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STAZIONE ZOOLOGICA ANTON DOHRN

PROGRAMMA NAZIONALE PER LA RICERCA

PIANO TRIENNALE 2013-2015

SZN – PIANO TRIENNALE 2013-2015

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Indice Sommario

Premessa ............................................................................................................................................... 6

1. Struttura e Stato di attuazione delle attività ........................................................................................ 7 1.1. Descrizione del contesto generale, istituzionale, scientifico e organizzativo .......................................... 7

Posizionamento della Struttura ................................................................................................................. 7 Attività di terza missione ............................................................................................................................ 8 Azioni connesse alla formazione ................................................................................................................ 9 Assetto organizzativo - Struttura dell’Ente e sua organizzazione .............................................................. 9 Azioni di razionalizzazione proposte ed economie di bilancio ................................................................. 11

1.2. Resoconto delle attività di ricerca per il 2012 ....................................................................................... 13 Linea 1 - Biodiversità Marina ........................................................................................................................ 13

Obiettivi della linea di ricerca: .................................................................................................................. 13 Progetto 1.1 Diversità e struttura genetica delle popolazioni ................................................................. 14 Progetto 1.2 Approccio integrato allo studio della diversità degli organismi marini .............................. 15 Highlight 2012 .......................................................................................................................................... 16 Lista delle Pubblicazioni ........................................................................................................................... 16

Linea 2 - Organismi marini come sistemi modello dello studio della biologia, evoluzione ed ecologia ....... 18 Obiettivi della linea di ricerca: .................................................................................................................. 18 Progetto 2.1 Biologia e fisiologia della riproduzione. .............................................................................. 18 Progetto 2.2 Origine ed evoluzione dei meccanismi di sviluppo nei deuterostomi. ............................... 19 Progetto 2.3 Risposte delle diatomee agli stimoli ambientali ................................................................. 20 Progetto 2.4 Plasticità Biologica e Risposta Adattativa............................................................................ 21 Highlight 2012 .......................................................................................................................................... 22 Lista delle Pubblicazioni ........................................................................................................................... 24

Linea 3 - Funzionamento degli ecosistemi marini: dinamica interna e risposta alle forzanti esterne ......... 26 Obiettivi della linea di ricerca: .................................................................................................................. 26 Progetto 3.1: Risposte adattative alle forzanti ambientali (pCO2, T e impatti antropici) in specie, comunità e sistemi bentonici ................................................................................................................... 26 Progetto 3.2 Risposte a lungo termine del plancton alle forzanti climatiche e antropiche (LTER-plancton) .................................................................................................................................................. 28 Progetto 3.3 Ruolo dei metaboliti secondari algali nella fisiologia degli organismi e nel funzionamento degli ecosistemi ........................................................................................................................................ 29 Progetto 3.4 Ecofisiologia e risposte adattative del plancton marino alle forzanti biotiche e abiotiche 30 Highlight 2012 .......................................................................................................................................... 31 Lista delle Pubblicazioni ........................................................................................................................... 32

Linea 4. Biotecnologie marine ...................................................................................................................... 36 Obiettivi della linea di ricerca: .................................................................................................................. 36 Progetto 4.1 Utilizzo di microalghe marine come fonte innovativa e rinnovabile di prodotti bioattivi: coltivazione, isolamento e stoccaggio di specie microalgali .................................................................... 36 Progetto 4.2 Fotofisiologia e massimizzazione della crescita delle micro-alghe per applicazioni biotecnologie in cosmetica e nutraceutica .............................................................................................. 37 Progetto 4.3 Implementazione e sviluppo di sensoristica avanzata per il monitoraggio costiero .......... 38 Highlights 2012 ......................................................................................................................................... 39 Lista delle Pubblicazioni ........................................................................................................................... 39

Quadro sinottico delle collaborazioni internazionali e della valenza dei prodotti della ricerca .................. 39

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2. Obiettivi generali e strategici per il triennio ...................................................................................... 41 Programma 1. Origine ed evoluzione dei meccanismi di sviluppo nei deuterostomi. ................................. 43 Programma 2. Biologia Cellulare e Fisiologia della Riproduzione ................................................................. 46 Programma 3. Approccio integrato allo studio della biodiversità marina .................................................... 49 Programma 4. Variabilità ambientale, cambiamenti climatici e impatti antropici: risposte adattative in specie, comunità e sistemi bentonici ............................................................................................................ 52 Programma 5. Meccanismi che regolano i processi biologici e l’ecologia del plancton ............................... 55 Programma 6. Plasticità biologica ................................................................................................................. 59 Programma 7. Potenziale biotecnologico degli organismi marini ................................................................ 62 Programma 8. Trasmissione della cultura scientifica e divulgazione ........................................................... 66

Ricerca industriale................................................................................................................................ 68 Progetto PON01_02093 Studio di nuove tecnologie e piattaforme tecnologiche per il miglioramento di processi produttivi di principi attivi farmaceutici di interesse industriale e ricerca di nuove molecole bioattive da sorgenti naturali........................................................................................................................ 68 Progetto PON01_02782 Nuove strategie nanotecnologiche per la messa a punto di farmaci e presidi diagnostici diretti verso cellule cancerose circolanti (CTC). ......................................................................... 69 Progetto PON01_00117 Antigeni e Adiuvanti per Vaccini e Immunoterapia. .............................................. 70 Progetto PON01_1426 “Studio per lo sviluppo, la caratterizzazione e l’efficacia di un nuovo fattore IX ricombinante ad alta attivita’ per il trattamento dell’emofilia B”. ............................................................... 70

3. Quadro delle collaborazioni internazionali e delle interazioni con le altre componenti della rete di ricerca e delle partecipazioni ................................................................................................................ 72

Collaborazioni Internazionali ........................................................................................................................ 72 Partecipazioni in società consortili ed in ogni altro organismo, pubblico-privato, di ricerca e non nazionali, europei e internazionali ................................................................................................................................ 73

Società Consortile “BioGem” ................................................................................................................... 73 Società Consortile SARiMED (c/o Conisma) ............................................................................................. 74 Società Consortile AMRA ......................................................................................................................... 74 Società consortile GEAR ........................................................................................................................... 74 Euroceans Consortium ............................................................................................................................. 74 TARA Oceans ............................................................................................................................................ 74

4. Infrastrutture di ricerca .................................................................................................................... 76 Spese per investimenti, infrastrutture, grandi attrezzature e partecipazioni .............................................. 76 Dotazione strumentale ................................................................................................................................. 77

Biblioteca .................................................................................................................................................. 77 Attrezzature scientifiche ........................................................................................................................... 77

5. Risorse Umane ................................................................................................................................. 78 Spese per personale ...................................................................................................................................... 78

6 Progetti Premiali - Progetti Bandiera .................................................................................................. 81 Progetti Premiali ........................................................................................................................................... 81

Progetto 1. Distribuzione e ‘destino’ della variazione genetica in Ciona intestinalis .............................. 81 Progetto 2. Indicatori microbici marini nelle aree costiere: un approccio metagenomico (MICGEN) .... 82 Progetto 3. META-TRAsCrittomica delle fasi di sviluppo e di declino di fioriture algali nel Golfo di Napoli .................................................................................................................................................................. 84 Progetto 4. StarTrEgg: Meccanismi molecolari di controllo della fecondazione nelle uova della stella di mare Astropecten aranciacus. .................................................................................................................. 87

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Progetto 5. MolEcOC: Approcci di Ecologia Molecolare Intra- ed Inter-individui per il Trasferimento Tecnologico della Ricerca di Base su Organismi Modello Marini (Octopus e Caretta) ............................ 89

Progetto Bandiera ‘RITMARE’ ....................................................................................................................... 91 Il Rationale del contributo della SZN a RITMARE ..................................................................................... 91 Il Ruolo Strategico della SZN in RITMARE ................................................................................................. 93 Costi e benefici attesi di RITMARE ........................................................................................................... 93

7. Risorse Finanziarie ............................................................................................................................ 94

8. Allegati Allegato 1. Valutazione preliminare della produttività scientifica Allegato 2. Elenco delle principali Collaborazioni Internazionali Allegato 3. Infrastruttura di ricerca European Marine Biological Resource Centre (EMBRC) Allegato 4. Dotazione strumentale Allegato 5. Attività di ricerca SZN che fanno parte di RITMARE

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Premessa Il Piano Triennale 2013-2015 che la Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli presenta in queste pagine, include il piano di sviluppo delle attività di ricerca dell’Ente nei prossimi tre anni a partire dal riassumere quelle in corso. Come richiesto dal Ministero nella nota del 25 settembre 2012 (prot 1412/SEGR/DGR/12) è accompagnato da una scheda di sintesi (executive summary). Questo documento è articolato in sezioni organizzate secondo le indicazioni incluse nella citata nota. Lo stato di attuazione delle attività relative al 2012 è presentato in due sezioni:

i. la prima che include informazioni relative all’Ente, la sua struttura, organizzazione, attività di terza missione e connesse alla formazione di giovani generazioni, nonchè informazioni relative alle azioni di razionalizzazione proposte ed economie di bilancio;

ii. una seconda, specificatamente scientifica, che riassume i principali risultati ottenuti nel corso del 2012, fornendo una lista commentata delle pubblicazioni - che tiene conto dei principi di valutazione della ricerca da parte dell’ANVUR -, e indicazione delle principali relazioni collaborative in essere.

Gli obiettivi generali e strategici da conseguire nel triennio 2013-2015 presentati in programmi di ricerca inclusi i principali risultati attesi e i costi previsti. In questa sezione vengono anche presentati i progetti di ricerca industriale in cui la SZN è attivamente coinvolta a partire dalla fine del 2011. Vengono poi fornite informazioni circa le collaborazioni internazionali e fornite indicazioni delle interazioni con altre componenti della rete di ricerca e delle partecipazioni istituzionali. Inoltre, viene illustrata la partecipazione della Stazione Zoologica Anton Dohrn a Infrastrutture di Ricerca e date indicazioni sulle Risorse Umane, i Progetti Premiali e la partecipazione della SZN ai Progetti Bandiera. La sezione conclusiva presenta dati circa le Risorse Finanziarie che l’Ente prevede di impiegare a copertura delle annualità del PTA.

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1. Struttura e Stato di attuazione delle attività 1.1. Descrizione del contesto generale, istituzionale, scientifico e organizzativo La Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli, disciplinata e dichiarata persona giuridica di diritto pubblico dalla legge n. 886 del 20 novembre 1982, è Ente nazionale di ricerca a carattere non strumentale1. La SZN gode di autonomia statutaria e adotta propri regolamenti nel rispetto delle sue finalità e nell’esercizio dell’autonomia scientifica, finanziaria, organizzativa, patrimoniale e contabile. Finalità istituzionale della Stazione Zoologica è la ricerca sui processi fondamentali della biologia, con specifico riferimento agli organismi marini e alla loro diversità, in stretto legame con lo studio della loro evoluzione e della dinamica degli ecosistemi marini, attraverso un approccio integrato e interdisciplinare. La SZN svolge ricerche nel campo delle scienze del mare e biomediche attraverso collaborazioni con Istituzioni di ricerca e Imprese ai fini dello sviluppo delle conoscenze e della loro applicazione alla tutela dell’ambiente e al miglioramento della qualità della vita. La SZN riconosce nella sua missione la rilevanza di studi che portano ad applicazioni biotecnologiche dei risultati, dando così la possibilità all’Ente di contribuire allo sviluppo economico del Paese. Posizionamento della Struttura La Stazione Zoologica Anton Dohrn è uno dei dodici Enti di Ricerca vigilati dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (MIUR), il cui riordino è avvenuto a seguito dell’emanazione del D. Lgs. n. 213 nel dicembre del 2009. La Stazione Zoologica è parte della rete internazionale ASSEMBLE e coordina le attività di una rete di infrastrutture (EMBRC; cfr. Sezione 4. Infrastrutture di Ricerca di questo documento) parte del processo ESFRI. ASSEMBLE è un progetto di ricerca finanziato nell’ambito del VII Programma Quadro della Comunità Europea che consente ai ricercatori dei Paesi che ne fanno parte l’accesso a infrastrutture in cui possano condurre sperimentazione avanzata nel campo della biologia marina e/o utilizzando organismi marini. EMBRC (European Marine Biological Resource Centre) è una delle infrastrutture del processo ESFRI (European Strategy Forum on Research Infrastructures) dedicata alle azioni riguardanti studi di biologia marina con ricadute biomediche, ecologiche e traslazionali. Fanno parte di questa infrastruttura distribuita nove paesi europei. La SZN è tra i promotori di ASSEMBLE ed è coordinatore dell'iniziativa ESFRI-EMBRC. Entrambi questi programmi hanno tra le motivazioni fondanti il consolidamento della collaborazione internazionale tra i ricercatori. Nel panorama degli Enti di ricerca nazionali e internazionali l’esclusività della SZN deriva da alcune caratteristiche chiave: 1. La co-esistenza di ricerca biologica (singoli organismi) ed ecologica (complesso di organismi

interagenti), elementi essenziali per una comprensione degli equilibri complessivi dell’ambiente marino e dei meccanismi di base che lo governano.

2. La capacità di avvalersi di un approccio multidisciplinare che include ecologia, oceanografia, genetica, biologia cellulare e dello sviluppo, fisiologia, neuroscienze, biologia del comportamento, etc.

3. La capacità di esplorare e sviluppare metodologie e protocolli sperimentali che rappresentano riferimento per importanti ricerche trasferite in altri sistemi e/o organismi.

4. Le competenze su un ampio spettro di organismi, cosa che consente ai ricercatori della SZN di affrontare problemi ecologici valutando l’apporto della componente biologica nella sua complessità.

5. La capacità di sviluppare attività di ricerca e contemporaneamente fornire servizi scientifici specializzati ad alto impatto tecnologico e con approccio multidisciplinare.

La collocazione della Stazione Zoologica nel contesto nazionale ed internazionale è privilegiata dalla rilevanza ormai sempre più evidente del ‘ruolo’ che la biologia degli organismi marini svolge nell’affrontare

1 Decreto del Presidente della Repubblica del 5 agosto 1991.

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studi di biologia di base, consentire valutazioni in tema di conservazione del mare, del mantenimento e miglioramento delle sue risorse, e di comprendere i meccanismi alla base di equilibri climatici globali. Tale contesto trova la sua validazione in diversi atti di programmazione della ricerca scientifica comunitaria e nazionale quali: i. la Joint Programming Initiative (JPI OCEANS); ii. le azioni nell’ambito del MARCOM+ Consortium, che ritiene che la ricerca in Europa debba capitalizzare l’enorme potenziale dei network di ricerca marina e marittima per affrontare le sfide di natura ecologica, sociale ed economica che il mondo si trova di fronte; iii. le Comunicazioni della Commissione del Parlamento europeo del 2007 (“An Integrated Maritime Policy for the European Union”), del 2008 (“A European Strategy for Marine and Maritime Research. A Coherent European Research Area Framework in Support of a Sustainable Use of Oceans and Seas”) e del 2010 (“Marine Knowledge 2020. Marine Data and Observation for Smart and Sustainable Growth”); iv. la Direttiva del Parlamento europeo 2008/56/EC (Marine Strategy Framework Directive). Le attività che la SZN ha programmato per i trienni 2012-2014 e 2013-2015 sono strettamente connesse al nuovo programma quadro della Comunità Europea, Horizon 2020 – fortemente legato all’innovazione e al potenziamento delle infrastrutture di ricerca -, e consentono di contestualizzare l’azione storica, attuale e futura della ricerca scientifica della Stazione Zoologica Anton Dohrn. In particolare, le attività presentate di seguito sono riconducibili a studi sulla biodiversità, la biologia della riproduzione e dei meccanismi dello sviluppo, l’ecofisiologia di organismi marini unicellulari o di organismi bentonici, la plasticità biologica; attenzione è anche data alle possibilità di ricaduta biotecnologica fornite dallo studio ed osservazione di sistemi e organismi marini . La SZN organizza, inoltre, workshop e scuole internazionali – supportate da Istituzioni Internazionali quali l'EMBO e/o la UE - di cui due di assoluto prestigio e regolare periodicità: una sulla tassonomia ed evoluzione del plancton, e l'altra sulla biologia dello sviluppo. Vale la pena di ricordare che il Piano Nazionale della Ricerca 2011-2013 include uno specifico Progetto Bandiera, denominato RITMARE (Ricerca ITaliana per il MARE), rappresentativo del nuovo approccio allo sviluppo della ricerca e dell'attrattività del sistema paese dedicato alla ricerca sul mare. Ne fanno parte, oltre alla SZN2, altri otto enti di ricerca. Il panorama della politica scientifica presenta, quindi, grandi possibilità di sviluppo per l’Ente - sia a livello nazionale che internazionale – anche in considerazione della peculiarità e rilevanza della missione della Stazione Zoologica Anton Dohrn. Attività di terza missione La Stazione Zoologica svolge attività di terza missione sviluppando nuove tecnologie, attraverso il monitoraggio per la protezione e recupero dell’ambiente, e svolgendo attività di divulgazione e diffusione. La SZN è fortemente impegnata nello sviluppo di nuove tecnologie legate alla ricerca in ambiente marino ed al miglioramento delle attività umane ad esso legate. Queste azioni sono state esercitate, ad esempio: i. nel campo della pesca e dell’acquacultura, per il miglioramento delle procedure di allevamento di specie utilizzabili come esca o dieta per specie ittiche e, ii. nell’ambito delle biotecnologie per lo sviluppo di progetti di trasferimento tecnologico-industriale della genomica strutturale e funzionale per lo studio di organismi superiori. Inoltre, la SZN svolge attività di sensibilizzazione e conservazione attraverso l’acquario pubblico, struttura anche impegnata in studi e progetti per la protezione e la riabilitazione di grandi vertebrati marini, quali la tartaruga marina. La Stazione Zoologica, inoltre, ha partecipato a progetti di tipo divulgativo, volti alla valorizzazione del patrimonio culturale e naturalistico mediterraneo. Infine la SZN, fin dalla sua fondazione, ha fatto sua l’esigenza di comunicare la Scienza a un pubblico di non soli addetti ai lavori. L’acquario pubblico è stato il simbolo di questa vocazione. Con la costituzione nel 2008

2 cfr. Sezione 6. Progetti Premiali e Bandiera di questo documento.

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di un Comitato Scienza e Società si è voluta consolidare e sviluppare questa tradizione, creando un canale di comunicazione con il grande pubblico su temi di attualità nel campo delle scienze biologiche. Azioni connesse alla formazione La Stazione Zoologica concorre alla formazione di personale scientifico e tecnico italiano e straniero mediante borse di studio, dottorati di ricerca, assegni di ricerca, tirocini e tesi di laurea in discipline attinenti alla Fisiologia Animale ed Evoluzione, alla Biologia Cellulare e dello Sviluppo, all’Ecologia Funzionale ed Evolutiva e all’Ecologia ed Evoluzione del Plancton. Dal 1999 la Stazione Zoologica supporta un programma di PhD in collaborazione con la Open University (London, UK). Gli studenti svolgono le loro tesi di dottorato alla Stazione Zoologica Anton Dohrn in vari campi disciplinari inerenti i campi di attività dell’Istituto. Gli studenti fanno parte del programma di PhD della Open University, che è responsabile del rilascio del diploma di “Doctor of Philosophy”. La Stazione Zoologica da alcuni anni ha attivato gli assegni di ricerca e i contratti d'opera come previsto dalla legge 449/97 Art. 51 comma 6. Nel corso del 2012 sono stati stipulati 4 nuovi contratti d'opera e 15 nuovi assegni per attività di ricerca. Per quanto concerne la didattica, nel 2012, 46 studenti hanno svolto/svolgono il loro dottorato di ricerca presso l’Istituto. Fra questi, 30 afferiscono al programma svolto nell’ambito dell’accordo in essere tra Open University e Stazione Zoologica e 133 afferiscono a programmi di dottorato di varie Università Italiane in convenzione con la Stazione Zoologica. Inoltre, tre dottorandi afferenti a programmi di dottorato di Università italiane, non in convenzione con la Stazione Zoologica, hanno frequentato i laboratori per svolgere parte della tesi. Inoltre 18 studenti hanno frequentato nel 2012 l'Istituto per lo svolgimento delle attività scientifiche inerenti la loro tesi di laurea (laurea specialistica); 3 borsisti hanno svolto attività di ricerca alla Stazione Zoologica con finanziamento di un ente internazionale e 18 studenti hanno svolto il proprio tirocinio presso l’Istituto. Ciò anche in considerazione che – tenuto conto delle finalità dell’Ente in coerenza con lo Statuto - le Università possono promuovere tirocini pratici e stages al fine di realizzare momenti di alternanza tra studio e lavoro e di agevolare le scelte professionali mediante la conoscenza diretta del mondo del lavoro (ai sensi dell’art. 18 della legge 196 del 24/06/1997), l’Ente ha stipulato convenzioni di tirocinio di formazione e orientamento con l’Università degli Studi di Napoli “Federico II”, l’Università degli Studi di Napoli “Parthenope”, l’Università degli Studi di Napoli “L’Orientale”, l’Università Politecnica delle Marche.

La Stazione Zoologica organizza anche short courses e workshops per laureati, dottorati, post-laureati e ricercatori nelle varie aree scientifiche, nonché brevi corsi per studenti di scuole medie superiori ad indirizzo tecnico. Nel prossimo triennio l’Ente, compatibilmente con le risorse finanziarie a disposizione, intende continuare e rafforzare quest’attività che favorisce lo sviluppo e la formazione di giovani ricercatori, integrandosi con l’attività istituzionale propria delle università. Alla Stazione Zoologica si svolgono seminari di livello internazionale aperti a tutta la comunità scientifica locale e nazionale. Nel 2012 sono stati organizzati 31 seminari nei vari campi di ricerca di interesse dell’Istituto tenuti da conferenzieri italiani e stranieri; a questi seminari vanno aggiunti quelli organizzati, secondo gli stessi criteri, e tenuti dal personale scientifico dell’Ente. Quest’attività favorisce i continui contatti fra i ricercatori dell’Istituto - e quelli appartenenti alle istituzioni napoletane di ricerca - con ricercatori provenienti da altri istituti di ricerca italiani e internazionali e concorre anche alla diffusione della conoscenza della Stazione Zoologica presso le nuove generazioni di ricercatori italiani e stranieri. Assetto organizzativo - Struttura dell’Ente e sua organizzazione Sono Organi4 della Stazione Zoologica: il Presidente, il Consiglio di Amministrazione, il Consiglio Scientifico, il Collegio dei Revisori dei Conti.

3 Uno di questi studenti afferisce a un programma di dottorato dell’Università degli Studi di Napoli ‘Federico II’ ed è supportato dal Progetto MODO (POR Campania FSE 2007-2013). 4 Art. 4 dello Statuto dell’Ente approvato nel 2011 (G.U.R.I n°90 del 19/04/11).

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In ottemperanza alle procedure previste e allo Statuto dell’Ente (articolo 11 e articolo 23, comma 4) è stata costituita la Comunità Scientifica di Riferimento della SZN a cui risultano iscritti 589 ricercatori appartenenti a 54 strutture variamente distribuite sul territorio nazionale. Il Consiglio Scientifico5 è organo con funzioni consultive; esprime pareri tecnico-scientifici in via preventiva sui programmi di ricerca ed in via consuntiva sull’attività di ricerca svolta dal personale proprio dell’Ente e dal personale ad esso comunque afferente. Le attività di valutazione sono condotte in stretto raccordo con le metodologie e gli interventi previsti dall’ANVUR e, per quanto di competenza, dall’Organismo Indipendente di Valutazione6. Il Consiglio Scientifico è composto da sette componenti, scienziati italiani e stranieri di chiara fama internazionale, con particolare e qualificata professionalità ed esperienza nei campi della biologia e/o della ecologia. Il Consiglio Scientifico è nominato dal Consiglio di Amministrazione su proposta del Presidente e sentito il parere vincolante dell’Accademia dei Lincei. Sono componenti il Consiglio Scientifico i Professori:

Aldo FASOLO, Coordinatore Dipartimento di Biologia Animale e dell’Uomo, Università di Torino, Italia

Giuseppina BARSACCHI Dipartimento di Biologia, Università di Pisa, Italia

Peter BURKILL Marine Institute, Plymouth University, Regno Unito

Rita R. COLWELL Center for Bioinformatics & Computational Biology, Univ. of Maryland, USA

Roberto DANOVARO Dipartimento Scienze del Mare, Università Politecnica delle Marche, Italia

Bernard KLOAREG Station Biologique Roscoff, Francia

Noriyuki SATOH Marine Genomics Unit, Okinawa Inst. Science & Technology, Giappone

La maggioranza dei componenti del Consiglio Scientifico (4 su 7 componenti, 57%) è stata individuata tra personalità afferenti a organismi di ricerca stranieri. L’organizzazione della Stazione Zoologica prevede la figura del Direttore Generale e l’articolazione in Sezioni e Servizi. La Stazione Zoologica definisce la propria organizzazione nel regolamento di organizzazione e funzionamento, tenendo conto della separazione tra compiti di indirizzo strategico, responsabilità gestionali e funzioni valutative e di controllo. Il regolamento di organizzazione e funzionamento disciplina l’organizzazione complessiva dell’Ente, comprensiva dell’architettura generale della struttura e degli uffici, nonché delle specifiche funzioni e responsabilità e dei criteri generali dei flussi decisionali e dei processi interni7. Le attività gestionali possono essere delegate secondo criteri che assicurano la sinergia ed il coordinamento tra le esigenze scientifiche, la rapidità e l’efficienza dell’azione amministrativa, la trasparenza e l’equilibrio della gestione. L’organigramma della SZN è, come prescritto dall’articolo 11 del Dlgs 27 ottobre 2009 n. 150, pubblicato al sito istituzionale nella Sezione Trasparenza, Valutazione e Merito, alla pagina Dati sull’Organizzazione e provvedimenti8.

5 Art. 8 dello Statuto della SZN. 6 Ai sensi dell’art. 14 e art. 74, comma 4, della legge 150/2009. 7 Art. 5 dello Statuto della SZN. 8 http://www.szn.it/SZNWeb/site/custResource/cms/Organigramma_SZN%20110527103120%20.jpg

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La Stazione Zoologica è organizzata, come previsto dal vigente Regolamento, in Aree funzionali che - alla data del presente documento - risultano essere: • Amministrazione • Ricerca • Acquario pubblico e Acquariologia • Gestione Ambientale e Ecologia Costiera delle Aree Temperate e Polari • Biblioteca e Documentazione Scientifica e Bibliografica • Storia delle Scienze e Archivio storico • Servizi generali L'Area Amministrazione si articola nei seguenti Uffici: Ufficio Ragioneria e Cassa, Ufficio Affari Generali e Formazione Bilancio, Ufficio Affari del Personale, Ufficio Acquisti, Ufficio di Presidenza, Segretariato e Relazioni Esterne. L'Area Servizi Generali si articola nei seguenti Settori: Informatica e Rete Telematica, Ufficio Tecnico, Elaborazione e Acquisizione di Immagini, Microscopia Elettronica, Servizio Pesca, Stabulario, Allevamento Organismi Marini. Sono istituiti anche i seguenti Servizi Speciali per la Ricerca: Biologia Molecolare, Tecnologie e Studio Espressione Genica, Tassonomia e Identificazione del Fitoplancton Marino, Microscopia Confocale. La tabella 1 riporta il personale attualmente in servizio presso l'Ente. Il 16% del personale in servizio presso la SZN è rappresentato da figure appartenenti al profilo ammininistrativo e non è direttamente coinvolto in attività di ricerca e/o diffusione della cultura e conoscenza. Del 46% del personale scientifico (ricercatori e tecnologi) il 90% è dedicato ad attività di ricerca e sviluppo o supporto tecnologico.

Tabella 1. Distribuzione del personale in servizio, nei diversi profili, tra le attivitá principali. Attività Ricercatori Tecnologi Tecnici Amministrativi

Ricerca 36 7 19Servizi tecnologici 8 10Acquariologia 1 4Biblioteca e Archivio 2 3Servizi Generali 2 12Amministrazione 17TOTALI 36 20 45 20

Azioni di razionalizzazione proposte ed economie di bilancio Per quanto riguarda la razionalizzazione della spesa e le conseguenti economie di bilancio si precisa quanto segue. Con riferimento all’ottimizzazione logistica e alle locazioni, la SZN ha eliminato nell'annualità 2010 l'unico contratto di locazione relativo ad un deposito per attrezzature subacquee. E' tuttora in vigore una convenzione con Bagnoli futura per l'estensione del sito del turtle point per un costo stimato di €150.000 euro/anno; tale cifra non va però intesa come canone di locazione ma come contributo alle spese generali. In merito al ridimensionamento delle strutture dirigenziali esistenti la SZN ha soppresso la figura del Dirigente amministrativo di II fascia nella la modifica della dotazione organica nel 2008 . In merito alla spesa per beni e servizi la programmazione della spesa della SZN è affidata per Statuto al Consiglio di Amministrazione. In termini di attuazione l'attuale struttura del bilancio prevede un'unica UPB

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affidata al Direttore Generale. Per quanto riguarda le spese per consumi intermedi, la Stazione Zoologica ha sostenuto tra il 2010 e il 2012 (valore aggiornato alla data della presente relazione) spese complessive pari a Euro 9.057.457,14 per impegni di acquisto di beni di consumo e servizi, ed in particolare: Euro 3.396.024,96 (2010), Euro 3.182.382,01 (2011), Euro 2.479.050,17 (2012). Risulta evidente il risparmio effettuato fra quelle relative all'annualità 2010 e quelle relative all'annualità 2011. Per quanto riguarda il 2012 la previsione è di attestarsi sugli stessi livelli del 2011 con un aumento esclusivamente riferito alle spese per l'acquisto di materiale di consumo e servizi per la ricerca. In merito alle possibili economie ed ulteriori ottimizzazioni occorre sottolineare che un eventuale maggiore efficacia della spesa, alcune economie di scala potrebbero essere ricavate dalla centralizzazione della spesa con altri enti di ricerca per banche dati o servizi biblioteconomici e letteratura scientifica9 fermo restando l'opportunità di preservare il ruolo svolto storicamente dall'Ente. In linea generale, l'attuale spesa per l'acquisto di beni e servizi rappresenta un valore incomprimibile a meno di non ridurre l'attività dell'Ente ed in modo particolare per quanto riguarda la attività di ricerca interna e di diffusione. Infine le categorie relative alla manutenzione delle strumentazioni e delle apparecchiature a partire dal 2014 dovrebbero subire un incremento sensibile a seguito dell'azione di potenziamento strutturale attualmente in corso e descritta nelle sezioni successive. E’ in corso, tuttavia, un programma di revisione della spesa che ha lo scopo di perseguire una ulteriore ottomizzazione, anche valutando l’opportunità di centralizzare alcuni acquisti relativamente alle attività di ricerca distribuite nei vari programmi. In merito alle spese di rappresentanza queste sono già state ridotte a valori minimali (da 3.370,47 per il 2010 a 618,49 euro per il 2012) e comunque mantenendo una cifra assolutamente contenuta le spese per organizzazione di convegni che restano un momento imprescindibile della attività di ricerca. Per quanto concerne la dematerializzazione delle procedure occorre sottolineare che la gran parte delle attività di ricerca, così come le attività gestionali ed amministrative, si concentrano nella sede principale alla Villa Comunale (Napoli) della SZN. Tale caratteristica, unitamente alla dimensione stessa della SZN in termini di unità di personale, non ha prodotto negli anni una spinta sufficiente al processo di dematerializzazione. Inoltre vi sono scarse risorse interne in grado di seguire e sviluppare in modo organico tale processo. Il Consiglio di Amministrazione dell’Ente sia nel ‘Piano della Performance 2012’ che nel ‘Programma triennale per la Trasparenza e l’integrità’, approvati con delibere n. 9 e n. 10 del 2 agosto 2012, ha individuato alcuni obiettivi strategici e previsto in bilancio le relative risorse per avviare il processo di dematerializzazione, contestualmente al percorso di riforma dell'organizzazione in cui l'Ente è coinvolto. Infine, anche in ottemperanza a quanto stabilito dallo Statuto dell’Ente (art. 15) è prevista la valutazione delle attività dei ricercatori e tecnologi e del personale di ricerca afferente all’Ente. Tale valutazione si basa i. sui principi previsti dalla Carta Europea dei Ricercatori -allegata alla raccomandazione n. 2005/251/CE della Commissione Europea dell’11 marzo 2005 -, ii. sulle metodologie e gli interventi previsti dall’ANVUR e, per quanto di competenza, iii. su quanto determinato dall’Organismo Indipendente di Valutazione di cui all’art. 14 e all’art. 74, comma 4, della legge 150/2009. Tale valutazione dovrà tener conto della coerenza con le risorse assegnate alle singole attività. La valutazione dei ricercatori e tecnologi viene coordinata dal Consiglio Scientifico della Stazione Zoologica, anche eventualmente integrato da scienziati esterni da esso identificati.

9 Si sottolinea che la SZN aderisce già al consorzio CILEA per l’accesso a risorse bibliografiche online (e.g. banche dati e abbonamenti a riviste).

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1.2. Resoconto delle attività di ricerca per il 2012 Nel perseguire la sua missione principale, centrata sullo studio degli organismi marini e delle interazioni che essi stabiliscono tra loro e con l’ambiente circostante, la SZN ha condotto ricerche che hanno visto, per il 2012, la pubblicazione di 64 articoli peer-review10, 15 capitoli di libri e 23 pubblicazioni di altra tipologia, in settori disciplinari compatibili con le sue attività principali (102 pubblicazioni complessive). Nelle pagine che seguono viene presentato il resoconto dello stato di attuazione delle attività condotte nel corso del 2012. Le attività di ricerca sono articolate nell’ambito di principali Temi di Ricerca, in accordo con gli obiettivi presentati nel Piano Triennale della SZN per il 2012-2014, ed in particolare: Biodiversità Marina; Organismi Marini come sistemi modello dello studio di biologia, evoluzione ed ecologia; Funzionamento degli ecosistemi marini; Biotecnologie Marine. Linea 1 - Biodiversità Marina

Tabella 2 Articolazione e stato di attuazione Linea 1 Numero di Progetti 2Pubblicazioni peer-reviewed 11Altre pubblicazioni 1Altri prodotti 4

Obiettivi della linea di ricerca: La necessità di preservare la biodiversità nell'ambiente marino e terrestre è stata ampiamente riconosciuta a livello politico. La conservazione della biodiversità è tra le priorità della PRN. La Marine Strategy Framework Directive (MSFD) identifica la biodiversità come il principale descrittore per la qualità delle acque marine. La blue economy, futuro per l’economia europea, presuppone, negli oceani, la conservazione della biodiversità, che la blue biotechnology esplorerà per fini biotecnologici e biomedici. Siamo di fronte a cambiamenti climatici che avvengono a un ritmo senza precedenti i cui effetti sugli organismi marini si sommeranno con quelli derivati dagli impatti antropici diretti. Lo studio della biodiversità diventa quindi il primo passo fondamentale per la sua corretta gestione e conservazione. Questi sono alcuni dei motivi per cui la ricerca sulla biodiversità diventa una delle priorità per un istituto di ricerca sull’ambiente marino. Gli obiettivi di questa linea di ricerca comprendono due diversi aspetti: 1) indagare la struttura genetica delle popolazioni di specie marine ad alta valenza ecologica; 2) applicare un approccio integrato alla tassonomia delle microalghe unicellulari e allo studio del ruolo funzionale della biodiversità in organismi marini bentonici. I processi che si verificano a livello di popolazione influenzano la distribuzione e il destino delle specie. L'uso di marcatori molecolari polimorfici permette di studiare la genetica e le dinamiche di popolazione, in relazione alla demografia ed ecologia delle popolazioni. La genetica di popolazione di organismi marini è stata studiata alla SZN su specie ad alto valore ecologico, come le specie iconiche Posidonia oceanica (seagrass) e Caretta caretta (tartaruga marina) e diatomee tossiche del genere Pseudo-nitzschia. Studi su specie di valore commerciale come l’acciuga Engraulis encrasicholus ed il cefalopode Octopus vulgaris, che sono stati originariamente inclusi in questa linea di ricerca, saranno finanziati dal progetto RITMARE. Una corretta definizione di diversità e dinamica di popolazione ed un approccio comparativo tra le specie consente di individuare processi e fattori che influenzano la biodiversità marina e di suggerire strategie di gestione corretta. Alla SZN c'è una solida conoscenza tassonomica, la scienza che studia la biodiversità a livello di specie, e questo deve essere conservato e ampliato. Nell'ultimo decennio l'uso di strumenti molecolari ha

10 Dato aggiornato al 21 ottobre 2012; fonte ISI Web of Science.

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dimostrato un alto livello di diversità genetica dietro quelle che erano considerate singole morfo-specie. Importanti contributi in tal senso sono stati forniti da indagini condotte alla SZN. Oltre ad approcci morfologici e genetici, altri tratti vanno comunque considerati nelle analisi tassonomiche, come le differenze fisiologiche, i cicli vitali, i caratteri ecologici, ecc. Una definizione integrativa delle specie sarà importante per l'interpretazione della loro distribuzione nello spazio e nel tempo, ma fornirà anche informazioni sulle loro differenze metaboliche e quindi la possibilità di sfruttamento biotecnologico. Negli organismi bentonici associati alla pianta marina Posidonia oceanica, la distribuzione spazio-temporale di gruppi tassonomici particolari sarà correlata allo stato ambientale ed a gradienti dei fattori ecologici. Progetto 1.1 Diversità e struttura genetica delle popolazioni

Parole chiave: biodiversità, connettività, genetica di popolazione Settori ERC: LS8, LS2 Settori scientifico/disciplinari: BIO/07, BIO/11

Descrizione della ricerca (scopi e background): Lo scopo principale di questo progetto è lo studio dei processi microevolutivi a livello di popolazione che regolano la distribuzione nello spazio e nel tempo di specie chiave di organismi marini. La popolazione rappresenta infatti il livello a cui opera l’evoluzione; la maggiore o minore diversità genetica delle singole popolazioni e la loro connettività spaziale ne determinano la capacità di risposta e di resilienza nei confronti dei fattori esterni ed delle loro eventuali perturbazioni. Il progetto include lo studio lo studio di specie di protisti, animali e piante ad alta valenza ecologica, ma con cicli vitali, tipi di riproduzione e nicchie ecologiche diverse. Il risultato finale permetterà di stimare il ruolo relativo delle diverse forzanti ambientali e dei tratti biologici nello strutturare la diversità genetica intraspecifica delle specie marine. Le specie in oggetto sono: i) la fanerogama marina Posidonia oceanica, una specie chiave, strutturante l’ambiente costiero Mediterraneo e caratterizzata da popolazioni di dimensioni moderate, crescita lenta, riproduzione clonale e sporadicamente sessuata; ii) diatomee planctoniche con popolazioni enormi, alto tasso di crescita, riproduzione sessuata sporadica (Pseudo-nitszchia specie tossica oloplanctonica e Leptocylindrus con spore bentoniche ; iii) il teleosteo Engraulis encrasicholus, piccolo pesce pelagico di elevato valore commerciale, con grandi popolazioni e rapida crescita; iv) il cefalopode Octopus vulgaris, un organismo bentonico di interesse commerciale, specie modello per studi del comportamento, con popolazioni di taglia moderata; v) la tartaruga marina Caretta caretta, una importante specie bandiera, con popolazione ridotta e lento tasso di crescita. Stato di attuazione delle attività 2012: Sono stati identificati, assemblati in PCR multiplex e caratterizzati 51 loci microsatelliti associati a sequenze EST di Posidonia oceanica. Sono state genotipate praterie distribuite lungo gradienti latitudinali e di profondità, al fine di identificare loci funzionali che si discostano dall’ipotesi di neutralità e che potenzialmente sono sottoposti a selezione. Per strategie di reimpianto, sono state genotipate, con microsatelliti neutrali, praterie e germogli derivanti da semi spiaggiati in aree potenzialmente donatrici e in aree potenzialmente soggette ad azioni di ripristino. Utilizzando marcatori microsatelliti, è stata completeta l’analisi della struttura genetica della diatomea Pseudo-nitzschia multistriata su scala temporale; sono state individuate popolazioni diverse che coesistono con una dinamica temporale complessa in simpatria (sito LTER-MC nel Golfo di Napoli). Il polimorfismo interno alle popolazioni, fra cui esiste un moderato flusso genico è elevato. E’ stato dimostrato che tale polimorfismo deriva sia da ricombinazione durante la riproduzione sessuata che da mutazioni ‘somatiche’ che avvengono durante la divisione vegetativa. E’ stata caratterizzata geneticamente la popolazione di Caretta caretta che nidifica lungo le coste della Libia ed è stata stabilita la struttura demografica dell’aggregazione alimentare che sfrutta area di foraggiamento tunisina. Le informazioni ottenute sono rilevanti ai fini della conservazione nel Mediterraneo di queste specie. E’ stata avviata una collaborazione con la Riserva Naturale di Tiro, Libano, per il survey genetico delle tartarughe marine che frequentano la regione. Infine, è in corso uno

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studio che, integrando tool molecolari con dati di demografia, mira a determinare la dinamica dei parametri demografici della metapopolazione Mediterranea di C. caretta.

