa problematiche inerenti la chimica, biochimica e tecnologia degli alimenti e sviluppare strumenti analitici rapidi, accurati e affidabili, per il controllo della qualità e sicurezza alimentare, che possano sostituire o integrare metodologie già consolidate. Ciò risponde ad una richiesta sempre più pressante sia degli organi di controllo che dei consumatori e dei produttori, anche a causa di nuove problematiche introdotte dalla liberalizzazione e dalla globalizzazione dei mercati.

Competenze, strumentazione, tecniche di indagine e tecnologie

– Competenze (conoscenze possedute dai partecipanti alla commessa rilevanti ai fini del suo svolgimento)

  • Chimica, biochimica, chimica analitica, biologia molecolare, biologia cellulare, microbiologia, tecnologie alimentari, bioinformatica e biologia computazionale.
  • Tecniche analitiche basate sulla spettrometria di massa (a singolo stadio, tandem e
  • multicollisionale), proteomica e metabolomica.
  • Metodiche di analisi del DNA.
  • Metodi di elettroforesi mono e bidimensionale e di cromatografia in fase liquida e gassosa.
  • Metodi per l’isolamento e la caratterizzazione di microrganismi di interesse alimentare
  • Strumenti bioinformatici per l’analisi di dati sperimentali da studi “omici”, per il modellamento di proteine, per lo studio delle interazioni proteina-proteina e proteina-ligando

– Strumentazione (dispositivi, apparecchiature o impianti utilizzati per lo svolgimento delle attività)

  • PROTEOMEWORKS SYSTEM (Micromass) composto da: Sistemi di elettroforesi mono e bidimensionale; Analizzatore di immagine e spot-cutter; Robot (MassPrep) per il processamento automatico di campioni
  • Spettrometri di massa tandem ibridi Q-TOF accoppiati a sistemi cromatografici capillari, analitici e UPLC
  • Spettrometri di massa MALDI-TOF operanti in modalità reflectron (M@ldi-RE), lineare (M@ldilin) e lineare/reflectron (Voyager-Pro)
  • Spettrometro di massa a trappola ionica LCQ Deca XP Max accoppiato al sistema cromatografico Surveyor MS (ThermoFinnigan)
  • Spettrometro di massa GCT (Micromass) accoppiato ad un gascromatografo
  • Spettrometro di massa con sorgente ICP, ELEMENT2 (ThermoFinnigan)
  • Spettrometro di massa ad alta risoluzione con analizzatore a settore magnetico, accoppiato a un gas-cromatografo per l’analisi di microinquinanti organici
  • Spettrometro di massa accoppiato a un gascromatografo con sistema di spazio di testa dinamico (Agilent-Gerstel)
  • Spettrometro di massa a mobilità ionica portatile RAID M-100 (Bruker)
  • Sistemi cromatografici analitici
  • Cappe chimiche e a flusso laminare
  • Incubatori
  • Stazioni grafiche per modellamento molecolare e relativo software

– Tecniche d’indagine (metodologie per la comprensione di fenomeni o strutture attraverso l’impiego combinato di competenze e strumentazione)

Studio strutturale di bio-molecole (proteine, peptidi, glicidi, lipidi) mediante MS a singolo stadio, tandem e multicollisionale

Identificazione di proteine separate mediante 1D e 2D-elettroforesi e studio di modifiche posttraduzionali (fosforilazione, glicosilazione)

Proteomica per lo studio di microrganismi, di alimenti e di sistemi cellulari modello

Estrazione e analisi quali-quantitativa di metaboliti secondari (polifenoli, alcaloidi, terpenoidi, fitosteroli) da matrici vegetali o alimentari mediante HPLC-MS; HPLC-MS/MS; HPLC-MSn

Analisi quali-quantitativa di acidi grassi mediante GC-MS e MALDI-TOF MS

Rivelazioni di adulterazioni in oli alimentari e analisi di prodotti di termossidazione lipidica

Analisi quali-quantitativa di composti volatili, metalli e xenobiotici mediante MS

Metodologie di “molecular profiling” per valutare l’autenticità di alimenti e identificare

microrganismi.

Isolamento e caratterizzazione di microrganismi.

