Biotechnology of nanoparticle interactions with plants and yeasts

Il lavoro di ricerca di dottorato ha avuto come oggetto lo sviluppo di un sistema di analisi integrato (in vivo e in vitro) basato su modelli eucariotici (lievito e piante superiori) che ha consentito di studiare fenomeni di tossicità e resistenza nei confronti di nanomateriali importanti dal punto di vista ambientale. La ricerca ha seguito un approccio di genomica funzionale e system biology, partendo dalla selezione di mutanti di Arabidopsis thaliana resistenti a nanomateriali quantum dots CdS avvalendosi, come sistema di analisi in vivo, di collezioni di mutanti inserzionali. Dei due mutanti selezionati sono stati analizzati il fenotipo e il genotipo, dimostrando che il meccanismo di resistenza non si sovrapponeva alla resistenza allo ione Cd, noto contaminante ambientale. L'oggetto dello studio era quindi la tossicità dei nanomateriali in quanto tali. L'analisi di espressione genica nei mutanti con microarray ha consentito di evidenziare i geni coinvolti nella risposta e nella tolleranza, portando ad interessanti ipotesi sulle funzioni geniche coinvolte. Questa prima parte della ricerca è attualmente in corso di pubblicazione. Come successivo sviluppo sono stati studiati i mutanti per delezione di Saccharomyces cerevisiae di una collezione composta da circa 5000 ceppi ognuno dei quali presentava la delezione di una singola ORF individuabile a livello genomico attraverso un sistema tipo “bar code”. Di ciascun mutante è stato valutato il fenotipo di crescita in presenza di concentrazioni sub-letali di nanomateriali. I mutanti che mostravano un fenotipo di crescita significativamente resistente o sensibile sono quelli su cui si è focalizzata la ricerca, perché la conoscenza della ORF interessata dalla delezione consente di fare ipotesi sul ruolo delle funzioni mancanti. Alcuni dei geni più interessanti sono stati ulteriormente studiati con analisi di espressione, clonaggio e trasformazione. L'approccio di system biology ha impiegato strumenti bioinformatici per identificare i geni e i pathway metabolici più significativamente correlati all’effetto dei nanomateriali. Questa ricerca ha consentito di stabilire un approccio per lo studio della tossicità dei nanomateriali correlando tra di loro risposte in eucarioti appartenenti a domini diversi.