Progetto 1.2 Approccio integrato allo studio della diversità degli organismi marini

Parole chiave: biodiversità, tassonomia, gruppi funzionali Settori ERC: LS8, LS2 Settori scientifico/disciplinari: BIO/02, BIO/05

Descrizione della ricerca (scopi e background): Il progetto è finalizzato allo studio della biodiversità degli organismi marini che, in particolar modo per quanto riguarda il plancton, è ancora in larga misura poco nota. La conoscenza dei vari livelli gerarchici di organizzazione della diversità è cruciale per comprendere il funzionamento dell’ecosistema mare. Inoltre, molti organismi rappresentano fonte di sostanze di interesse biotecnologico e alcuni costituiscono rischio per la salute pubblica e/o per attività commerciali. L’approccio primario è lo studio della diversità tassonomica, affrontato con metodi di osservazione morfologica tradizionale, tecniche avanzate di microscopia elettronica, approcci molecolari e metabolomici. Studi recenti hanno dimostrato la presenza di specie criptiche, morfologicamente identiche, ma geneticamente distinte, in vari gruppi tassonomici. Quali sono i tratti biologici che le distinguono? Quali le differenze funzionali? Tali studi sono inoltre il prerequisito per la messa a punto di sistemi di rilevazione molecolari degli organismi fitoplanctonici (es. genomic barcode, librerie clonali, microarrays). Una solida base tassonomica è necessaria per l’uso di organismi bentonici come indicatori ecologici. L’analisi della variabilità spaziale e temporale di policheti, crostacei e molluschi in praterie di Posidonia oceanica sottoposte ad un diverso grado di impatto antropico permetterà l’identificazione di specie indicatrici delle condizioni ecologiche di questi sistemi che rappresentano elementi di qualità delle acque per la Marine Strategy Framework Directive (MSFD). L’implementazione di un’interfaccia gestionale, permetterà la consultazione di database prodotti alla SZN riguardanti la distribuzione delle macroalghe nel Golfo di Napoli dalla fine dell’800 ad oggi e i dati bio-ecologici generati da progetti di ricerca e monitoraggio su Posidonia oceanica lungo le coste italiane con un sistema di classificazione delle acque basato su P. oceanica. Stato di attuazione delle attività 2012: Le ricerche condotte sulla diversità del plancton marino hanno portato alla descrizione di una nuove specie di dinoflagellato del genere Azadinium, produttore di tossine azaspiracidi. Studi morfologici e molecolari hanno permesso di evidenziare diversità criptica in due specie-chiave del plancton marino, Chaetoceros socialis e Leptocylindrus danicus, portando alla descrizione di un nuovo genere e 4 nuove specie. Analisi metabolomiche hanno dimostrato diversità funzionale fra queste specie; simili risultati sono stati ottenuti studiando i profili di ossilipine in specie del genere Pseudo-nitzschia. Per le specie di questo genere, alcune produttrici della tossina acido domoico, sono state disegnate probes sulla LSU rDNA da utilizzare per microarrays per l’identificazione di specie tossiche. Nell’ambito di una collaborazione internazionale, è stato inoltre implementato un database di riferimento per le sequenze ribosomali dei protisti (PR2, http://ssu-rrna.org/) accompagnato da informazioni tassonomiche di riferimento. Lo studio di sistemi a Posidonia oceanica sottoposti ad un diverso grado di impatto antropico ha evidenziato livelli simili di variabilità a scala spaziale di alcuni descrittori della pianta e della densità dei fasci, tuttavia si evidenziano differenze significative tra i sistemi nei valori assoluti di tali variabili. Un’analisi comparata della diversità specifica e trofica dei crostacei anfipodi, condotta in diversi sistemi vegetati, ha evidenziato come queste siano strettamente correlate tra loro, e come le categorie trofico-etologiche cambino in relazione a fattori come profondità, substrato vegetale, tempo e variazioni a lungo termine dei sistemi considerati. L’analisi morfo-funzionale del decapode natante, Hippolyte inermis, ha messo in evidenza la presenza di particolari strutture calcificate (otoliti), generalmente assenti in piccoli decapodi.

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Highlight 201211 • Sono stati identificati 51 nuovi marcatori microsatelliti associati a regioni funzionali in Posidonia

oceanica; ciò ha permesso l’identificazione di loci ‘sotto selezione’ lungo clini latitudinali e batimetrici (OP-3).

• L’analisi dei profili genetici di colture F1 ottenute da diversi incroci parentali ha dimostrato l’ereditarietà mendeliana degli alleli, offrendo così la ‘prova genetica’ della riproduzione sessuata nelle diatomee. L’analisi della diversità allelica in colture clonali nel tempo ha dimostrato che la variazione genotipica dipende anche da mutazioni ‘somatiche’ (ISI-10).

• E’ stato dimostrato che l’aggregazione di Caretta caretta che nidifica in Libia è un ‘Unità di Gestione indipendente’ la cui conservazione è fondamentale per la sopravvivenza dell’intera popolazione Mediterranea. Inoltre, in questa regione le femmine nidificanti esibiscono un elevato grado di filopatria al sito di deposizione (ISI-9; OP-2).

• E’ stata rinvenuta una particolarissima formazione di colonie nella diatomea marina Bacteriastrum jadranum: le cellule infatti non sono in contatto con le loro valve, ma sono tenute assieme da un manicotto trasparente di fibrille polisaccaridiche, visualizzate in microscopia a forza atomica (ISI-2). E’ stata studiata la diversità funzionale in diverse popolazioni di Chaetoceros socialis (ISI-4; ISI-5)

• Sono state disegnate sonde molecolari per specie del genere Pseudo-nitzschia. Tali sonde sono state validate in laboratorio e mappate su una prima generazione di microarrays (MA). Queste sono state ibridate con campioni naturali; in base ai risultati ottenuti, sono state apportate modifiche su una seconda generazione di MA (OP-4).

• Studi tassonomici sui policheti hanno permesso di descrivere sei nuove specie, revisionare un genere (Axiokebuita) e segnalare specie aliene per le coste Italiane. (ISI-11).

• Lo studio di sistemi a Posidonia oceanica sottoposti a diverso impatto antropico ha evidenziato livelli simili di variabilità spaziale di alcuni descrittori della pianta e della densità dei fasci, tuttavia si mantengono differenze significative tra i sistemi nei valori assoluti di tali variabili (ISI-12).

• Studi ecologici sulle diatomee bentonche associate alle macroalghe dei fondi duri di Baia Terra Nova (Mare di Ross, Antartide) hanno messo in evidenza una diversità notevole di specie e di forme di crescita in acque polari, in stretto rapporto con il tipo di alga ospite (ISI-7, ISI-8).

Lista delle Pubblicazioni Peer reviewed (ISI)

1. Anderson DM, Alpermann TJ, Cembella AD, Collos Y, Masseret E, et al. (2012) The globally distributed genus Alexandrium: Multifaceted roles in marine ecosystems and impacts on human health. 14: 10-35.

2. Bosak S, Pletikapić G, Hozić A, Svetličić V, Sarno D, et al. (2012) A novel type of colony formation in marine planktonic diatoms revealed by atomic force microscopy. PLoS ONE 7: e44851.

3. Cocito S, Lombardi C, Ciuffardi F, Gambi MC (2012) Colonization of Bryozoa on seagrass Posidonia oceanica ‘mimics’: biodiversity and recruitment pattern over time. Mar. Biodiv. 42: 189-201.

4. Degerlund M, Huseby S, Zingone A, Sarno D, Landfald B (2012) Functional diversity in cryptic species of Chaetoceros socialis Lauder (Bacillariophyceae). Journal of Plankton Research 34: 416-431.

5. Huseby S, Degerlund M, Zingone A, Hansen E (2012) Metabolic fingerprinting reveals differences between northern and southern strains of the cryptic diatom Chaetoceros socialis. European Journal of Phycology in press.

6. Jongma (in press) Identity and origin of a slender Caulerpa taxifolia strain introduced into the Mediterranean sea. Botanica Marina.

7. Majewska R, Gambi MC, Totti C, Pennesi C, De Stefano M (2012) Growth form analysis of epiphytic diatom communities of Terra Nova Bay (Ross Sea, Antarctica). Polar Biol DOI 10.1007/s00300-012-1.

8. Majewska R, Gambi MC, Totti C, Pennesi C, De Stefano M (in press) Epiphytic diatom communities of Terra Nova Bay (Ross Sea, Antarctica): structural analysis and relations to algal host. Antar. Sci.

11 Ogni highlight è accompagnato da sigle e numeri in apice che corrispondono rispettivamente al tipo di prodotto (ISI Peer reviewed; B&C Books and Chapters; OP Other pubblications, including abstracts) e al numero identificativo di cui alla lista delle pubblicazioni.

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SZN – PIANO TRIENNALE 2013-2015 9. Saied A., Maffucci M., Hochscheid S., Dryag S., Swayeb B, Borra M., Ouerghi A., Procaccini G, Bentivegna F.

(2012). Loggerhead turtles nesting in Libya: an important management unit for the Mediterranean stock. Marine Ecology Progress Series 450:207-218

10. Tesson SV, Legrand C, van Oosterhout C, Montresor M, Kooistra WH, Procaccini G. [Epub ahead of print] Mendelian Inheritance Pattern and High Mutation Rates of Microsatellite Alleles in the Diatom Pseudo-nitzschia multistriata. Protist.

11. Tovar-Hernandez MA, Yanez-Rivera B, Giangrande A, Gambi MC (2012) Notes on the species of Perkinsiana (Polychaeta: Sabellidae) from Antarctica with the description of P. brigittae sp. nov. Zootaxa 3485: 56–68.

12. Vasapollo C, Gambi MC (2012) Spatio-temporal variability in Posidonia oceanica seagrass meadows off the Western Mediterranean: Shoot density and plant features. Aquat Biol 16: 163-175.

Books and chapters 1. Not F, Siano R, Kooistra WCHF, Simon N, Vaulot D, et al. (2012) Diversity and Ecology of Eukaryotic Marine

Phytoplankton. In: Piganeau G, editor. Genomic Insights into the Biology of Algae Academic Press. Other publications, including abstracts

1. Cantasano N, Civitelli D, Procaccini G, Innocenti AM, Mazzuca S, Serra IA (2012) Variabilità genetica e distribuzione biogeografica di Posidonia oceanica (Linnaeus) Delile nel Mediterraneo. Biologi Italiani, Anno XLII: 33-43

2. Chaieb O, Elouaer A, Karaa S, Bradai MN, ElHili H, Bentivegna F, Said K, Chatti N (2012) Population structure and dispersal patterns of loggerhead sea turtles Caretta caretta in Tunisian coastal waters, central Mediterranean. Endang Species Res vol 18:35-45 2012

3. D’Esposito D, Dattolo E, Badalamenti F, Orsini L, Procaccini G (2012) Comparative analysis of genetic diversity of Posidonia oceanica along a depth gradient using neutral and selective/non neutral microsatellite markers. 43° Congresso della Società Italiana di Biologia Marina. Marina di Camerota (SA), 4-8 giugno 2012

4. Ruggiero MV, Barra L (2012) Project MIDTAL (MIcroarrays for the Detection of Toxic ALgae): final workshop report. Harmful Algae News , 4 ISSN 0020-7918, 16-17.

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http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Tesson%20SV%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22951213

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Legrand%20C%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22951213

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=van%20Oosterhout%20C%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22951213

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Montresor%20M%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22951213

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Kooistra%20WH%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22951213

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Procaccini%20G%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=22951213

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22951213


Linea 2 - Organismi marini come sistemi modello dello studio della biologia, evoluzione ed ecologia

Tabella 3 Articolazione e stato di attuazione Linea 2Numero di Progetti 4Pubblicazioni peer-reviewed 18Altre pubblicazioni 4Altri prodotti 5

Obiettivi della linea di ricerca: La vita, come ci indica lo studio dei fossili, è iniziata nel mare dove tuttora sono rappresentati più phyla che in qualsiasi altro ambiente terrestre. Questa maggiore diversità filogenetica è uno dei motivi per i quali gli organismi marini possono rappresentare una risorsa di sistemi-modello originali per la ricerca in tutti i campi della biologia. Infatti, poco ancora si conosce dei meccanismi biologici che sono alla base: i.) delle interazioni energetiche, trofiche e comportamentali che regolano i rapporti tra molecole, cellule, tessuti e organismi, nonché tra questi e il loro ambiente; ii.) dei processi adattativi che hanno permesso l’evolversi della vita nel mare e da qui sulla terra. Considerando, quindi, l’unicità dell’ambiente marino per la sua biodiversità, ed anche per le sue proprietà chimiche e fisiche (viscosità, pressione, turbolenza, trasmissione della luce, etc.), è plausibile ipotizzare che studi condotti su organismi marini continueranno ad essere fortemente innovativi. Indubbiamente, l’informazione fornita da tali ricerche contribuirà non solo alla comprensione di meccanismi fisiologici cellulari e molecolari di base, ma potrebbe apportare sviluppi nel campo biotecnologico e biomedico. Grazie all’avvento delle nuove tecnologie, quali il sequenziamento di seconda e terza generazione per la genomica e la trascrittomica, è possibile oggi affrontare lo studio degli organismi marini con un approccio integrato basato su genomica, bioinformatica, microscopia avanzata, biologia molecolare, biofisica, genetica di popolazione ed ecologia, impensabile fino a pochi anni fa. Sistemi modello, prima inaccessibili alle tecnologie utili a comprendere i meccanismi molecolari delle interazioni tra organismo-organismo e organismo-ambiente, possono essere oggi oggetto di studio sperimentale. Le unità di ricerca operanti alla SZN, grazie alla natura interdisciplinare degli studi condotti, si trovano in una posizione privilegiata per affrontare questi quesiti con un approccio multidisciplinare. Negli ultimi anni, la ricerca alla SZN ha permesso di affinare gli strumenti più avanzati per lo studio di alcuni organismi marini scelti come modello per rispondere a specifiche domande nel campo della biologia della riproduzione e dello sviluppo, della fisiologia e del comportamento, anche in relazione all’ambiente. Sono state generate risorse importanti quali: mantenimento e “coltivazione” di organismi marini, collezioni di mutanti, transgenici, cloni, cDNA e DNA genomico, collezioni storiche di campioni, banche dati per la genomica, protocolli sperimentali per lo studio della fisiologia e del comportamento, tecnologie per la trasformazione genica e l’analisi funzionale, tecnologie avanzate di imaging e tecniche di micromanipolazione e microniezione in vari compartimenti cellulari (citoplasma e nucleo) facendo uso di proteine ricombinanti fluorescenti. Progetto 2.1 Biologia e fisiologia della riproduzione.

Parole chiave: calcio, canali, actina Settori ERC: LS1, LS3 Settori scientifico/disciplinari: BIO/09, BIO/10

Descrizione della ricerca (scopi e background): Gli ovociti di stella di mare offrono un eccellente modello sperimentale per svariati motivi. Durante l’ovogenesi gli ovociti si arrestano in un preciso stadio della divisione meiotica e così facendo danno l’opportunità di studiare in vitro il controllo del ciclo cellulare. Gli ovociti sono cellule eccitabili come le cellule nervose e muscolari con un nucleo di grandi dimensioni ed un accessibile subplasmalemma. La

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nostra ricerca è focalizzata sui cambiamenti citoplasmatici e fisiologici durante la maturazione e la fecondazione. In entrambi i processi, i livelli citosolici di Ca2+ e le proprietà elettriche della membrana plasmatica cambiano rapidamente contemporaneamente al rimodellamento dell’actina del citoscheletro. E’ interessante pertanto capire la relazione causale tra questi cambiamenti. Per esempio, mentre l’influsso di Ca2+ altera il potenziale di membrana, il cambiamento delle proprietà elettriche può a sua volta influenzare l’attività dei canali ionici voltaggio-dipendenti. Se l’incremento del calcio intracellulare rimodella l’architettura dell’actina del citoscheletro, i cambiamenti dell’actina hanno a loro volta un effetto sull’attività dei canali degli stores di Ca2+ localizzati sulle membrane cellulari, come abbiamo ripetutamente dimostrato negli ovociti di stella di mare. Il potenziale della membrana plasmatica e la struttura del citoscheletro potrebbero anche influenzarsi a vicenda. Di conseguenza, noi ipotizziamo che ci potrebbe essere un feedback positivo a rotazione tra questi cambiamenti che sono responsabili dei cambiamenti fisiologici. In questo contesto, l’obiettivo della nostra ricerca è di studiare le basi molecolari della meiosi e dell’attivazione delle uova. La regolazione dei canali ionici ad opera dei cambiamenti dell’actina del citoscheletro e delle forze meccaniche sulla membrana plasmatica è di gran lunga uno degli argomenti meno esplorati nella biologia cellulare rispetto a quelli ligando-recettore ed ai canali ionici voltaggio-dipendenti. Così come l’argomento di studio sulle correnti ioniche transmembrana e l’incremento del calcio durante la maturazione è particolarmente adatto ad essere studiato cper la possibilità di comparare questo processo con quello molto più conosciuto della fecondazione. Storicamente la Stazione Zoologica è stata fortemente coinvolta nello studio di questi argomenti di ricerca. L’applicazione di nuovi metodi per la produzione di proteine bersaglio basate sul trascrittoma degli ovociti di stella di mare, le misure di calcio e l’imaging dei cambiamenti dell’ actina insieme ai dati di elettrofisiologia faranno luce su questi fondamentali processi di biologia cellulare. Stato di attuazione delle attività 2012: E’ stato dimostrato che l’attivazione artificiale delle uova in seguito allo svuotamento degli stores di Ca2+ intracellulari indotti dalla ionomicina, un Ca2+ ionoforo, produce degli effetti deleteri sulle strutture vescicolari e del citoscheletro del cortex dell’uovo che provoca una inefficace fecondazione ed un anomalo sviluppo. Numerosi dati sperimentali accumulati attraverso l’uso della falloidina, la latrunculina A, l’anticorpo anti-depactina, ed il sequestro del PIP2 (fosfolipidi di membrana) con il PH-domain della PLC δ1 indicano che l’alterazione dell’actina del citoscheletro può avere un drammatico impatto sull’attivazione delle uova, sul Ca2+ signaling alla fecondazione o in risposta al Ca2+ liberato dall’ InsP3. Per sviluppare anticorpi con funzione bloccante e proteine di specifici geni coinvolte nell’attivazione delle uova nel Ca2+ signaling, abbiamo lanciato lo studio del trascrittoma usando gli ovociti della stella marina del mediterraneo Astropecten aranciacus. E’ stata ottenuta la prima bozza del trascrittoma contenente 21000 sequenze complete. Abbiamo dimostrando che la meiosi collegata all’incremento del Ca2+ avviene nelle uova dei mammiferi, estendendo le precedenti ricerche sulle Ascidie. Le onde di Ca2+ ormone-dipendenti scatenano la ripresa meiotica. Inoltre abbiamo scoperto che le correnti di calcio T-type sovrintendono alla crescita di tre sottotipi di ovociti di ascidia Styela plicata. L’inibizione farmacologica di queste correnti ha portato ad una significativa riduzione nel ritmo di segmentazione e formazione larvale, e ha suggerito che l’entrata di calcio attraverso i canali T-type potrebbero agire come un potenziale pacemaker nella regolazione citosolica di questo ione. Infine abbiamo anche dimostrato che nella crescita degli ovociti, i mitocondri migrano alla periferia del citoplasma e mostrano un incremento delle loro attività. Questi dati hanno suggerito che anche i cambiamenti nei mitocondri contribuiscono all’acquisizione della competenza ovocita ria

Progetto 2.2 Origine ed evoluzione dei meccanismi di sviluppo nei deuterostomi. Parole chiave: sistema nervoso, organogenesi, network genici regolativi Settori ERC: LS3_9, LS5_4 Settori scientifico/disciplinari: BIO/11, BIO/18

Descrizione della ricerca (scopi e background):

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Lo scopo principale di questo progetto è di studiare i meccanismi che regolano lo sviluppo degli organismi multicellulari dallo zigote all’adulto. L’obiettivo generale delle ricerche svolte è di contribuire alla comprensione, anche dal punto di vista evolutivo e biotecnologico, dei processi biochimici e morfogenetici coinvolti nella crescita e nel differenziamento degli organi e dell’intero organismo e come questi siano regolati a diversi livelli di complessità, dalla cellula all’organismo. A tal fine vengono impiegate tecniche per lo studio dell’espressione dei geni, della loro regolazione (a livello dei “network” regolativi, GRN) e funzione (mediante microiniezione di oligonucleotidi e/o elettroporazione di dominanti negativi). I gruppi di ricerca si avvalgono della disponibilità di diversi organismi marini invertebrati, quali il protocordato Ciona intestinalis, il riccio di mare (Strongylocentrotus purpuratus e Paracentrotus lividus) e la stella di mare (Patiria miniata), ma anche di vertebrati di acqua dolce come il pesce zebra (Danio rerio). Per potenziare l’analisi comparativa dei deuterostomi, il gruppo ha recentemente acquisito i seguenti sistemi modello: l’emicordato Ptychodera flava (gli emicordati, insieme agli echinodermi, sono gli unici deuterostomi non-cordati viventi) e il cefalocordato anfiosso (Branchiostoma lanceolatum). L’accessibilità sperimentale a tali e vari sistemi modello rappresenta uno dei principali punti di forza di questo progetto, in particolare per gli studi evo-devo in relazione ai vertebrati e quindi all’uomo. La ricerca nell’ambito di questo progetto è stata suddivisa in 7 work package (WP) focalizzati sullo studio a) dei geni e delle vie di trasduzione connessi allo sviluppo e all’evoluzione del sistema nervoso, b) di organi e cellule specifiche, quali occhio, cellule pigmentate e fotorecettori, e c) di strutture derivanti dall’endoderma, quali tiroide, stomaco e intestino. Stato di attuazione delle attività 2012: Le ricerche svolte nel corso del 2012 hanno permesso i seguenti avanzamenti (in parentesi il numero di WP di riferimento nel PT 2012-14): Riguardo lo studio dell’evoluzione del sistema nervoso nei deuterostomi è in corso la caratterizzazione dei domini di espressione e della regolazione dei geni Armcx, SoxB2, Gsh2 e NOS (WP1). Nell’ambito dello studio dei meccanismi molecolari che controllano lo sviluppo di organi fotosensibili in C. intestinalis stiamo analizzando il ruolo dei geni FGF, Onecut, Gsx e, mediante studi di trascrittomica, e le reti geniche in cui essi sono coinvolti. Stiamo inoltre studiando un nuovo sistema di fotorecettori nel riccio di mare che esprime una opsina di tipo ciliare. Per lo studio delle neurotrofine durante lo sviluppo del sistema nervoso in zebrafish, stiamo caratterizzando il profilo trascrizionale dei geni NT e NTR, e stiamo preparando/acquisendo gli strumenti per l’analisi funzionale e regolativa. Lo studio del differenziamento del tubo digerente ha permesso la determinazione del GRN che controlla la formazione dello stomaco e dell’intestino nella larva di riccio di mare così consentendo lo studio comparativo in stella di mare, ora in atto, per determinarne conservazione o divergenza nel corso dell’evoluzione. Gli studi sull'evoluzione della funzione tiroidea hanno evidenziato che la metamorfosi in Ciona, come nei cordati superiori, e' fortemente influenzata dalla disponibilità di iodio e dalla presenza di goitrogeni. In zebrafish, abbiamo acquisito una nuova linea transgenica specifica per la tiroide al fine di studiare la collective cell migration del primordio della ghiandola. Infine, un nuovo screening di mutazioni spontanee in popolazioni naturali di Ciona intestinalis ha permesso di identificare una decina di fenotipi mutanti di geni dello sviluppo embrionale, attualmente in fase di caratterizzazione.

Progetto 2.3 Risposte delle diatomee agli stimoli ambientali

Parole chiave: diatomee, risposte cellulari, espressione genica. Settori ERC: LS2, LS8 Settori scientifico/disciplinari: BIO/07, BIO/11

Descrizione della ricerca (scopi e background): Nelle comunità marine, il fitoplancton si trova alla base della rete trofica e sostiene quindi l’intero ecosistema. Le diatomee sono eucarioti fotosintetici unicellulari; esse sono responsabili del 20% della fissazione del carbonio e svolgono un ruolo chiave nei cicli biogeochimici di vari elementi. Una più profonda comprensione della loro biologia è necessaria per comprendere le basi della loro diversità, del loro successo ecologico, la dinamica della loro interazione con altri organismi marini, nonché per lo sfruttamento del loro repertorio metabolico per possibili applicazioni industriali. Partendo

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delle notevoli competenze sugli aspetti ecologici e fisiologici, ci proponiamo di approfondire le conoscenze di tipo fuzionale e molecolare indagando sui meccanismi utilizzati dalle diatomee nella percezione e nella risposta a stimoli ambientali. Alle due specie tradizionalmente usate nelle sperimentazioni di laboratorio (Phaeodactylum tricornutum, Pt e Thalassiosira pseudonana Tp) affiancheremo altre specie che siano ecologicamente rilevanti e che presentino aspetti nuovi o complementari. Gli studi sono mirati ad indagare: i.) l’influenza della turbolenza oceanica sul metabolismo e sulla distribuzione delle diatomee; ii) i fenomeni di comunicazione chimica coinvolti nella regolazione della crescita cellulare e della dinamica delle fioriture; iii) i meccanismi di comunicazione che regolano i loro cicli vitali; iv) aspetti della biologia delle diatomee che sottostanno alla capacità di adattamento allo stimolo della luce. La comprensione di questi meccanismi ha sia rilevanza ecologica (nella dinamica delle popolazioni) che biotecnologica (per i sistemi di coltivazione). Una parte della sperimentazione infine e’ dedicata al consolidamento della specie Pseudo-nitzschia multistriata come modello genetico per identificare mutanti nelle funzioni di interesse. Stato di attuazione delle attività 2012: Abbiamo scelto Pseudo-nitzschia multistriata per approcci genetici poiché mostra riproduzione sessuata. Per permettere studi funzionali, ne abbiamo sequenziato il genoma. Le sequenze grezze sono state organizzate ed integrate permettendo la creazione di un genome browser e di un blast server. E’ stato ottimizzato un protocollo di mutagenesi chimica e sono stati isolati mutanti resistenti ad un erbicida. Tramite mutagenesi inserzionale sono stati generati mutanti in Pt. Per la comunicazione chimica, risultati importanti sono emersi dagli studi sulle ossilipine e dagli studi sui cicli vitali. La reazione alle aldeidi è stata trovata essere specie-specifica, aldeide-specifica e stress-specifica, indicando che tali composti fungono da portatori di informazione nella popolazione. Gli esperimenti di espressione permettono di legare i ROS con l’attivazione di geni specifici della morte cellulare programmata. Per studiare l’attivita’ della lipossigenasi, il saggio colorimetrico FOX2 e’ stato adattato e ottimizzato sulle specie Skeletonema marinoi, Chaetoceros affinis e Thalassiosira weissflogii. La microscopia time-lapse ha definito fasi chiave e tempistica della fase sessuata di Pseudo-nitzschia multistriata. Si e’ visto che la riproduzione sessuata in questa specie è indotta da un mediatore chimico. L'analisi dei trascrittomi generati dai due tipi riproduttivi permettera’ l’identificazione dei geni regolanti il differenziamento in tipi riproduttivi diversi. Per le attivita’ di ricerca iniziate de novo nel 2012 e’ stata terminata la fase preparatoria, alcune conferiranno in un progetto di ampio respiro. Per lo studio della turbolenza oceanica e’ stato installato lo strumento e definito un protocollo per esperimenti pilota con Pt.

Progetto 2.4 Plasticità Biologica e Risposta Adattativa

Parole chiave: plasticità, evoluzione, comportamento, sistema nervoso, immunità Settori ERC: LS2, LS3, LS5, LS6, LS8 Settori scientifico/disciplinari: BIO/05, BIO/07, BIO/09, BIO/10, BIO/11, BIO/18

Descrizione della ricerca (scopi e background): Questo progetto nasce dalla cooperazione scientifica di alcuni ricercatori della SZN che hanno iniziato, alla fine del 2011, a collaborare per mettere a confronto e in sinergia le proprie esperienze e conoscenze allo scopo di dare impulso allo studio della plasticità biologica, uno dei temi fondamentali della biologia moderna. La Plasticità Biologica è cruciale per la comprensione delle modalità di interazione tra gli organismi, i sistemi che si formano tra di essi e l’ambiente, nonché della loro capacità di adattamento e/o trasformazione, i.e. evoluzione. La possibilità degli organismi di andare incontro a “cambiamenti” va intesa non come una passiva risposta a pressioni di tipo selettivo, quanto invece come la capacità di reagire attivamente agli ‘stimoli’ esterni con una riprogrammazione, sottendendo così una ben più complessa rete di interazioni e influenzabilità reciproca dei sistemi. Le informazioni che possono derivare da un approccio allo studio della plasticità hanno, quindi, implicazioni che vanno da quelle prettamente evolutive a quelle funzionali e ambientali; esse rappresentano una inesauribile fonte di idee per studi e innovazione bio-ispirate.

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Il Progetto è organizzato in ‘moduli’ che hanno affrontato, in sistemi-chiave e su scala diversa, temi correlati alla plasticità biologica: dal genoma fino agli ecosistemi, grazie alla comprensione di meccanismi naturali frutto di milioni di anni di perfezionamento. Le attività si propongono di fornire sia risultati utili per lo studio dell’evoluzione e della conservazione della biodiversità sia modelli fruibili per affrontare temi di grande importanza in ambiti quali biomedicina, ecologia ambientale e sviluppo tecnologico. Stato di attuazione delle attività 2012: Nel 2012 le attività di ricerca afferenti a questo progetto hanno prodotto nuovi risultati che sono stati pubblicati su riviste internazionali ISI. Nello studio della plasticità genomica i nostri risultati hanno contribuito alla comprensione di come la flessibilità del genoma si manifesti in ambiti quali l’evoluzione e lo sviluppo. Particolare importanza è stata data all’identificazione delle possibili associazioni dei risultati con l'ecologia e la biomedicina. E’ stata analizzata l'organizzazione di elementi ripetuti nel genoma, la composizione nucleotidica di specifiche famiglie geniche, la regolazione della trascrizione durante lo sviluppo e le patologie, e la conservazione degli elementi noncodificanti in diversi organismi ed ambienti. La continuazione degli studi permetterà l'approfondimento dei risultati grazie alla estensione delle analisi ad un maggiore numero sia di caratteristiche genomiche e geniche che di specie ed ambienti. Nell’ambito dello studio di molecole e meccanismi coinvolti nella risposta immune innata, l’urocordato Ciona intestinalis, che condivide con i vertebrati un comune antenato, si è rivelato un valido modello per esaminare le barriere di difesa e le dinamiche immunitarie microbiche a livello del sistema digerente. Questo ha consentito una caratterizzazione preliminare della composizione microbica del lume gastrointestinale di animali sia in condizioni normali che di disbiosi indotta da digiuno. Inoltre, è stato dimostrato in tale specie un’attività immunologica mediata dal sistema del complemento a livello del faringe. Combinando approcci di in vivo imaging, di farmacologia comportamentale e di valutazioni neurotossicologiche, sono stati identificati e la localizzati i principali neuromodulatori nel sistema nervoso centrale e periferico di Octopus vulgaris, consentendo un’accurata mappatura citoarchitettonica dei sistemi neurali che governano l’apparato visivo e chemio-tattile (Ponte-PhD Thesis, 2012). Inoltre, in previsione della prossima applicazione della Direttiva/63/EU, è stato attivato un Assegno di ricerca (finanziato dal Progetto MODO) per la definizione di protocolli per il mantenimento ai fini sperimentali dei cefalopodi che permettano di migliorare il welfare degli animali coerentemente con i principi delle 3R. Per quanto concerne le attività di ricerca sulle tartarughe marine è stato intensificato lo studio del comportamento durante la fase di alimentazione neritica utilizzando strumenti di telemetria satellitare ed archival tag. Ciò ha permesso di identificate le aree preferite di foraggiamento presenti nel Tirreno Meridionale e le variazioni spazio-temporale di importanti indici di ecologia comportamentale. Queste informazioni sono necessarie per comprendere come la specie risponde alle alterazioni dell’ecosistema marino. Inoltre, in collaborazione con il National Science Council of Taiwan, è stato concluso uno studio comparativo sul comportamento durante la fase riproduttiva di due popolazioni di tartaruga verde (Chelonia mydas) presenti in Taiwan.

Highlight 201212

• Contributo per uno special issue su BBRC, per onorare William J. Lennarz, un esperto di rilievo internazionale nel campo della biologia cellulare e dello sviluppo (ISI-16)

• Estendendo precedenti risultati ottenuti sulle ascidie è stata evidenziata l’importanza dell’aumento di calcio nella progressione meiotica del complesso ovocita cumulo ooforo nei mammiferi (ISI-17)

• Dimostrazione del ruolo cruciale dell’actina del citoscheletro dell’ectoplasma degli ovociti nel controllo della maturazione, fecondazione e primi stadi di sviluppo (ISI-18)


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• Voce nell’Encyclopedia of Biological Chemistry (Santella and Chun ,In press) “Calcium signalling by cADPribose and NAADP”. In: Encyclopedia of Biological Chemistry, 2nd edition, Eds W.J. Lennarz and M.D. Lane. ISBN: 978-0-12-443710-4, Elsevier Inc. (B&C-3)

• Voce nell’Encyclopedia of Biological Chemistry (Chun and Santella, In press) “Intracellular Calcium Waves.” In: Encyclopedia of Biological Chemistry, 2nd edition, Eds W.J. Lennarz and M.D. Lane. ISBN: 978-0-12-443710-4, Elsevier Inc. (B&C-4)

• Rassegna delle ricerche condotte negli ultimi anni presentata su invito “The International Symposium on the Mechanisms of Sexual Reproduction in Animals and Plants” Nagoya, Japan (November 12-16, 2012). http://allo-authentication.net/5thMCBEEC/index.html (OP-6)

• Uno studio comparativo ha permesso di acquisire nuove informazioni sulle tirosinasi nei metazoi, dimostrando che la storia evolutiva di questa famiglia di geni è molto più complessa di quanto si pensasse e aprendo nuove prospettive al modo in cui gli organismi sintetizzano ed usano la melanina nel corso dell’evoluzione (ISI-5).

• Studi in zebrafish hanno permesso di dimostrare l'esistenza di meccanismi genetici di protezione dei precursori follicolari durante la formazione della ghiandola tiroidea (ISI-15).

• Studi preparatori agli esperimenti che esamineranno le capacità di adattamento delle diatomee allo stimolo luce hanno portato alla pubblicazione di una review sui meccanismi molecolari alla base delle risposte alla luce nelle diatomee marine (ISI-4).

• Studi da noi condotti hanno mostrato che il passaggio di perturbazioni atmosferiche ha un impatto significativo sulla variabilità dei nutrienti disponibili per la crescita algale ed hanno portato alla pubblicazione di un articolo sulla risposta del fitoplancton ad eventi di mescolamento turbolento (ISI-

11).

• Abbiamo ottenuto un primo draft ed un genome browser per il genoma di P. multistriata, questi dati preliminari sono stati presentati in un congresso internazionale i cui atti sono pubblicati (OP-3). Nelle diatomee, sono stati sequenziati i genomi di sole 4 specie, P. multistriata rappresenta la quinta specie sequenziata delle circa 200.000 esistenti.

• Abbiamo partecipato allo sviluppo di un tool in grado di identificare network geniche di RNA coding e noncoding regolate da microRNA. La complessità degli elementi noncodificanti associati ai trascritti appartenenti alla famiglia delle caderine è stata caratterizzata in diverse specie di vertebrati ed invertebrati ed in modelli cellulari. Utilizzando approcci di bioinformatica siamo stati in grado di identificare il livello di conservazione dei long noncoding RNA nei vertebrati. Il nostro contributo attivo è stato utilizzato anche per chiarire i meccanismi di regolazione della trascrizione nello sviluppo e nel tumore dei mammiferi in modelli cellulari ed in-vivo (ISI-12).

• Mediante la distribuzione della famiglia di elementi mobili, le sequenze Alu, più rappresentata nel genoma umano abbiamo confermato la compartimentalizzazione del genoma in regioni composizionalmente omogenee (le isocore) dimostrando che le sequenze ripetute non sono distribuite in modo casuale ma esiste una correlazione composizionale tra le sequenze intersperse e le famiglie di isocore in cui sono localizzate (ISI-3).

• L’analisi delle classi funzionali dei geni ha evidenziato un chiaro effetto dei geni coinvolti nei processi metabolici sulla composizione in basi del genoma (incremento in GC), mostrando pattern composizionali comuni a tredici genomi di mammiferi. Tale organizzazione genomica non è stata riscontrata in organismi con tasso metabolico inferiore, cioè anfibi e rettili. Inoltre, i dati circa il “life-style” dei pesci teleostei, sia della osmoregolazione (salmastri-dulciacquicoli) che dell’attività migratoria (anadromica-catadromica), hanno evidenziato l’effetto del rapporto organismo-ambiente sul GC del genoma, avvalorando l’ipotesi che vede il metabolismo come driving force dei processi evolutivi genomici (ISI-1).

• Abbiamo studiato in Ciona il ruolo del faringe nell’immuno-sorveglianza dimostrando che C3, componente centrale del sistema del complemento, è espressa e funzionale in questo organo. E’

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stata analizzata la localizzazione di C3 e dimostrato che l’LPS determina un incremento della sua espressione ed attivazione (ISI-8).

• Sono stati ottenuti per la prima volta i tassi di ingestione e gli indici di selezione della preda in natura per la Caretta caretta, applicando una nuova tecnologia di data-logging. Questa ricerca, combinata all’analisi dei contenuti gastro-intestinali degli esemplari spiaggiati, ha fornito informazioni essenziali per la caratterizzazione del ruolo ecologico delle tartarughe negli ecosistemi marini (ISI-9).


1. Bernà L, D’Onofrio G, Alvarez-Valin F (2012). Peculiar patterns of amino acid substitution and conservation in the fast evolving tunicate Oikopleura dioica. Mol Phylogenet Evol. 62:708-725.

2. Berná L. A, Chaurasia A, C, Angelini C, Federico C, Saccone S, D'Onofrio G (2012). The footprint of metabolism in the organization of mammalian genomes. BMC Genomics. 13:174-187.

3. Costantini M, Auletta F, Bernardi G (2012) The distribution of "new" and "old" Alu sequences in the human genome: the solution of a "mystery". Molecular Biology and Evolution 29: 421-427.

4. Depauw FA, Rogato A, Ribera d’Alcalà M, Falciatore A (2012) Exploring the molecular basis of responses to light in marine diatoms. Journal of Experimental Botany, 63(4): 1575-1591. doi:10.1093/jxb/ers005

5. Esposito R, D'Aniello S, Squarzoni P, Pezzotti MR, Ristoratore F, Spagnuolo A (2012) New insights into the evolution of metazoan tyrosinase gene family. PLoS One 7(4):e35731.

6. Fioretti FM, Febbraio F, Carbone A, Branno M, Carratore V, et al. (2012) A sperm nuclear basic protein from the sperm of the marine worm Chaetopterus variopedatus with sequence similarity to the arginine-rich C-termini of chordate protamine-likes. DNA Cell Biol. 31(8):1392-1402.

7. Gennarino VA, D’Angelo G, Dharmalingam G, Fernandez S, Russolillo G, et al. (2012) Identification of microRNA-regulated gene networks by expression analysis of target genes. Genome Res. 22: 1163–1172. doi:10.1101/gr.130435.111

8. Giacomelli S, Melillo D, Lambris JD, Pinto MR (2012) Immune competence of the Ciona intestinalis pharynx: Complement system-mediated activity. Fish Shellfish Immunol 33: 946-952.

9. Hochscheid S, Travaglini A, Maffucci F, Hays GC, Bentivegna F (in press) Since turtles cannot talk: what beak movement sensors can tell us about the feeding ecology of neritic loggerhead turtles, Caretta caretta. Mar Ecol

10. Josef N, Amodio P, Fiorito G, Shashar N (2012) Camouflaging in a Complex Environment—Octopuses Use Specific Features of Their Surroundings for Background Matching. PLoS ONE 7(5): e37579. doi:10.1371/journal.pone.0037579

11. Liccardo A., A. Fierro, D. Iudicone, P. Bouruet-Aubertot & L. Dubroca, (in press) Response of the deep chlorophyll maximum to fluctuations in vertical mixing intensity, Progress in Oceanography

12. Oliveira P, Sanges R, Huntsman D, Stupka E, Oliveira C (2012) Characterization of the intronic portion of cadherin superfamily members, common cancer orchestrators. Eur. J. Hum. Genet. 20: 878–883. doi:10.1038/ejhg.2012.11

13. Perna D, Fagà G, Verrecchia A, Gorski MM, Barozzi I, et al. (2012) Genome-wide mapping of Myc binding and gene regulation in serum-stimulated fibroblasts. Oncogene 31: 1695–1709. doi:10.1038/onc.2011.359

14. Pinheiro H, Carvalho J, Oliveira P, Ferreira D, Pinto MT, et al. (2012) Transcription initiation arising from E-cadherin/CDH1 intron2: a novel protein isoform that increases gastric cancer cell invasion and angiogenesis. Hum. Mol. Genet. 21: 4253–4269. doi:10.1093/hmg/dds248

15. Porreca I, De Felice E, Fagman H, Di Lauro R, Sordino P (2012) Zebrafish bcl2l is a survival factor in thyroid development. Dev Biol, 366: 142-152.