Metodiche di biologia molecolare per lo studio delle interazioni proteina/DNA

Metodologie bioinformatiche e di biologia computazionale per studi di dinamica molecolare,

struttura-funzione di proteine e di molecole di interesse biologico

– Tecnologie (Metodologie di modellazione o di intervento su oggetti e sistemi) Collaborazioni (partner e committenti)

  • CNR: ISPAAM (Dr. A. Scaloni), ICB-Sez. Napoli (Dr. A. Gambacorta, Dr. A. Fontana), ICB-Sez. Sassari (Dr. G. Palmieri), IGV-Sez. Napoli (Dr. S. Grillo), IGV Sez. Bari (Dr. G. Sonnante); IBP
  • (Dr. S. D’Auria, Dr. F. La Cara), ISMN-Sez. di Roma 2 (Dr. A. Curulli ); ISPA – Sez. di Bari (Dr. S. Vanadia);
  • Università degli Studi di Napoli “Federico II”: Dip. di Chimica Organica e Biochimica (Prof. G. Marino); Dip. di Scienze degli Alimenti (Prof. F. Addeo, Prof. L. Chianese, Prof. P. Ferranti, Prof. G. Mauriello); Dip. di Medicina Pubblica e Sicurezza Sociale (Prof. A. Acampora); Dip. di Scienze del Suolo, della Pianta, dell’Ambiente e delle Produzioni Animali (Dr. A. Di Matteo, Dr. M. Ercolano); Dip. di Biologia e Patologia Cellulare e Molecolare (Prof. E. Avvedimento e Prof. L. Chiariotti);
  • Seconda Università degli Studi di Napoli: CRISCEB (prof. G. Colonna), Dip. di Scienze della Vita (Prof. A. Parente, Prof. G. Aliotta), Centro Interdipartimentale Ricerca e Management (Prof. N. Sannolo); Dipartimento di Patologia Generale (Prof. C. Abbondanza); Dip. di Scienze Ambientali (Prof. M. Sacco);
  • Università degli Studi di Salerno: Dip. di Scienze Farmaceutiche (Prof. C. Pizza); Dip. di Chimica (Prof. C. Esposito);
  • Università degli Studi di Bari- Dip. PROGESA (Prof. A. Di Luccia);.
  • Università del Molise- Dip. di Scienze della Salute (Prof. F. Gentile)
  • Università di Bologna- Dip. di Scienze Farmaceutiche (Prof. P. Brigidi)
  • Università della Tuscia (Prof. E. Poerio, Dr. F. Buonocore);
  • Università di Milano- Dip. di Scienze Molecolari Agroalimentari (Prof. F. Bonomi e Prof. S. Iametti)
  • Istituto Zooprofilattico Sperimantale del Mezzoggiorna (Dr. A. Limone e Dr.L. Serpe)
  • Istituto Superiore di Sanità (Dr. F. Facchiano, Dr. F. Superti);
  • Istituto Nazionale Tumori – Fondazione G. Pascale (Prof. G. Castello);
  • UNESP Departamento de Química Orgânica, Araraquara, SP- Brasil (Prof. W. Vilegas, Prof. L. Campaner dos Santos).

Potenziale impiego

– per processi produttivi

Messa a punto di procedure analitiche rapide e accurate da impiegare per il monitoraggio di processi produttivi e per la valutazione dell’autenticità, della qualità e della tipicità del prodotto.

Valorizzazione e sviluppo di prodotti (ad esempio, alimenti tipici o funzionali) attraverso valutazioni qualitative e quantitative di molecole di particolare interesse sia in campo alimentare che farmacologico.

Analisi quantitativa di elementi in tracce negli alimenti trasformati e non.

Progettazione molecolare assistita da modellamento al computer.

– per risposte a bisogni individuali e collettivi

Messa a punto di metodologie proteomiche, metabolomiche e di “molecular profiling” per la determinazione di biomarcatori specifici in sistemi di interesse nel campo delle scienze dell’alimentazione, anche in relazione alla valutazione dell’autenticità, della qualità e della sicurezza d’uso del prodotto.

Caratterizzazione di matrici alimentari e identificazione di molecole con particolari attività nutrizionali e con specifiche attività biologiche, al fine di valorizzarne l’utilizzo in alimenti specifici per particolari classi di consumatori (alimenti funzionali).

Obiettivi:

– sviluppo di metodologie innovative, basate in particolare sulle discipline “omiche”, da utilizzare nello studio di sistemi biologici di importanza nelle scienze dell’alimentazione;

– utilizzo di metodologie basate sulla spettrometria di massa e di strategie di “molecular profiling” per affrontare in maniera innovativa problematiche inerenti la chimica, biochimica e tecnologia degli alimenti anche al fine di sviluppare strumenti analitici rapidi, accurati e affidabili, per il controllo della qualità, autenticità e sicurezza alimentare;

– studio con metodi bioinformatici e computazionali delle basi di meccanismi molecolari di interesse quali interazione proteina-proteina e proteina-ligando.