16. Santella L, Vasilev F, Chun JT (2012). Fertilization in echinoderms. Biochem Biophys Res Commun 425:588-594.

17. Silvestre F, Fissore RA, Tosti E, Boni R (2012) [Ca2+]i rise at in vitro maturation in bovine cumulus-oocyte complexes. Mol Reprod Dev 79:369-379.

18. Vasilev F, Chun JT, Gragnaniello G, Garante E, Santella L (2012). Effects of ionomycin on egg activation and early development in starfish. PLoS One 7:e39231.

19. Razy-Krajka F, Brown E, Horie T, Callebert J, Sasakura Y, Joly JS, Kusakabe T, Vernier P (2012) Monoaminergic modulation of photoreception in ascidian: Evidence for a proto-hypothalamo-retinal territory BMC Biology

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SZN – PIANO TRIENNALE 2013-2015 Book and chapters

1. Berná L, Chaurasia A, Tarallo A, Agnisola C, D'Onofrio G (2012). The shifting and the transition mode of vertebrate genome evolution in the light of the metabolic rate hypothesis: a review. Nova Science Publishers, Inc in press.

2. Chaurasia A, Uliano E, Berná L, Agnisola C, D'Onofrio G (2011). Does Habitat Affect the Genomic GC Content? A Lesson from Teleostean Fish: A Mini Review. In: Fish Ecology. Sean P. Dempsey Ed. Nova Science Publishers, Inc. Hauppauge NY (USA) pp 61-80.

3. Chun J.T. and Santella L. (In Press). Intracellular Calcium Waves, In: “Encyclopedia of Biological Chemistry” editors, William J. Lennarz and M. Daniel Lane, ISBN: 978-0-12-443710-4, Elsevier Inc.

4. Santella L. and Chun, J.T (In Press). Calcium signaling by cyclic ADP-ribose and NAADP, In: “Encyclopedia of Biological Chemistry” editors, William J. Lennarz and M. Daniel Lane, ISBN: 978-0-12-443710-4, Elsevier Inc.

Other publications, including abstracts 1. Basu S, Sanges R (2012) Discovery of conserved long non-coding RNAs in vertebrates. EMBnet.journal 18:

pp. 130–131. ISSN:1023-4144 2. Dishaw LJ, Flores-Torres JA, Mueller MG, Karrer CR, Skapura DP, et al. (2012) A Basal chordate model for

studies of gut microbial immune interactions. Front Immunol 3: 96. 3. Fevola, C.; Patil, S.; Basu, S.; Scalco, E.; Miele, M.; Drou, N.; Caccano, M.; Sanges, R.; Montresor, M.;

Ferrante, M. Genome sequencing and mutagenesis in the planktonic diatom Pseudo-nitzschia multistriata (2012) in: Sabbe, K. et al. (Ed.) Twenty-second International Diatom Symposium, Aula Academica, Ghent, 26-31 August 2012. Abstracts. VLIZ Special Publication, 58: pp. 44

4. Pascual-Anaya J, Adachi N, Alvarez S, Kuratani N, D’Aniello S, et al. Broken colinearity of amphioxus Hox cluster. EvoDevo (in press 2012)

5. Sordino P (2012) Una mano all’intelligenza. Scienza e Filosofia, 7: 53-60. 6. Santella L., Vasilev, F. and Chun, J.T. Calcium and fertilization: a new light on an old phenomenon.

International Symposium on the Mechanisms of Sexual Reproduction in Animals and Plants Joint Meeting of the 2nd Allo-authentication Meeting and the 5th Egg-Coat Meeting (MCBEEC) November 12-16, 2012,Nagoya, Japan.

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Linea 3 - Funzionamento degli ecosistemi marini: dinamica interna e risposta alle forzanti esterne

Tabella 4 Articolazione e stato di attuazione Linea 3Numero di Progetti 4Pubblicazioni peer-reviewed 29Altre pubblicazioni 10Altri prodotti 14

Obiettivi della linea di ricerca: Una delle domande più ricorrenti e pressanti poste dalla società e fortemente presente nella comunità scientifica, riguarda come l'insieme degli organismi organizzati in comunità ed ecosistemi stanno rispondendo e risponderanno alle pressioni imposte dall'attività antropica e dalla variabilità climatica. Questa è una domanda molto concreta, ma riassume quasi tutte le domande chiave delle scienze biologiche e delle scienze della terra. La biologia, o meglio il biota, è una delle manifestazioni più chiare di cambiamenti continui. Questi avvengono in maniera dialettica, ovvero superando meccanismi di resistenza al cambiamento, che vanno dal riparo del DNA alla resilienza negli ecosistemi. La continua trasformazione del sistema terra ci indica chiaramente che la comprensione dei meccanismi che regolano le modificazioni del biota vanno affrontate a scale temporali diverse, da quelle che riguardano risposte fisiologiche nell’ordine dei minuti, a quelle che riguardano le risposte adattative ad una specifica modificazione dell’ecosistema, a quelle a più lunga scala che riguardano cambiamenti delle comunità. Il profilo della Stazione Zoologica e la sua tradizione la pongono in una condizione privilegiata per studiare il funzionamento del sistema mare, integrando tre aree tematiche generali che sono in grado di fornire elementi di conoscenza per la comprensione della dinamica naturale sulle varie scale temporali: i) la biodiversità marina, ii) gli organismi marini come sistemi modello per lo studio della biologia, evoluzione ed ecologia ed iii) il funzionamento degli ecosistemi marini sia dal punto di vista dinamica interna che di risposta alle forzanti esterne. La presente linea di ricerca si articola in quattro progetti e verte in gran parte attorno a 2 siti di osservazione e sperimentazione naturali nel Golfo di Napoli: il sito LTER-MC-plancton (Long Term Ecological Research) ed il sito del Castello Aragonese sull’Isola d’Ischia, in cui una fonte naturale di CO2 permette di creare condizioni a basso pH che simulano le condizioni possibili in scenari futuri. Comprendere la dinamica dei cambiamenti dell’ecosistema mare ha enormi implicazioni dirette per la specie umana, ma allo stesso tempo costituisce una sfida fecondissima per l'avanzamento della conoscenza, permettendo un ideale accoppiamento fra ricerca applicata ed eccellenza scientifica (Horizon2020). La tematica ambientale nelle sue varie accezioni e trasversalità, la tutela dell’ambiente marino, fonte di sostentamento, energia e biotecnologie (vedi ad esempio il documento ‘Blue Growth’) ed il rafforzamento degli strumenti per le decisioni dei policy maker, sono fra le priorità del Programma Nazionale di Ricerca e delle linee guida della Comunità Europea Progetto 3.1: Risposte adattative alle forzanti ambientali (pCO2, T e impatti antropici) in specie, comunità e sistemi bentonici

Durata del progetto: 3 anni Parole chiave: adattamento, cambiamenti climatici, segnali di stress Settori ERC: LS2, LS8 Settori scientifico/disciplinari: BIO/07, BIO/11, GEO/12

Descrizione della ricerca (scopi e background): Il progetto mira a studiare gli effetti delle variazioni ambientali, incluse quelle legate ai cambiamenti climatici a scala globale quali l’acidificazione e il riscaldamento, sul funzionamento dei sistemi vegetati bentonici. La vulnerabilità dei loro componenti strutturali (fanerogame e macroalghe) e l’aumento degli

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impatti antropici rende necessario verificarne le risposte adattative per evidenziare condizioni precoci di stress, a vari livelli gerarchici e di integrazione (chimico-cellulare, genetico, omico, ecc). In considerazione della complessità di questi sistemi, lo studio sul loro funzionamento e quindi quello delle loro alterazioni non può fermarsi alle sole specie chiave a deve comprendere lo studio delle comunità associate, in quanto i livelli di diversità genetica e connettività delle singole popolazioni potranno influenzare la capacità di risposta ad impatti esterni del sistema. Le interazioni strutturali e funzionali fra le specie giocano un ruolo importante nello studio delle reti trofiche giocano e quindi nei rapporti preda-predatore, facilmente alterabili dall’introduzione di specie aliene e regolati in maniera ancora poco nota dalla liberazione di infochimici che possono fungere da attrattivi o repellenti. Non sempre è possibile studiare gli effetti dei cambiamenti ambientali al complesso livello gerarchico di comunità. Diventa perciò importante utilizzare o specie bioindicatrici o organismi modello che in funzione delle alterazioni subite possano fornire informazioni sull’entità degli stress a cui sono sottoposti. Dai classici saggi di tossicità ci si può spingere sino all’identificazione dei bersagli molecolari che rispondono o mediano le diverse tipologie di stress. Non solo la scelta del modello è importante ma anche quella dell’indicatore di stress, la cui efficacia è tanto maggiore quanto più vasto è il numero di organismi su cui può essere testato. Dati in letteratura indicano che l’ossido nitrico può rappresentare un segnale cellulare di stress ambientale per organismi animali marini. Sarà interessante verificarne la presenza ed il ruolo anche nelle specie vegetali marine. I dati acquisiti in campo sui cambiamenti ambientali non potranno mai essere esaustivi di ciò che avviene in natura nei sistemi complessi. Per simulare scenari futuri sarà perciò importante l’utilizzo di modelli numerici e la loro validazione acquisendo dati da aree soggette a differenti forzanti. Stato di attuazione delle attività 2012: Per valutare gli adattamenti di P. oceanica a variazioni di luce e temperatura lungo un gradiente batimetrico, sono stati analizzati i livelli di espressione di geni di interesse ottimizzando tecnica di RT-qPCR mediante Illumina RNASeq. Lo studio degli effetti dell’acidificazione è proseguito nei siti attorno al Castello Aragonese, in cui si hanno emissioni gassose. Le ricerche sul sistema Posidonia oceanica si è focalizzato su alcuni processi funzionali della pianta (attività fotosintetica, composizione elementale, presenza di fenoli) e della componente epifita (colonizzazione di diatomee) e alla successione stagionale della fauna vagile associata. I dati acquisiti sono in corso di analisi. Abbiamo estratto e testato su invertebrati i composti volatili (VOC) da tessuti di Posidonia oceanica, in ambiente normale ed acidificato ed estratto i VOC anche dal comparto epifita e da singole diatomee. Gli effetti dell’acidificazione sono stati seguiti anche sulle comunità vegetate di fondi duri: si è seguita la progressione del bloom dell’alga tossica Ostreopsis ovata e si sono in parte ultimate le analisi sulla successione ecologica. Sono iniziate le ricerche sul grado di adattamento morfo-funzionale e variabilità genetica in Sargassum vulgare (che nella zona caratterizzata dalle emissioni cresce soltanto nei settori acidi), sulla fauna associata ed in altri organismi target effettuando esperimenti di trapianto in situ. Tra gli organismi animali, Sepia officinalis e Ciona intestinalis sono stati utilizzati per valutare risposte ad alterazioni ambientali. In particolare, in S. officinalis si è esaminata la produzione di ossido nitrico in condizioni di stress termico, seguendo la formazione delle proteine nitrate. La Ciona è stata impiegata come modello sperimentale per valutare l’effetto dei metalli pesanti sulla biologia riproduttiva, impiegando tecniche di elettrofisiologia Infine, sono stati simulati scenari attuali e futuri andando a valutare la variabilità del forzante vento e la risposta oceanica in termini di redistribuzione del carbonio.

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Progetto 3.2 Risposte a lungo termine del plancton alle forzanti climatiche e antropiche (LTER-plancton)

Durata del progetto: 3 anni Parole chiave: ecologia del plancton, clima, impatto antropico Settori ERC: LS8, LS2 Settori scientifico/disciplinari: BIO7

Descrizione della ricerca (scopi e background): L’osservazione a lungo termine degli organismi marini, posta in relazione alla variabilità ambientale, costituisce una sentinella efficace dei cambiamenti climatici o di origine antropica, che permette di coglierne prontamente i segnali, prevederne le conseguenze e limitarne l’impatto. L’osservazione regolare e continua nei siti a lungo termine (LTER) li rende dei laboratori naturali dove condurre esperimenti osservativi volti ad elucidare i meccanismi che regolano il funzionamento dell’ecosistema. Questo approccio, unitamente alle numerose iniziative che promuovono la comparazione fra serie temporali diverse, estende l’impatto potenziale di queste ricerche ben al di là dei loro confini geografici. I risultati ottenuti costituiscono inoltre un potente strumento per la gestione ambientale, fornendo informazioni sullo stato ecologico (GES) e la qualità dell’ambiente, essenziali ai fini del benessere e dello sfruttamento sostenibile delle risorse marine, incluso lo sviluppo turistico, la salute umana (p. es. specie tossiche), la produttività e la pesca. La SZN da circa 25 anni gestisce il sito LTER-MC nel Golfo di Napoli, finalizzato allo studio del plancton. Questo progetto ha il duplice scopo di consolidare l'ultra-ventennale attività osservativa e di focalizzare l'analisi dei dati e le attività sperimentali su alcune domande stimolate dalle osservazioni passate e dalle nuove frontiere aperte dall'integrazione dei metodi “omici” nell’ecologia. Il progetto mira ad inquadrare la variabilità osservata nei processi locali o di più larga scala, ad approfondire i meccanismi che determinano i pattern stagionali delle comunità planctoniche e a caratterizzare, con un approccio metagenomico, la diversità genetica e funzionale degli organismi in contesti ambientali o di successione diversi. Stato di attuazione delle attività 2012: Sono state effettuate campagne settimanali e le relative analisi di laboratorio, tuttora in corso per le componenti biologiche. Per ogni campagna, nei tre giorni successivi all’uscita, è stata realizzata una scheda riassuntiva dei primi dati disponibili. Uno studio del trasporto è stato effettuato campionando lungo la traiettoria di una boa lagrangiana lanciata alla stazione LTER-MC. L’intero database LTER-MC è stato aggiornato al 2010, riorganizzato e sottoposto a controlli di qualità, per l’immissione nel sistema di gestione dati MACISTE. E’ in corso la redazione di un rapporto annuale contenente un’elaborazione sintetica delle componenti abiotica e biotica. Un’analisi preliminare ha evidenziato andamenti significativi di variazione per alcuni parametri (temperatura, salinità, biomassa fitoplanctonica) in alcune stagioni. Sono stati anche rilevati cambiamenti nella fenologia di alcune specie, che saranno messi in relazione con la variabilità ambientale osservata. A scala europea, nel progetto EU-Enveurope, sono state avviate ricerche sulla fenologia delle fioriture fitoplanctoniche e sull’impatto dell’eutrofizzazione, condividendo dati opportunamente selezionati e partecipando alla loro elaborazione. La relazione tra osservazioni ambientali, criticità nell'ecosistema e strategie di intervento è stato analizzata nell'ambito del progetto EU-SPICOSA, dove è stato compiuto lo forzo di individuare metodi e strategie per conciliare le priorità ambientali con quelle economiche e sociali. Per quanto attiene agli aspetti di struttura genomica delle comunità sono state avviate prime ricerche sui dati ottenuti attraverso il pirosquenziamento di DNA ambientale, per confrontarli con quelli ottenuti in altri siti di campionamento. Anche a seguito del consolidamento di questo approccio alla SZN, LTER-MC è stata inserita nella network GSC Genomic Observatories (GOs), nell’ambito della quale è stato avviato un campionamento periodico sincrono a scala mondiale.

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Progetto 3.3 Ruolo dei metaboliti secondari algali nella fisiologia degli organismi e nel funzionamento degli ecosistemi

Durata del progetto: 3 anni Parole chiave: successo di riproduzione, microalghe, molecole bioattive Settori ERC: LS8, LS1 Settori scientifico/disciplinari: BIO/07, BIO/10B

Descrizione della ricerca (scopi e background): I metaboliti secondari sono molecole non coinvolte direttamente nel metabolismo primario, che rivestono un ruolo fondamentale in processi biologici quali la riproduzione, la ricerca del cibo, la difesa dai predatori e l’inibizione della crescita di organismi competitori e possono influenzare e plasmare la struttura degli ecosistemi marini. Un esempio è rappresentato dalle aldeidi polinsature (PUA) prodotte dalle diatomee, un gruppo di microalghe che hanno un ampio successo ecologico in vari ambienti acquatici. Sono state proposte diverse funzioni per queste molecole, antipredatoria, allelopatica, e di infochimico intraspecifico. Recentemente, sono state identificate altre molecole derivanti dallo stesso metabolismo ossidativo degli acidi grassi, che insieme alle PUA sono definite ossilipine [6] la cui produzione avviene grazie ad una cascata enzimatica innescata dalla rottura meccanica della cellula. Negli ultimi anni sono stati condotti numerosi studi per approfondire le conoscenze sul meccanismo di azione a livello cellulare e molecolare delle ossilipine per i quali è stata utilizzata come aldeide modello la decadienale I tipi e le modalità di interazione fra gli organismi del plancton a diversi livelli trofici (dai batteri allo zooplancton) rappresentano un aspetto fondamentale del funzionamento dell’ecosistema pelagico, determinando anche la ripartizione della biomassa tra i vari comparti. Le tematiche affrontate nel presente progetto costituiscono argomenti di punta della ricerca biologica nell’ambito delle quali i gruppi della SZN hanno prodotto importanti contributi a livello internazionale. L’obiettivo di questo progetto è stato quello di ampliare le nostre conoscenze riguardo le implicazioni derivanti dall’azione delle ossilipine a livello di organismi e di ecosistema, e dei meccanismi molecolari che sottendono alla loro azione. Lo studio che ci proponiamo di proseguire e approfondire, esposto in questa sezione, ha avuto un grande impatto nella comunità biologica oceanografica e ha aperto nuove strade per la comprensione delle dinamiche tra preda e predatori nel plancton. Ulteriori approfondimenti in questi studi possono portare ad una sempre maggiore comprensione delle relazioni mediate da sostanze chimiche nell’ambiente marino. Inoltre il pre-screening effettuato utilizzando i vari tipi di saggi elencati, sarà in grado di dare indicazioni rapide per selezionare le specie algali con potenziali applicazioni in campo farmaceutico e nutraceutico a cui abbiamo dedicato un progetto specifico. Ci attendiamo quindi un impatto sia nell’ambito della comunità scientifica che nell’ambito dell’applicabilità della ricerca proposta in accordo con gli obiettivi del Programma Nazionale di Ricerca (PNR) e di Horizon 2020 Stato di attuazione delle attività al 2012: Particolare attenzione è stata dedicata nei mesi recenti agli effetti dei metaboliti secondari di microalghe su diversi organismi (dai procarioti ai metazoi). In parallelo é stato consolidato lo sforzo per rivelare i meccanismi biochimici e molecolari alla base dell'effetto deleterio delle ossilipine, utilizzando anche sistemi modello sperimentali non planctonici. I risultati ottenuti dimostrano che anche ossilipine diverse dalle aldeidi (PUA) riducono la vitalità delle uova dei copepodi e inducono apoptosi. Inoltre la diatomea Skeletonema marinoi, che interferisce con lo sviluppo larvale ed il differenziamento sessuale dei copepodi, mostra una plasticità metabolica intraspecifica nella produzione di ossilipine. Abbiamo evidenziato una differenza biogeografia nella risposta dei copepodi alle alghe tossiche, sia a livello fisiologico che di espressione genica. Le PUA risultano strutturare le comunità batteriche favorendo i gruppi capaci di resistere al loro effetto tossico e dunque di ottenere un vantaggio competitivo rispetto a gruppi più sensibili. Questo effetto viene modulato dalla storia pregressa delle comunità in termini di esposizione alle diatomee e ai loro metaboliti.

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Abbiamo dimostrato che il copepode Centropages typicus percepisce la presenza di composti organici volatili (VOC) estratti da varie specie di microalghe planctoniche in un esperimento di scelta binaria. L’effetto della decadienale è stato studiato sullo sviluppo embrionale e sulla metamorfosi in Ciona intestinalis. La decadienale interferisce con processi morfogenetici fondamentali durante l’embriogenesi e la ritrazione della coda durante la metamorfosi. É stato dimostrato inoltre che la decadienale interferisce con lo sviluppo dello scheletro del riccio di mare e induce una risposta difensiva modulando l’espressione di differenti classi di geni.

Progetto 3.4 Ecofisiologia e risposte adattative del plancton marino alle forzanti biotiche e abiotiche

Durata del progetto: 3 anni Parole chiave: qualità delle acque, reti trofiche, Antartide Settori ERC: LS8_1, LS8_8, SH3_1, PE10, Settori scientifico/disciplinari: BIO/07, GEO/12

Descrizione della ricerca (scopi e background): Le relazioni tra variabilità ambientale e risposte adattative degli organismi sono complesse e spesso sconosciute ma sono fondamentali per spiegare la distribuzione del plancton ed il suo ruolo a livello globale. Il progetto si propone di elucidare i meccanismi che sottostanno all’adattamento dei microorganismi planctonici e dello zooplancton all’ambiente circostante, inteso come l’insieme dei fattori biotici ed abiotici. Tra questi, un accento particolare verrà dato all’effetto della luce e dei macro e micronutrienti sulla fisiologia e le risposte funzionali del comparto microbico, in modo da poter utilizzare le risposte osservate quali indicatori delle caratteristiche trofiche del sistema esaminato, anche in funzione dell’impatto antropico. Il progetto mira inoltre ad incrementare e migliorare le conoscenze delle dinamiche dei microbi marini planctonici dal punto di vista dei parametri ecofisiologici e delle forzanti ambientali, nei loro aspetti di variabilità spaziale e nei loro rapporti con gli altri comparti dell’ecosistema pelagico. Un approccio innovativo che utilizza la Next Generation Sequencing fornirà inoltre i primi dati di metatrascrittomica batterica comparativa su due siti differenti per trofismo e carico di nutrienti. Queste misure, integrate con altri parametri, hanno l’obbiettivo di contribuire all’identificazione di indicatori di qualità delle acque. Il progetto prevede l’analisi di campioni e dati raccolti nel corso di campionamenti a diverse scale (regionale, mesoscala, di bacino), ma anche di quelli raccolti durante esperimenti di manipolazione in mesocosmi ed in situ e tramite modellistica numerica. Il progetto è suddiviso operativamente per ambienti, costiero, di largo e antartico, in quanto le forzanti dominanti, fattori di variabilità e problematiche coinvolte definiscono le diverse caratteristiche dei siti studiati. Stato di attuazione delle attività 2012: Per l’ambiente costiero, l’analisi retrospettiva e complementare evidenzia che il Golfo di Gaeta e il Golfo di Napoli presentano un elevato carico di nutrienti di origine terrigena, caratteristiche eutrofiche-mesotrofiche e la dinamica di N e P è guidata dagli apporti terrigeni. Al contrario, nel Golfo di Salerno, soprattutto nella parte meridionale, gli input terrigeni sono ridotti, le acque costiere presentano caratteristiche meso-oligotrofiche e la dinamica di N e P è influenzata fortemente dagli scambi con le acque aperte. I batteri eterotrofi mostrano concentrazioni maggiori in corrispondenza dei fiumi e una composizione mista con componenti di acque dolci e un’elevata attività metabolica. La composizione delle comunità batteriche sembra rappresentare un buon indicatore dello stato trofico delle acque, a patto che venga accoppiato a misure di funzionalità metabolica. L’analisi trascrittomica è in via di realizzazione. Per l’ambiente di mare aperto la nostra attività ha riguardato l'analisi dei dati precedentemente acquisiti nel mare Tirreno, principalmente sulla distribuzione verticale degli protisti, caratterizzata da un marcato Deep-Chlorophyll maximum layer. I dati raccolti durante la spedizione TARA sono in corso di analisi insieme al consorzio internazionale. Per l’ Antartide, la spedizione è attualmente in corso al fine di caratterizzare l’ecofisiologia ed il funzionamento della flora simpagica ed il suo ruolo nel guidare sia i processi in ambiente pelagico che la

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trofia delle aree costiere. Una lista floristica delle specie simpagiche è in via di elaborazione e contestualmente si sta procedendo all’analisi di fioriture anomale di microalghe, il cui ruolo è prevalentemente indirizzato al sequestro di CO2 piuttosto che alla trofia.

Highlight 201213

• La minore concentrazione di fenoli in P. oceanica che cresce in condizioni di pH basso suggerisce una possibile riduzione delle difese chimiche nell’ambiente acido (OP-9). L’acidificazione ha importanti implicazioni nel sequestro dell’eccesso di CO2 da parte delle fanerogame marine (B&C-5, B&C-6). I primi risultati degli effetti dell’acidificazione sulle comunità unicellulari sembrano indicare una riduzione delle categorie morfo-funzionale per le diatomee epifite di P. oceanica (OP-10) e per le comunità microbiche associate a Anemonia viridis (OP-8).

• Sargassum vulgare si è adattato con un morfotipo e un aplotipo caratteristico dell’ambiente acido. Mytilus galloprovincialis si insedia nelle aree a minore pH ma i giovani non raggiungono lo stadio adulto. Il reclutamento avviene probabilmente da una popolazione limitrofa (OP-3)

• Le frazioni della diatomea Cocconeis scutellum contenenti il metabolita apoptogenico sono ora disponibili (ISI-20). Il ruolo dei composti infochimici prodotti da diatomee bentoniche è stato dimostrato (OP-7). Infine, è stato chiarito l’effetto del pH sulla percezione dei VOC in alcuni invertebrati (OP-6)

• Studi di espressione genica in Posidonia oceanica hanno permesso la selezione di geni di riferimento stabili che potranno essere utilizzati per future analisi di RT-qPCR (ISI-25). L’analisi di geni coinvolti nel processo fotosintetico lungo un gradiente batimetrico ha consentito di approfondire la modulazione temporale dell’attività trascrizionale in risposta alla luce (ISI-21).

• L'analisi della successione ecologica del benthos dei fondi duri, studiata attraverso mattonelle laviche esposte in situ lungo un gradiente di acidificazione, evidenzia nelle zone molto acidificate (pH 7.3) una comunità semplificata ed una drastica riduzione di alcuni erbivori (ricci, patelle), mentre nelle aree a pH basso (7.7) si osserva la dominanza di alghe non calcaree (e.g., Dictyota spp.) che monopolizzano il substrato e provocano una maggiore omogeneità del popolamento rispetto alle zone a pH normale dove la comunità è invece più diversificata e ad elevata patchiness (ISI-11).

• L’analisi temporale del pattern di insediamento di organismi bentonici lungo un gradiente di pH, studiata con collettori artificiali, rivela la forte selezione di taxa calcificanti nelle zone a maggiore acidificazione (ad eccezione del bivalve Mytilus galloprovincialis) e la dominanza di poche specie di policheti, crostacei anfipodi, isopodi e tanaidacei (OP- 11).

• L’ossido nitrico viene prodotto in S. officinalis durante lo sviluppo embrionale e nella pelle degli individui giovani (ISI-17) E’ stata delineata l’evoluzione dell’ossido nitrico sintasi a partire da una forma nei metazoi basali sino alle tre forme nei mammiferi (ISI-18).

• Abbiamo dimostrato che i metalli pesanti riversati nell’ambiente da attività industriali influenzano negativamente i meccanismi di fecondazione e i primi stadi di sviluppo embrionale in ascidie. Gli invertebrati marini sembrano essere sensibili agli inquinanti e possono essere usati come bio-marcatori (OP-14).

• L'analisi di simulazioni numeriche di previsione del ciclo globale del carbonio per i prossimi 100 anni ha mostrato come l'acidificazione delle masse d'acqua dell'emisfero meridionale sia fortemente variabile da una massa d'acqua all'altra e che dipenda dalla combinazione dell'aumento del sequestramento di CO2 e dall'aumento della stratificazione indotta dal riscaldamento globale (ISI-24).

• L'analisi di immagini satellitari ha evidenziato la formazione di filamenti di origine fluviale lungo le coste campane; questi processi hanno importanti implicazioni sul trasporto di nutrienti, inquinanti e di specie planctoniche, e la loro dinamica può costituire un elemento importante anche nell’ambito del funzionamento del plancton al sito LTER-MC(ISI-10).


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• L’analisi di sedimenti alla stazione LTER-MC ha evidenziato che numerose specie di diatomee producono stadi di resistenza che contribuiscono alle fioriture in acque superficiali. La vitalità delle spore varia da specie a specie, mentre l'esposizione a diversi fotoperiodi non influenza il successo di germinazione (ISI-29).

• Esiste una differenza biogeografica nella risposta dei copepodi alle alghe tossiche (ISI-28).

• E’ stato messo a punto un sistema a circuito chiuso per l’allevamento di copepodi (ISI-2).

• E’ stato realizzato un allevamento intensivo di Calanus helgolandicus in un sistema a circuito chiuso (ISI-4).

• E’ stata studiata l’induzione di apoptosi in naupli del copepode Acartia tonsa esposti a Nichel utilizzando nuove tecniche di microscopia fluorescente (ISI-3).

• La diatomea Skeletonema marinoi riduce l’espressione di geni legati allo stress e all’apoptosi in C. helgolandicus (ISI-15).

• Esiste una differenza biogeografica nell’espressione genica di diverse popolazioni di C. helgolandicus esposte allo stesso clone di S. marinoi (ISI-14)

• Esiste un effetto dose-dipendente della decadienale sullo sviluppo embrionale e la metamorfosi di Ciona intestinalis che innesca un processo di stress ossidativo mediato dall’ossido nitrico (ISI-7).

• La decadienale, a basse concentrazioni ed in modo dose-dipendente, interferisce con lo sviluppo dell’endoscheletro del riccio di mare, che per difendersi mette in moto differenti classi di geni (ISI-16).

• È stata fatta una revisione del ruolo antipredatorio dei prodotti naturali in ambiente planctonico (B&C-

3).

• Il DCM è una caratteristica costante delle acque aperte ma la composizione fitoplanctonica è variabile e dipende da forzanti ambientali in via di definizione e modellizzazione (ISI-5, ISI-10, ISI-11, ISI-13)

• Negli ecosistemi antartici le microalghe simpagiche rappresentano un unicum caratterizzato da un’alternanza di specie planctoniche e benthoniche. Esperimenti sono in corso per determinare quali specie sono responsabili della fioritura immediatamente successiva allo scioglimento dei ghiacci che scatena la cascata trofica che sostiene l’efficiente rete trofica pelagica antartica e quali specie sostengono la ricca comunità bentonica costiera. (ISI-23, OP-12)

• Un esperimento di fertilizzazione con solfato di ferro nell’Atlantico meridionale ha mostrato che livelli aumentati di ferro possono provocare un esportazione rapida e consistente di carbonio negli strati profondi dell’Oceano contribuendo così al dibattito sulle possibilità di mitigazione dell’effetto serra ad opera dell’uomo e sul ruolo delle diatomee nei cicli biogeochimici globali (ISI-26)


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20. Nappo M, Berkov S, Massucco C, Di Maria V, Bastida J, Codina C, Avila C, Messina P, Zupo V, Zupo S (2012) Apoptotic activity of the marine diatom Cocconeis scutellum and eicosapentaenoic acid in BT20 cells. Pharmaceutical Biology 50(4): 529-535 DOI: 10.3109/13880209.2011.611811

21. Procaccini G, Beer S, Björk M, Olsen JL, Mazzuca S et al (2012) Seagrass ecophysiology meets ecological genomics: Are we ready? Marine Ecology DOI: 10.1111/j.1439-0485.2012.00518.x.

22. Rivaro P., Abelmoschi A.L., Grotti M., Ianni C., Magi E., Margiotta F., Massolo S., Saggiomo V. (2012). Combined effects oh hydrographic structure and iron and copper availability on phutoplankton growth in Terra Nova Bay Polynya (Ross Sea, Antarctica). Deep-Sea Res I 62: 97-110.

23. Scalco E, Brunet C, Marino F, Rossi R, Soprano V, Zingone A, Montresor M (2012) Growth and toxicity responses of Mediterranean Ostreopsis cf. ovata to seasonal irradiance and temperature conditions. Harmful Algae 17: 25-34.

24. Séférian R., Iudicone D., Bopp L., Roy T., Madec G. (2012) Water mass analysis of effects of climate change on air-sea CO2 fluxes: the Southern Ocean. J. Climate,25: 3894–3908

25. Serra IA, Lauritano C, Dattolo E, Puoti A, Nicastro S et al (2012) Reference genes assessment for the seagrass Posidonia oceanica in different salinity, pH and light conditions. Marine Biology 159: 1269–1282.

26. Smetacek V, Klaas C, Straas VH, Assmy P, Montresor M, Cisewski B, Savoye N, Webb A, d’Ovidio F, Arrieta JM, Bathmann U, Bellerby R, Berg GM, Croot P, Gonzalez S, Henjes J, Herndl G, Hoffmann LJ, Leach H,

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SZN – PIANO TRIENNALE 2013-2015 Losch M, Mills MM, Neill C, Peeken I, Rottgers R, Sachs O, Sauter E, Schmidt MM, Schwarz J, Terbruggen A, Wolf-Gladrow D. 2012 Deep carbon export from a Southern Ocean iron-fertilized diatom bloom. Nature 487(313) doi:10.1038/nature11229

27. Sprovieri M, Di Stefano E, Incarbona A, Salvagio Manta D, Pelosi N, Ribera d’Alcalà M, Sprovieri R (2012) Centennial-to millennial-scale climate oscillations in the Central-Eastern Mediterranean Sea between 20,000 and 70,000 years ago: evidence from a high-resolution geochemical and micropaleontological record. Quaternary Science Reviews 46: 126-135 doi:10.1016/j.quascirev.2012.05.005

28. Turner JT, Roncalli V, Ciminiello P, Dell’Aversano C, Fattorusso E, Tartaglion L, Carotenuto Y, Romano G, Esposito F, Miralto A, Ianora A. 2012. Biogeographic effects of the Gulf of Mexico red tide dinoflagellate Karenia brevis on the Mediterranean copepods Harmful Algae 16: 63-73

29. Zingone A, Berdalet E, Bienfang P, Enevoldsen H, Evans J, Kudela R, Tester P (2012). Harmful algae in benthic systems: A GEOHAB core research program, Cryptogam Algol 2012 33: 225-230

Books and chapters 1. Bertoni R, Cindolo C, Cocciufa C, Freppaz M, Mason F, Matteucci G, Pugnetti A, Ravaioli M, Rossetti G,

Zingone A (2012): Le ragioni della ricerca ecologica a lungo termine. In Bertoni R, editor. La Rete Italiana per la Ricerca Ecologica a Lungo Termine (LTER-Italia) Aracne Editrice, Roma, pp. 15-22. ISBN 978-88-548-4661-6.

2. Collos Y, Gasol JM, Šolic M, Soudant D, Zingone A (2012). Phytoplankton and microbial plankton of the Mediterranean Sea. In O'Brien TD, Li WKW, Moran XAG, editors. ICES Phytopankton and Microbial Plankton Status Report 2009/2010. ICES Cooperative Research Report, No. 313 Special Issue. pp. 136-137. SBN 978-87-7482-115-1. http://www.unesco.org/new/fileadmin/MULTIMEDIA/HQ/SC/pdf/ioc_physical_biochemical_variability_Mediterranean.pdf

3. Ianora A, Miralto A, Romano G. 2012. Antipredatory difensive role of planktonic marine natural products In: E. Fattorusso, W. H. Gerwick, O. Taglialatela-Scafati (eds.), Handbook of Marine Natural products, Springer Science + Business Media, 711-741 ISBN 978-90-481-3833-3

4. Malanotte-Rizzoli P, Pan-Med Group (2012) Physical forcing and physical/biochemical variability of the Mediterranean Sea: A review of unresolved issues and directions for future research. Report of the Workshop “Variability of the Eastern and Western Mediterranean circulation and thermohaline properties: similarities and differences” Rome,7-9 November, 2011, 48 pp.

5. Pergent G, Bazairi H, Bianchi CN, Boudouresque C-F, Buia MC, Clabaut P, Harmelin-Vivien M, Mateo MA, Montefalcone M, Morri C, Orfanidis S, Pergent-Martini C, Semroud R, Serrano O, Verlaque M (2012) Mediterranean Seagrass meadows: Las praderas de Magnoliofitas marinas del mar Mediterraneo: resiliencia e contribucion à la mitigacion atténuation del cambio climatico, Resumen / Mediterranean Seagrass meadows : Resilience and contribution to climate change mitigation, A Short Summary. Gland Suiza y Malaga Espana: IUCN, 40 pp. ISBN:978-2-8317-1465-3

6. Pergent G, Bazairi H, Bianchi Cn, Boudouresque C-F, Buia MC, Clabaut P, Harmelin-Vivien M, Mateo Ma, Montefalcone M, Morri C, Orfanidis S, Pergent-Martini C, Semroud R, Serrano O, Verlaque M (2012) Mediterranean Seagrass meadows : Resilience and contribution to climate change mitigation, A Short Summary /Mediterranean Seagrass Meadows Les herbiers de Magnoliophytes marines de Méditerranée: Résilience et contribution à l’atténuation des changements climatiques, Résumé. Gland Switzerland and Malaga, Spain: IUCN, 40 pp. ISBN:978-2-8317-1457-8

7. Tett P, Sandberg A, Mette A, Bailly D, Estrada M, Hopkins TS, Ribera d’Alcalà M, McFadden L (2012) Perspectives of Social and Ecological Systems in Erland Moksness, Einar Dahl and Josianne Støttrup (eds.) Global challenges in integrated coastal zone management, Wiley-Blackwell, Oxford (UK), 229-243 (in press)

8. Zingone A, Buia MC (2012 ) Il Golfo di Napoli. In R Bertone (ed) La rete italiana per la ricerca ecologica a lungo termine (LTER Italia). Situazione e prospettive dopo un quinquennio di attività (2006-2011). Aracne Editrice, Roma; 186-192. ISBN 978-88-548-4661-6.

9. Zingone A, Buia MC (2012). Golfo di Napoli. In Bertoni R, editor. La Rete Italiana per la Ricerca Ecologica a Lungo Termine (LTER-Italia) Aracne Editrice, Roma, pp. 189-196. ISBN 978-88-548-4661-6.

10. Zingone A, Sarno D (2012). Gulf of Naples LTER-MC (Site 59). In O'Brien TD, Li WKW, Moran XAG, editors. ICES Phytopankton and Microbial Plankton Status Report 2009/2010. ICES Cooperative Research Report, No. 313 Special Issue., pp. 148-149. SBN 978-87-7482-115-1.

Other pubblicationsincluding abstracts 1. Berdalet E, Tester P, Zingone A (eds.) GEOHAB Core Research Project: HABs in Benthic Systems. Paris and

Newark IOC of UNESCO and SCOR 2012, pp.62. ISSN 1538 182X

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SZN – PIANO TRIENNALE 2013-2015 2. Cantasano N, Civitelli D, Procaccini G, Innocenti AM, Mazzucca S, Serra IA, Variabilità genetica e

distribuzione biogeografica di Posidonia oceanica (Linnaeus) Delile nel Mediterraneo. Biologi italiani anno XLII n.1/2 2012

3. Chiarore A, Patti FP, Buia MC (in press) Morphological and genetic variability of Sargassum vulgare. Pilot study of a population in the acidified zone of the “Castello Aragonese” (Ischia Island, Gulf of Naples). Bio Mar Medit.

4. Gambi MC, Barbieri F (in press) Population structure of the gorgonian Eunicella cavolinii in the “grotta azzurra” cave off Palinuro, after the mass mortality event in 2008. Biol Mar Mediterr. (lettera di accettazione allegata)

5. Gambi MC, Benedetti-Cecchi L (in press) Approcci di studio ai gradienti di fattori ecologici in ambiente marino e risposte di specie e comunità. Biol Mar Mediterr. (lettera di accettazione allegata)

6. Maibam C, Fink P, Romano G, Buia MC, Zupo V (2012) Influence of Seawater Acidification on the Chemosensory Abilities and Volatile Organic Compound Detection by the Planktonic Copepod Centropages typicus. 50th ECSA Conference 3-7 June 2012 Venice Italy.

7. Maibam C, Romano G, Fink P, Buia MC, Gambi MC, Scipione MB, Patti FP, Lorenti M, Zupo V (2012) Dual role of wound-activated compounds produced by diatoms, as both allelochemicals and Infochemicals for benthic invertebrates. ASLO Summer Meeting Otsu 8-13 July 2012 Japan.

8. Meron D, Buia MC, Fine M, Banin E (2012) Changes in microbial communities associated with the sea anemone Anemonia viridis in a natural pH gradient. Microb Ecol Online first DOI: 10.1007/s00248-012-0127-6.

9. Migliore L, Picenna A, Rotini A, Garrard S, Buia MC (2012) Can ocean acidification affect chemical defenses in Posidonia oceanica? Abstract MSW 2012: 14. (oral comunication)

10. Porzio L, Buia MC, De Stefano M (2012) Epiphytic diatom community response to ocean acidification. Abstracts 22nd international Diatom Symposium, Ghent, Belgium, 26-31 August, VLIZ Special Publication 58: 205

11. Ricevuto E, Lorenti M, Patti FP, Scipione MB Gambi MC (in press) Temporal trends of benthic invertebrate settlement along a gradient of ocean acidification at natural CO2 vents (Tyrrhenian Sea). Biol Mar Mediterr.

12. Saggiomo M., Mangoni O., Zingone A. 2012. Diatom succession in bottom and platelet ice in a coastal area of Terra Nova Bay, Ross Sea, Antarctica. XXII International Diatom Symposium

13. Scipione MB (2012) On the presence of Microdeutopus sporadhi Myers, 1969 (Amphipoda: Aoridae) along the Italian coasts: Distribution and ecology in the Mediterranean Sea. The Crustacean Society Summer Meeting Athens 3-7 June 2012: 61. (Abstract)

14. Tosti E, Gallo A (2012) Best Biomarker and Bioindicator for Marine Environmental Pollution. J Marine Sci Res Devel 2: 2

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Linea 4. Biotecnologie marine

Tabella 5 Articolazione e stato di attuazione Linea 4Numero di Progetti 3Pubblicazioni peer-reviewed 5

Obiettivi della linea di ricerca: Studi effettuati dal nostro gruppo sull’ ecologia chimica e lo sviluppo di saggi biologici basati sulle interazioni chimiche tra organismi (vedi progetto 3.3) hanno portato di recente alla creazione di una nuova linea di ricerca sulle applicazioni biotecnologiche dei metaboliti secondari marini, in particolare quelli prodotti da microalghe. Questa linea di ricerca è stata consolidata nel 2011 grazie a tre Programmi operativi nazionali (PON) e 1 progetto EU FP7 (PharmaSea,) assegnati nel 2012, per indagare le possibili applicazioni dei prodotti naturali da microalghe per la scoperta di nuovi farmaci. Inoltre siamo stati coinvolti nelle politiche europee in materia di sviluppo delle biotecnologia marine, partecipando alla stesura del “position paper 15” del Marine Board sulle biotecnologie marine, poi presentato alla Conferenza UE EUROCEAN a Ostend (Belgio) nel 2010 (http://eurocean2010.eu/gallery?album=1944&pic=35106). I prodotti naturali sono noti da tempo come una delle principali fonti di farmaci ed altri composti bioattivi. Per secoli i rimedi delle tradizioni popolari ricavati da fonti naturali sono stati utilizzati con successo. Tuttavia, a differenza della conoscenza e delle applicazioni di prodotti naturali di origine terrestre, la ricerca di prodotti naturali marini è un campo relativamente nuovo (20 anni al massimo), ma alcune stime suggeriscono che la probabilità di scoperta di nuovi farmaci da fonti marine è circa un ordine di grandezza superiore a quella in ecosistemi terrestri. Ciò è dovuto alla maggiore biodiversità degli organismi marini e dei loro prodotti chimici, molti dei quali non hanno equivalenti terrestri. I prodotti marini sono attualmente di grande interesse anche come nutraceutici e cosmetici. Alcuni gruppi come Diatomee e flagellati sono particolarmente ricchi per il loro contenuto di omega-3 quali EPA e DHA. I carotenoidi sono un'altra fonte importante di composti bioattivi derivanti da microalghe e sono attualmente sfruttati come coloranti alimentari, integratori alimentari, nutraceutici, e per uso cosmetico e farmaceutico. Il progetto SZN sulle biotecnologie marine è attualmente destinato all'isolamento e caratterizzazione di nuovi prodotti naturali da microrganismi, in particolare microalghe marine, per applicazioni non solo come prodotti farmaceutici (Progetto 4.1), ma anche come integratori alimentari e cosmetici (Progetto 4.2). Il progetto 4.3 prevede l'utilizzo e lo sviluppo di tecnologie applicate al monitoraggio ambientale marino per la segnalazione precoce di fattori di rischio ambientali. Il progetto si propone di integrare le piattaforme esistenti di sonde di monitoraggio costiero e a mettere in rete le informazioni su parametri ambientali ottenute attraverso sistemi ICT. Inoltre, mira a testare l'utilizzo di una sonda citometrica ad immersione per il monitoraggio e l'allarme per il rischio biologico derivato principalmente da batteri e alghe tossiche in ambienti costieri. Diversi prototipi sono in fase di sviluppo negli Stati Uniti e solo uno è attualmente sul mercato, utilizzato presso l'Università di Aix-Marseille, Francia, per il monitoraggio delle lagune costiere e le zone marine in mare aperto. Nessuno di questi strumenti attualmente presenta la possibilità di analizzare batteri, poiché ciò richiede un metodo per la colorazione dei batteri con fluorocromi specifici, difficile da ottenere in un sistema automatico. Progetto 4.1 Utilizzo di microalghe marine come fonte innovativa e rinnovabile di prodotti bioattivi: coltivazione, isolamento e stoccaggio di specie microalgali

Durata del progetto: 3 anni Parole chiave: scoperta di nuovi farmaci, microalghe marine, biotecnologie marine Settori ERC: LS7, LS7_3 Settori scientifico/disciplinari: BIO/09; BIO/11

Descrizione della ricerca (scopi e background): Nel 2011 la SZN ha iniziato il proprio programma di biotecnologie marine avendo ottenuto il finanziamento per 3 anni di tre progetti Nazionali (PON) e 1 progetto UE (PharmaSea) per la scoperta di

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http://eurocean2010.eu/gallery?album=1944&pic=35106


nuovi farmaci da microalghe marine. In questi progetti il nostro ruolo è di coltivare e raccogliere biomassa algale da inviare ai partners industriali (Novartis, Sanofi-Aventis, Biogem, varie SMEs europee) che ne testeranno l’attività come antitumorali, antibatterici, antineurodegenerativi, vaccini e adiuvanti. Lo scopo del progetto SZN é stato inoltre quello di cercare specie di microalghe marine con attività antiproliferativa e pro-apoptotica per applicazioni in campo biomedico come antitumorali. A tale scopo abbiamo usato una linea cellulare da un tumore polmonare, la A549, testando vari estratti di microalghe ed inoltre alcune aldeidi polinsature pure. Abbiamo anche proposto di studiare invertebrati marini come fonte di prodotti bioattivi con attività citotossica quali il tunicato Ciona intestinalis in quanto il primo composto antitumorale commercializzato (Yondelis) é stato isolato da un’altra specie di tunicato. Abbiamo anche utilizzato metodologie di imaging (confocale) per la localizzazione di strutture che biosintetizzano prodotti naturali. Stato di attuazione delle attività al 2012: Per i PON sono stati coltivate, stoccate e consegnate diverse specie di microalghe ai 3 partners industriali (Novartis, Sanofi Aventis, BIOGEM) e attualmente sono in corso i saggi per rivelare l’attività antitumorale, antibiotica, antineurodegenerativa, e come vaccini e adiuvanti. Inoltre i nostri studi preliminari indicano che vari estratti di microalghe sono in grado di bloccare la crescita e indurre apoptosi nella linea cellulare tumorale A549. Per esempio, un estratto del dinoflagellato Karenia brevis mostra forte attività antiproliferativa e studi sono in corso con chimici del UNINA per isolare le molecole responsabili per tale attività. Anche le aldeidi polinsature saggiate (eptadienale, octadienale e decadienale) risultano attive sebbene sembrano attivare pathways cellulari diversi. Precedenti studi avevano dimostaro che l’attività delle aldeidi come antimitotici dipende dalla lunghezza della catena, con la decadienale come molecola più attiva. Invece questi studi mostrano che l’eptadienale ha un attività superiore alla decadienale come pro-apoptotico. E’ in corso la preparazione di un manoscritto sull’effetto delle aldeidi su tale linea cellulare. E’ stato publicato un lavoro che mostra che ceppi della diatomea Skeletonema marinoi isolati dal Nord Adriatico in diversi anni producono diverse quantità di eptadienale e octodienale ogni anno indicando una grande variabiltà inter-clonale nella produzione di tali composti. Questo ha grande implicazioni biotecnologiche nella scelta dei ceppi da coltivare per molecole di interesse. Utilizzando il microscopio confocale abbiamo localizzato le ghiandole che producono il prodotto naturale lignarinone (poliketide) nel mollusco Scaphander lignarus. Sfruttando la caratteristica florescenza di questo prodotto abbiamo dimostrato per la prima volta che i molluschi sono in grado di sintetizzare questo tipo di molecole e non i batteri associati.

Progetto 4.2 Fotofisiologia e massimizzazione della crescita delle micro-alghe per applicazioni biotecnologie in cosmetica e nutraceutica

Durata del progetto: 3 anni Parole chiave: biomassa algale, luce, biotecnologia marina Settori ERC: LS9 Settori scientifico/disciplinari: 05/A2

Descrizione della ricerca (scopi e background): Lo studio proposto ha come scopo di aumentare l’efficienza della resa della coltivazione delle microalghe al fine di massimizzare la produzione di biomassa e incrementare la sintesi di carotenoidi e molecole ad attività antiossidante. La biodiversità microalgale sarà investigata in termini ecologici, biologici, biochimici e fisiologici. Il principale target dello studio sarà l’ottimizzazione delle condizioni luminose per la massimizzazione dell’efficienza produttiva delle microalghe, essendo la luce il principale attore nel determinare la modulazione delle funzioni biologiche essenziali negli organismi fotosintetici. Lo studio propone di investigare in maniera approfondita, la risposta dei parametri/processi intracellulari più rilevanti nel mediare la relazione tra la cattura della luce e la sintesi di biomassa lungo il percorso che procede dall’apparato fotosintetico, fotosintesi, accrescimento intracellulare fino alla biomassa coltivata. Stato di attuazione della attività 2012: Questo progetto prevedeva sette workpackages di cui l’attività di 4 di loro è iniziata o continuata nel

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2012. Durante il 2012 è stato disegnato e creato il sistema luminoso e sono stati realizzati i primi esperimenti per testare la sua operabilità ed efficienza. E’ stata effettuata una serie di esperimenti su due strain della diatomea Pseudo-nitzschia multistriata. Il sistema ha dimostrato la sua adeguatezza per esperimenti di fotofisiologia algale, ed i risultati sono in corso di interpretazione. Sono stati condotti i primi test su diversi mezzi per l’analisi del ruolo dei nutrienti (concentrazione e rapporti) sul rendimento della crescita algale e l’analisi dei campioni è in corso. Inoltre abbiamo investigato il ruolo dei processi di fotoprotezione sulla variabilità dei tassi fotosintetici e la crescita algale in due diatomee e da un punto di vista modellistico.

Progetto 4.3 Implementazione e sviluppo di sensoristica avanzata per il monitoraggio costiero Durata del progetto: 3 anni Parole chiave: qualità delle acque, batteri, sonde Settori ERC: SH3_1, PE10_8, Settori scientifico/disciplinari: BIO/07

Descrizione della ricerca (scopi e background): La gestione dell’ambiente richiede una dettagliata conoscenza della distribuzione dei parametri ed il loro controllo continuo. Il monitoraggio dei parametri ambientali viene spesso realizzato tramite campagne di campionamento dove si raccolgono campioni discreti in un arco temporale limitato. Eppure la dinamica del plancton è molto veloce e presenta un’elevata variabilità sia spaziale che temporale, che può essere apprezzata solo attraverso osservazioni in continuo e ad alta frequenza. Lungo le coste della Campania esistono delle stazioni di rilevamento di altezza delle onde (gestite dalla Università Parthenope) o di movimenti sismici (gestite dall’INGV), che operano su boe o pontili e rilevano i parametri selezionati in siti sensibili. Questo progetto propone di implementare una di queste boe con sensori di temperatura e salinità che operino in continuo. Inoltre, si propone di ottimizzare e sviluppare la tecnica della citometria a flusso per la detezione di organismi potenzialmente rischiosi per la salute umana, quali coliformi e patogeni emergenti. Questo prevede l’accoppiamento di tecniche molecolari di detezione con anticorpi o PCR e l’uso di citometri dedicati di piccola taglia che possano operare in continuo. L’aspetto innovativo di questo progetto consiste nella prevista interazione con esperti in ICT e sistemisti informatici per la possibile trasmissione dei dati in remoto in tempo reale tramite tecnologie ICT. Obbiettivo a lungo termine di questo progetto è di realizzare una piattaforma di monitoraggio multiparametrica fissa che raccolga i principali parametri ambientali (sia biotici che abiotici) e li trasmetta in tempo reale, per un early warning su indicatori di rischio per la popolazione. Stato di attuazione dell’attività 2012 : L’integrazione del sito fisso di campionamento di Bagnoli non è stato possibile in quanto il mooring è stato vandalizzato. Sono in corso contatti con l’INGV e con la WASS (Whitehead Alenia Sistemi Subacquei) per ripristinarlo. La sperimentazione di sensori di temperatura e conducibilità/salinità in acquisizione continua durante la navigazione hanno dimostrato la rilevanza dell’informazione raccolta ad alta frequenza per la matrice non conservativa. Tale sistema consente di individuare fonti di pressione che sfuggono ai campionamenti puntuali. La realizzazione di una sensoristica efficiente e di basso costo trasportata da barche da ricerca o dalla flotta commerciale rappresenta il prossimo obbiettivo e, in accoppiamento con il radar costiero (CODAR), un ulteriore elemento di validazione di modelli di circolazione costiera e di trasporto e dispersione di inquinanti. E’ stato iniziato uno studio dei fattibilità per l’utilizzo di kit commerciali per l’identificazione e la quantificazione di organismi patogeni in acqua di mare. Contatti preliminari con il Dr. Rachel Noble dell’University of North Carolina (USA) sono stati iniziati e sono finalizzati ad ottimizzare e a coordinare gli sforzi in maniera da inserirsi in un circuito internazionale di standardizzazione. Un citometro ad immersione è in via di acquisizione tramite il progetto-bandiera RITMARE. La collaborazione con l’Université Aix-Marseille (Francia) sulle applicazioni della citometria a flusso ad alta frequenza è in corso e si è concretizzata in un progetto europeo di supporto alla ricerca in Tunisia

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(progetto INCOMMET). Nel 2012 è stato sperimentato uno strumento autonomo di acquisizione di dati idrografici (WaveGlider) nel Golfo di Napoli, in collaborazione con l’Università Parthenope di Napoli. L’esperimento è stato realizzato in settembre 2012 e i dati sono in via di elaborazione.

Highlights 201214 • Le strutture responsabili per la sintesi del prodotto naturale aromatico lignarinone sono state

identificate nel mollusco Scaphander lignarus utilizzando tecniche di microscopia confocale (ISI-1).

• Il ruolo della luce sulla modulazione della crescita algale è stato studiato in diverse specie microalgali di diversi gruppi (ISI-2, ISI-3, ISI-5).

• E’ stato realizzato uno studio ‘modellistico’ sul ruolo del ciclo delle xantofille, processo legato alla fotoprotezzione (ISI-4).


1. Cutignano A, Avila C, Rosica A, Romano G, Laratta B, Domenech-Coll A, Cimino G, Mollo E and Fontana A (2012) Biosynthesis and Cellular Localization of Functional Polyketides in the Gastropod Mollusc Scaphander lignarius. ChemBioChem, 13: 1759–1766

2. Giovagnetti V, Cataldo ML, Conversano F, Brunet C (2012) Growth and photophysiological response curves of the two picoplanktonic Minutocellus sp. RCC967 and RCC703 (Bacillariophyceae). Eur. J. Phycology: In press.

3. Laabir M, Barré N, Franco J, Brunet C, Masseret E, Collos Y (2012) Morphological, biochemical and growth characteristics of Alexandrium catenella (Whedon & Kofoid) Balech, a toxic dinoflagellate expanding in Mediterranean waters. Cahiers de Biologie Marine 53: 365-372.

4. Polimene L, Brunet C, Allen JI, Butenschön M, White DA, Llewellyn CA (2012) Modelling xanthophyll photoprotective activity in phytoplankton. Jourmal of Plankton research 34: 196-207.

5. Scalco E, Brunet C, Marino F, Rossi R, Soprano V, Zingone A, Montresor M (2012) Growth and toxicity responses of Ostreopsis cf. ovata to seasonal irradiance and temperature conditions. Harmful Algae 17: 25-34.

Quadro sinottico delle collaborazioni internazionali e della valenza dei prodotti della ricerca La Stazione Zoologica Anton Dohrn ha in essere numerose e prestigiose collaborazioni internazionali come si evince dalle numerose relazioni che intercorrono tra i ricercatori e i loro collaboratori, per le quali non sono richiesti oneri finanziari significativi a carico dell’Ente. Oltre a ciò vale la pena sottolineare la rilevanza dei rapporti internazionali che la Stazione Zoologica intrattiene, ad esempio, per quanto riportato in queste pagine per i progetti ASSEMBLE ed EMBRC. La figura 1 illustra le collaborazioni internazionali in essere per il 2012, così come deducibili dalle pubblicazioni (ISI) prodotte nell’anno. I ‘pin’ sono stati attribuiti ai paesi che risultano essere indicati nelle affiliazioni incluse nei 64 prodotti ISI.


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Figura 1 Collaborazioni internazionali (anno 2012). Sono indicati solo le nazioni che ospitano istituzioni di ricerca con cui i ricercatori della SZN hanno pubblicato lavori in collaborazione nel corso dell’anno. L'anno 2012 - non ancora concluso - continua a mostrare la tendenza a una buona produttività della SZN in ambito scientifico, sia per il numero delle pubblicazioni prodotte che della qualità e validità dei risultati. In dieci mesi sono stati pubblicati 101 lavori, di cui 64 prodotti ISI. Se la tendenza verrà confermata per la restante parte dell’anno, le attività di ricerca della Stazione Zoologica consolideranno una crescita della produttività scientifica (Allegato 1) e il suo posizionamento a livelli di eccellenza. Nell’ottica della valutazione della ricerca sono stati anche adottati i criteri ANVUR; più del 30% delle pubblicazioni ISI ha valori che superano ampiamente la soglia della mediana IF della categoria ISI di appartenenza (Allegato 1). Come riportato alla sezione ‘Assetto organizzativo – Struttura dell’Ente e sua organizzazione’ del Piano Triennale 2013-2015, il personale attualmente in servizio presso l'Ente ha in forza personale scientifico (i.e. ricercatori e tecnologi) con una quota pari al 46% del personale tutto; il 90% di questi è dedicato ad attività di ricerca e sviluppo o supporto tecnologico. Il confronto tra il manpower dedicato alla ricerca e il numero di pubblicazioni prodotte nell’anno confermano quanto già sottolineato per il PTA dello scorso anno (cfr. Executive Summary del 2012) e cioè che le attività di ricerca della SZN consentono l’attestarsi del rate di prodotti per ricercatore a valori pari a circa 2,7 pubblicazioni/ricercatore. Come già sottolineato lo scorso anno, questi dati corrispondono ad un incremento pari a più del 30% rispetto al valore degli anni precedenti. La qualità dei risultati ottenuti dalla Stazione Zoologica è testimoniata anche dal livello delle riviste dove i lavori sono stati pubblicati: le prestigiose Nature, Nature Climate Change, PNAS, PLOS, per citarne alcune. Inoltre, la SZN si vede protagonista per studi pubblicati su riviste internazionali di riferimento nel rispettivo campo disciplinare quali, ad esempio: Progress in Oceanography, Harmful Algae, Global Biogeochemical Cycles, Quaternary Science Reviews, Journal of Experimental Botany, Genome Res, Journal of Experimental Biology.

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2. Obiettivi generali e strategici per il triennio La progettualità scientifica che la SZN propone per il triennio 2013-2015 continua ad essere ispirata alle quattro linee tematiche di cui alle pagine precedenti, ma – tenuto conto del principio di best practice che si intende adottare e delle linee guida del Ministero vigilante – viene presentata ed organizzata in Programmi di ricerca. I primi due programmi sono fortemente ispirati allo studio dei meccanismi connessi alla riproduzione e sviluppo di organismi marini, con attenzione – in qualche caso - a organismi modello. Il terzo a studi della biodiversità marina; il quarto e il quinto incentrati allo studio del funzionamento di ecosistemi e organismi marini planctonici e bentonici. Infine, un sesto programma è ispirato dallo studio delle forme di plasticità biologica che caratterizzano i viventi, a diversi livelli di organizzazione, e il settimo all’esplorazione del potenziale biotecnologico degli organismi marini. Viene anche presentato un programma di attività connesse all’outreach (diffusione e divulgazione). In questa sezione vengono anche presentati i progetti a ricerca industriale. Altra collocazione è data alla progettualità premiale e ai progetti connessi al progetto bandiera RITMARE. La progettualità proposta per il triennio (2013-2015) ha le sue radici in quella proposta per il 2012, ma allo scopo i. di ottimizzare risorse scientifiche e finanziarie, ii. di facilitare la sinergia e iii. la collaborazione scientifica propone una confluenza dei 13 progetti (per complessive 72 azioni) proposti per il 2012, in 7 programmi di ricerca articolati in complessivi 23 obiettivi triennali.

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Figura 2 Confronto tra la progettualità del Piano Triennale 2012-2014 e quella per il 2013-2015. Le linee indicano la confluenza dei precedenti progetti nei 7 nuovi Program

mi di ricerca.

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Programma 1. Origine ed evoluzione dei meccanismi di sviluppo nei deuterostomi. Durata: 3 anni Parole chiave: sistema nervoso, organogenesi, network genici regolativi Settori ERC: LS3_9, LS5_4 Settori scientifico/disciplinari: BIO/11, BIO/18

Tabella 6 Costo annuo previsto

Anno 2013 Anno 2014 Anno 2015Programma SZN 1 1.001.898,58 1.078.196,81 1.076.437,22

Descrizione della ricerca (scopi e background): L’assegnazione del premio Nobel per la Medicina 2012 al britannico John Gurdon e al giapponese Shinya Yaman, con la motivazione che "le loro scoperte hanno rivoluzionato la comprensione del modo in cui le cellule e gli organismi si sviluppano", rende bene conto dell’importanza dello studio dei meccanismi di base della biologia dello sviluppo e del differenziamento cellulare nello studio delle malattie, per la loro diagnosi e cura. Ci si propone di studiare i meccanismi molecolari del complesso processo che presiede al differenziamento cellulare durante lo sviluppo embrionale nell’ambito di un organismo completo. In particolare, sfruttando il chiaro vantaggio offerto da organismi modello dal piano corporeo relativamente semplice rispetto ai mammiferi, quali sono gli invertebrati marini, affrontiamo lo studio della regolazione genica e delle complesse reti regolative (gene regulatory networks, GRN15) che presiedono alla formazione di un organismo completo o di parti di esso. Lo studio comparativo di questi sistemi regolatori in vari animali-modello, che occupano posizioni diverse nell’albero filogenetico degli organismi viventi, permette poi di capire quando e come, nel corso dell’evoluzione, si sono originati e si sono modificati i network regolativi alla base del differenziamento cellulare e dell’organogenesi. Due elementi essenziali pongono l’attività programmate in una posizione unica nel panorama scientifico italiano per questo tipo di studi di sviluppo ed evoluzione (evo-devo). Da un lato, l’approccio tecnologicamente avanzato di tipo “omico” detto anche di system biology, che si può ancora oggi applicare solo a sistemi complessi relativamente semplici, quali quelli degli organismi marini presi in considerazione. Dall’altro, la disponibilità e l’accessibilità sperimentale, offerte dalle infrastrutture della Stazione Zoologica Anton Dohrn, nonché la competenza (know-how) offerta dai ricercatori afferenti riguardo organismi modello che comprendono varie specie a diversa distanza evolutiva nell’ambito dei deuterostomi, il ramo dell’albero filogenetico che comprende l’uomo. Queste specie comprendono: il protocordato Ciona intestinalis16, gli echinodermi riccio di mare (Strongylocentrotus purpuratus e Paracentrotus lividus17) e stella di mare (Patiria miniata), l’emicordato Ptychodera flava, il cefalocordato anfiosso (Branchiostoma lanceolatum18) e, per la fondamentate comparazione con i vertebrati, il pesce zebra (Danio rerio19). Questo Programma ben si inquadra nell’Ambito dei temi Horizon 2020 (Salute, Cambiamento demografico e Benessere), studi su malattie genetiche e malattie croniche che provocano disabilità, cattivo stato di salute e morte precoce. La nostra ricerca di base su organismi modello semplici contribuirà a chiarire i meccanismi molecolari e i GNR che sono alla base dello sviluppo e della funzione di strutture del sistema nervoso, tubo digerente, pancreas e tiroide. E’ solo infatti attraverso la comprensione dei determinanti e delle cause di malattie genetiche e croniche che si puo’ poi procedere ad una traslazione dei risultati della ricerca in sperimentazioni su modelli vertebrati. Allo scopo di compattare la ricerca all’interno del Programma, e per un conseguente risparmio di spesa per l’Ente, le attività dei gruppi afferenti sono state riunite sotto tre obiettivi principali, che condividono

15 Davidson EH, Rast JP, Oliveri P, Ransick A, Arnone MI, et al. (2002) A genomic regulatory network for development. Science. 295:1669 1678. 16 Dehal P, Branno M, Spagnuolo A, et al. (2002) The draft genome of Ciona intestinalis: insights into chordate and vertebrate origins. Science 298: 2157-2167. 17 Sodergren E, Weinstock GM, Davidson EH, Cameron RA, Gibbs RA, Angerer RC, Angerer LM, Arnone MI, et al. (2006) The genome of the sea urchin Strongylocentrotus purpuratus . Science 314: 941 952. 18 Garcia-Fernàndez J, Jiménez-Delgado S, Pascual-Anaya J, Maeso I, D'Aniello S, et al. (2009) From the American to the European amphioxus: towards experimental Evo-Devo at the origin of chordates. Int J Dev Biol. 53: 1359-1366. 19Porreca I, De Felice E, Fagman H, Di Lauro R, Sordino P (2012) Zebrafish bcl2l is a survival factor in thyroid development. Dev. Biol. 366: 142-152.

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approcci sperimentali (knock-down di geni mediante oligonucleotidi morpholino antisenso2021 e dominanti negativi; transgenesi mediante microiniezione ed elettroporazione2223), tecnologie avanzate (genomica, trascrittomica mediante microarray e RNA-Seq, ChIP-Seq, CLSM associata a FISH24 e Real Time QPCR) e l’uso di svariati sistemi-modello e relativo know-how. Lista obiettivi e risultati principali attesi periodo 2013-2015: Obiettivo 1: Evoluzione e sviluppo del sistema nervoso nei deuterostomi. Lo sviluppo del cervello é un eccellente paradigma sperimentale in un’ottica comparativa per conoscere quali geni, funzioni e network regolativi sono conservati ed indispensabili nel super phylum Deuterostoma. Il presente obiettivo mira ad estendere le nostre conoscenze su diverse classi di molecole, ovvero fattori di trascrizione (SoxB225, Gsh2, Dbx1), ossido nitrico26 (NO), e fattori di crescita quali le Neurotrofine (NT) e i loro recettori (NTR). Saranno utilizzati 5 gruppi di Deuterostomi disponibili presso il nostro laboratorio (emicordati, echinodermi, cefalocordati, tunicati, vertebrati). Per un rapido avanzamento nel campo della ricerca di base e applicativa, utilizzeremo approcci bioinformatici, genetici e farmacologici (Task1). La realizzazione di sistemi di allevamento per l’anfiosso e lo zebrafish garantirà continuità agli studi, permettendo di migliorare i livelli di produzione scientifica e, alla Stazione Zoologica, di incrementare le infrastrutture e il know-how su più modelli animali al fine di potenziare la propria competitività nazionale ed internazionale (Task2). I risultati potranno essere utilizzati per una migliore comprensione delle malattie neurologiche e per individuare nuovi strumenti diagnostici e bersagli terapeutici (drug discovery) (Finanziamenti: Marie Curie CIG - approvato; PONa3_00239 - Sordino, approvato; FIRB Futuro in ricerca 2012-RBFR12QW4I - in attesa di valutazione). Obiettivo 2: Evoluzione dei fotorecettori e dei meccanismi molecolari che controllano lo sviluppo di organi fotosensibili. L’occhio è un organo così perfetto e complesso che ancora oggi si dibatte sulla sua evoluzione. Inoltre, la nostra recente scoperta di un sistema unico di fotorecettori nel riccio di mare27 ha contribuito ad evidenziare la varietà, ancora molto poco esplorata in ambiente marino, dei sistemi visivi esistenti in natura. Utilizzando come sistemi modello l’organo fotosensibile della Ciona, l’ocello, e i vari fotorecettori ancora non caratterizzati che esprimono diverse opsine28 nel riccio di mare, questo obiettivo mira a elucidare l’evoluzione dei sistemi visivi negli invertebrati. In particolare ci proponiamo di: Task1: Delineare i network regolativi che controllano la specificazione delle diverse componenti dell’ocello della Ciona, mediante lo studio della funzione (knock-down e microarrays) e della regolazione (trasgenesi) dei precedentemente caratterizzati fattori di trascrizione Onecut29 e Gsx e del segnale FGF30. Task2: Caratterizzare dal punto di vista molecolare, ultrastrutturale e funzionale i fotorecettori di tipo ciliare e rabdomerico in larve ed adulti di riccio di mare mediante un approccio interdisciplinare (finanziato dal Marie Curie ITN Neptune - Arnone, recentemente approvato). Di importante ricaduta sarà l’analisi della funzione del gene Rab32/38, associato nell’uomo ad alcune malattie genetiche della pelle e degli occhi, che è stato da noi identificato come uno dei target del segnale FGF nell’ocello della Ciona.

20 D'Aniello S, D'Aniello E, Locascio A, Memoli A, Corrado M (2006). The ascidian homolog of the vertebrate homeobox gene Rx is essential for ocellus development and function. Differentiation 74: 222-234. 21 Del Giacco L, Pistocchi A, Cotelli F, Fortunato AE, Sordino P (2008) A peek inside the neurosecretory brain through Orthopedia lenses. Dev Dyn 237: 2295-2303 22 Ristoratore F, Spagnuolo A, Aniello F, Branno M, Fabbrini F, Di Lauro R (1999) Expression and functional analysis of Cititf1, an ascidian NK-2 class gene, suggests its role in fate restriction and development of endoderm. Development 126: 5149-5159. 23 Arnone MI, Dmochowski IJ, Gache C (2004) Using reporter genes to study cis-regulatory elements. Methods Cell Biol. 74: 621-652. 24 Cole AG, Arnone MI (2009). Fluorescent in situ hybridization reveals multiple expression domains for SpBrn1/2/4 and identifies a unique ectodermal cell type that co-expresses the ParaHox gene SpLox. Gene Expr Patterns. 9: 324-8. 25 Royo JL, Maeso I, Irimia M, Gao F, Peter IS, Lopes CS, D’Aniello S, Casares F, Davidson EH, Garcia-Fernández J and Gómez-Skarmeta JL. (2011) Transphyletic conservation of developmental regulatory state in animal evolution. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108: 14186-91. 26 Andreakis N, D’Aniello S, Albalat R, Patti FP, Garcia-Fernàndez J, Procaccini G, Sordino P and Palumbo A. (2011) Evolution of the Nitric Oxide Synthase family in metazoans. Mol. Biol. Evol. 28:163-79. 27 Ullrich-Lüter, E.M., Dupont S., Arboleda, E., Hausen, H., and Arnone, M.I. (2011). Unique system of photoreceptors in sea urchin tube feet. Proc Natl Acad Sci USA 108: 8367-72. 28 Raible F, Tessmar-Raible K, Arboleda E, Kaller T, Bork P, Arendt D, Arnone MI. (2006) Opsins and clusters of sensory G-protein-coupled receptors in the sea urchin genome. Dev. Biol. 300, 461-475. 29D'Aniello E, Pezzotti MR, Locascio A, Branno M. (2011) Onecut is a direct neural-specific transcriptional activator of Rx in Ciona intestinalis. Dev. Biol. 355: 358-371. 30 Squarzoni P. Parveen F, Zanetti L, Ristoratore F Spagnuolo A. (2011) FGF/MAPK/Ets signaling renders pigment cell precursors competent to respond to Wnt signal by directly controlling Ci-Tcf transcription. Development 138: 1421-1432

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Obiettivo 3: Studio dei network regolativi che controllano l’organogenesi e loro evoluzione. Lo scopo ultimo di questo obiettivo è lo studio dell’evoluzione dei meccanismi alla base dell’organogenesi mediante lo studio comparato, in diverse specie di deuterostomi, dei network regolativi (GRN) che presiedono alla formazione degli organi. Gli organi modello presi in considerazione sono il tubo digerente (stomaco, intestino e annesso pancreas) e la tiroide. Riguardo il primo punto (Task1) ci si propone di determinare il grado di conservazione di GRN coinvolti nella formazione del tubo digerente (utilizzando come sistemi modello principali gli embrioni di riccio e stella di mare) partendo dallo studio di due geni della famiglia ParaHox, Lox e Cdx31, i cui omologhi nei vertebrati sono coinvolti nella formazione del pancreas e nel mantenimento delle cellule che producono l’insulina (LOX/PDX), e nei carcinomi del colon (CDX). In parallelo, verrà condotta un’analisi di geni di tipo pancreatico e del GRN che controlla la formazione dei muscoli esofaringei nell’embrione di riccio di mare. Riguardo lo studio sullo sviluppo ed evoluzione della tiroide (Task2), stiamo valutando, in zebrafish, il contributo dell'induzione omeogenetica nell’evoluzione morfologica e funzionale e del meccanismo di signalling via BMP di origine cardiaca nel differenziamento (Ricerca Finalizzata Giovani Ricercatori 2010 – Min. Salute, RF-2010-2309484). In Ciona intestinalis è in corso la caratterizzazione funzionale in vitro del recettore CiNR1, omologo dei recettori tiroidei dei vertebrati, e l’identificazione del precursore per la sintesi degli ormoni tiroidei mediante un approccio di proteomica. Sintesi delle collaborazioni: L’Obiettivo 1 si avvale della collaborazione con i seguenti ricercatori in ambito nazionale ed internazionale: il Prof. Garcia-Fernàndez, Università di Barcelona, Spain, per quanto riguarda lo studio dell’evoluzione dei geni SoxB2 ed Armcx (finanziato dal Marie Curie CIG, D’Aniello); il Prof. Antonino Germanà, Università di Messina, la Dott.ssa Arianna Manciocco e il Dott. Mattia Toni, Università La Sapienza, Roma, il Prof. Paolo De Girolamo, Università di Napoli “Federico II”, la Dott. Luisa Cigliano, Università di Napoli “Federico II” ed il Prof. Michele Ceccarelli, Università del Sannio, Benevento per quanto riguarda lo studio delle neurotrofine e recettori associati (collaborazioni finanziate in parte dal PONa3_00239, che saranno mantenute se il FIRB Futuro in ricerca 2012 - RBFR12QW4I verrà approvato). L’Obiettivo 2 si avvale delle seguenti collaborazioni internazionali: con il Prof. Dan Nilsson, Lund Vision Group, Sweden e con il Dr. Gáspár Jékely, Max Planck Institute for Developmental Biology, Germany, per lo studio della funzione dei fotorecettori ciliari e rabdomerici in adulti e larve di riccio di mare (finanziate nell’ambito del Marie Curie ITN Neptune); con il Dr. Harald Hausen, SARS, Bergen, Noway e con la Dott.ssa Esther Ullrich-Lueter, Berlin Natural Museum, Germany, per la caratterizzazione strutturale dei recettori ciliari in riccio di mare (collaborazione finanziata da un grant Tedesco della Dott.ssa Ullrich-Lueter); con il Prof. Lionel Christiaen, NY University per lo studio della cascata regolativa delle cellule pigmentate in Ciona. Riguardo l’Obiettivo 3, sono in atto le seguenti collaborazioni: con il Prof. Pedro Martinez, Università di Barcelona, Spain (finanziata da Assemble) e Yi-Hsien Su, Accademia Sinica, Taiwan (finanziata dall’ NCS grant 2012-2014 nell’ambito dell’accordo bilaterale SZN-NSC) per lo studio dell’evoluzione dei GRN che controllano la formazione del tubo digerente; con il Prof. Ulrich Technau, Vienna University, Austria, per lo studio dell'evoluzione del mesoderma e ChIP-Seq della proteina Brachyury (collaborazione finanziata dall'ITN Marie Curie Evonet). Con i Prof. Roberto Di Lauro e Piero Pucci, e la Dott.ssa Mariastella Zannini, Università di Napoli, il Prof. Mathias Hammerschmidt, Università di Colonia, il Dott. Darren Gilmour EMBL, Heidelberg, il Prof. Stephan Schulte-Merker, Hubrecht Institute, Utrecht e il Prof. Vincent Laudet CNRS Lyon, France, per gli studi sullo sviluppo e l’evoluzione della ghiandola tiroidea (collaborazioni in parte finanziate dal programma Ricerca Finalizzata Giovani Ricercatori 2010 – Min. Salute, RF-2010-2309484).

31 Cole AG, Rizzo F, Martinez P, Fernandez-Serra M, Arnone MI (2009) Two ParaHox genes, SpLox and SpCdx, interact to partition the posterior endoderm in the formation of a functional gut. Development 136: 541-549.

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Programma 2. Biologia Cellulare e Fisiologia della Riproduzione Durata: 3 anni Parole chiave: calcio, canali, actina Settori ERC: LS1, LS3 Settori scientifico/disciplinari: BIO/09, BIO/10


Anno 2013 Anno 2014 Anno 2015Programma SZN 2 296.034,67 377.600,51 383.403,22

Descrizione della ricerca (scopi e background): Il nostro lavoro sulle uova di stella di mare ha dimostrato che l’incremento del Ca2+ intracellulare alla fecondazione è dovuto all’effetto combinatorio del Ca2+ mobilizzato dai secondi messaggeri come InsP3, NAADP e cADPr che contribuiscono a modulare il calcium signaling [1,2]. Durante il corso degli studi, abbiamo dimostrato che il pattern di trasduzione del segnale Ca2+ è significativamente alterato dai cambiamenti delle dinamiche di polimerizzazione dell’actina ad opera di agenti che modificano la struttura dell’actina come ad es. la latrunculina A [3], la cofilina [4] Jasplakinolide ed eparina [5], GDP-βS [6] e dal sequestro del PIP2 da parte del dominio PH della PLC δ 1 [7]. In aggiunta, l’inibizione della polimerizzazione dell’actina con la latrunculina A induce oscillazioni spontanee di Ca2+ intracellulare [8], assieme alla generazione di potenziali d’azione e alla depolarizzazione della membrana plasmatica [9]. Pertanto l’actina contribuisce all’omeostasi intracellulare di Ca2+ in maniera diretta o attraverso la modulazione delle attività dei canali [10, 11]. Inoltre l’interferenza sulle dinamiche dell’actina che è responsabile dei fenomeni accidentali di polispermia e della fallita esocitosi dei granuli corticali fa emergere la possibilità che una fine regolazione dell’actina corticale del citoscheletro sia fondamentale non solamente per la traduzione del segnale mediata dal Ca2+ ma anche per il sollevamento della membrana di fecondazione e l’incorporazione monospermica. I principali obiettivi per i prossimi tre anni saranno: 1) testare ulteriormente la regolazione di canali Ca2+ dipendenti e dell’esocitosi vescicolare ad opera dell’actina; 2) chiarire i meccanismi con cui l’actina regola l’ingresso dello spermatozoo fecondante; 3) esplorare ulteriori meccanismi attraverso i quali il segnale Ca2+ è modulato dallo stato redox, dall’ambiente extracellulare e testare le ipotesi che le dinamiche dell’actina polimerizzata possano servire come meccanismo locale per immagazzinare e rilasciare Ca2+; 4) studiare il ruolo dell’actina e del Ca2+ nucleare. Oltre al contributo alla conoscenza scientifica, l’innovazione tecnologica e le informazioni dei risultanti della nostra ricerca prevedono di avere un impatto tangibile sulla comunità scientifica. Innanzitutto, sarà pubblicato un database completo del trascrittoma degli ovociti, degli zigoti e blastule di Astropecten aranciacus, che è la stella di mare del mediterraneo a lungo studiata in Italia, Francia e Spagna. Il nostro database sarà pubblicamente accessibile e ci si aspetta che stimolerà le attività di ricerca non solo nel campo della biologia cellulare, ma anche negli studi sull’evoluzione e sull’ambiente. In secondo luogo, il nostro lavoro utilizza innovativi metodi di imaging ed elettrofisiologia per monitorare in tempo reale il cambiamento delle strutture del citoscheletro e delle proprietà elettriche di ogni singola cellula vivente. Abbiamo inoltre ottimizzato tecniche di microiniezione per sonde fluorescenti che specificamente si legheranno al DNA, i microfilamenti, i microtubuli e gli organelli. Infine, questa ricerca impiega un approccio multidisciplinare (biochimica, e biologia molecolare, elettrofisiologia, bioinformatica e mocroscopia elettronica e confocale) avrà certamente il potenziale di estendersi, a creare progetti aggiuntivi e per aprire nuove carriere scientifiche ed opportunità formative a favore di giovani scienziati in Italia ed in Europa. 32

1Santella 2004, TIBS 29:400-408 2 Moccia 2006, Dev Biol 294:24-38 3Lim 2003, JBC 278:42505-42514 4Nusco 2006, BBRC 384:141-143 5Puppo 2008, PLoS One 3:e3588 6Kyozuka 2009, PLoS One 4:e6296 7Chun 2010, PLoS One 5:e14100 8Lim 2002, FASEB J 16:1050-1056

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Lista obiettivi e risultati principali attesi periodo 2013-2015:. Obiettivo 1: Modulazione della fecondazione e del segnale calcio attraverso l’actina del citoscheletro. Scopo 1: produrre proteine con funzione bloccante ed anticorpi di specifici geni. Sonde costituite da proteine esogene sono già disponibili: RFP-PH ( per sequestrare il PIP2), GFP-Utrofina (per visualizzare l’actina del subplasmalemma, GFP-MP7 (tubulina) e roGFP (stato redox citosolico). In aggiunta annotazioni sul trascrittoma dell’Astropecten aranciacus ha consentito già di identificare sequenze di cDNA che codificano proteine che legano l’actina del citoscheltro (prolina, gelsolina, depactina ect), i canali del Ca2+ e le pompe (recettori dell’InsP3, SERCA, scambiatore Na+/Ca2+, TPC). I domini bersaglio saranno scelti e usati come peptidi dominanti-negativi o epitomi antigenici per produrre specifici anticorpi per la microiniezione. Scopo 2: microiniezione nelle uova di anticorpi e proteine con funzione bloccante per studiare il loro effetto sul segnale mediato dal Ca2+, sull’esocitosi vescicolare, e sulla fecondazione monospermica. Scopo 3: testare l’effetto redox e l’ambiente extracellulare sul segnale mediato dal Ca2+, sull’esocitosi vescicolare, e sulla fecondazione. Sono state usate e verranno usate sostanze come: la nicotina, condizioni di basso Na+ e Ca2+, l’uretano, il basso pH, così come pure DTT e thimerosal . Scopo 4: testeremo l’ipotesi che l’actina del citoscheletro possa costituire una riserva supplementare locale di Ca2+ intracellulare da immagazzinare. La polimerizzazione dell’actina sarà parzialmente bloccata dalla latrunculina A durante il rilascio transitorio e lento di Ca2+, e verrà comparata la cinetica d’incremento del Ca2+ nelle regioni subcellulari. Scopo 5: studieremo il ruolo dell’actina e del segnale Ca2+ nel nucleoplasma. GFP- Utrofina e anticorpi anti-depactina saranno microiniettati nella vescicola germinale (nucleo) e/o nel citoplasma degli ovociti di stella di mare e verrà esaminato il loro effetto sulla formazione e funzione dei filamenti d’actina sulla progressione meiotica. Obiettivo 2: Correnti ioniche e molecole coinvolte nella maturazione dei gameti e fecondazione. Scopo 1. Studio degli eventi elettrici che controllano la maturazione e l’attivazione dei gameti, usando gli echinodermi e le ascidie come modello sperimentale. Sarà studiata la progressione meiotica degli ovociti bloccati a differenti stadi del ciclo cellulare. Usando tecniche elettrofisiologiche, il gruppo della Dott.ssa Tosti caratterizzerà le correnti ioniche che attraversano la membrana plasmatica in ovociti a diversi stadi meiotici. Di particolare interesse è il ruolo dei primi eventi elettrici che hanno luogo nell’ovocita alla fecondazione e nei successivi stadi di sviluppo embrionale. Questi esperimenti serviranno a chiarire il ruolo selettivo di ogni corrente ionica nell’ambito di specifici processi considerati. Lo studio della cinetica dei canali ionici durante la segregazione delle linee cellulari dei blastomeri nei primi stadi di sviluppo potrà inoltre fornire informazioni sulla correlazione tra l’attività dei canali, il corretto sviluppo embrionale e la formazione delle larve. Scopo 2. E’ lo studio del meccanismo di trasduzione del segnale che controlla l’inibizione e la ripresa della progressione meiotica degli ovociti bloccati a differenti stadi del ciclo cellulare. Utilizzando tecniche biochimiche e di DNA ricombinante si studierà il ruolo dei fattori citoplasmatici che controllano l’arresto e la progressione meiotica nei vari stadi di crescita e maturazione dell’ovocita e il loro impatto sul successivo meccanismo di interazione spermatozoo-ovocita. In particolare sarà studiato il ruolo dell’AMP ciclico, MPF e delle Kinasi CK2. Con tecniche di real time qPCR sarà anche studiata l’espressione dei geni coinvolti nella regolazione dei processi di maturazione e fecondazione. Dato che le correnti di calcio giocano un ruolo fondamentale nella progressione meiotica, si effettueranno anche esperimenti di rilascio di calcio da parte di agenti chimici (InsP3 e calcio-ionofori) al fine di chiarire la correlazione tra l’ingresso di calcio attraverso i canali e il rilascio di calcio intracellulare. Sintesi delle collaborazioni: Obiettivo 1. Alcuni aspetti di questa ricerca includono una collaborazione che risale a circa 2 decenni con scienziati giapponesi (Prof. K. Kyozuka of Tohoku University and I. Yazaki of Tokyo Metropolitan University). Le nostre collaborazioni internazionali per questi progetti sono state estese quest’anno all’università di Taiwan attraverso il Prof. S. J. Lee grazie al conseguimento di un finanziamento per la ricerca del National Science Council of Taiwan (NCS 2012-2014) per lo svolgimento in collaborazione utilizzando le uova di riccio di mare. La collaborazione internazionale è stata anche estesa al prof. D. Sheedan (University College Cork, Ireland) per gli studi redox ed al

9Moccia 2007, Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol 148:845-852 10Chun and Santella 2009, Acta Physiol 195:61-70 11 Lange and Gartzke 2006, J Cell Physiol 209:270-287

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SZN – PIANO TRIENNALE 2013-2015 Prof. U.H. Kim (Chonbuk University, Korea) per gli studi sul metabolismo del NAADP. Abbiamo inoltre fornito il nostro marker fluorescente per la visualizzazione del PIP2 a scienziati di diversi continenti quali: Argentina (Prof. S. A. Belmonte, Univ. Cuyo), Spagna (Prof. I. Merida, NCB Madrid), Polonia (Prof. L. Kaczmarek, Nencki Institute), e Taiwan (Prof. S. Lee, Univ. Taiwan). Le attività di ricerca dei suddetti collaboratori sono state sostenute dai loro fondi. Objettivo 2. Alcuni aspetti del programma saranno sviluppati in collaborazione con i Proff: R.A. Fissore (University of Massachusetts, Amherst, USA), R. Boni (University of Basilicata, Potenza, Italy), e Y. J. Ménézo at UNILABS, Paris, France. Le attività di ricerca dei suddetti collaboratori sono state sostenute dai loro fondi.

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Programma 3. Approccio integrato allo studio della biodiversità marina Durata: 3 years Parole chiave: biodiversità, tassonomia, genetica di popolazione Settori ERC: LS8, LS2 Settori scientifici/disciplinari: BIO/07, BIO/11

Tabella 8 Costo annuo previsto Anno 2013 Anno 2014 Anno 2015

Programma SZN 3 440.569,53 524.756,67 496.067,24

Descrizione della ricerca (scopi e background): La Marine Strategy Framework Directive (MSFD) identifica la biodiversità come il principale descrittore per la qualità delle acque marine. La necessità di preservare la biodiversità nell'ambiente marino e terrestre è stata ampiamente riconosciuta a livello politico. La blue economy, futuro per l’economia europea, presuppone, negli oceani, la conservazione della biodiversità, che la blue biotechnology esplorerà per fini biotecnologici e biomedici. La conservazione della biodiversità è anche tra le priorità della PRN. Siamo di fronte a cambiamenti climatici che avvengono a un ritmo senza precedenti i cui effetti sugli organismi marini si sommeranno con quelli derivati dall'impatto antropico diretto. La conoscenza della biodiversità, condizione indispensabile per la sua corretta gestione e conservazione, diventa quindi di fondamentale importanza. Gli obiettivi di questo programma comprendono 3 diversi livelli di analisi: 1) diversità a livello intra-specifico, per indagare i meccanismi che 'creano' diversità, 2) diversità tra le specie, in direzione di un approccio integrato alla tassonomia, 3) diversità a livello di comunità, per individuare le specie/associazioni indicatrici dello stato ecologico. I processi che si verificano a livello di popolazione influenzano la distribuzione ed il destino delle specie. L'uso di marcatori molecolari polimorfici permetterà di studiare la genetica e le dinamiche delle popolazioni, in relazione alla demografia ed alla ecologia delle stesse. La genetica di popolazione di organismi marini è stata studiata alla SZN su specie ad alto valore ecologico, come le specie iconiche Posidonia oceanica (seagrass) e Caretta caretta (tartaruga marina), diatomee tossiche del genere Pseudo-nitzschia, ed il pro-cordato Ciona intestinalis, specie modello per la biologia dello sviluppo. Una corretta definizione di diversità e dinamiche di popolazione ed un approccio comparativo tra le specie permetterà di individuare processi e fattori che influenzano la biodiversità marina e di suggerire corrette strategie di gestione. Alla SZN esiste una solida base di conoscenze tassonomiche, la scienza che raggruppa gli organismi e le popolazioni in specie, e questo deve essere conservato e ampliato. La tassonomia si avvantaggia oggi dall’applicazione di approcci multipli e moderni. Nelle microalghe unicellulari, l'uso di strumenti molecolari ha dimostrato un alto livello di diversità genetica dietro quelle che erano considerate singole morfo-specie, ed importanti contributi in tal senso sono stati forniti da indagini condotte alla SZN. Tuttavia, al fine di chiarire il confine fra specie nel complesso mondo delle alghe unicellulari, altre caratteristiche dovrebbero essere considerate, come quelle fisiologiche, i cicli vitali, i caratteri ecologici, ecc. Una definizione integrativa delle specie sarà importante per l'interpretazione della loro distribuzione nello spazio e nel tempo, ma fornirà anche informazioni sulle loro differenze metaboliche e quindi sulla possibilità di sfruttamento biotecnologico. Popolazioni e specie diverse hanno diverse modalità di interazione tra loro e con l'ambiente. La loro diversità rappresenta il risultato di queste interazioni e rispecchia lo stato ecologico dell'ambiente. In organismi bentonici associati a Posidonia oceanica, la distribuzione spazio-temporale di gruppi tassonomici selezionati sarà correlata con lo stato ambientale e con i gradienti dei fattori ecologici. La loro diversità funzionale sarà studiata al fine di valutarne il ruolo relativo nel funzionamento degli ecosistemi. Lista obiettivi e risultati principali attesi periodo 2013-2015: Obiettivo 1 Struttura genetica e dinamica di popolazione di specie marine chiave Lo scopo principale del presente obiettivo è lo studio dei processi microevolutivi che avvengono all’interno di singole specie e che influenzano la loro distribuzione nello spazio e nel tempo. I livelli di

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diversità genetica e connettività di singole popolazioni influenzeranno la loro capacità di risposta ad impatti esterni. Sia specie animali che vegetali, tutte con un alto valore ecologico, saranno considerate. All’interno di queste specie sono rappresentati diversi cicli vitali, comportamenti riproduttivi e nicchie ecologiche. L’esito finale permetterà di valutare il ruolo dei diversi fattori che influenzano la diversità genetica e la sua distribuzione in specie marine Gli organismi in studio sono: Piante marine, con particolare attenzione alla fanerogama Posidonia oceanica, organismo chiave con popolazioni confinate e lento accrescimento. Microsatelliti legati ad EST sono stati recentemente selezionati, e permetteranno di studiare l’adattamento ai clini ambientali. Sarà inoltre studiata la connettività tra praterie in aree marine protette. Organismi planctonici, con grande taglia delle popolazioni ed alto tasso di crescita, ed in particolare diatomee del genere Pseudo-nitzschia, che coesistono in distinte popolazioni nel Golfo di Napoli. La tartaruga marina Caretta caretta, specie iconica in forte regressione, caratterizzata da una struttura di metapopolazione. Connettività e diversità genetica delle tartarughe mediterranee saranno studiate integrando metodiche molecolari e demografiche. Il tunicato Ciona intestinalis, specie invasiva di aree inquinate, specie modello per la biologia dello sviluppo. Lo studio di questo pro-cordato cosmopolita, ad elevato polimorfismo genetico, consentirà di avanzare ipotesi evolutive sui fattori che influenzano demografia e struttura di popolazioni e specie. Obiettivo 2 Tassonomia integrativa del plancton marino Gli obiettivi pianificati per i prossimi tre anni sono: Studi tassonomici su specie che rappresentano una minaccia per la salute umana e/o l’economia (es. diatomee del genere Pseudo-nitzschia che include specie produttrici di acido domoico ed altre specie produttrici di tossine algali). La sintesi di studi ultrastrutturali con quelli effettuati con diversi marcatori molecolari ed altri approcci complementari (es. contenuto di DNA nucleare stimato con metodi diversi) forniranno le informazioni di base richieste per una migliore delineazione delle specie, l’identificazione di sequenze barcode da usare per monitoraggi genomici ambientali (in parte supportato dal progetto esterno FIRB Biodiversitalia). Saranno eseguite validazioni morfologiche sui campioni ambientali usati per analisi metagenomiche-barcode. Questo renderà possibile la decodifica delle informazioni ottenute dagli approcci di sequenziamento high throughput e l’identificazione di taxa bersaglio per i quali è richiesto un approccio dettagliato integrato (e.g. presenza di ampia diversità di sequenza che non corrisponde con la morfo-diversità) (In parte supportato dal progetto esterno MICROB3). In alcune specie di interesse, l’approccio morfologico-molecolare sarà integrato con approcci addizionali come le analisi metabolomiche o l’identificazione di composti specifici (e.g. ossilipine). Partendo dall’evidenza preliminare che il ciclo vitale di specie strettamente correlate potrebbe essere considerevolmente diverso (in caso di es. Skeletonema e Leptocylindrus), si studieranno i tratti del ciclo vitale individuando descrittori supplementari per la delineazione di specie, e fornendo informazioni rilevanti a fini ecologici e di coltivazione. Obiettivo 3 Diversità tassonomica e funzionale in sistemi vegetati bentonici Lo studio della variabilità spazio-temporale della fauna vagile associata a praterie a Posidonia oceanica sottoposte a diverso impatto ambientale proseguirà con l’analisi in particolare di crostacei peracaridi, decapodi e policheti. Tali analisi permetteranno l’identificazione di taxa/specie indicatrici dello stato ecologico di questo sistema, elemento di valutazione della qualità delle acque per la MSFD. Un’analisi su flora e fauna bentonica di vari ambienti vegetati del Golfo di Napoli sarà completata per una stima di trend generali della diversità funzionale e comparazioni con data set simili in aree geografiche tropicali. Sarà continuata l’analisi trofica degli anfipodi in vari sistemi vegetati in rapporto a gradienti di fattori ecologici e come descrittori delle condizioni ambientali. E’ prevista la prosecuzione dell’analisi di specie aliene di policheti nei mari Italiani e nel bacino Mediterraneo, e la revisione di alcuni generi di policheti su materiale derivato dagli studi pregressi svolti in ambito polare (Progetto Antartide del PNRA). Sintesi delle collaborazioni: Fabio Badalamenti, IAMC-CNR, Mazara del Vallo (TP), Italy: diversità genetica e trapianti in P. Oceanica. Luisa

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SZN – PIANO TRIENNALE 2013-2015 Orsini, Katholieke Univiversiteit Leuven, Leuven, Belgium: genome scan in P. oceanica. Jeanine L. Olsen, Rijksuniversiteit Groningen, Groningen, The Netherlands: genome scan in P. oceanica. Cock van Oosterhout, University of East Anglia, Norwich, UK: dinamica di popolazione diatomee. Luciano Ferrara, Università Federico II, Napoli, Italy: caratterizzazione ambientale in C. Intestinalis. Almoktar Saied, Environmental General Authority of Libya and Libyan Sea Turtle Program: diversità genetica delle tartarughe marine in Mediterraneo. UNEP/MAP-RAC/SPA, Regional Activity Centre for Specially Protected Areas, Tunis, Tunisia: diversità genetica delle tartarughe marine in Mediterraneo. David G. Mann, Royal Botanic Garden Edinburgh, Scotland: tassonomia e cicli vitali delle diatomee. Linda K. Medlin, Observatoire Océanologique de Banyuls-sur-mer, France: evoluzione e tassonomia della diatomee. Anna Godhe, University of Gothenburg (Svezia) strategie vitali diatomee. Nina Lundholm, The Natural History Museum of Denmark, Copenhagen (Danimarca) tassonomia, diversità genetica diatomee. Daniel Vaulot, CNRS Station Biologique Roscoff (Francia) Tassonomia, diversità genetica fitoplancton. Anke Kremp, Finnish Environment Institute SYKE, Helsinki (Finlandia) strategie vitali fitoplancton. Angelo Fontana ICB, CNR, Napoli. Claudio Vasapollo, CNR, Ancona: variabilità in P. Oceanica. E. Graham, University of Tasmania, Australia: analisi congiunta data base di benthos tropicale e temperato

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Programma 4. Variabilità ambientale, cambiamenti climatici e impatti antropici: risposte adattative in specie, comunità e sistemi bentonici

Durata: 3 anni Parole chiave: adattamento, interazioni, indicatori stress Settori ERC: LS8, LS2 Settori scientifici/disciplinari: BIO/07, BIO/11


Programma SZN 4 574.082,46 632.131,20 719.562,27

Descrizione della ricerca (scopi e background): Una delle domande più ricorrenti e pressanti poste dalla società, fortemente sentita nella comunità scientifica, è come l'insieme degli organismi organizzati in comunità ed ecosistemi stanno rispondendo e risponderanno alle pressioni imposte dall'attività antropica e dalla variabilità climatica. E' evidente che rispondere a questa domanda ha enormi implicazioni dirette per la specie umana (ad es. per la persistenza dei servizi che la natura fornisce, o per l'importanza che l'interazione con numerosissimi altri organismi ha per l'uomo) e costituisce una sfida per l'avanzamento della conoscenza. Anche solo disegnare possibili scenari in un mondo in continuo divenire comporterà una migliore comprensione della biologia degli organismi, dell'ecologia e della loro evoluzione. Gli organismi bentonici, individualmente e nei diversi livelli di organizzazione che li definiscono (popolazioni, comunità, sistemi) sono sottoposti all’influenza di specifiche forzanti ambientali che condizionano profondamente la fisiologia di singole specie, la struttura delle popolazioni e le dinamiche ecologiche all’interno di comunità e sistemi. Ad ogni livello gerarchico di complessità si producono risposte tese a modulare l’effetto delle forzanti ed a stabilizzare la presenza degli organismi e delle loro associazioni, in ogni definito sistema ecologico. Tuttavia, la variazione delle condizioni ambientali che procede, a livello globale, a velocità esponenzialmente crescente, supera spesso le capacità di reazione di singole specie, la possibilità di omeostasi da parte di organismi ed il livello di resilienza di intere comunità, conducendo pertanto a drammatiche variazioni della struttura stessa dei sistemi ecologici. Anche gli impatti antropici diretti, come l’introduzione di metalli e inquinanti tossici, rappresentano un serio pericolo per gli ecosistemi marini. Ne sono un esempio gli effetti di alcuni xenobiotici che, interferendo con la funzionalità ormonale degli animali, agiscono da distruttori endocrini con effetti deleteri sui processi riproduttivi degli organismi. Ci si propone pertanto di analizzare le risposte degli organismi a vari livelli di aggregazione i) ad alcune forzanti ambientali fondamentali in rapido cambiamento a livello globale, quali la temperatura e la concentrazione di anidride carbonica (che produce acidificazione delle acque), ii) ad alcune variabili che influenzano i sistemi ecologici a livello locale e iii) ad alcuni agenti inquinanti. Lo studio degli effetti prodotti dalle medesime forzanti, condotto anche a livelli diversi di complessità, permette di definire trend generali di risposta e formulare ipotesi circa le modificazioni che potranno verificarsi in futuro a causa dei diversi impatti prevedibili. Approcci differenti e integrati, classici e innovativi, condotti in situ, in mesocosmi e in laboratorio, rappresentano punti di forza del programma e pongono le basi per l’individuazione di descrittori precoci di alterazioni in atto a vari livelli di complessità. A tale scopo verranno anche utilizzati degli organismi modello in modo che le informazioni ottenute possano essere di base per comprendere processi che si svolgono in contesti più complessi, quali le comunità e gli ecosistemi. I risultati attesi, in consistenza con il PNRA e con Horizon 2020, potranno fornire non solo previsioni accurate degli effetti prodotti dalle principali forzanti ambientali e dagli impatti dei cambiamenti globali di temperatura ed equilibri gassosi in atmosfera ma anche produrre le basi per la formulazione di adeguate pratiche gestionali, tese a ridurne le conseguenze, per quanto possibile, sui sistemi costieri fondamentali.

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Lista obiettivi e risultati principali attesi periodo 2013-2015: Obiettivo 1. Risposte adattative e processi funzionali in specie e comunità vegetali lungo gradienti ambientali Le risposte alle variazioni di parametri ambientali selezionati saranno valutate in P. oceanica lungo gradienti ambientali (in condizioni naturali) ed in mesocosmi, costituiti da sistemi di vasche per mantenere le piante in condizioni controllate. Saranno valutate le risposte trascrittomiche della pianta, attraverso l’applicazione di tecniche di espressione genica. L’ottenimento del trascrittoma annotato attraverso il progetto Ritmare permetterà di utilizzare tecniche avanzate di RNASeq lungo clini ambientali. Lungo uno stesso gradiente ambientale, verrà applicata per la terza volta a partire dal 1992 la tecnica del kriging per evidenziare attraverso la creazione di mappe, alterazioni strutturali e funzionali dela prateria a Posidonia oceanica a piccola scala spaziale e a intervalli decadali. Si continueranno gli studi sugli effetti dell’acidificazione. In particolare, al fine di evidenziare la presenza di genotipi adattati a diverse condizioni di pH, sarà condotta una analisi di caratterizzazione genetica di P. oceanica con marcatori microsatelliti; si completeranno gli studi sugli adattamenti funzionali (produzione e caratteristiche fotosintetiche) di questa fanerogama così come quelli sulla dinamica di colonizzazione delle comunità microalgali a diatomee e alghe unicellulari tossiche epifite su macrofite e sulla dinamica delle macroalghe su fondi duri. Obiettivo 2. Interazioni piante-animali e adattamenti funzionali di invertebrati in rapporto a fattori ecologici ed ai cambiamenti climatici (acidificazione, temperatura, specie aliene) Lo studio delle relazioni piante/animali lungo il gradiente di acidificazione sarà focalizzato all’analisi della fauna vagile associata a Posidonia nelle aree a basso pH ed in siti di controllo, e del benthos di fondo duro su substrati denudati e visualmente seguiti nel tempo. Per alcune specie di policheti erbivori verranno studiate le relazioni trofiche in rapporto all’acidificazione attraverso l’approccio di isotopi stabili (C e N) ed acidi grassi. Lo studio dello zoobenthos associato all’alga alloctona invasiva Caulerpa racemosa nei fondi molli del Golfo di Salerno sarà completato con analisi a diversa scala spaziale ed in aree colonizzate e non colonizzata da questa alga aliena. Per quanto concerne gli adattamenti funzionali legati alla struttura della rete trofica, si completeranno le indagini sul composto apoptogenico prodotto da Cocconeis scutellum, che induce inversione sessuale in Hippolyte inermis. Si metteranno a punto sistemi di coltura automatici per sperimentazioni su invertebrati bentonici e sulle loro larve. Saranno effettuate ricerche sull’effetto attrattivo o repellente di composti volatili “wound activated” ad attività infochimica, derivati da micro- e macroalghe, per determinare il loro ruolo nella rete trofica di Posidonia, anche in condizioni di acidificazione. La comparazione delle risposte permetterà di definire trend evolutivi nella capacità degli invertebrati di percepire infochimici di origine vegetale. Obiettivo 3. Risposta allo stress ambientale: coinvolgimento dell’ossido nitrico Obiettivi principali di questa attività includono lo studio del ruolo dell’ossido nitrico come mediatore chiave di vari agenti di stress e l'identificazione dei bersagli molecolari a livello genico e proteico. Per la prima volta verranno utilizzate non solo specie animali ma anche forme vegetali marine. In particolare, la tolleranza/adattamento allo stress da acidificazione sarà studiato in Sargassum vulgare, un’alga bruna che sembra beneficiare della maggiore disponibilità di CO2 nel sito di acidificazione situato nei pressi del Castello Aragonese di Ischia. L’adattamento sarà valutato con uno studio di caratterizzazione molecolare comparando siti acidificati e non. L’analisi dei livelli di espressione dei geni legati allo stress e delle proteine modificate dall'ossido nitrico, eventualmente prodotto per effetto dell’acidificazione, verrà condotta sia su popolazioni naturali, cresciute in siti a pH acido e a pH normale, sia effettuando trapianti incrociati in situ. Tra gli animali, saranno considerate come specie modello il riccio di mare Paracentrotus lividus e il cefalopode Sepia officinalis. Il ruolo dell'ossido nitrico nel mediare la risposta cellulare allo stress sarà studiato nelle diverse fasi del loro ciclo biologico. Come agenti stressanti saranno considerati l’acidificazione dell'acqua, gli ioni metallici, lo shock termico e le tossine. Tra queste ultime verrà data particolare enfasi all’ovotossina, il composto tossico prodotto dal dinoflagellato Ostreopsis ovata durante la fioritura.

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Obiettivo 4. Filogenesi e filogeografia comparata di invertebrati bentonici: acidificazione ed effetti sulle popolazioni locali L’adattamento allo stress indotto dall’acidificazione sarà valutato con osservazioni dirette sulla presenza di specie e/o morfotipi di invertebrati bentonici a cui seguiranno caratterizzazioni filetiche e morfologiche. A tale scopo verrà effettuato un parallelismo tra le popolazioni di Sargassum vulgare caratteristiche dell’ambiente acidificato del Castello Aragonese con la malacofauna ad esso associata, selezionando specie chiave: Mytilus galloprovincialis, Patella caerulea e Phorcus turbinatus. L’importanza del pH verrà studiato in altri invertebrati, quali gli Anfipodi, che rappresentano un taxon chiave nel benthos costiero. In particolare, le ricerche si focalizzeranno sulla specie rara Microdeutopus sporadhi, che sembra trovare nella zona acidificata un micro-habitat favorevole, per valutare il ruolo dei bassi valori di pH e/o idrodinamismo nel suo insediamento. Tra le specie dominanti nel sito del Castello Aragonese, Caprella acanthifera è presente con forme differenti. Sarà dunque svolta un’analisi multi approccio, morfologica e molecolare, per poter fornire un contributo alla ecologia e distribuzione geografica di questa specie, ancora da chiarire. Obiettivo 5. Impatto di xenobiotici sulla riproduzione di invertebrate marini Determinare e comparare la tossicità del TBT e delle organotine di nuova generazione sui meccanismi di riproduzione e di sviluppo embrionale, utilizzando come sistema modello le ascidie e gli echinodermi. In particolare verranno valutati gli effetti sui meccanismi fisiologici modulati dalle correnti ioniche presenti sulla membrana plasmatica dei gameti ed embrioni. Si intende quindi identificare i geni bersaglio di tali xenobiotici ed il loro effetto dose-dipendente, seguendo la variazioni di espressione genica Sintesi delle collaborazioni: Obiettivo 1. Il lavoro sull’adattamento funzionale di P. oceanica è svolto in parte in collaborazione con i membri della COST Action ES0906. In particolare, Silvia Mazzuca (Università della Calabria, Italy) si occupa delle analisi proteomiche, Rui Santos, Joao Silva (University of Algarve, Portugal), Mats Bjork (University of Stockholm, Sweden) e Sven Beer (Tel Aviv University, Israel) si occupano delle analisi di fiosologia della pianta ed analisi ambientali. Prof. M. De Stefano e L. Porzio (II Università di Napoli – Caserta, tassonomia diatomee) Prof. L. Migliore (Università di Tor Vergata per la caratterizzazione di composti fenolici in P. oceanica e S. vulgare) C Duarte, Y Olsen e N Marbà (IMEDEA, Spagna per le proprietà fotosintetiche e il sequestro di carbonio in P. oceanica) Obiettivo 2. Dr. Vizzini S. (Università di Palermo, isotopi stabili, la Dr Vizzini è l’esperta nazionale per gli isotopi stabili in ambiente bentonci marini, collabora ad una tesi di PhD OU, sostiene i costi delle analisi di laboratorio) Micheli .F, Kroeker K. (Stanford University, Hopkins Marine Station, collaborano agli studi sulle comunità bentoniche di fondo duro e sostengono parte dei costi delle loro missioni in Italia e del consumo connesso con le ricerche in collaborazione con noi); Cocito S., Lombardi C. (Enea- Santa Teresa, La Spezia, esperte nazionali della biologia ed ecologia dei briozoi, collaborano e sostengono i costi connessi con le loro trasferte e del consumo connesso con le ricerche svolte in collaborazione con noi), Regoli F. (Università Politecnico delle Marche), Russo G.F. (Università Parthenope, Napoli, collabora nell’ambito del progetto Tropical signal della Ciesm). Prof. Friedrich Juttner. Zurich University. CH (Estrazioni e analisi di WAC). Prof. Eric von Elert. Zoological Institute. Cologne Biocenter. University of Cologne (Analisi di WAC e VOC). Dr. Patrick Fink. Zoological Institute. Cologne Biocenter. University of Cologne (Estrazioni ed analisi di VOC). Prof. Francesca Gherardi. Università di Firenze (Ecologia chimica di organismi bentonici). Prof. Febo Lumare, Università di Lecce (allevamento Crostacei Decapodi ). Dr. Vincent Hull, INEA, Roma (modellistica ambientale). Dr. Mario Di Stefano. Università Caserta (identificazione diatomee). Obiettivo 3. Prof. Gabriella Tedeschi, Università di Milano per l’identificazione mediante spettrometria di massa delle protein modificate dall’ossido nitrico; Prof. Valeria Matranga, Università di Palermo per lo studio di differenti agenti stressanti sullo sviluppo del riccio di mare; Prof. Massimo Delledonne per lo studio delle vie di trasduzione dell’ossido nitrico nelle piante; Prof. Laure Bonnaud per gli esperimenti sugli embrioni di seppia. Obiettivo 4. JP Feral (Station Marine d'Endoume, Marseille, meccanismi di evoluzione). G Giribet (Harvard University, tassonomia molluschi ambienti estremi). Obiettivo 5. GianLuigi Russo (ISA, CNR, Avellino, ciclo cellulare).

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Programma 5. Meccanismi che regolano i processi biologici e l’ecologia del plancton Durata: 3 anni Parole chiave: plancton, impatto antropico, ecologia funzionale Settori ERC: LS2, LS8 Settori scientifico/disciplinari: BIO/07, BIO/11


Programma SZN 5 972.233,29 1.169.946,26 1.093.953,18

Descrizione della ricerca (scopi e background): Una delle domande più pressanti poste dalla società è la risposta delle comunità e degli ecosistemi alle pressioni imposte dall'attività antropica e dai cambiamenti climatici. Per rispondere a questa domanda non si può prescindere dallo studio del plancton, che ha un ruolo fondamentale come regolatore del clima ed è responsabile del trasferimento di materia ed energia nella rete trofica e quindi del funzionamento degli ecosistemi marini. Le nostre capacità predittive sull’interazione tra plancton e stress antropico, incluso il clima, dipendono sia dall’identificazione e comprensione dei processi abiotici e biotici, sia dall’analisi delle diversità funzionali all’interno della comunita’ planctonica. L’acquisizione di queste conoscenze si inquadra perfettamente nei temi del PNR e di Horizon 2020 “tutela dell’ambiente marino in quanto fonte di sostentamento, energia e biotecnologie e per la scelta degli strumenti necessari per le decisioni dei policy makers”. Ci si propone la caratterizzazione di tratti biologici e di processi chiave delle comunità planctoniche, concentrandosi su cicli vitali e risposta agli stimoli abiotici e biotici. La complessità del sistema richiede un approccio profondamente integrato e prevede sperimentazioni in laboratorio in condizioni controllate (O1 e O2), osservazioni a lungo termine (O3), studi di processo e sperimentazioni in situ e modellistica numerica (O4). La multidisciplinarietà, che spazia dall’oceanografia fisica alla biologia molecolare, è la componente innovativa di questo programma, insieme alla combinazione di diversi approcci. Lo studio dell’espressione genica in risposta a diversi stimoli sarà affrontata sia in laboratorio che su comunità naturali, ed i risultati alimenteranno modelli da usare in studi numerici sul valore adattativo della funzione stessa. Gli esperimenti in laboratorio verteranno sulle diatomee, uno dei gruppi algali più importanti ecologicamente al cui studio la SZN ha dato negli anni contributi scientifici di rilievo. Si affronterà con prospettiva cellulare e molecolare lo studio dei meccanismi che regolano le risposte ad alcuni degli stimoli cui sono esposte, creando i presupposti per inquadrare i processi funzionali in un contesto ecologico. Questo programma consolida inoltre le diatomee come sistema modello per studi funzionali, anche tramite la caratterizzazione di nuovi mutanti con possibili ricadute di tipo biotecnologico. In aggiunta, esso approfondisce con tecniche molecolari il tema degli effetti dei metaboliti secondari delle diatomee su organismi marini. Esperimenti di feeding e di esposizione ai composti prodotti dalle diatomee saranno strumentali per studiare gli effetti teratogeni di queste sostanze sui predatori. Contemporaneamente, si approfondirà il ruolo di queste sostanze nelle interazione plancton-batteri, mentre sistemi modelli quali riccio di mare e tunicati permetteranno di elucidare i meccanismi molecolari che sottendono all’azione di queste sostanze. Gli esperimenti in laboratorio andranno ad integrare informazioni ottenute in mare sulla distribuzione e funzionalità delle comunità naturali in relazione alle forzanti biotiche ed abiotiche. A questo proposito, sarà proseguito, ad un sito costiero (LTER-MC nel Golfo di Napoli), lo studio su scale decennali della dinamica delle comunità planctoniche quale risultato dell’evoluzione interna e della risposta alle forzanti esterne, incluso il disturbo antropico. Ad integrare le attività, comprendendo la scala cellulare fino a quella globale, si procederà con l’attività modellistica e gli studi di processo in situ durante campagne oceanografiche in diversi contesti ambientali, sia regionali sia a scala globale, incluso gli ambienti estremi quali l’Antartide. Di particolare importanza sarà l’analisi del database globale (ambientale, morfologico e genomico) raccolto durante la spedizione TARA Oceans.

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Lista obiettivi e risultati principali attesi periodo 2013-2015:. Obiettivo 1. Meccanismi molecolari che regolano la percezione e la risposta a stimoli ambientali Per perseguire quest’obiettivo abbiamo selezionato un gruppo di stimoli ambientali per i quali definiremo le risposte cellulari e molecolari ed esamineremo le implicazioni che queste risposte hanno a livello della popolazione. In parallelo, produrremo strumenti e risorse genetiche necessari per la caratterizzazione di fenotipi di interesse e per la comprensione della funzione dei singoli geni. Utilizzando tra le altre cose studi di regolazione genica ed approcci di trascrittomica e genomica, studieremo nello specifico: i) il ruolo del fitocromo, putativo fotorecettore del rosso, nella fotopercezione e nei cicli circadiani (Task1- HFSP) ii) i fattori endogeni ed esogeni che regolano il ciclo vitale della specie Pseudo-nitzschia multistriata (Task2) iii) le molecole coinvolte nella risposta alle aldeidi poliinsature prodotte dalle diatomee marine (Task3) iv) il ruolo dell’enzima lipossigenasi nel mediare le risposte a stimoli ambientali e condizioni di stress nelle diatomee (Task4). La comprensione di questi meccanismi ha sia rilevanza ecologica, per la dinamica delle popolazioni, che biotecnologica, per l’ottimizzazione dei sistemi di coltivazione. Per quanto riguarda l’ampliamento degli strumenti molecolari, stiamo utilizzando le diatomee Phaeodactylum tricornutum e P. multistriata; quest’ultima presenta riproduzione sessuale e si presta pertanto a diventare un sistema genetico, per il quale stiamo sviluppando risorse genomiche (genoma e trascrittomi) e funzionali (banca di mutanti- progetto esterno GyPSy) (Task5). Obiettivo 2. Ruolo ed effetti dei metaboliti secondari algali nella fisiologia degli organismi e nel funzionamento degli ecosistemi Lo scopo di questo obbiettivo è di ampliare le conoscenze sul ruolo dei metaboliti secondari prodotti dalle microalghe planctoniche. Le scale investigate vanno da quella che riguarda la cellula alle interazioni all’interno delle popolazioni, fino alle interazioni tra alghe e i loro predatori. Gli effetti indotti saranno analizzati a livello fisiologico, molecolare e cellulare. Il ruolo di questi composti sarà investigato a livello delle comunità e delle interazioni tra comunità. Nel dettaglio, questo obbiettivo si propone di 1. Valutare la riproduzione di varie specie di copepodi in seguito ad alimentazione con nuove microalghe ecologicamente rilevanti 2. Studiare l’espressione genica differenziale in Calanus helgolandicus in risposta a Skeletonema marinoi mediante analisi di librerie di sottrazione e sequenziamento globale del trascrittoma 3. Analisi dell’espressione genica quantitativa in C. helgolandicus in diverse condizioni sperimentali di laboratorio e durante una tipica fioritura primaverile nel Mar Adriatico 4. Studiare l’effetto delle aldeidi prodotte dalle diatomee sulle comunità batteriche naturali 5. Valutare l’effetto del le ossilipine algali sulla riproduzione e sullo sviluppo del riccio di mare, soprattutto a livello di espressione genica quantitativa per identificare i geni bersaglio. Si valuterà lo stato di stress ossidativo del DNA in seguito al trattamento con le ossilipine. 6. Effettuare l’analisi differenziale dei trascrittomi, fra embrioni di controllo e embrioni trattati, mediate l’uso di microarray del tunicato Ciona intestinalis, allo scopo di identificare geni candidati potenzialmente ipo o iper-regolati dopo esposizione alla decadienale. Sarà focalizzata l’attenzione ai processi chiave della metamorfosi, e quindi all’attivazione della caspasi e di MAPK, alla produzione dell’ossido nitrico e allo stress ossidativo. Obiettivo 3. Risposte a lungo termine del plancton alle forzanti climatiche e antropiche (LTER-plancton) Le attività del prossimo triennio verranno condotte in sinergia con quanto proposto nell’ambito del progetto RITMARE e con il supporto di altri progetti esterni (Biodiversitalia, Enveurope), secondo le azioni specifiche elencate di seguito. 1. Dal punto di vista operativo, sarà continuata la serie di osservazioni settimanali, complementate dall’implementazione di tecnologie innovative che, affiancate dall’ottimizzazione del processo di produzione, analisi e archiviazione dei dati (RITMARE), permettano di identificare prontamente segnali rilevanti di cambiamento e situazioni che richiedano contestuali osservazioni supplementari. 2. L’integrazione della raccolta di dati metagenomici nella serie sarà programmata ed effettuata in concerto con quanto si va delineando nell’ambito della rete dei Genomic Observatories, e sulla base dei risultati che verranno prodotti nelle prime sperimentazioni, mirando ad ottenere un primo ciclo stagionale completo del plancton sulla base di dati di sequenze ambientali. Queste attività saranno

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supportate parzialmente dal progetto BIODIVERSITALIA 3. In analogia con quanto prodotto nell’analisi della situazione invernale del fitoplancton, l’analisi retrospettiva metterà a fuoco quadri stagionali tipici e associazioni di specie fito e zooplantoniche caratterizzanti, che costituiranno una linea di base contro la quale evidenziare tendenze al cambiamento e fenomeni atipici. 4. Attraverso l’applicazione di tecniche statistiche consolidate e innovative verranno evidenziate, nella serie di dati pregressi, tendenze al cambiamento e fluttuazioni nelle variabili biotiche e abiotiche che, messe in relazione con i cambiamenti climatici a larga scala, permettano di formulare previsioni sull’evoluzione del sistema. 5. Saranno analizzati integrativamente i dati relativi ai diversi livelli trofici e verranno effettuate sperimentazioni mirate a definire le relazioni fra organismi fito e zooplanctonici che possano servire, attraverso l’usi di strumenti modellistici, a una previsione dell’impatto dei cambiamenti attesi sulla produttività del sistema. Obiettivo 4 Studi di processo sul funzionamento delle comunità planctoniche negli ecosistemi marini Questo obbiettivo propone di contribuire a identificare i fattori che determinano la distribuzione e funzionamento del plancton nell’ambiente marino tramite studi di processo basati sulla combinazione di sperimentazioni in situ con la modellistica. Lo studio avrà un carattere globale, inclusi gli ambienti estremi (Antartide) e avverrà in stretta sinergia con le altre attività. L'approccio è multidisciplinare e si avvale delle più recenti tecniche sia nel campo della biologia (per es., analisi di RNA da campioni in situ) che della numerica computazionale. L'obiettivo prevede le seguenti attività: 1. La caratterizzazione dei processi dell’ambiente fisico-chimico marino che abbiano un maggior impatto sullo stato dell’ecosistema plantonico e definizione delle loro scale spazio-temporali. I risultati attesi riguarderanno la qualificazione del ruolo del forzante fisico, la quantificazione della connettività tra ecosistemi e una migliore comprensione dei cicli biogeochimici associati agli ecosistemi. 2. La quantificazione e qualificazione della risposta degli organismi plantonici alla variabilità spazio-temporale dei parametri ambientali. Da quest’attività ci si aspetta di validare ipotesi correnti sulla diversità funzionale del pancton, incluse quelle scaturite da attività di laboratorio (inclusi quelle previste in O1 e O2) e/o osservative (O3). Una particolare enfasi sarà data a studi di processo sulla risposta biologica (inclusa l'espressione genica) a perturbazioni o condizioni estreme dell'ambiente fisico-chimico (Antartide, TARA, LOHAFEX/EIFEX). Sintesi delle collaborazioni: Obbiettivo 1. Prof. Wim Vyvermann, University of Ghent (Belgio), e Dott. Uwe John, Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, Bremerhaven (Germania), esperti nella biologia delle diatomee, per gli aspetti legati al ciclo vitale. Prof. Thomas Mock, UEA (UK), per le competenze sulla genomica funzionale nelle microalghe, e Dott. Mario Caccamo, TGAC (UK), responsabile del dipartimento di bioinformatica del centro di genomica presso il quale è in corso il sequenziamento del genoma. Dott.ssa Angela Falciatore (UPMC, Francia), per le competenze sulla biologia molecolare delle diatomee e sulla fotobiologia. Dott. Angelo Fontana e Dott.ssa Giuliana d’Ippolito, ICB (CNR, Italia), per gli aspetti legati alla chimica del metabolismo dei lipidi. Data la vicinanza fisica dell’ICB, alcune attività dell’obiettivo 1 prevederanno la permanenza di studenti SZN all’ICB e viceversa. Dott. Chih-Ching Chung, Taiwan Ocean University, Keelung, (Taiwan). Obiettivo 2. Dr. Gabriele Procaccini, Dr. Remo Sanges e Dr. Elio Biffali della SZN per ciò che concerne gli studi di espressione genica qualitativa e quantitativa in Calanus helgolandicus. Josep M. Gasol, CSIC ICM Barcelona (Spagna) per l’ecologia microbica e gli effetti dei metaboliti secondari sulle comubnità batteriche naturali. Obbiettivo 3. Olga Mangoni, Federico II; Chiara Santinelli, CNR Pisa; Enrico Zambianchi, Stefano Pierini e Giorgio Budillon, Università Partenope, Napoli; Mario Sprovieri e Paola Rumolo, CNR Mazara del Vallo; Josep Gasol, CSIC Barcellona; G. Vendramin e partner FIRB- Biodiversitalia, Italia; Comban De Vargas (CNRS, Roscoff) e partner BIOMARKS, Europa; A. Pugnetti, CNR Venezia e partner EU- Life+ Enveurope, Europa; Chris Bowler, Institut de Biologie de l’Ecole Normale Supérieure (IBENS), Parigi, Francia; Università di Brema, Progetto premiale METATRAC Obbiettivo 4. Per la componente biogeochimica il team di lavoro si avvarrà della collaborazione con K. B. Rodgers (Princeton University, USO. Aumont (IRD, Francia), L. Bopp (CEA, Francia), M. Ishi (Geochemical Research Department, Meteorological Research Institute, Japan) e S. Mikaloff-Fletcher (NIWA, New Zealand). Per l’analisi dati in situ e la modellistica numerica, il team di lavoro è inoltre fortemente multidisciplinare e si avvarrà della collaborazione con alcuni tra i principale esperti di biologia e ecologia del plancton (I. Scheuring, ELTE, Hungary; M. Follows MIT, US; F. Peters and T. Wyatt, CSIC, Spain; L. Stemman, C. Bowler, F. Not, C. de Vargas, F. D’Ortenzio, A.

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SZN – PIANO TRIENNALE 2013-2015 Falciatore, CNRS, Francia; L. Karp-Boss; Univ. Maine, US; T. Wyatt, CSIC, Spain). L’analisi dei dati di TARA si svolge nell’ambito del Progetto EU MicroB3 (2012-2015). Ulteriore supporto è atteso dal Progetto OCEANOMICS (Francia; supporto per creazione di database, analisi bionformatiche e missioni). Collaborazione con Proff. G. Budillon e E. Zambianchi dell’Università Parthenope e B. Buongiorno Nardelli del CNR-IAMC sono in corso per le analisi di dinamica delle masse d’acqua costiere e per i test di nuova strumentazione oceanografica. Il progetto in Antartide si integra in un progetto in collaborazione con il Prof. G. Spezie dell’Università Parthenope di Napoli, i Proff. A. Pusceddu e A. Dell’Anno dell’Università Politecnica delle Marche, del Prof. L. Guglielmo dell’Università di Messina, della Prof. O. Mangoni dell’Università Federico II di Napoli, nonchè del Prof. G. Di Tullio del College of Charleston (USA). Per le campagne LOHAFEX e EISEX, ci si avvale della collaborazione con Prof. V. Smetacek dell’AWI Bremerhaven - University of Bremen (Germania), Dr. C. Klaas dell’ AWI Bremerhaven, Germania e del Dr. P. Assmy del Norwegian Polar Institute, Tromso, Norvegia. Raffaele Siano Ifremer, Brest, Francia) e Federica Cerino OGS Trieste per ecologia e stagionalità del plancton e per analisi sequenze ambientali.

Partecipazioni a network e working groups nazionali e internazionali: EU- LifeWatch, LifeWatch Italia LTER Italy, LTER Europe, LTER international International Council for the Exploration of the Sea (ICES) Working Group – Phytoplankton Time Series Scientific Committee for Ocean Research (SCOR) Working Group 137 on Phytoplankton Time Series Scientific Committee for Ocean Research (SCOR) Working Group 124 on Zooplankton Time Series Genomic Standard Consortium (GSC), Genomic Observatory network (GO).

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Programma 6. Plasticità biologica Durata: 3 anni Parole chiave: plasticità biologica, evoluzione, adattamento, immunità, fisiologia, comportamento Settori ERC: LS8_3, LS2_1, LS2_10, LS8, LS8_7, LS5, LS3_5, LS6_1, SH3 Settori scientifici/disciplinari: BIO/11, BIO/18, BIO/07, BIO/05, BIO/09, BIO/10


Anno 2013 Anno 2014 Anno 2015Programma SZN 6 526.693,26 672.728,31 608.496,69

Descrizione della ricerca (scopi e background): La plasticità biologica descrive la capacità di un sistema di cambiare stato in risposta a stimoli esterni. Una risposta plastica consente agli organismi di reagire agli stimoli nei modi più diversi e appropriati. I cambiamenti generati dalle risposte possono esibire “memoria” ed i sistemi, a seguito dell’evento, possono non tornare allo stato precedente. Questo è quanto può accadere nella risposta immune e nell’apprendimento. Ci si propone di studiare tale complessa problematica mettendo insieme competenze in diversi ambiti quali quelli dell’evoluzione del genoma, della biologia cellulare, della fisiologia e comportamento animale usando modelli marini. Oltre agli studi di base, coerentemente con quanto richiesto nel Programma Nazionale di Ricerca (PNR) ed Horizon2020, analizzeremo il modo in cui i meccanismi individuati si relazionano ai cambiamenti ambientali causati da fenomeni naturali e dall’antropizzazione. L'unicità del programma risiede nella varietà degli approcci presentati e delle problematiche studiate che permetteranno uno studio ad un livello di completezza mai realizzato precedentemente. Tuttavia, allo scopo di compattare le attività, e per un conseguente risparmio di spesa, le azioni dei gruppi afferenti sono state riunite sotto tre obiettivi principali. Il punto di partenza è rappresentato dallo studio della plasticità genomica. Il genoma contiene le informazioni che codificano le caratteristiche molecolari degli organismi viventi. Tali caratteristiche determinano la base della plasticità che ogni organismo è in grado di esibire nell'interazione con l'ambiente. La capacità del genoma di sfruttare le mutazioni come meccanismo evolutivo e per creare variabilità, ha rappresentato, nella storia della vita, lo strumento per modificare e/o ampliare i livelli di plasticità. Questo ha permesso l'evoluzione di organismi complessi così come di specie adattatesi a vivere negli ambienti più estremi e diversi. La comprensione approfondita delle caratteristiche del genoma risulta perciò fondamentale alla comprensione delle strategie evolutive che governano la plasticità. Su scala differente studieremo il sistema immune che è responsabile delle condizioni di salute di ciascun individuo e, attraverso efficaci meccanismi di difesa, contribuisce al successo di una specie, quindi anche alla sua evoluzione. Indubbiamente il mare è un ambiente ricco di diversità biologica e chimica. Specie appartenenti a taxa molto lontani convivono in rapporti di predazione, simbiosi e patogenicità. Ogni individuo è immerso in una varietà di molecole organiche e biologiche diversissime prodotte sia da processi naturali e biologici nonché dall’antropizzazione. Per ciascun individuo questo universo molecolare rappresenta un potenziale repertorio antigenico cui, in forme diverse da specie a specie, la plasticità del sistema immunitario è in grado di rispondere in maniera altamente specifica. Lo studio della varietà di tale sistema è uno degli obiettivi principali. Altro fondamentale livello di indagine della plasticità biologica è lo studio del comportamento animale. Gli animali adeguano il proprio comportamento in risposta agli stimoli interni ed esterni. Questa forma di plasticità richiede la formazione di associazioni tra le informazioni sensoriali ed una risposta comportamentale. Tale connessioni sono il risultato di una complessa interazione tra fattori evolutivi preprogrammati (risposte innate) ed esperienze (learning). Il nostro obiettivo è quello di comprendere la connessione tra il comportamento animale, i processi biologici e fisiologici sottostanti e di metterli in relazione alle componenti ambientali

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Lista obiettivi e risultati principali attesi periodo 2013-2015. Obiettivo 1: Plasticità genomica La nostra comprensione dei genomi è ben lungi dall'essere completa, soprattutto per quanto riguarda la parte che non codifica per proteine, la quale ne rappresenta la grande maggioranza. Oltre alla specifica funzione delle singole parti del genoma, il modo in cui esse si compartimentalizzano ha un impatto fondamentale sulla funzionalita' degli organismi. Studieremo quindi la composizione ed organizzazione del genoma in un approccio integrato bioinformatico, di biologia e fisiologia molecolare analizzando un ampio spettro di specie. E' stato evidenziato che il tasso metabolico è il maggior responsabile della variazione in basi e dell’organizzazione del genoma. Per quanto riguarda i pesci il metabolismo risulta influenzato da parametri quali life-style ed habitat. Utilizzeremo tali parametri per comprendere l’evoluzione del genoma in specie di vertebrati ed invertebrati (Task1). La compartimentalizzazione di specifiche classi di sequenze genomiche in eucarioti è probabilmente legata ad una diversa struttura della cromatina ed alla regolazione dell'espressione genica2. Analizzeremo i genomi principalmente di organismi unicellulari marini per approfondire questo aspetto (Task2). L'evoluzione, la conservazione e l'organizzazione delle parti del genoma che non codificano per proteine (noncoding RNA, repeats, introni, promotori, enhancer) saranno messe in relazione alla regolazione dell'espressione genica3, alla complessita' del sistema nervoso, alle capacita' cognitive in specie di vertebrati ed invertebrati (Task3). Obiettivo 2: Plasticità immunitaria L’immunità mucosale è attualmente oggetto di crescente interesse nella fisiopatologia umana. Il disequilibrio della flora batterica intestinale e la risposta immune a esso correlata, sono alla base della cronicizzazione dell’infiammazione della mucosa intestinale e delle patologie a essa connesse. Alla luce dei risultati ottenuti nel nostro laboratorio, il cui interesse è incentrato sullo studio dei meccanismi coinvolti nella risposta immune in Ciona intestinalis, è realistico proporre questa specie quale modello alternativo per lo studio dell’infiammazione cronica intestinale. Si continuerà ad indagare sulle molecole immunitarie coinvolte nei processi infiammatori del tratto gastrointestinale, con particolare attenzione all’alterazione dell’omeostasi indotta da agenti infiammatori o comunità microbiche (Task1). Inoltre nel quadro di un progetto biennale finanziato dal PNRA, si studierà la risposta immune mediata dal sistema del complemento in due specie di pesci antartici del sottordine dei Nototenioidei, Trematomus bernachii e Chionodraco hamatus (Task2). Queste specie sono interessanti perché la datazione della loro divergenza evolutiva corrisponde all'epoca delle variazioni ambientali prodotte dal raffreddamento dei mari che circondano il continente antartico. Nel genoma di tali specie sono quindi intercettabili le modifiche dipendenti dall'adattamento evolutivo. Infine studieremo la capacità di Octopus vulgaris di esibire una risposta immune metteremo in relazione le attività rilevate con lo stato di salute dell’animale e l’eventuale stress causato dalla cattura (Task3). Lo studio rientra nella direttiva europea su The protection of animals used for scientific purposes (2010/63/EU). Obiettivo 3: Plasticità comportamentale Gli animali adattano il loro comportamento in risposta a vari stimoli interni e ambientali. Questa forma di plasticità richiede che l’informazione sensoriale elaborata venga associata ad un adeguato comportamento, derivante da una complessa interazione fra risposte innate e apprendimento. Scopo generale di questa ricerca è capire la connessione fra il comportamento osservato, i sottostanti processi biologici e fisiologici, ed i segnali ambientali percepiti. Tecnologie all’avanguardia verranno utilizzate per analizzare, sia in natura che in cattività, il comportamento di organismi modello rappresentanti delle comunità marine pelagiche e bentoniche. L’attenzione sarà focalizzata sul movimento dell’organismo, dalla scala microscopica nello spazio tridimensionale (copepodi e larve di riccio di mare planctonici5,6), al movimento di singole parti del corpo (polpo), alle lunghe distanze delle migrazioni orizzontali (tartarughe). I pattern comportamentali verranno elucidati a livello di specie, analizzando individui e popolazioni. In particolare per lo zooplancton (copepodi, larve di riccio di mare) studieremo modelli di nuoto e modalità di alimentazione in risposta a diverse condizioni ambientali quali cibo e/o luce (Task1). Per l'Octopus vulgaris studieremo l’efficienza di predazione e correlati processi neurali e biologici in relazione a fattori ambientali, esperienza individuale, età, e possibili differenze genotipiche (Task2). Riguardo alle tartarughe marine analizzeremo il comportamento di immersione, migrazione e dispersione in popolazioni diverse di tartarughe marine, particolarmente negli habitat alimentari ad alto impatto antropico (Task3).

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Sintesi delle collaborazioni: Obiettivo 1. Fernando Alvarez-Valin (Universidad de la Repùblica, Uruguay) per analisi genomiche. Ferenc Muller (università di Birmingham, UK) per genomica funzionale di noncoding RNA e regolatori della trascrizione in pesci. Stefano Gustincich (SISSA, Trieste) per genomica funzionale di noncoding RNA in topi e modelli cellulari. Piero Carninci (RIKEN, Giappone) per genomica funzionale su promotori in mammiferi all'interno del progetto FANTOM. Patrick Lemaire (CNRS, Francia) per genomica funzionale su tunicati. Thomas Mock (università East Anglia, UK) e Wim Vyverman (università di Ghent, Belgio) per genomica funzionale in diatomee. Marco Salvemini (Unina, Napoli) per genomica funzionale su insetti. Sandro Banfi (TIGEM, Napoli) per genomica funzionale su vertebrati. Vladimir Benes (EMBL, Germany) per servizio di sequenziamento next generation. Mario Caccamo (TGAC, UK) per bioinformatica e sequenziamento di genomi. Obiettivo 2. Prof. Gary W. Litman (http://health.usf.edu/medicine/pediatrics/bios/bio_litman.asp) e Dott. Larry J. Dishaw, Department of Pediatrics, University of South Florida College of Medicine; USF/ACH Children’s Research Institute, 140 7th Avenue South, St. Petersburg, FL 33701 – Studio dell’immunità mucosale; Prof. John D. Lambris (www.lambris.com), University of Pennsylvania, School of Medicine, Department of Pathology & Laboratory Medicine, 401 Stellar-Chance labs, 422 Curie Boulevard, Philadelphia, PA 19104-6100, USA – Studio del Sistema del Complemento; Dott.ssa Maria Rosaria Coscia e Dott. Umberto Oreste, IBP-CNR, Via Pietro Castellino, 111, 80121 Napoli – Immunità nei pesci antartici. Obiettivo 3. UNEP RAC/SPA (Regional Activity Centre for Specially Protected Areas), Tunisi, Tunisia,per lo studio delle migrazioni e del comportamento delle tartarughe nel Mediterraneo. L. Fogassi (Univ. Parma). G. Calamandrei (ISS). A. Affuso e P. De Luca (BIOGEM). P. Andrews (St. George Univ, London).

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Programma 7. Potenziale biotecnologico degli organismi marini Durata: 3 anni Parole chiave: microalghe, organismi marini, prodotti naturali, applicazioni biotecnologiche, scoperta di farmaci, nutraceutici, cosmaceutici Settori ERC: LS7_3 Settori scientifico disciplinari interessati: BIO/09; BIO/11


Programma SZN 7 711.454,84 592.524,58 593.924,37

Descrizione della ricerca (scopi e background): Scopo di questo programma è di esplorare gli organismi marini come risorsa di prodotti naturali per applicazioni farmacologiche, nutraceutiche e cosmetiche nonchè fonte di materiali bio-ispirati. Grazie alle attività di ricerca svolte negli ultimi anni sulla biologica, ecologia e comportamento di organismi marini, nostro focus saranno le micro-alghe unicellulari e alcuni metazoi. Le microalghe comprendono un vasto e altamente vario gruppo di organismi unicellulari (se ne conoscono circa 100000 specie) e da qualche anno l'interesse nella crescita di microalghe in condizioni controllate per applicazioni biotecnologiche è fortemente aumentato. Fino ad oggi, solo poche specie di microalghe sono utilizzate per applicazioni commerciali (per esempio Spirulina, Chlorella, Dunaliella, etc.) e ci sono ancora molte difficoltà da superare per soddisfare le richieste dell'industria biotecnologica che necessita elevate quantità di metaboliti secondari il che rende necessaria l'ottimizzazione della crescita in sistemi di coltivazione chiusa. Saranno identificati ceppi facilmente coltivabili, caratterizzati da elevata efficienza di crescita e produzione di biomolecole con particolare attenzione a quelli capaci di sintetizzare nuovi prodotti utili per lo sviluppo di nuovi farmaci, o per applicazioni nutraceutiche e cosmetiche. Uno dei coordinatori del programma è stato coinvolto a livello europeo nelle politiche in materia di sviluppo delle biotecnologie marine, partecipando alla stesura del “position paper 15” sulle biotecnologie marine e presentando i risultati di qusto contributo alla Conferenza UE EUROCEAN a Ostend (Belgio) nel 201033. Infine in ambito Europeo la Stazione Zoologica partecipa al progetto industriale “PharmaSea KBBE.2012.3.2-01: Innovative marine biodiscovery pipelines for novel industrial products” di durata quadriennale (inizio ottobre 2012). Scopo di PharmaSea è di saggiare microorganismi appartenenti ad un'ampia gamma genetica per la produzione di nuovi prodotti destinati a tre settori di mercato: la salute, la cura personale e la nutrizione. L'obiettivo generale di PharmaSea è quello di produrre a grande scala due composti e passare alla loro valutazione pre-clinica. Pharmasea include 24 partner accademici e industriali di 8 paesi europei e 6 paesi non europei. Le attività previste da PharmaSea si integrano con l’obiettivo uno di questo Programma di ricerca. Le attività di questo programma si sviluppano su tre assi. Ricerca di nuovi farmaci Finora le microalghe non sono state sufficientemente esplorate per la ricerca di farmaci anticancro, fatta eccezione per i cianobatteri che hanno rappresentato una delle più ricche risorse naturali acquatiche e marine di nuovi prodotti per il trattamento del cancro. Anche i dinoflagellati producono molti composti citotossici: gli anfidinolidi e i colopsinoli rappresentano due tra i più di venti macrolidi a struttura unica che sono prodotti dal genere Amphidinium. Gli anfidinolidi mostrano una forte citotossicità verso le cellule di linfoma murino L1210 e di carcinoma umano epidermoide in vitro. Ci sono anche evidenze che varie aldeidi polinsature ed altre ossilipine prodotte da alcune diatomee, siano citotossicche verso le cellule di adenocarcinoma umano. Le microalghe inoltre sono fonte di molte biomolecole attualmente utilizzate in campo nutraceutico e cosmetico. Nutraceutici e cosmetici

33 http://www.marine.ie/NR/rdonlyres/C076682C-2B32-437C-A781-B2EACBAA6B62/0/ESFMBmarine_biotechnology_paper15LR.pdf http://eurocean2010.eu/gallery?album=1944&pic=35106

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Le microalghe sono sorgenti di diverse biomolecole, come pigmenti, proteine, molecole a potere antiossidante, lipidi, polimeri e peptidi, utilizzate nei campi della cosmetica e nutraceutica. Le diatomee ed alcuni flagellati sono molto ricchi in contenuto di acidi grassi omega3 quali EPA e DHA. Un'altra maggiore categoria di composti bioattivi delle microalghe sono i carotenoidi e ficobiliproteine, utilizzati come coloranti per alimenti, integratori alimentari, nutraceutici oltre che per scopi cosmetici e farmaceutici. I nostri scopi sono di aumentare l'efficienza di coltivazione delle microalghe e di massimizzare la produzione di biomassa e della sintesi di biomolecole potenzialmete commercializzabili. Per fare ciò saranno condotti studi specifici sui meccanismi molecolari associati alla capacità di adattamento e la comprensione dell’instabilità genomica, in parallelo a studi sulla fisiologia fotosintetica e l'ottimizzazione di parametri ambientali per la massimizzazione della crescita algale. Pertanto sarà intrapresa la ricerca di ceppi di microalghe che potrebbero la produzione di possibile utilizzo in campo nutraceutico e cosmetico. Materiali bioispirati Uno degli aspetti più affascinanti della flessibilità comportamentale dei cefalopodi è sicuramente la capacità di modificare il proprio aspetto tramite l'uso di body pattern differenti per mimetizzarsi con l’ambiente che li circonda o per comunicare con i conspecifici. Diversi pattern possono essere espressi per periodi prolungati o essere modificati in maniera attiva in frazioni di secondo. Ciò grazie al controllo neurale esercitato a livello periferico e del sistema nervoso centrale. Le dinamiche di formazione dei pattern sono controllate attraverso una combinazione di pigmenti e di strutture presenti nella pelle assieme a strati cellulari fotoattivi. Negli ultimi dieci anni, la sintesi di nuovi materiali intelligenti, ispirati alla formazione di pattern dinamici e alla colorazione dei cefalopodi, è diventato un vero hot topic, in particolare per applicazioni in dispositivi elettronici (e-reader, touch screen, telefoni cellulari, ecc). Recentemente, sono stati fatti anche notevoli progressi nella la costruzione di pelli sintetiche aventi una colorazione cangiante e adattabile alle condizioni esterne. Intendiamo realizzare un analogo artificiale della pelle dei cefalopodi. Per raggiungere questo obiettivo intendiamo utilizzare un sistema chimico basato sul principio del ‘far thermodynamic equilibrium’ ossia un oscillatore chimico di Belousov-Zhabotinsky incorporato in una matrice polimerica. L'uso della reazione BZ accoppiato con un polimero elastomerico permetterà al sistema di auto-organizzarsi "liberamente" senza necessità di input esterni Lista obiettivi e risultati principali attesi periodo 2013-2015: Obiettivo 1: Utilizzo di organismi marini come fonte di scoperta di nuovi farmaci e di altre molecole biologicamente attive Alcuni dei nuovi prodotti dell’industria farmaceutica sono stati scoperti grazie alle conoscenze della chimica delle interazioni ecologiche tra organismi marini (Prialt, ARA-A, Yondelis). La lunga esperienza nell’utilizzo di saggi basati sulle interazioni di tipo ecologico tra organismi, consente di analizzare l’effetto di estratti e frazioni di microalghe su copepodi e su linee cellulari umane di cancro, allo scopo di di individuare microalghe biologicamente attive. ed altri organismi marini, in particolare il tunicato Ciona intestinalis, per applicazioni nella scoperta di farmaci. La Ciona è considerata una promettente fonte di composti antitumorali in quanto il primo composto commerciale antitumorale di origine marina (Yondelis prodotto da PharmaMar) è stato isolato dal tunicato Pacifico Ecteinascidia turbinata. I nostri primi studi34 , hanno portato all'isolamento di aldeidi polinsature (PUAs) da estratti di diatomee utilizzando un frazionamento basato su saggi biologici incluso saggi di attività anti-proliferativa in cellule umane di cancro del colon. Attualmente stiamo analizzando gli effetti delle PUAs su una linea cellulare di cancro polmonare (A549) e stiamo utilizzando questo saggio per isolare e caratterizzare composti attivi non ancora identificati dal dinoflagellato Karenia brevis. Utilizzando lo stesso approccio saranno individuate altre microalghe con potenziali applicazioni farmaceutiche. In aggiunta a questi studi, stiamo approntando la purificazione di una delle lipossigenasi (LOXs) presenti nella diatomea Skeletonema marinoi. Questi enzimi sembrano avere caratteristiche nuove e specificità di substrato diverse rispetto a quelli finora isolati da piante e animali e potrebbero trovare applicazioni nel settore della salute umana in quanto sono enzimi chiave in numerosi processi fisiologici coinvolti, tra gli altri,

34 Miralto A, Barone G, Romano G, Poulet SA, Ianora A, Russo L, Buttino I, Mazzarella G, Laabir M, Cabrini M, Giacobbe MG (1999) The insidious effect of diatoms on copepod reproduction. Nature 402:173–176

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anche nell’insorgenza di patologie neurodegenerative. Deliverable: D1. Saggi biologici basati sull’ecologia chimica utilizzando i crostacei copepodi per individuare ceppi di microalghe con attività antiproliferativa. D2. Test di estratti di microalghe su cellule di cancro polmonare (A549) ed identificazione di almeno 3 ceppi di microalghe che inibiscono la divisione cellulare e inducono apoptosi in questa linea cellulare. D3. Frazionamento basato su saggi biologici ed identificazione di composto(i) puri in ceppi algali attivi, in collaborazione con altri partner quali ICB, IBB e UNINA. D4. Creazione di una banca di culture di microalghe contenenti specie biologicamente attive. D5. Saggi di estratti di Ciona intestinalis su varie linee cellulari umane. D6. Purificazione di almeno un enzima LOX da diatomea.

Obiettivo 2: Ottimizzazione del rendimento di crescita di microalghe per la produzione di biomasse e di molecole di interesse applicativo in biotecnologia L’ottimizzazione della crescita di microalghe e la produzione da queste di molecole bioattive rappresenta una delle maggiori sfide per l’applicazione delle microalghe in campo biotecnologico. La luce è il principale fattore nell’attivazione e nella modulazione delle risposte biologiche negli organismi fotosintetizzanti. Essa sarà quindi utilizzata allo scopo di ottimizzare e massimizzare la crescita e produttività di questi organismi. Nello studio qui presentato, esamineremo approfonditamente i processi intracellulari coinvolti nella cattura della luce, nell’ottenimento di biomassa e nella produzione di biomolecole di interesse applicativo. Esploreremo la biodiversità microalgale in termini ecologici, biochimici e fisiologici unitamente ai meccanismi molecolari alla base delle capacità adattative ed evolutive di queste specie. Obiettivo principale è trovare i fattori naturali più efficienti utilizzati e/o richiesti dalle microalghe per ottimizzare la loro produttività ed efficienza. Partiamo dal presupposto che molti dei meccanismi utilizzati in natura sono il risultato di milioni di anni di evoluzione. Pertanto, la comprensione e la trasmissione di tali meccanismi alla filiera industriale rappresenteranno gli step principali di un percorso che mira allo sfruttamento di tali conoscenze in ambito biotecnologico. In questo contesto, la nostra esperienza e conoscenza ci connotano come il “trait d’union” tra processo naturale e la sua applicabilità su scala industriale. Riassumendo, nostro scopo è di aumentare efficientemente la resa produttiva delle microalghe, con la selezione di specifici strain, per la produzione di biomassa, carotenoidi e antiossidanti. Particolare attenzione sarà posta su una potente molecola antiossidante: l’ovotiolo35.

Deliverable: D1. Sviluppo di un prototipo di un sistema luminoso adattato alla crescita delle microalghe. D2. Ruolo della fotoacclimatazione per l’ottimizzazione della produzione e della crescita di microalghe provenienti da nicchie ecologiche diverse. D3. La ricerca delle condizioni luminose ottimali per massimizzare la sintesi di carotenoidi e molecole a attività antiossidante. D4. Esplorazione della messa in coltura di specie del genere Cyanophyceae e massimizzazione della produzione di biomassa ed estrazione di ficobiliproteine. D5. Prototipo di un fotobioreattore di “nuova generazione”, che risponda a criteri di ottimizzazione della crescita microalgale. D6. Comprensione dell'instabilità genomica delle microalghe per sfruttamento industriale.

Obiettivo 3: Biomateriali ispirati Il polpo comune, Octopus vulgaris, rappresenta una tra le specie di invertebrati maggiormente caratterizzati da ricchezza e complessità del repertorio comportamentale. Esso è ad oggi largamente impiegato nelle raffigurazioni pubblicitarie per la flessibilità e peculiarità delle sue caratteristiche ed è stato di recente oggetto di uno studio integrato per la realizzazione di un robot-bioispirato, studio finanziato dalla Comunità Europea nell’ambito del Settimo Programma quadro. Uno dei partecipanti a questo programma (GF) è advisor scientifico del Progetto OCTOPUS, coordinato da SSSA, Pisa. Per gli scopi di questo obiettivo verranno combinati approcci diversi fondendo insieme le competenze di biologi comportamentali, due macro-aree della chimica (chimica di sintesi e inorganica) e la termodinamica di sistemi lontano dall'equilibrio. I risultati attesi permetteranno la costruzione di un analogo artificiale della pelle del mollusco cefalopode Octopus vulgaris, in grado di mostrare nuove

35 Palumbo et al., 1984

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proprietà rilevanti per molte potenziali applicazioni nel campo della chimica dei materiali. Per il raggiungimento dell’obiettivo verranno realizzati propotipi (primo e secondo anno) di componenti della pelle dei cefalopodi (cromatofori) basati su polimeri sintetici e di reazioni BZ modulate da rutenio(II). L'idea generale per sintesi delle nuove “pelli bioispirate” è di collegare un catalizzatore BZ, come il complesso del rutenio(II), allo scheletro di un polimero a blocchi e utilizzare le oscillazioni chimiche per indurre cambiamenti meccanici e dimensionali nella struttura polimerica. Durante il ciclo oscillatorio, la variazione periodica tra i due stati di ossidazione del rutenio altera le proprietà idrofiliche/idrofobiche del polimero cambiando il grado di idratazione; questo di conseguenza può indurre una variazione macroscopica delle dimensioni del polimero. Quando un pigmento chimicamente inerte viene caricato in una vescicola polimerica contenente il rutenio (polimerosoma) o sulla superficie di una pellicola polimerica in contatto con una soluzione BZ, le contrazioni periodiche del polimero mimeranno il processo di contrazione-rilassamento tipico dei cromatofori. Per il terzo anno ci si aspetta la costruzione di un tessuto bio-ispirato cangiante in colore, pattern e riflettività. In caso di successo, questo studio potrà avere un impatto significativo per la produzione di abiti e dispositivi mimetici. Oltre alla ovvia applicazione nella tecnologia militare, questo polimero ‘intelligente’ potrebbe trovare potenziali applicazioni nel settore del tempo libero, per esempio per la produzione di mute subacquee o nella robotica come materiale reattivo agli stimoli.

Deliverable: D1. Classificazioene, raccolta e caratterizzazione dei più noti pattern cronici e acuti dalla pelle di seppie, calamari e polpi e scelta e ottimizzazione del sistema oscillante. D2. Sintesi e caratterizzazione dei polimeri caricati con il catalizzatore. D3. Creazione dei cromatofori artificiali. D4. Ottimizzazione del materiale, networking, controllo della formazione di pattern.

Sintesi delle collaborazioni: Obiettivo 1. Angelo Fontana (ICB CNR Napoli, Italia), Patrizia Ciminiello (Università degli Studi di Napoli Federico II) e Menotti Ruvo (IBB CNR) sono chimici dei prodotti naturali che isoleranno e caratterizzeranno composti bioattivi da microalghe, Gianluigi Russo (ISA CNR Avellino) è un biologo cellulare specializzato nello studio del ciclo cellulare, Giuliana d'Ippolito (ICB CNR Napoli, Italia) è un chimico che analizzerà i prodotti finali dell’azione della LOX da diatomea, Donatella Depascale (IBP CNR Napoli, Italia) è un biochimico che aiuterà nella purificazione di proteine LOX da diatomee utilizzando cromatografia FPLC Obiettivo 2. J. Lavaud (Université de La Rochelle, France; Photoregulation in diatoms), Pr. A.V. Ruban (University Queen Mary of London, G.B.; Photosynthesis in plants), Pr. M. Giordano (Università Politecnica delle Marche, Ancona; Biochemistry of microalgae), Pr. Vincenzo Fogliano (CRIACQ, Università Federico II, Portici; Biochemistry and microalgal applications), Pr. Giovanna Ferrari (Prod’Al, Università degli studi di Salerno; Food processes), A. Napolitano (Università di Napoli, Antioxidant activity and characterization), G L Russo (CNR, Avellino; Cell biology); GF Peluso (CNR, Napoli, Proteins study), Thomas Mock (University of East Anglia, UK; environmental and functional genomics), Vladimir Benes (European Molecular Laboratory, Germany; next generation sequencing). Objettivo 3. F. Rossi e A. Proto (Univ. Salerno, Department of Chemistry); N. Tublitz (Univ. Oregon, Oregon).

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Programma 8. Trasmissione della cultura scientifica e divulgazione Durata: 3 anni Parole chiave: alfabetizzazione scientifica, biologia marina

Descrizione della ricerca (scopi e background): La missione della Stazione Zoologica comprende la promozione della divulgazione della cultura scientifica, con particolare attenzione alla biologia degli organismi marini a tutti i livelli di organizzazione. Per il raggiungimento di questo obiettivo la Stazione Zoologica considera come forze trainanti della sua “comunicazione”: l’Acquario pubblico, nel Centro di Recupero Tartarughe Marine ed il Comitato Scienza e Società. Obiettivo comune è la promozione dell’alfabetizzazione scientifica dei cittadini, fornendo loro gli strumenti per comprendere il dibattito sullo stato dell’arte e gli sviluppi della biologia, fornendo così informazioni chiave per aumentare la consapevolezza verso una realizzazione sostenibile e l’applicazione delle migliori procedure per preservare le risorse marine e il biota. Il programma beneficerà della esperienza consolidata che si è sviluppata alla SZN negli ultimi 20 anni e agirà con uno sforzo unificato implementando le attività per la disseminazione la conoscenza attraverso le infrastrutture presenti e varie iniziative: a) l’Acquario Pubblico, unico esempio ancora esistente di acquario ottocentesco, è considerato tra i più

rappresentativi per la specificità e la varietà degli organismi marini mediterranei mostrati. Lontano dalle logiche dei grandi acquari moderni, le cui vasche spesso rappresentano ambienti esotici ed artificiali, l’Acquario di Napoli è una finestra aperta sull’incredibile varietà di forme di vita che popolano il Mediterraneo. Come tale esso gioca un ruolo primario nella diffusione di informazioni riguardanti gli organismi acquatici ed i loro habitat, e nella educazione per trasmettere messaggi di sostenibilità ambientale.

a) il Centro di Recupero delle Tartarughe Marine: accanto all’Acquario, dal 2004 la Stazione Zoologica ha promosso e sostenuto questa struttura nata come luogo dove svolgere le attività di conservazione su queste specie minacciate d’estinzione. Il Centro è diventato il catalizzatore dell’attenzione del pubblico ed il veicolo immediato per illustrare l’importanza degli equilibri che sostengono la vita negli ecosistemi marini.

b) il Programma Scientiam Inquirendo Discere (SID): è un programma di collaborazione tra l’Accademia Nazionale dei Lincei, il MIUR e l’Associazione Nazionale Insegnanti di Scienze Naturali (ANISN) volto alla disseminazione di un approccio innovativo all’insegnamento e all’apprendimento della scienza nelle scuole, come indicato dall’Enquiry Based Science Education. Il programma è iniziato nel 2011 come programma nazionale sulla base delle esperienze e degli eccellenti risultati del partenariato tra l’ANISN e il progetto Fibonacci (www.fibonacci-project.eu), che nel 2010 aveva già stabilito presso la SZN un centro pilota.

c) il Comitato Scienza e Società: nasce nel 2008 con il preciso intento di promuovere e stimolare il dialogo tra il mondo scientifico ed i cittadini. Se, infatti, sempre più spesso i media si dedicano alla diffusione della scienza, è pur vero che la Società non ha spesso modo di interagire e dialogare direttamente con il mondo scientifico. L’attività del Comitato si svolge attraverso l’organizzazione di incontri-dibattito su temi di scienze della vita e dell’ambiente. Dal 2008 sono stati organizzati quindici eventi trattando argomenti che spaziano dagli OGM, all’invecchiamento fino ai cambiamenti climatici.

Le attività di outreach programmate sono articolate attraverso tre obiettivi e fortemente sostenute dagli sforzi sinergici di mezzi di comunicazione classica, moderne tecnologie e tecnologie non convenzionali. Queste attività sono affiancate da risorse già presenti, quali database di specie marine e progettazione di siti web, al fine di aprire virtualmente alle scuole i laboratori e le risorse della SZN. Questo risulterà in un nuovo linguaggio di comunicazione, attraverso immagini, oggetti ed esperienze resi disponibili al pubblico, permettendo così una condivisione dei valori e dei contenuti della ricerca sugli organismi marini e la loro biodiversità. Inoltre, il Programma beneficerà del prezioso patrimonio della Biblioteca e dell’Archivio storico che, insieme alla sua lunga e prestigiosa storia, rendono la SZN una risorsa di informazione anche per giornalisti scientifici, cultori, agenzie di stampa, offrendo al pubblico specializzato e non opportunità uniche per la diffusione della conoscenza della biologia di base e l’ecologia marina.

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Lista obiettivi e risultati principali attesi periodo 2013-2015: Obiettivo 1: Apprendimento delle scienze marine. Le attività di didattica e di divulgazione sono sempre state parte integrante del lavoro dell’Area Acquariologia , come peraltro richiesto dal D.Lvo n.73/2005. Finalizzate a trasmettere conoscenze sugli organismi marini ed a stimolare l'attenzione verso le problematiche ambientali, esse sono rivolte ai visitatori dell'Acquario, al pubblico generico, alle Associazioni, Centri sociali, cooperative ed agli studenti di ogni ordine e grado. Nei prossimi anni, contando sulle enormi potenzialità dell’Acquario con l’esposizione di organismi marini viventi, sulle collezioni zoologiche e sul Centro di recupero e riabilitazione delle tartarughe marine, si migliorerà il rapporto con gli insegnanti di scienze proponendo loro dei mini corsi di aggiornamento sulle tematiche relative al mare e l’organizzazione per bambini di scuola materna, primaria e secondaria di laboratori didattici. Si intende anche dar seguito e nuovo impulso al progetto “Adotta un acquario nella tua scuola”, (sperimentato , con successo nell’ambito di diversi progetti PON finanziati dalla EU e promossi dal MIUR). L’idea è di coinvolgere in questa attività ragazzi che vivono realtà sociali difficili o provengono da aree depresse della città o sono portatori di handicap. L’obiettivo sarà la creazione di un web-network di tutte le scuole partecipanti. Inoltre, a seguito del protocollo d’intesa siglato già nel 2007 con il Ministero della Giustizia – Dipartimento Giustizia Minorile per la Campania si continuerà anche il progetto “La Baia delle Tartarughe” con la partecipazione dei ragazzi della Comunità penale di Nisida alle attività quotidiane di cura e riabilitazione delle tartarughe marine presso il Turtle Point. Obiettivo 2: Programma Scientiam Inquirendo Discere Il Programma Scientiam Inquirendo Discere (SID), sostenuto da una profonda collaborazione con il Programma francese La main à la pâte www.lamap.fr, coordinato dall’Academie des Sciences, leader europeo nell’approccio Inquiry Based Science Education–IBSE secondo il modello sviluppato alla SZN nel 2010, nell’anno scolastico 2011-2012 ha stabilito altri tre centri pilota: a Pisa presso la Scuola Normale Superiore, a venezia presso l’Istituto Veneto delle Lettere, Scienze e Arti e a Roma presso l’Accademia dei Lincei, che agirà da centro di coordinamento nazionale. Nell’anno scolastico 2012-2013 è stato istituto un nuovo centro pilota a Milano presso l’Istituto Lombardo. Obiettivo 3: Scienza e Società Per il periodo 2013-2015 il Comitato Scienza e Società intende proseguire nell’’attività di organizzazione e realizzazione di incontri-dibattito su diversi temi di attualità (ciclo dell’acqua, percezione del suono, ruolo delle donne nella scienza, etc.). Ciascun tema verrà trattato da un punto di vista scientifico da un oratore, e sotto aspetti diversi (sociologico, antropologico, artistico etc.). La scelta del format è intesa a sottolineare la continuità esistente, ma non sempre ovvia, tra la “scienza” e le altre manifestazioni della conoscenza. Gli interventi saranno puntuali e limitati nel tempo, mentre ampio spazio sarà riservato alla discussione, lasciando così oratori di grande spicco a disposizione del pubblico. Il Comitato intende incrementare il numero degli incontri che si svolgono annualmente come anche il contatto con il territorio attraverso varie azioni: a) realizzazione di progetti di approfondimento dei temi trattati negli incontri-dibattito da svolgersi con istituti scolastici della Regione da parte degli alunni; b) organizzazione e coordinamento di visite guidate ai laboratori della SZN con dimostrazione di parti della sperimentazione; c) organizzazione di dimostrazioni teorico-pratiche su temi di biologia cellulare e dello sviluppo, e botanica marina presso il Carcere Minorile di Nisida; d) coordinamento delle attività di diffusione attraverso la creazione di siti web e database allo scopo di far conoscere a pubblico i risultati della ricerca alla SZN e favorire l’apprendimento delle scienze marine.

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http://www.lamap.fr/


Ricerca industriale La Stazione Zoologica partecipa da diversi anni a progetti di ricerca industriale, sviluppo precompetitivo e formazione in collaborazione con imprese. Nel corso del 2012 la Stazione Zoologica ha contribuito in maniera significativa al Programma Operativo Nazionale (PON Ricerca e Competitività 2007-2013), cofinanziato dal Fondo europeo di sviluppo regionale, con una serie di partecipazioni progettuali inerenti la possibilità di individuare nuove sostanze di interesse farmaceutico derivate da organismi marini. Tali ricerche sono svolte in collaborazione con importanti partner industriali quali Novartis-Vaccine e Sanofi-Aventis. Inoltre la Stazione Zoologica partecipa a progetti di ricerca industriale in ambito POR (Campania FSE 2007/2013) per lo sviluppo di reti di eccellenza tra Universita'-Centri di Ricerca–Imprese. Sono stati sviluppati progetti di ricerca per studio di organismi modello e sviluppo di tecnologie per il monitoraggio ambientale di vaste aree. La partecipazione della Stazione Zoologica a questi progetti contribuisce significativamente alla integrazione di competenze, rafforzamento della capacità di ricerca in ambito regionale e nazionale, favorisce il raggiungimento di obiettivi interdisciplinari strategici e contribuisce all’alta formazione a alla generazione di proprietà intellettuale anche al fine di produrre spin-off e significative opportunità di mercato. Si riportano di seguito le schede sintetiche relative i Progetti PON operativi per l’anno 2013.

Tabella 13 Costi dei Progetti PON Anno 2013 Anno 2014

PON01_00117 560.693,06 232.951,03PON01_01426 129.649,54 183.261,11PON01_2782 413.543,47 350.905,81PON01_2093 700.047,72 0,00

TOTALE 1.803.933,79 767.117,95 Progetto PON01_02093 Studio di nuove tecnologie e piattaforme tecnologiche per il miglioramento di processi produttivi di principi attivi farmaceutici di interesse industriale e ricerca di nuove molecole bioattive da sorgenti naturali

Capofila: Sanofi-Aventis S.p.A. Durata: 36 mesi Parole chiave: farmaci naturali, chemioterapici, microalghe ERC sectors: LS7_3, LS9_9

Sintesi del progetto L’obiettivo generale del progetto è lo studio e l’applicazione di tecnologie avanzate ed innovative nel miglioramento di processi produttivi di sostanze attive di interesse industriale nel settore farmaceutico e la ricerca di nuove molecole dotate di potenziale attività farmacologica nel settore degli antinfettivi, antitumorali e anti-infiammatori. Da un lato il progetto quindi approfondirà gli aspetti più innovativi delle tecnologie della microbiologia e genetica di ceppi produttori. Dall’altro studierà la possibilità di individuare nuovi prodotti quali candidati di potenziale interesse farmaceutico nel campo della cura delle malattie infettive ma non solo. Tali attività saranno focalizzate sulla ricerca di nuove sostanze di interesse farmacologico tramite screening di estratti da microrganismi e/o da organismi acquatici e caratterizzazione delle loro proprietà benefiche e antinfettive.

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Questo obiettivo sarà perseguito attraverso una stretta collaborazione con centri di ricerca di eccellenza sia accademici che privati che con le loro competenze possono efficacemente integrare le capacità di innovazione della società. Descrizioni delle attività La Stazione Zoologica sarà coinvolta nello screening e nella caratterizzazione di estratti da organismi marini per l´identificazione di nuovi principi attivi con azione antimicrobica e/o antitumorale e/o protettive nei confronti della neuro degenerazione e/o invecchiamento. Per il raggiungimento di questo obiettivo La Stazione Zoologica svolgerà le seguenti attività: ARI 2.4.1 – Individuazione degli organismi da cui estrarre principi attivi e loro raccolta Verranno identificate microalghe già note che possano costituire una fonte di principi attivi con attività antimicrobica, antitumorale, antineurodegenerativa, antinvecchiamento. La selezione verrà effettuata sulla base alla loro attività ecologica. ARI 2.4.2 – Estrazione e preparazione dei campioni Ogni specie di microalga verrà coltivata alla SZN in modo da ottenere una biomassa sufficiente per l’estrazione di piccole molecole da parte dell’Istituto del CNR di Chimica Biomolecolare (ICB-CNR) in qualità di terzo affidatario.. Una volta identificate le frazioni attive dagli altri partner si procederà all’identificazione chimica delle molecole da parte del ICB e la produzione presso la SZN delle alghe che producono tali molecole. Risultati attesi Identificazione di almeno un prodotto che presenti le caratteristiche per essere valutato come nuovo “Lead candidate” (Nuovo prodotto).

Progetto PON01_02782 Nuove strategie nanotecnologiche per la messa a punto di farmaci e presidi diagnostici diretti verso cellule cancerose circolanti (CTC).

Capofila: Biogem S.c.a r.l Duration: 36 mesi Parole chiave: CTC, antitumorale, microalghe ERC sectors: LS7_3, LS9_9

Sintesi del progetto La presenza di cellule tumorali circolanti (CTC) nel sangue è associata ad uno stadio di malattia avanzato e ad una ridotta sopravvivenza dei pazienti oncologici. La conoscenza delle caratteristiche delle CTC riveste quindi un’importanza fondamentale per molte applicazioni di interesse clinico. Questo progetto si propone di isolare CTC dal sangue di pazienti affetti da tumori epiteliali ed ematologici, di sviluppare protocolli per l'espansione ex-vivo di queste cellule e di effettuare una caratterizzazione molecolare completa al fine di definirne in maniera chiara i profili mutazionali e trascrizionali. Ci si propone di sviluppare kit diagnostici nonché di identificare nuovi bersagli molecolari che potranno essere bersaglio di strumenti terapeutici innovativi per il trattamento mirato del cancro. Il progetto prevede inoltre una fase in cui si provvederà all'identificazione di molecole con attività anti-tumorale nei confronti delle CTC, mediante screening di librerie di composti, sostanze naturali e peptidi incluso prodotti naturali derivanti da fonti innovative quali le microalghe marine. Descrizioni delle attività La Stazione Zoologica è coinvolta nella identificazione di molecole naturali e/o di sintesi con possibile attività biologica sulle CTC. L’obiettivo principale dell’attività è quello di fornire estratti e frazioni da microalghe marine coltivabili con proprietà antitumorali. Il focus dell’attività è l’identificazione di estratti contenenti sostanze antitumorali e l’isolamento e caratterizzazione di tali composti attraverso un sistema di screening basato su saggi biologici su frazioni ottenute da estratti grezzi. Infine ci si propone di ottenere i composti bioattivi di interesse attraverso colture su larga scala del microrganismo produttore. Risultati attesi Identificazione di almeno una molecola con attività antitumorale su CTC.

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Progetto PON01_00117 Antigeni e Adiuvanti per Vaccini e Immunoterapia. Capofila: Novartis Vaccines & Diagnostics srl Duration: 36 mesi Parole chiave: Biotecnologie, salute umana, microalghe Settore/Ambito: LS6_11, LS7_3, LS7_9

Sintesi del progetto I benefici terapeutici di una stimolazione del sistema immunitario innato sono ampiamente documentati. Molte sostanze di origine naturale, comprese alcune molecole lipidiche o glicolipidiche sono capaci di stimolare vari componenti cellulari del sistema immunitario innato. Pertanto metaboliti a basso peso molecolare o componenti lipidici di estratti di microorganismi marini eucariotici potrebbero avere proprietà stimolanti su cellule immunitarie innate e agire come adiuvanti o immunomodulatori. L’approccio innovativo proposto in questo progetto si basa su un partenariato pubblico-privato di assoluta avanguardia e appartenente in maniera prevalente ad Aree di Convergenza (Sicilia, Calabria e Campania). Il progetto si prefigge di raggiungere tre importanti traguardi: 1. Lo sviluppo di vaccini innovativi per infezioni batteriche e virali 2. La messa a punto di nuove molecole ad azione adiuvante e lo studio del meccanismo di azione di quelle già utilizzate 3. Lo sviluppo di nuovi vettori virali più efficaci e sicuri per la realizzazione di nuovi vaccini. Il ruolo della Stazione Zoologica nel progetto è quello di identificare e coltivare specie di microalghe marine che mostrano attività come vaccini o adiuvanti. Descrizioni delle attività: La Stazione Zoologica partecipa all’attività di identificazione di nuovi composti naturali con attività immunomodulante e adiuvante da microalghe marine ed in particolare alla sub-attività: RI 2.1.1. Preparazione di estratti e frazioni da microalghe, isolamento ed identificazione delle sostanze con proprietà immunoregolatrici. Poiché è già dimostrato che gli estratti di organismi marini contengono sostanze immunoregolatrici (per esempio l’alfa galoctoside ceramide, capace di stimolare le cellule NKT) e lipidi diversi da quelli presenti nell’uomo, lo studio proposto in questo progetto mira non solo ad identificare nuove molecole in grado di interagire con il sistema immunitario, ma anche ad individuare composti per formulazioni terapeutiche, ad esempio come composti adiuvanti per vaccini. A tal scopo il gruppo della dr. Ianora preparerà pellet di microalghe per l’isolamento e l’identificazione delle sostanze con proprietà immunoregolatrici potenzialmente presenti. Le frazioni verranno saggiate per la loro capacità di attivazione di varie cellule e recettori del sistema immunitario innato. Lo studio verrà effettuato in collaborazione con IBB-CNR (terzo affidatario SZN) farà da supporto alla caratterizzazione dei vari componenti attivi mediante l’uso di tecniche di NMR. Risultati attesi Ottenimento di almeno un nuovo composto naturale con attività immunostimolante e adiuvante derivato da microalghe marine.

Progetto PON01_1426 Studio per lo sviluppo, la caratterizzazione e l’efficacia di un nuovo fattore IX ricombinante ad alta attivita’ per il trattamento dell’emofilia B.

Capofila: Kedrion S.p.a. Duration: 36 mesi Parole chiave: FattoreIX, FIX, Ricombinante, EmofiliaB, MutanteR338L Settore/Ambito: Salute dell’Uomo e Biotecnologie

Sintesi del progetto Il progetto si prefigge di sviluppare e caratterizzare un nuovo preparato a base di fattore IX ricombinante ad alta attività per il trattamento dell’emofilia B. Verrà studiata una variante naturale del fattore IX (R338L) che ha una attività di circa 8 volte maggiore rispetto al fattore wild type. L’utilizzo di questa variante per il trattamento dell’emofilia B, permetterebbe di utilizzare meno unità di fattore IX,

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riducendo la possibilità di sviluppare anticorpi neutralizzanti, migliorandone l’efficacia terapeutica. Questo progetto rappresenta un’indubbia possibilità per sviluppare nuove strategie industriali iniziando la produzione di proteine ricombinanti ad uso terapeutico che rappresentano presidi terapeutici la cui quota di mercato e’ in costante aumento. Verranno generate linee di cellule CHO ingegnerizzate, che permetteranno una alta resa di prodotto, con una frazione di fattore biologicamente attivo particolarmente elevata. Queste cellule verranno utilizzate per la produzione di FIX ricombinante e per la produzione su media e piccola scala di altri mutanti che verranno generati nel corso del progetto. La purificazione del FIX R338L ricombinante verrà effettuata utilizzando sia metodi cromatografici classici che immunoaffinità e si avvarrà delle informazioni generate sulla caratterizzazione chimicofisica del prodotto. Per la caratterizzazione funzionale verranno generati modelli animali che riproducono le principali forme cliniche della malattia umana. La generazione di questi modelli murini rappresenterà un notevole passo avanti per lo studio dell’emofilia B. Verranno condotti anche studi di struttura-funzione sul FIX per identificare nuove varianti ad elevata attività. Tali varianti verranno identificate, prodotte, caratterizzate funzionalmente e l’efficacia terapeutica verrà valutata nei modelli murini generati. Descrizioni delle attività: OR1: Attivita’ 1.1 Per lo studio dell’efficacia e per la caratterizzazione chimica e funzionale del FIX R338L, verranno innanzitutto generati gli opportuni geni ricombinanti e successivamente linee di cellule CHO ingegnerizzate, che permetteranno una alta resa di prodotto, con una frazione di fattore biologicamente attivo particolarmente elevata. Questo obiettivo verrà raggiunto non solo ottimizzando le condizioni di crescita delle cellule CHO, ma anche introducendo in queste cellule il gene per l’enzima PACE/furina, la cui attività e’ essenziale per generare la forma attiva del Fattore IX. Si cercherà inoltre di migliorare la sopravvivenza delle cellule interferendo con i meccanismi che regolano l’apoptosi. OR3: Attivita’ 3.1 Collaborazione nella preparazione dei costrutti plasmidici per la generazione, mediante ricombinazione omologa, di modelli murini per l’emofilia B. OR4: Attivita’ 4.2 Collaborazione nella preparazione dei costrutti plasmidici per la generazione di nuove varianti del FIX ricombinante. Risultati attesi Disponibilita’ di un prodotto a base di FIX ottenuto per ingegneria genetica e con alta attività, sul quale è stata valutata l’efficacia e le caratteristiche farmacocinetiche utilizzando modelli animali idonei di emofilia B. Alla fine del progetto sarà disponibile anche un metodo per la produzione e purificazione di questo FIX scalabile a livello industriale. Acquisizione di nuove conoscenze scientifiche sulla produzione di proteine ricombinanti, la caratterizzazione e soprattutto lo studio strutturale dei siti catalitici del FIX e la produzione di altri mutanti iperattivi.

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3. Quadro delle collaborazioni internazionali e delle interazioni con le altre componenti della rete di ricerca e delle partecipazioni Collaborazioni Internazionali La Stazione Zoologica Anton Dohrn ha in essere numerose e prestigiose collaborazioni internazionali come si evince dalle numerose relazioni che intercorrono tra i ricercatori e i loro collaboratori, per le quali non sono richiesti oneri finanziari significativi a carico dell’Ente (Figura 2). Oltre a ciò vale la pena sottolineare la rilevanza dei rapporti internazionali che la Stazione Zoologica intrattiene. Si tratta di rapporti che intercorrono nell’ambito di progetti infrastrutturali coordinati, quali ad esempio ASSEMBLE ed EMBRC. Questi rapporti consentono stretti legami di collaborazione con 13 istituti distribuiti in nove paesi della Comunità Europea allo scopo di stabilire e consolidare le interazioni necessarie allo sviluppo di infrastrutture dedicate alla ricerca biologica in ambito marino. Inoltre, la SZN ha contribuito significativamente a tre principali European Network of Excellence dedicati all’integrazione ed allo sviluppo della ricerca biologica di base e delle scienze del mare: Marine Genomics Europe, Euroceans, Marbef. Attualmente, la SZN è membro di Euro-Marine (http://www.euromarineconsortium.eu/) che rappresenta la formula adottata per i futuri network di eccellenza nel campo della biologia degli organismi marini. La SZN partecipa a numerosi progetti nazionali ed europei (vedi Allegato 2)36. La partecipazione a questi progetti fa si che la SZN ha attualmente attivi accordi di collaborazione con 140 istituzioni straniere distribuite su 38 paesi (Figura 3).

Figura 3 Rappresentazione della rete di collaborazioni istituzionali in atto (vedi anche Allegato 2). La maggiore concentrazione di collaborazioni europee è indice della prevalenza della partecipazione a progetti in ambito comunitario. Come menzionato, la Stazione Zoologica è uno dei partner fondatori del programma ASSEMBLE, un progetto finanziato dalla Unione Europea (FP7) che comprende 10 laboratori di ricerca operanti in 8 paesi

36 Si veda anche: http://www.szn.it/SZNWeb/showpage/159?_languageId_=2 per l’elenco dei progetti attivi alla SZN.

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(di cui 6 europei). Il fine di ASSEMBLE è quello di rendere accessibili infrastrutture per la ricerca nell’ambito della Biologia Marina (www.assemblemarine.org). Infine, la Stazione Zoologica coordina l’iniziativa EMBRC (European Marine Biological Resource Centre; www.embrc.eu) - parte della Roadmap della Commissione Europea per infrastrutture di ricerca (ESFRI) – per la realizzazione di una infrastruttura europea incentrata sulla ricerca biologica e biomedica focalizzata su organismi ed ecosistemi marini; tale iniziativa raggruppa i più importanti laboratori di ricerca del Continente (vedi Allegato 3). Partecipazioni in società consortili ed in ogni altro organismo, pubblico-privato, di ricerca e non nazionali, europei e internazionali Sono di seguito dettagliate le principali partecipazioni della SZN a Società consortili. Si fa presente che questa partecipazione ha il solo scopo di ricerca scientifica e che alla data odierna non risultano rischi dovuti a perdite di gestione. Società Consortile “BioGem”

La Stazione Zoologica insieme al Comune di Ariano Irpino (AV), la Comunità Montana di Ariano Irpino “Valle Ufita”, il Comune di Accadia (FG) e la Provincia di Foggia ha fondato la società consortile a responsabilità limitata per la Biotecnologia e la Genetica Molecolare nel Mezzogiorno d’Italia (BioGem). Il Consorzio BioGem ha come missione statutaria lo sviluppo delle Biotecnologie e della Genetica Molecolare. Tale finalità è perseguita attraverso l’attuazione di progetti scientifici e la realizzazione di piattaforme tecnologiche di supporto alla ricerca. La collaborazione tra la Stazione Zoologica e Biogem oltre a sostenersi attraverso il contributo straordinario erogato dal MIUR, ha dato origine a diversi progetti congiunti soprattutto di ricerca industriale in considerazione delle specifiche capacità tecnologica del consorzio relative alle piattaforme inerenti modelli animali. La Biogem scarl è una società consortile a r.l. senza fini di lucro partecipata dalla Stazione Zoologica Anton Dohrn per circa un sesto del capitale (15,789%). Biogem dispone di un centro di ricerca insediato nell’Area PIP della contrada Camporeale di Ariano Irpino ed occupa un’area di circa 30 mila mq, di cui circa 7 mila coperti. La struttura consta di 16 laboratori di circa 120 mq ciascuno. Oltre a questi laboratori, sono presenti core facilities a supporto delle attività di ricerca intra-murali e/o rese disponibili ad altri Centri di Ricerca ed imprese private. Di particolare interesse e rilevanza è lo stabulario, sviluppato su circa 1500 mq per organismi murini, capace di ospitare fino a 40000 animali in condizioni “Specific-Pathogen-Free”, interamente dedicato a modelli animali di ‘malattia’. Allo stabulario si affianca una facility in grado di espletare tutte le procedure per ottenere animali geneticamente modificati. La struttura è dotata, inoltre, di uno stabulario per zebrafish in grado di ospitare fino a 1.000 animali ed è in avanzata realizzazione uno stabulario specifico di circa 120 mq in grado di ospitare fino a 50.000 animali.

Impegno finanziario e di risorse umane e strumentali:

quota sociale: € 30.987,41 trasferimenti da parte della SZN.

Di seguito sono dettagliati i trasferimenti effettuati dalla SZN verso il consorzio Biogem nel periodo 2009-2012:

Tabella 14 Trasferimenti verso BIOGEM Annualità Importo (€)2009 1.693.200,002010 1.639.200,0020112012 1.690.000,00

personale: operano presso il consorzio Biogem due unità di personale SZN (tecnologo III livello).

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Società Consortile SARiMED (c/o Conisma)

Nel 2003 la Stazione Zoologica ha aderito alla società Consortile SARiMED per la gestione comune di navi e battelli oceanografici per la ricerca oceanografica e attività di supporto a programmi di formazione a tutti i possibili livelli.

Il Consorzio è attualmente in fase di liquidazione Impegno finanziario e di risorse umane e strumentali:

quota sociale: € 2500,00

Società Consortile AMRA La SZN è socio della Società Consortile AMRA, Analisi e Monitoraggio del Rischio Ambientale. La Società, di cui sono soci l’Università degli Studi di Napoli “Federico II”, l’Università degli Studi del Sannio, Università degli Studi di Salerno, la Seconda Università di Napoli (SUN), l’Università degli Studi “Parthenope” di Napoli, il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) e l’Ente per le Nuove Tecnologie, l’Energia e l’Ambiente (ENEA) è un Centro di Competenza per l’analisi ed il monitoraggio del rischio ambientale.


quota sociale: € 135.000,00 Società consortile GEAR

La Stazione è socio della Società Consortile GEAR, Genomics for Applied Research. La Società, di cui sono soci l’Università degli Studi di Napoli “Federico II”, il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), la Seconda Università di Napoli, BioGem scarl, CEINGE Scarl è un Centro di Competenza per le biotecnologie applicate nel campo della salute umana.


quota sociale: € 6.000,00 Euroceans Consortium

Euroceans-Consortium nasce dall’accordo tra alcune delle Istituzioni che già costituivano il Network di Eccellenza Euroceans (Quinto Programma Quadro). Il Consorzio si basa sul sostegno 'in cash' degli aderenti a supporto dell’organizzazione e per il finanziamento di workshop, scuole estive, convegni e piccoli progetti di ricerca. Il Consorzio esercita la sua azione per il consolidamento della “rete” e il miglioramento della qualità della ricerca europea nel campo dell'oceanografia e delle scienze del clima. La SZN ha avuto una parte di rilievo nella nascita di Euroceans-Consortium, ha contribuito alla formulazione del suo documento strategico. Euroceans-Consortium costitusce un eccellente modello di sinergia tra istituzioni di ricerca europee e rappresenta una delle iniziative più interessanti nell'ottica della formazione di una rete europea di ricerca di cui cui SZN faccia parte.

Impegno finanziario e di risorse umane e strumentali: contributo annuo: € 5.000,00

TARA Oceans

Tara Oceans è un progetto di TARA-Expeditions, una associazione non-profit con sede in Francia che svolge come attività prioritaria la fornitura di campioni e dati alla comunità scientifica allo scopo di favorire la consapevolezza ambientale del “grande pubblico” con particolare attenzione alle giovani generazioni. Lanciato nel settembre del 2009 con lo scopo di condurre uno studio di tre anni dell'oceano globale avvalendosi della nave Tara. Grazie a questa spedizione internazionale TARA ha a disposizione il più consistente e ricco set di dati biologici, genomici e transcrittomici riguardante gli organismi marini

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oggi esistente. La SZN ha svolto un ruolo di primo piano nella conduzione del programma, ha un componente del suo staff nello Steering Committee, e partecipa al Consorzio così da poter usufruire dell’intero set di dati e di beneficiare delle ricadute scientifiche e tecnologiche derivanti dall’analisi degli stessi.

Impegno finanziario e di risorse umane e strumentali: contributo annuo: € 13.500,00

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4. Infrastrutture di ricerca Spese per investimenti, infrastrutture, grandi attrezzature e partecipazioni La sede centrale di Napoli della SZN, situata nella villa Comunale, realizzata dal 1873 al 1950, necessita assolutamente di importanti e non differibili lavori di manutenzione straordinaria necessari anche all'adeguamento relativo alle problematiche di sicurezza sul lavoro, così come prescritto nell'ambito della verifica amministrativa contabile eseguita dai servizi ispettivi Ispettorato Generale di Finanza, Dipartimento della Ragioneria Generale dello Stato MEF dal 10 febbraio al 13 marzo 2009. In merito agli interventi di manutenzione straordinaria la tabella 15 ne riporta la stima dei costi.

Tabella 15 Costi stimati per interventi di manutenzione straordinaria Tipologia intervento ImportoAla Ovest € 600.000,00Acquario € 2.680.000,00Facciata (quota parte) ed Infissi € 1.261.000,00Biblioteca € 2.450.000,00Interrato € 1.400.000,00

TOTALE € 8.391.000,00 In merito ai programmi di potenziamento strumentale, la Stazione Zoologica partecipa a due progetti finanziati (tabella 16) dal Programma Operativo Nazionale di Ricerca e Competitività 2007-2013, Obiettivo Operativo 4.1.1.4, Azione I "Rafforzamento strutturale", il progetto BIOforIU (PONa3 00025), che prevede il CNR come capofila e la partecipazione della Università del Salento, ed il progetto MouZe Clinic (PONa3 00239) che prevede il BioGEM come capofila e la partecipazione dell'Università degli Studi della Magna Grecia di Catanzaro. Il valore degli investimenti previsti ammonta a circa € 3,6M.

Tabella 16 Potenziamento strumentale Tipologia Interventi ImportiProgetto BioForIU € 1.550.000Progetto MouZE € 800.000FOE (quota EMBRC in bilancio 2011-2012) € 1.221.165

TOTALE € 3.571.165

La Stazione Zoologica, inoltre, attualmente coordina la fase preparatoria di un progetto Europeo per la costituzione di una infrastruttura di ricerca di carattere Pan-Europeo: EMBRC. La missione di EMBRC è quella di favorire l’accesso a ecosistemi ed organismi marini e ai dati che li riguardano (ad es. le serie storiche a lungo termine, LTER) facilitando così la loro fruizione da parte della comunità scientifica at large. La realizzazione di questa infrastruttura avrà ricadute positive di medio e lungo termine sul sistema socio-economico regionale, nazionale e sovranazionale consentendo i. l’acquisizione di conoscenze sulla complessità del sistema biologico marino, ii. dei meccanismi biologici che li governano, iii. delle scale e degli approcci per la loro conservazione ed utilizzazione sostenibile. Come esplicitato, la SZN riveste il ruolo di proponente di EMBRC e in tal modo sta contribuendo al disegno di tale infrastruttura orientandola verso attività che rappresentano il suo "core business" attuale. Alla luce di queste considerazioni gran parte degli investimenti erogati nell’ambito dell’Avviso per il Potenziamento delle strutture e delle dotazioni scientifiche e tecnologiche (Azione I rafforzamento strutturale, DD MIUR 254/Ric del 13 maggio 2011) saranno utilizzabili quali contributi in-kind. A tali interventi va aggiunta la quota di contributo sul FOE erogata alla Stazione Zoologica Anton Dohrn per la partecipazione al progetto EMBRC

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In merito a EMBRC la stima del costo complessivo degli investimenti e quello stimato di funzionamento dell’infrastruttura è riportato all’Allegato 3 Gran parte degli investimenti sopra descritti potrebbero essere utilizzabili quali contributi in-kind alla fase di costruzione dell'infrastruttura. Dotazione strumentale In merito alla dotazione strumentale della SZN si forniscono informazioni relativamente a: automezzi, natanti, biblioteca e attrezzature. Dati circa gli automezzi, i natanti e le principali attrezzature sono riassunti in Allegato 4 Biblioteca Tra le dotazioni strumentali dell'Ente è inoltre di particolare importanza la biblioteca che, fondata nel 1873, raccoglie documentazione scientifica (libri, riviste, collezioni, estratti di pubblicazioni scientifiche) nei campi della biologia, fisiologia, zoologia e botanica marine. Allo stato attuale la biblioteca conserva circa 90.000 volumi costituiti nella gran parte da periodici; circa 1000 sono i titoli di riviste scientifiche acquisite in abbonamento o attraverso doni e scambi. Attrezzature scientifiche Le attività di ricerca e di monitoraggio condotte dalla SZN richiedono l’utilizzo di risorse strumentali tecnologicamente avanzate per l’ottenimento e l’elaborazione dei dati e di specifiche infrastrutture per il mantenimento degli organismi utilizzati ai fini sperimentali o ad altri fini scientifici. La costante innovazione tecnologica e metodologica rende necessario, per garantire adeguata competitività su scala internazionale, l’aggiornamento e lo sviluppo delle infrastrutture dell’Ente. Data la significatività degli investimenti richiesti e vista la sinergia tra le attività di ricerca condotte dai diversi laboratori dell’Ente, le principali strumentazioni di ricerca sono state centralizzate per ottimizzare l’uso delle risorse economiche ed umane disponibili. Le strumentazioni della SZN hanno spesso caratteristiche uniche nel contesto scientifico di riferimento e sono accessibili non solo ai ricercatori dell’Ente, ma all’intera comunità scientifica internazionale, attraverso collaborazioni e scambi scientifici o attraverso il modello di infrastruttura e di accesso operato ormai in maniera consolidata nell’ambito, ad esempio, del progetto ASSEMBLE. Le principali strumentazioni di particolare rilevanza sono elencate all’Allegato 4

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5. Risorse Umane Spese per personale La direttiva n. 10/2012 del Dipartimento della Funzione Pubblica, Presidenza del Consiglio dei Ministri, ha fornito le linee di indirizzo per la riduzione delle dotazioni organiche delle pubbliche amministrazioni di cui all’articolo 2 del decreto legge 6 luglio 2012 n. 95, convertito dalla legge 7 agosto 2012, n. 135. La SZN ha proposto una dotazione organica di cui alla tabella 17 trasmessa con nota dell’ 11 ottobre 2012 (prot. SZN 3140/E1) indirizzata al MIUR. In tale nota la SZN ha ritenuto la possibilità di effettuare alcune compensazioni al fine di ampliare la dotazione organica di una posizione di funzionario di V livello e di collaboratore tecnico di Enti di Ricerca di V livello.

Tabella 17 Dotazione organica

I Di rigente di ricerca 6 € 71,519.00 € 429,114.00II Primo ricercatore 17 € 55,557.00 € 944,469.00III Ricercatore 15 € 43,699.00 € 655,485.00

TOTALE RICERCATORI 38 € 2,029,068.00I Di rigente tecnologo 2 € 71,519.00 € 143,038.00II Primo tecnologo 2 € 55,557.00 € 111,114.00III Tecnologo 18 € 43,699.00 € 786,582.00

TOTALE TECNOLOGI 22 € 1,040,734.00TOTALE RICERCATORI E TECNOLOGI 60 € 3,069,802.00

IV Col laboratore tecnico E.R. 11 € 36,556.00 € 402,116.00V Col laboratore tecnico E.R. 7 € 33,202.00 € 232,414.00VI Col laboratore tecnico E.R. 18 € 30,418.00 € 547,524.00

TOTALE COLLABORATORI TECNICI E.R. 36 € 1,182,054.00VI Operatore tecnico 2 € 30,418.00 € 60,836.00VII Operatore tecnico 3 € 27,878.00 € 83,634.00VIII Operatore tecnico 4 € 26,284.00 € 105,136.00

TOTALE OPERATORI TECNICI 9 € 249,606.00IV Funzionario di amminis trazione 3 € 36,556.00 € 109,668.00V Funzionario di amminis trazione 0 € 33,202.00 € 0.00

TOTALE FUNZIONARI DI AMMINISTRAZIONE 3 € 109,668.00V Col laboratore di amminis trazione 3 € 33,202.00 € 99,606.00VI Col laboratore di amminis trazione 2 € 30,418.00 € 60,836.00VII Col laboratore di amminis trazione 11 € 27,878.00 € 306,658.00

TOTALE COLLABORATORI DI AMMINISTRAZIONE 16 € 467,100.00VII Operatore di amminis trazione 1 € 27,878.00 € 27,878.00VIII Operatore di amminis trazione 0 € 26,284.00 € 0.00

TOTALE OPERATORI DI AMMINISTRAZIONE 1 € 27,878.00TOTALE PERSONALE TECNICO ED AMMINISTRATIVO 65 € 2,036,306.00

TOTALE 125 € 5,106,108.00

Personale

NUOVA DOTAZIONE ORGANICA

PROPOSTA IN APPLICAZIONE

DELL'ART. 2, COMMA 1, LETTERA b) DEL DL

95/2012

COSTO UNITARIO DEL PERSONALE DEL

COMPARTO ENTI DI RICERCA PER PROFILO E LIVELLO IN BASE AL

VIGENTE CCNL (3)

SPESA COMPLESSIVA IPOTETICA RELATIVA

ALLA DOTAZIONE ORGANICA IN BASE

AL VIGENTE CCNL

In merito al personale attualmente in servizio la tabella 18 descrive il personale in servizio in tempo indeterminato e determinato ripartito su fondi ordinari e fondi esterni.

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Tabella 18 Personale in servizio

Livello Personale in servizio Tempo Indeterminato

Fondi istituzionali Fondi esterni

Area Ricerca e Tecnica I Dirigente di Ricerca 6II Primo Ricercatore 16III Ricercatore 14

I Dirigente Tecnologo 1II Primo Tecnologo 2 1III Tecnologo 14 2

IV Collaboratore TER 11V Collaboratore TER 7VI Collaboratore TER 12 6 2

VI Operatore Tecnico 2VII Operatore Tecnico 2VIII Operatore Tecnico 3

Totale Area Ricerca e Tecnica 90

Area amministrativaIV Funzionario Amministrativo 3V Funzionario Amministrativo 0

V Collaboratore Amministrativo 3VI Collaboratore Amministrativo 2VII Collaboratore Amministrativo 9 2

VII Operatore Amministrativo 1Totale Area Amministrativa 18

Totale Generale 108 8 5

Personale in servizio Tempo Determinato

Situazione al 24.10.2012

Con DPCM del 9/10/2012 (prot. SZN 3182/E1 del 16/10/2012) la Stazione Zoologica è stata autorizzata all'assunzione di due unità di personale con profilo di tecnologi III livello e tre unità collaboratore tecnico di VI livello In merito alle risorse derivate dalle cessazioni la tabella 19 indica le risorse relativamente alle annualità 2010-2012. Si sottolinea che le risorse del 2011 e 2012 devono essere sottoposte al vaglio di verifica dei Revisori dei Conti.

Tabella 19 Risorse da cessazioni a tempo indeterminato nell’ultimo Triennio

stipendio tredicesima tratt. Acc. Totale contributi e irap Totale Primo Ricercatore II 37.025,48 3.085,46 - 40.110,94 13.084,19 53.195,12 CTER IV 25.298,71 2.108,23 - 27.406,94 8.940,14 36.347,08 CTER V 22.977,49 1.914,79 - 24.892,28 8.119,86 33.012,14

122.554,35 24.510,87

CTER IV 25.298,71 2.108,23 7.533,62 34.940,56 11.397,61 46.338,17 CTER IV 25.298,71 2.108,23 7.533,62 34.940,56 11.397,61 46.338,17 Operatore di amm. VII 19.292,72 1.607,73 7.533,62 28.434,07 9.275,19 37.709,26

130.385,59 26.077,12

Dirigente Tecnologo I 47.781,49 3.981,79 2.778,09 54.541,37 17.791,40 72.332,77 Operatore Tecnico VI 21.050,63 1.754,22 7.533,77 30.338,62 9.896,46 40.235,08

112.567,84 22.513,57

Risorse da cessazioni a tempo indeterminato nell'ultimo Triennio

2010

2011

2012

20%

20%

20%

Totale

Totale

Totale

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Pertanto, alla luce dell’attuale quadro normativo e in attesa del previsto DPCM che determinerà la Dotazione Organica della SZN, si prevede di aggiornare successivamente il piano di Fabbisogno entro il 30 gennaio 2013. Assunto un quadro certo in merito alle opportunità e le risorse si provvederà a determinare in dettaglio il suddetto piano di fabbisogno.

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6 Progetti Premiali - Progetti Bandiera Progetti Premiali Progetto 1. Distribuzione e ‘destino’ della variazione genetica in Ciona intestinalis

Durata prevista: 12 mesi Parole chiave: genetica di popolazione, marcatori molecolari, ecologia, evoluzione Settori di ricerca ERC interessati: LS2_6, LS3_9, LS8_1, LS8_2, LS8_3, LS8_8

Riassunto del Progetto Le caratteristiche filogenetiche, biologiche e sperimentali fanno dell’ascidia Ciona intestinalis un organismo ideale per studiare l’evoluzione dei Cordati. La specie è un importante organismo modello in vari settori sia della ricerca scientifica di base, quali per esempio la biologia dello sviluppo e la genomica, che della ricerca applicata, come nello studio delle specie invasive, delle biotecnologie marine e dei cambiamenti climatici globali. Obiettivo primario di questo progetto è mettere in relazione polimorfismo genetico ed ecologia delle popolazioni naturali di C. intestinalis, tenendo in considerazione il ciclo vitale e il potenziale adattativo della specie. L’utilizzo interrelato di approcci molecolari ed ecologici permetterà di sviluppare ipotesi specifiche su quale tipo di cambiamenti genetici siano associati ai processi di variazione adattativa, e su quali forze microevolutive determinino la struttura delle popolazioni naturali. Descrizione delle attività Le popolazioni naturali di C. intestinalis oggetto di questo studio sono tre e sono situate all’interno del Lago Fusaro, laguna salmastra a nord del Golfo di Napoli, dove presentano cicli vitali non uniformi in condizioni ambientali differenti lungo un gradiente naturale di isolamento dal mare aperto. Genetica di Popolazione Da ciascuna popolazione, 30 esemplari adulti di C.intestinalis sp. A saranno raccolti con cadenza mensile (max. 12 mesi), in modo da coprire generazioni successive. Campioni di gDNA verranno estratti da tessuto muscolare e processati per PCR al fine di amplificare (1) microsatelliti da sottoporre all’analisi dei frammenti, e (2) almeno 3 marcatori molecolari (esone di Hox13, introne di Hox5, ITS-2, Heat shock, CYP450, etc…) da sequenziare. I dati saranno analizzati mediante software dedicati. La variabilità genetica verrà analizzata all’interno della singola popolazione, al fine di individuare eventuali strutture genetiche correlate con i tassi di autofecondazione, inbreeding e fecondazione eterologa, e tra le diverse popolazioni, al fine di studiare il flusso genico e il rapporto con le diverse dinamiche ambientali. Ecologia 20 esemplari saranno raccolti nelle medesime condizioni dei campioni per la genetica, e saranno fissati e trattati per la stima del peso secco e dell’istologia dell’ovario. Al fine di ottenere una rappresentazione ampia dell’ecologia della specie, osservazioni sul contenuto stomacale (mediante il microscopio elettronico a scansione, SEM) associate alla stagionalità e alle condizioni ambientali saranno correlate con l’analisi tassonomica del fitoplancton e dello zooplankton. Contestualmente, saranno misurati i valori dei principali parametri fisico-chimici ambientali (temperatura, salinità, ossigeno, pH, etc).

Tabella 20 Cronoprogramma Progetto Premiale ‘Ciona’ (mesi)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12CampionamentoEstrazione gDNA e PCRSequenziamento e analisi dei frammentiMisurazione indici biologici Analisi fisico-chimicaAnalisi computazionale e stesura articolo

Risultati, Innovatività e Impatto attesi Il principale risultato atteso da questo progetto è la costituzione di una banca di DNA genomico e di una matrice multiparametrica di dati ecologici e molecolari relativi alle popolazioni naturali di C.intestinalis.

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Questo permetterà di identificare i fattori e i meccanismi che regolano le dinamiche di popolazione di un cordato invertebrato da utilizzare quale modello per lo studio di problematiche sia ecologiche che evolutive. La banca del DNA genomico e la matrice dei dati saranno strumentali all’identificazione delle regioni genomiche e dei loci sotto pressione adattativa, al fine di disegnare nuovi protocolli sperimentali per studiarne le traiettorie evolutive. Inoltre i risultati del progetto forniranno strumenti avanzati per capire i meccanismi molecolari alla base della microevoluzione nei cordati contribuendo altresì ad affermare l’ascidia C.intestinalis come organismo modello in biologia evoluzionistica. I vantaggi per gli studi comparativi sono solo un esempio possibile. Inoltre, la comprensione dei meccanismi genetici sottostanti la distribuzione e il destino della variazione genetica sarà estremamente utile e facilmente trasferibile in molti campi, come ad esempio nello sviluppo di nuove tecnologie nel campo della valutazione dell’impatto dell’inquinamento e dei cambiamenti climatici globali sulla biodiversità. In prospettiva, le informazioni prodotte da siti di impatto antropogenico saranno utilizzate per identificare bio-sensori molecolari del carico d’inquinanti e del riscaldamento globale. Pertanto il progetto qui descritto risulta perfettamente aderente alle necessità di sviluppi scientifici richiesti nel PNR 2011-2013. Un giovane ricercatore verrà formato in ambito biomolecolare, ecologico e bioinformatico secondo i tempi indicati per lo sviluppo del progetto. Tale figura verrà selezionata all'inizio del progetto ed afferirà alle unità Ciona e Genetica di Popolazione. La formazione di un tale esperto è strategica nell'ambito delle priorità scientifico-tecnologiche definite nel PNR 2011-2013 e rappresenterà un valido investimento per lo sviluppo scientifico-tecnologico futuro del paese. Sintesi delle collaborazioni Il successo del progetto sarà sostenuto dalla alta collaborazione con due unità di ricerca le quali risultano altamente qualificate nei rispettivi campi di specializzazione. La prima unità, denominata UNINA, fa parte del Dipartimento di Chimica dell’Università di Napoli “Federico II”. Coordinatore è il Prof. Luciano Ferrara, esperto di chimica ambientale. Saranno compiti di tale unità:

1. Analisi fisico-chimica dell’acqua, dei sedimenti e dei tessuti biologici 2. Analisi per spettrofotometria di assorbimento atomico degli inquinanti 3. Analisi computazionale dei parametri ambientali

La seconda unità, DIMAR, fa parte del CNRS di Marsiglia. Coordinatrice è la Dott.ssa Anne Chenuil, la quale parteciperà all’elaborazione dei dati. Saranno compiti di tale unità:

1. Elaborazione dei dati ecologici, genetici e ambientali 2. Identificazione di regioni genomiche selezionate o sotto pressione adattativa 3. Valutazione di nuovi marcatori e approcci (genome scan, trascrittomica)

La costante comunicazione tra le unità di ricerca, l'utilizzo e l'integrazione di dati pubblici e privati all'interno delle analisi e l'utilizzo di facility specializzate permetteranno lo sviluppo del progetto secondo i tempi e le modalità previste prevenendo il più possibile l'insorgere di qualsiasi ritardo all'interno del piano proposto. La competenza e la collaborazione stretta pianificata in questo progetto con esperti conosciuti internazionalmente costituisce un'ulteriore garanzia di successo. La collaborazione con gruppi esteri rappresenta inoltre un'opportunità di internazionalizzazione per la ricerca scientifica italiana e di sviluppo di Centri di Eccellenza in Italia

Progetto 2. Indicatori microbici marini nelle aree costiere: un approccio metagenomico (MICGEN)

Durata prevista: 12 mesi Parole chiave: batteri marini, qualità delle acque, indicatori ecologici, tecnologie per il monitoraggio, inquinamento, metagenomica, metatrascrittomica Settori di ricerca ERC interessati. LS8 _1, LS8_4, LS8_8, LS8_10, PE10_8

Riassunto del Progetto Questo progetto propone di valutare la diversità tassonomica e funzionale della componente microbica batterica marina delle aree costiere del Golfo di Napoli utilizzando diversi approcci sperimentali innovativi. Esso rappresenta uno studio-pilota per individuare nuovi indicatori di qualità della acque da utilizzare in programmi di monitoraggio e gestione delle aree costiere. La citometria a flusso,

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l’Ibridazione in situ catalizzata (CARD-FISH), da sola o accoppiata con Microautoradiografia (MAR-CARD-FISH) e l’analisi di sequenze genomiche e trascrittomiche da campioni totali (metagenomica e metatrascrittomica) saranno utilizzate per paragonare le diverse aree costiere del Golfo di Napoli dal punto di vista strutturale e funzionale. Inoltre, due siti a valenza ecologica opposta (uno ad alto impatto antropico, l’altro relativamente pulito) saranno oggetto di analisi genomiche e trascrittomiche approfondite allo scopo di studiarne le differenze dal punto di vista della struttura e del funzionamento delle comunità batteriche, al fine di identificare indicatori funzionali di stato ecologico. Questo studio integra le finalità della Water Framework Directory 60/2000 che intende definire e raggiungere il “Good Ecological Status” delle acque europee e propone tecniche innovative per il monitoraggio e i sistemi di allerta precoce di rischio biologico. Inoltre, questo progetto si integra nelle strategie knowledge-driven del PNR, in cui si ribadisce la necessità di legare la ricerca di base alle attività produttive. Infatti, gli indicatori che scaturiranno dal progetto potranno essere utilizzati in approcci di costruzione di sensori ad alta tecnologia per l’early warning dei rischi biologici a potenziale impatto sulla salute umana. Descrizione delle attività Verranno campionati diversi siti caratterizzati da differenti livelli di inquinamento e caratteristiche trofiche. I parametri raccolti includono sia quelli fisico-chimici (temperatura, salinità, densità, nutrienti disciolti), che quelli biologici (clorofilla, pigmenti fotosintetici, produzione primaria). Le comunità batteriche verranno quantificate e caratterizzate utilizzando la citometria a flusso e la CARD-FISH. La loro attività metabolica sia totale che a livello delle singole cellule verrà stimata tramite incubazione con Leucina triziata e microautoradiografia (MAR-CARD-FISH). La citometria a flusso fornisce conta totale dei batteri sulla colorazione del DNA, utilizzando un sistema fluidico che permette l’analisi di una singola cellula alla volta (Marie et al. 1999). La SZN si sta dotando di un nuovo analizzatore con capacità di sorting, cioè di separare fisicamente cellule di interesse. Tale strumento sarà utilizzato durante il progetto sia per l’analisi dei campioni sia per l’eventuale isolamento di batteri che risultassero interessanti per abbondanza, capacità metaboliche particolari, o altro. La CARD-FISH è un metodo molecolare che si basa sull’ibridazione di sonde oligonucleotidiche a DNA basate su sequenze tassonomiche definite, permettendo la definizione della comunità batterica in grandi gruppi (Pernthaler et al. 2002). Queste due tecniche sono state già impiegate con successo da uno dei proponenti (Balestra et al. 2011; progetto VECTOR alla stazione MC, e diversi altri siti nel Mediterraneo- vedi CV di Casotti). Per l’analisi metagenomica e metatrascrittomica verranno campionati due siti scelti tra gli estremi in un range di condizioni ambientali, e cioè la foce del fiume Sarno, e le acque al largo dell’isola di Capri. Per confronto saranno utilizzati dati analoghi raccolti da campioni prelevati dalla stazione LTER-MC. Lo studio metatranscrittomico sarà basato su RNA estratto direttamente dai campioni. Verranno impiegate strategie di sequenziamento basate su tecnologia Illumina per massimizzare la resa in termini di sequenza e migliorare la possibilità di annotare le sequenze raccolte. I trascritti ottenuti saranno annotati automaticamente. L'annotazione funzionale comprende la ricerca di somiglianze nei database GenBank, SwissProt, GeneOntology ecc. Tale classificazione rappresenterà la composizione "in-silico” dei due siti. Il set di dati sarà in grado di identificare classi funzionali (geni, domini, famiglie proteiche, ecc) che mostrano significative differenze nei due siti e pertanto riferibili a condizioni trofiche ed ecologiche opposte

Tabella 21 Cronoprogramma Progetto Premiale ‘MICGEN’ (mesi) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CampionamentoEstrazione DNA/RNA, preparazione per sequenziamentoSequenziamentoAnalisi campioni CARD-FISHAnalisi campioni citometriaAnalisi campioni nutrienti, clorofilla, produzione primariaElaborazione sequenze, allineamento, annotazioneReports, abstracts, papers

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Risultati, Innovatività e Impatto attesi: Questo progetto rappresenta il primo contributo ad uno studio sistematico e innovativo dei batteri del Golfo di Napoli. Finora gli studi nell’area si sono concentrati sui batteri patogeni di origine terrestre quali potenziale pericolo per la salute umana. Pur non escludendoli dall’analisi proposta, questo studio riguarderà i batteri marini in toto ed il loro ruolo nel funzionamento dell’ecosistema costiero stabilendo un protocollo operativo ad alto contenuto tecnologico, con il proposito di allargarne l’applicazione a qualsiasi area marina costiera. A tal fine, i batteri saranno usati in maniera comparativa come indicatori dello stato della qualità delle acque. Essendo organismi a risposte molto veloci, un cambio della struttura delle comunità è potenzialmente un buon indicatore dell’adattamento a condizioni diverse. L’applicazione di un approccio metagenomico e metatrascrittomico fornirà risultati rappresentanti ampia diversità tra i due siti (incontaminato e inquinato) e espressione di geni che identificano gruppi funzionali di trascritti diversi, che riflettono lo stato trofico e condizioni di stress dei siti stessi. Ci si aspetta inoltre che la combinazione di approcci metodologici diversi consentirà di valutare e caratterizzare i diversi siti, fornendo uno strumento multifattoriale per valutare la qualità delle acque nelle zone costiere. I risultati saranno oggetto di pubblicazioni in riviste peer-reviewed. Questo studio ha una forte rilevanza ecologica di base ma presenta potenzialità applicative nel campo delle tecnologie applicate ai sistemi di monitoraggio marino. Infatti, questo progetto risponde alle sollecitazioni da parte della comunità scientifica mondiale di stabilire "Osservatori" in tutto il mondo, per fornire strumenti per comprendere le domande di base e applicative nel campo della biologia degli ecosistemi. Questi campi di applicazione riguardano, tra gli altri, il funzionamento del ciclo del C, l'estrazione di nuovi composti e anche l’identificazione di nuovi indicatori utili per l'allarme precoce in caso di eventi di inquinamento o di rischi ambientali (scarichi accidentali, fuoriuscite di petrolio, cambiamenti globali e loro effetti) sensu direttiva europea sulle acque 2000/60/EU. Inoltre, sulla base delle priorità del PNR, che riconosce l’importanza della ricerca knowledge-driven quale volano per l’attività produttiva, questo progetto fornisce le basi per lo sviluppo tecnologico di nuove sonde e nuovi strumenti per la detezione di organismi indicatori di rischi biologici da usare per sistemi di allerta in tempo reale in seguito ad eventi naturali o antropici quali sversamenti di reflui o di idrocarburi, che possono avere un impatto ed implicazioni importanti per la salute pubblica e degli ecosistemi. Sintesi delle collaborazioni: Il progeto di avvale della collaborazione del Genomic Core Facility dell’European Molecular Biology Laboratory di Heidelberg. Quest’unità di ricerca si occuperà di eseguire il sequencing dei campioni di DNA e di RNA con next generation sequencing (Illumina). Responsabile della Facility è il Dr. Vladimir Benes. I dati ottenuti saranno incrociati con quelli ottenuti con le altre metodologie applicate e validati contro il contesto ambientale di riferimento, in modo da essere sempre rappresentati in un contesto significativo. La costante comunicazione tra l’unità di ricerca della SZN e quella dell’EMBL, l'utilizzo e l'integrazione di dati pubblici e privati all'interno delle analisi e l'utilizzo di facilities specializzate, alcune delle quali in corso di dotazione alla SZN (high-throughput flow cytometry) permetteranno lo sviluppo del progetto secondo i tempi e le modalità previste prevenendo il più possibile l'insorgere di qualsiasi ritardo all'interno del piano proposto. La competenza e la collaborazione stretta pianificata in questo progetto con esperti riconosciuti internazionalmente costituisce un'ulteriore garanzia di successo. La collaborazione con gruppi esteri rappresenta inoltre un'opportunità di internazionalizzazione per la ricerca scientifica italiana e di sviluppo di Centri di Eccellenza in Italia. Inoltre, rappresenta un valore all’aggiunto all’attività di formazione del giovane ricercatore, che aumenterà la sua capacità di interagire con gruppi di lavoro altamente specializzate e pertanto di allargare le proprie prospettive professionali.

Progetto 3. META-TRAsCrittomica delle fasi di sviluppo e di declino di fioriture algali nel Golfo di Napoli

Durata prevista:12 mesi Parole chiave: fioriture algali, ecologia, plancton, metatrascrittomica, bioinformatica Settori di ricerca ERC interessati: LS2_2, LS2_10, LS8_1, LS8_4, LS8_8

Riassunto del Progetto: Gli organismi fitoplanctonici rappresentano un elemento fondamentale nei cicli biogeochimici del

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pianeta terra e nella strutturazione delle reti trofiche e della produttività dei sistemi acquatici, nonché una miniera pressoché inesplorata di sostanze biologicamente attive. Negli ultimi anni la nostra comprensione della diversità e funzionamento del plancton è stata rivoluzionata dai risultati dell’applicazione di tecniche molecolari. Il rapido sviluppo di tecnologie di sequenziamento ad alto rendimento oggi permette anche lo studio dell’espressione genica di comunità naturali microbiche (metatrascrittomica). In questo progetto ci si propone di indagare la composizione e le variazioni funzionali di una fioritura di fitoplancton del Golfo di Napoli nel corso delle sue diverse fasi, rispondendo alle domande “chi è presente?”, “cosa fa?” e “come evolve nel tempo?” attraverso l’analisi di sequenze di acidi nucleici ottenute con tecniche di sequenziamento next generation da campioni raccolti alla stazione di Ricerca Ecologica a Lungo Termine MareChiara (LTER-MC). Oltre a quantificare la diversità tassonomica, le indagini programmate evidenzieranno la tipologia delle funzioni attive nel plancton nel corso della fioritura. Si prevede infatti che nel corso delle diverse fasi di una fioritura algale si verifichino cambiamenti radicali nella diversità trascrittomica anche nell’ambito dei gruppi funzionali di geni espressi. I risultati ottenuti, integrati con la conoscenza sviluppata attraverso decadi di ricerca sull’ecologia del Golfo di Napoli, presumibilmente contribuiranno in modo rilevante alla comprensione dei processi che regolano la dinamica del plancton, fornendo conoscenze fondamentali per modelli descrittivi e predittivi delle variazioni a lungo termine dei sistemi acquatici. I dati e le conoscenze generati in questo progetto saranno anche utili per la ricerca e le applicazioni biotecnologiche relative al fitoplancton Descrizione delle attività Nei periodi prescelti verranno effettuati campionamenti a frequenza elevata (2-3 volte per settimana) e, attraverso analisi a posteriori, verranno selezionati i campioni più adeguati per poter meglio analizzare le variazioni che si verificano durante le varie fasi della fioritura algale. Per ogni campionamento selezionato, verranno determinati i parametri chimico-fisici (temperatura, salinità, struttura della colonna d’acqua, nutrienti) e biologici (pigmenti fotosintetici, composizione del fitoplancton e del mesozooplancton). Per ottenere i campioni di RNA e DNA, l’acqua di mare sarà prefiltrata attraverso un retino (180 μm di maglia) per la rimozione di organismi mesozooplanctonici adulti e poi su filtri di porosità di 1,2 μm per concentrare le forme plantoniche di interesse. I campioni filtrati (a bordo e immediatamente dopo la raccolta) saranno posti in criovials con tri-reagent e congelati rapidamente in azoto liquido per garantire la conservazione ottimale del mRNA. L’indagine tassonomica verrà parallelamente effettuata utilizzando tecniche diverse (microscopia ottica, elettronica, HPLC). Per uno stesso campionamento, si raccoglieranno filtri sia per l’analisi funzionale (RNA), che per l’analisi tassonomica (DNA) della frazione eucariotica. Attraverso tecniche di sequenziamento di next generation saranno generate ed annotate un numero elevatissimo di sequenze ottenute da mRNA e DNA campionato. I protocolli di estrazione degli acidi nucleici saranno quelli ottimizzati durante la spedizione Tara Ocean. L’mRNA sarà retrotrascritto a cDNA, e, se necessario, amplificato con PCR per generare una quantità di materiale sufficiente da sottoporre a sequenziamento. La strategia sperimentale utilizzata impiegherà la tecnologia ILLUMINA che produce un numero elevatissimo di sequenze, e/o 454, che produce sequenze più lunghe e annnotabili con maggiore affidabilità. L’analisi dei dati di sequenziamento sarà affrontata mediante lo sviluppo ed utilizzo di specifiche pipeline bioinformatiche. I dati ottenuti saranno quindi annotati automaticamente, successivamente curati manualmente e, se il caso, verrà organizzato un ‘jamboree’ per l’annotazione curata delle sequenze con un team di esperti selezionati. Saranno inoltre generate basi di dati relative alla diversità tassonomica ottenute attraverso il sequenziamento di regioni del DNA nucleare, cloroplastico o mitocondriale, a seconda dei casi. Attraverso PCR con primers già sperimentati con campioni naturali, verranno sequenziate regioni specifiche del genoma che contengono le informazioni relative all’identità delle specie. Le sequenze ottenute saranno annotate come descritto, attraverso il paragone con banche di dati disponibili e in collaborazione con esperti del campo, queste ultime già attivate nell’ambito del progetto EU BIODIVERSA BioMarKs.

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Tabella 22 Cronoprogramma Progetto Premiale ‘METATRAC’ (mesi) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Acquisto e preparazione del materiale.Messa a punto dei protocolli.Individuazione del periodo più appropriato per campionare,

Campionamento nelle diverse fasi della fioritura.

Selezione dei campioni per l’analisi metatrascrittomica emetagenomica.Analisi chimiche e biologiche dei campioni complementari.Estrazione del materiale genetico (DNA ed RNA) dai filtri.Quantificazione e prove di qualità del materiale genetico. Sequenziamento del trascrittoma di campioni rappresentantil’intera diversità planctonica.Sequenziamento di regioni di DNA nucleare identificate comemarcatori tassonomici della biodiversità eucariotica.Analisi delle sequenze ottenute

Estrazione di gruppi di sequenze di particolare interesse per lostudio funzionale del plancton e ulteriore annotazione,

Validazioni sperimentali dei risultati bioinformatici.Studio biostatistico dei dati

Costruzione e pubblicazione di un database delle sequenzeottenute.Sintesi dei risultati ottenuti e preparazione di pubblicazioni

Risultati, Innovatività e Impatto attesi: La ricerca proposta ha un carattere fortemente innovativo nell’ambito della messa a punto di nuove tecnologie di esplorazione dell’ambiente marino, nelle sue componenti di biodiversità e funzionalità che sono alla base della salute ambientale e dello sfruttamento sostenibile delle risorse naturali. Tali componenti vengono qui analizzate con metodiche sperimentali avanzate, al momento impiegate a livello esplorativo ma presumibilmente utilizzabili in futuro per un più efficace monitoraggio dell’ambiente e delle sue funzioni in relazione a variazioni su larga scala spaziale e temporale. La valutazione di processi quali la crescita, la respirazione cellulare, l’assorbimento dei nutrienti, la competizione, il ruolo limitante dei nutrienti, la senescenza e morte cellulare e le relazioni trofiche permetterà di ottenere informazioni rilevanti sulla funzionalità dell’intera comunità planctonica. Probabilmente, il sequenziamento rivelerà solo una parte della popolazione di mRNA espresso, ma ci aspettiamo comunque di osservare cambiamenti significativi che siano forti indicatori delle funzioni esercitate dal biota a seguito delle mutevoli condizioni abiotiche e biotiche e delle interazioni biologiche. Dal punto di vista più immediatamente applicativo, le conoscenze guadagnate contribuiranno ad ampliare le prospettive di sviluppo dello sfruttamento biotecnologico di questa grande e inesplorata risorsa naturale che è la diversità del plancton. Ad oggi, fioriscono in campo nazionale e internazionale le ricerche per lo sfruttamento del plancton per la produzione di energia (biofuel), prodotti farmaceutici e sostanze biologicamente attive, ma restano ancora largamente sconosciute le caratteristiche fisiologiche e l’esistenza stessa di un numero elevatissimo di specie potenzialmente utilizzabili a questi scopi. Quindi, la conoscenza dei processi molecolari implicati nella fioritura delle microalghe e delle specie maggiormente efficienti risulterebbe estremamente interessante da un punto di vista biotecnologico ponendo le basi per sviluppi tecnologici strategici. Le nuove conoscenze ambientali e molecolari che

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produrremo risulteranno utili per migliorare la progettazione di bioreattori che ottimizzino i tassi di crescita e la conversione dell’energia solare rendendo i processi di produzione, ad esempio dei biofuels, maggiormente efficienti ed economicamente convenienti. Infine, lo sviluppo di metodiche di osservazione e l’acquisizione di conoscenze sulla dinamica del plancton in determinate condizioni ambientali è un elemento imprescindibile per la possibilità di sviluppare modelli descrittivi e predittivi del cambiamento dei sistemi acquatici sotto la pressione dell’impatto antropico e del cambiamento climatico globale in atto, tematiche queste considerate di prioritaria importanza dal PNR 2011-2013. La base di dati ottenuta verrà analizzata nel corso di questa ricerca per le finalità evidenziate sopra, ma costituirà anche un prezioso nucleo di informazioni da paragonare con dati analoghi ottenuti in altri progetti internazionali (per esempio Tara Ocean). Si prevede che ulteriori analisi sugli stessi dati saranno possibili nei prossimi anni via via che si accumuleranno informazioni su specie diverse e sistemi planctonici di altre località. Per permettere il futuro uso dei dati, si prevede la costruzione di un database da pubblicare sul web per la consultazione e l’utilizzazione da parte di utenti diversi. I risultati ottenuti saranno oggetto di pubblicazioni scientifiche peer-reviewed e si integreranno con altri studi condotti nell’ambito della LTER MareChiara (Golfo di Napoli). Sintesi delle collaborazioni: Al progetto collabora un’unità di ricerca del Genomic Core Facility presso lo European Molecular Biology Laboratory, EMBL. Coordinatore dell’unità è il dr. Vladimir Benes. L’unità si occuperà di eseguire il sequencing dei campioni di RNA. Saranno compiti di tale unità:

1. Costruzione delle librerie per il sequenziamento. 2. Sequenziamento su larga scala mediante next generation sequencing

La competenza e la collaborazione stretta pianificata in questo progetto con esperti conosciuti internazionalmente costituisce un’ulteriore garanzia di successo. La collaborazione con gruppi esteri rappresenta inoltre un’opportunità di internazionalizzazione per la ricerca scientifica italiana e di sviluppo di Centri di Eccellenza in Italia.

Progetto 4. StarTrEgg: Meccanismi molecolari di controllo della fecondazione nelle uova della stella di mare Astropecten aranciacus.

Durata prevista: 12 mesi Parole chiave: fecondazione, trasduzione del segnale, microiniezione, imaging, trascrittoma, genomica funzionale, bioinformatica, sequencing. Settori di ricerca ERC interessati: LS2_2, LS2_10, LS3_2, LS3_7, LS3_8, LS8_4, LS8_8

Riassunto del Progetto: Questo progetto si propone di sviluppare strumenti genomici in grado di fornire la comprensione dei processi cellulari e molecolari che si verificano durante il processo di fecondazione. Tali studi verranno effettuati impiegando i gameti della specie di stella marina mediterranea Astropecten aranciacus, un modello animale ideale per le grandi dimensioni, la trasparenza e la notevole quantità di uova che sono particolarmente adatte per studi di microiniezione e imaging. Nonostante la considerevole utilità di questa specie come animale modello per studi di fisiologia e biochimica, informazioni sulla sequenza del DNA e delle proteine sono quasi del tutto assenti. Pertanto il nostro primo obiettivo sarà quello di studiare il trascrittoma degli ovociti ed uova di questa specie. Le competenze di biologia cellulare, molecolare e di bioinformatica delle unità operative coinvolte nel progetto proposto saranno utilizzate per generare strumenti di biologia molecolare (proteine ricombinanti, RNAi, anticorpi, etc) e permetteranno di intraprendere uno studio pionieristico sull’analisi del trascrittoma delle uova di questa specie per creare le basi per la comprensione dei segnali cellulari e molecolari che regolano il processo di fecondazione. Descrizione delle attività Le stelle di mare della specie A. aranciacus saranno raccolte nel golfo di Napoli durante la stagione riproduttiva (da gennaio a giugno) e gli ovociti allo stadio di vescicola germinale (GV) bloccati alla I divisione meiotica saranno isolati e valutati in base alla loro integrità funzionale. Per ottenere uova mature, gli oociti saranno esposti all’azione dell’ormone 1-MA per un’ ora in acqua di mare filtrata. Gli

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ovociti e le uova saranno poi lavati in acqua di mare artificiale senza calcio e RNasi per rimuovere l’involucro vitellino che ricopre la membrana plasmatica che potrebbe interferire con la fase della purificazione dell’RNA. La purificazione dell’RNA sarà ottenuta con un RNAkit (Ambion), e la qualità dei campioni di RNA controllata con elettroforesi su gel, da misure spettrofotometriche, e da Bioanalyzer e RT-PCR analisi di specifici marcatori con sequenze conosciute. Inoltre, i campioni di RNA saranno anche ottenuti da uova fecondate ed utilizzati per il trascrittoma dello zigote. L’analisi dei dati delle sequenze userà specifiche pipelines bioinformatiche sia per l’assemblaggio del trascrittoma de novo sia per le relative annotazioni funzionali ed analisi filogenetiche. Il trascrittoma annotato potrà essere usato come “trascrittoma di riferimento” in studi di espressione genica e genomica funzionale. Nell’ambito dello scopo dello studio proposto, utilizzeremo i dati del trascrittoma focalizzandoci sui geni coinvolti nell’interazione gametica, nell’attivazione delle uova, nel segnale del calcio e nella riorganizzazione dell’actina del citoscheletro durante la fecondazione. I geni selezionati saranno validati e prevediamo la costruzione di vettori d’espressione per la produzione delle relative proteine di interesse in E. coli o in cellule di insetti. Le proteine risultanti saranno dializzate e microiniettate negli ovociti di A. aranciacus per accertare il ruolo da loro svolto nella maturazione meiotica e durante la fecondazione.

Tabella 23 Cronoprogramma Progetto Premiale ‘StarTrEgg’ (mesi)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Estrazione di RNA e controllo di qualitàAcquisizione di RNA-seq ed annotazione del trascrittomaVerifica e ratifica dei datiProduzione di proteine sonde ed analisi funzionale negli ovociti di A.aranciacus

Risultati, Innovatività e Impatto attesi: Il principale risultato atteso da questo progetto è la definizione del trascrittoma di riferimento della stella marina della specie A. aranciacus. Questo permetterà di identificare sequenze di mRNA che codificano per proteine, canali ionici ed enzimi ritenuti giocare un ruolo importante nella modulazione del signaling molecolare regolato dall’actina del citoscheletro e dalle proteine di membrana sensibili ai secondi messaggeri ed al calcio. La competenza e le conoscenze scientifiche acquisite dal lab Santella della SZN in 20 anni di studi sulla maturazione e fecondazione utilizzando gameti di stella di mare insieme all’esperienza in bioinformatica del lab Sanges costituiranno la chiave di svolta per il successo del progetto proposto. I risultati attesi saranno di stimolo per studi comparativi sulle diverse specie di stelle marine utilizzate nei laboratori di tutto il mondo e consentiranno studi di espressione genica ed analisi proteomica su una scala molto più ampia. I dati del trascrittoma che saranno disponibili permetteranno di facilitare la ricerca sull’argomento e si aggiungeranno a quelli già ottenuti in questi anni alla SZN. E’ da sottolineare che le sequenze di genomi e trascrittomi hanno avuto un impatto esplosivo nello studio della biologia dello sviluppo, come testimoniano gli studi condotti sul riccio di mare, e stanno fornendo potenti strumenti molecolari contro proteine endogene. Inoltre, visto che il sovrapopolamento di stelle marine in diverse zone del pianeta costituisce un serio problema ecologico specialmente in quei paesi con agricoltura marina molto attiva, l'esatta comprensione del processo di fecondazione e maturazione potrebbe avere un significativo impatto economico. Infatti, una volta conosciuti i meccanismi molecolari alla base della maturazione e fecondazione dell'oocita, questi potranno essere utilizzati come bersagli di specifiche strategie il cui scopo sarebbe limitare l'invasività di tali specie. Quindi, la comprensione dei meccanismi molecolari durante la fecondazione in vitro sarà utile per migliorare la qualità e la competenza delle uova, caratteristiche queste fondamentali per un normale sviluppo embrionale dopo fecondazione. Tali studi saranno estremamente utili e facilmente trasferibili in molti campi medici, come ad esempio nello sviluppo di nuove tecnologie nel campo della fecondazione assistita. In Italia e nei paesi sviluppati, dall’1-3 % dei bambini nascono mediante fecondazione assistita per problemi legati ad infertilità maschile. Oggi, la tecnica routinariamente usata di riproduzione assistita, è l’iniezione intracitoplasmatica di spermatozoi (ICSI) che sostituisce la classica fecondazione in vitro. Questo metodo comunemente utilizzato può però presentare gravi rischi a causa

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dell’artificiale elusione della selezione naturale che avviene sia attraverso competizione spermatica che tramite interazione tra spermatozoi e uova. Quindi gli esperimenti della ricerca che proponiamo saranno condotti su uova di stella di mare fecondate in vitro in condizioni fisiologiche simili a quelle che avvengono a mare ed i risultati saranno utili per le condizioni sperimentali da applicare per migliorare il successo della tecnica di fecondazione assistita tramite ICSI ed è pertanto pienamente aderente alle condizioni per gli sviluppi medici e scientifici richiesti nel PNR 2011-2013. Sintesi delle collaborazioni: Al progetto collabora un’unità di ricerca del Genomic Core Facility presso lo European Molecular Biology Laboratory, EMBL. Coordinatore dell’unità è il dr. Vladimir Benes. L’unità si occuperà di eseguire il sequencing dei campioni di RNA. Saranno compiti di tale unità:

1. Costruzione delle librerie per il sequenziamento. 2. Sequenziamento su larga scala mediante next generation sequencing

La competenza e la collaborazione stretta pianificata in questo progetto con esperti conosciuti internazionalmente costituisce un’ulteriore garanzia di successo. La collaborazione con gruppi esteri rappresenta inoltre un’opportunità di internazionalizzazione per la ricerca scientifica italiana e di sviluppo di Centri di Eccellenza in Italia.

Progetto 5. MolEcOC: Approcci di Ecologia Molecolare Intra- ed Inter-individui per il Trasferimento Tecnologico della Ricerca di Base su Organismi Modello Marini (Octopus e Caretta)

Durata prevista: 12 mesi Parole chiave: adattamento, evoluzione, trascrittoma, marcatori molecolari, bioinformatica, differenziamento, speciazione, sequencing, biogeografia, diversità Settori di ricerca ERC interessati: LS2_2, LS2_1,0 LS5_4, LS5_6, LS8_1, LS8_6, LS8_8

Riassunto del Progetto: Scopo del progetto è di contribuire alla conoscenza dei fattori alla base della diversità biologica e funzionale in grado di determinare adattamenti speficici sia a livello di singoli individui che di intere popolazioni. Il leit motif di questo progetto è la condivisione di approcci di biologia e genetica molecolare e genomica funzionale. In particolare ci si propone di studiare: 1) i fattori biologici ed evolutivi che sono alla base della specializzazione funzionale delle braccia nel polpo comune (Octopus vulgaris), e 2) I fattori genetici e ambientali che portano alla separazione geografica di due popolazioni simpatriche della tartaruga marina Caretta caretta. Per raggiungere questi obiettivi il progetto è suddiviso in due sottoprogetti: 1. l’importanza di avere otto braccia; 2. Effetti ambientali sulla storia vitale di popolazioni simpatriche della tartaruga marina nel Mediterraneo Descrizione delle attività Sottoprogetto 1 Campioni di RNA saranno raccolti da diversi individui di Octopus vulgaris, sia dall'animale intero (stadi larvali e post-larvali) sia dalle braccia (subadulti). Le larve saranne raccolte in almeno tre diverse fasi dello sviluppo. Il sequenziamento del trascrittoma delle braccia sarà eseguito su librerie di cDNA ottenute da diversi pool di RNA. Abbiamo in programma di eseguire il sequenziamento del trascrittoma de-novo utilizzando tecniche di sequenziamento tramite next generation sequencing. Il trascrittoma così generato ed integrato con dati pubblici verrà annotato mediante analisi bioinformatiche ed utilizzato nelle fasi successive del progetto come trascrittoma di riferimento del polpo. L'espressione nelle larve dei trascritti annotati come appartenenti alle famiglie hox ed engrailed sarà ampliamente studiata tramite analisi di real-time-PCR e ibridazione in-situ e le sequenze validate per sequenziamento Sanger. Tali analisi saranno eseguite su diversi stadi larvali per accertare l'espressione differenziale di questi geni durante lo sviluppo. Analisi di espressione differenziale sarà effettuata confrontando il livello di espressione dei geni del trascrittoma di riferimento tra le diverse braccia del polpo adulto tramite RNA-seq. Gli esperimenti

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saranno eseguiti almeno in triplice copia ed analizzati mediante tecniche bioinformatiche e biostatistiche. Validazioni dei geni risultanti differenzialmente espressi saranno eseguite tramite real-time-PCR ed ibridazioni in-situ. Sottoprogetto 2 I movimenti di tartarughe giovanili in entrambi gli habitat oceanico e costiero saranno monitorati con piattaforme terminal transmitter (PTT) che trasmettono i dati attraverso il sistema satellitare Argos (www.argos- system.org). I modelli sui dati di movimento delle tartarughe verranno analizzati in un contesto oceanografico con dati telerilevati da piattaforme satellitari e modelli numerici della circolazione nel mare L’analisi del DNA mitocondriale degli individui che utilizzano diversi ambienti sarà utilizzata per valutarne la popolazione di origine (colonia) e la connettività migratore. Dimensioni ed età delle tartarughe saranno determinati mediante misurazioni morfometriche e analisi skeletochronological (cioè crescita annuale in sezione delle ossa). I tessuti saranno prelevati da campioni di tartarughe marine vive e morte recuperate presso il Centro Soccorso Mare SZN (già in corso come parte della normale attività del gruppo). L'analisi degli isotopi stabili dei tessuti sarà effettuata per chiarire il livello trofico e la storia delle tartarughe. Con questo approccio multidisciplinare, sarà possibile determinare la durata della fase oceanica per tartarughe marine del Mediterraneo. Questi saranno dati di valore inestimabile per determinare la traiettoria demografica della popolazione mediterranea. Contemporaneamente, i fattori (età, dieta, origine natale, correnti) che possono essere responsabili per le variazioni nelle strategie delle popolazioni saranno valutati. Riconoscendo l'importanza delle variazioni individuali questo studio contribuirà alla comprensione di come l'ambiente ed i tratti genetici influiscono sul comportamento e sulla sopravvivenza delle specie. Infine, l'analisi consentirà anche di verificare il ruolo delle barriere biogeografiche che agiscono nel Mediterraneo e tra Mediterraneo e Oceano Atlantico nel plasmare la struttura genetica delle popolazioni di tartarughe

Tabella 24 Cronoprogramma Progetto Premiale ‘MolEcOC’ (mesi)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Sottoprogetto 1Estrazione di RNADefinizione del trascrittoma di riferimentoAnalisi di espressione genica e validazioniSottoprogetto 2Monitoraggio satellitare esemplari Analisi genetica sugli esemplari rilasciatiScheletocronologiaAnalisi modellistica dei movimentiIsotopi stabili

Risultati, Innovatività e Impatto attesi: Sottoprogetto 1 La ricerca qui descritta usa approcci state-of-the-art tra cui bioinformatica, genomica funzionale, trascrittomica e next generation sequencing. I risultati attesi forniranno strumenti avanzati per capire i meccanismi molecolari e dello sviluppo alla base della plasticità comportamentale negli invertebrati contribuendo così ad affermare il polpo come organismo modello. I vantaggi per gli studi comparativi sono solo un esempio possibile. Tuttavia, la comprensione dei meccanismi sottostanti le funzioni delle braccia del polpo sarà estremamente utile in molti campi, come ad esempio nello sviluppo di nuove tecnologie da utilizzare nella progettazione di sensori tattili, per il controllo ed il movimento dei robot e la progettazione di architetture, materiali, e meccanismi da utilizzare nella cinematica. Il goal finale di questo progetto è il convogliamento dei risultati verso le biotecnologie. I dati saranno utilizzati all’interno di una ricerca per la progettazione e l'ottimizzazione di strutture robotiche per lo sviluppo di appendici artificiali altamente flessibili. A questo proposito collaboriamo e collaboreremo con la Scuola Superiore Sant'Anna e la Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia. Pertanto il progetto qui descritto risulta perfettamente aderente alle necessità di sviluppi tecnologi e scientifici richieste nel PNR 2011-

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2013. Sottoprogetto 2 Con questo approccio multidisciplinare, sarà possibile determinare la durata della fase oceanica per tartarughe marine del Mediterraneo. Questi saranno dati di valore inestimabile per il modeling delle tendenze della popolazione e la valutazione del rischio della piccola popolazione mediterranea. Contemporaneamente, i fattori (età, dieta, origine natale, correnti) che possono essere responsabili per le variazioni nelle strategie delle popolazioni saranno valutati. Riconoscendo l'importanza delle variazioni individuali questo studio contribuirà alla comprensione di come l'ambiente ed i tratti genetici influiscono sul comportamento e sulla sopravvivenza delle specie. Infine, l'analisi consentirà anche di verificare il ruolo delle barriere biogeografiche che agiscono nel Mediterraneo e tra Mediterraneo e Oceano Atlantico nel plasmare la struttura genetica delle popolazioni di tartarughe. Sintesi delle collaborazioni: Al progetto collabora un’unità di ricerca del Genomic Core Facility presso l’European Molecular Biology Laboratory, EMBL (coordinatore Dr. V. Benes) che si occuperà di eseguire il sequencing dei campioni di RNA. Saranno compiti di tale unità: 1. Costruzione delle librerie per il sequenziamento. 2. Sequenziamento su larga scala mediante next generation sequencing. La competenza e la collaborazione stretta pianificata in questo progetto con esperti conosciuti internazionalmente costituisce un’ulteriore garanzia di successo. La collaborazione con gruppi esteri rappresenta inoltre un’opportunità di internazionalizzazione per la ricerca scientifica italiana e di sviluppo di Centri di Eccellenza in Italia.

Progetto Bandiera ‘RITMARE’

RITMARE, ovvero la Ricerca ITaliana per il MARE, è un Progetto Bandiera del Programma Nazionale di Ricerca Scientifica e Tecnologica che ha lo scopo di concretizzare quanto suggerito dal Libro Blu della Commissione Europea in tema di ricerca e innovazione, e quindi di coniugare la ricerca scientifica per il mare con quella tecnologica. Il programma ha durata quinquennale ed è aperto alla più ampia partecipazione di attori pubblici e privati. Al progetto partecipano tutti gli Enti di Ricerca Pubblici, due Consorzi Interuniversitari e partner privati. Il contributo all'innovazione di RITMARE deriva dalla capacità di ricerca della comunità scientifica italiana su molti dei temi di punta affrontati anche a livello internazionale, che convergono verso l'elaborazione di una strategia per l'uso sostenibile dell'ambiente marino. In RITMARE questi temi sono affrontati in Sottoprogetti. In tre di essi la ricerca è prevalentemente finalizzata alla progettazione e realizzazione di prodotti tecnologicamente avanzati (Tecnologie Marittime, Sistemi Osservativi, Infrastruttura Interoperabile di Dati), in altri tre (Tecnologie per la Pesca Sostenibile, Pianificazione dello Spazio Marittimo nella Fascia Costiera, Mare Profondo) acquista maggiore spazio l'attività di ricerca finalizzata a migliorare le conoscenze necessarie per un migliore utilizzo e gestione della risorsa mare. Sono previste attività specifiche di formazione; queste hanno lo scopo di formare nuove ‘figure’ in grado i. di operare nel campo delle tecnologie marine e ii. di valorizzazione il trasferimento dei risultati della ricerca. Si ritiene infatti che l'accessibilità alle informazioni sull'ambiente marino generate da osservazioni e modelli vada organizzata in maniera più efficace anche in considerazione del notevole interesse per gli utilizzatori finali, inclusi quelli ‘esterni’ alla comunità scientifica. Il panorama italiano vede molte Istituzioni pubbliche attive nella ricerca marina, che hanno già interagito proficuamente in passato (SINAPSI, VECTOR, Cluster Mare, etc.), e che in RITMARE trovano l'opportunità per il consolidamento della ‘rete’, soprattutto mettendo a sistema le complementarità e quindi realizzando sinergie. Il Rationale del contributo della SZN a RITMARE La SZN ha contributo significativamente alla definizione delle linee progettuali e alla formulazione del progetto esecutivo (fase appena conclusa).

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Il contributo attivo che i ricercatori della SZN daranno nei prossimi anni al Progetto è focalizzato sullo studio dei processi relativi alla componente biotica degli ecosistemi marini. Di conseguenza le attività proposte riguardano aspetti della Biologia Marina sensu lato. Sono state prescelte attività e contributi definiti secondo i seguenti criteri: 1. Focalizzare la partecipazione su un numero ridotto di attività, in modo da garantire loro un supporto economico adeguato, evitando la dispersione delle risorse, favorendole la razionalizzazione e la distribuzione a pioggia dei contributi previsti. 2. Evitare di sovrapporsi a competenze presenti in altri gruppi di ricerca e privilegiare attività sinergiche con quelle già condotte alla SZN, previste dalla pianificazione triennale precedente ed ovviamente coerenti con gli scopi di RITMARE. 3. Favorire un ricambio nelle funzioni di responsabilità verso fasce di età intermedie, affidando il coordinamento delle attività, nei limiti consentiti dal criterio generale di RITMARE, limitando a due le attività per ciascun ricercatore. 4. Favorire un approccio fortemente interdisciplinare ed integrativo, come scelta strategica, per consolidare le interazioni e lo scambio scientifico non solo all'interno della SZN ma soprattutto con gruppi di ricerca di altre Istituzioni. 5. Orientare il contributo in RITMARE verso gli aspetti applicativi, mantenedo comunque il collegamento con la ricerca di base sugli stessi temi tradizionalmente portata avanti dalla SZN. Il contributo caratterizzante della SZN è basato su alcuni punti chiave: 1. La biodiversità marina costituisce una risorsa di cui molte discipline scientifiche possono giovarsi

attraverso la scoperta di nuove molecole, materiali, meccanismi biologici e fisiologici, fonti energetiche, nonché nuove forme.

2. La biodiversità degli organismi marini contribuisce agli equilibri climatici globali, rappresenta una vasta fonte di risorse per il genere umano (cibo, sostanze bioattive) e ha un impatto sullo stato delle coste e quindi sul turismo.

L'esplorazione della biodiversità in vari contesti ambientali, l'elucidazione dei meccanismi che la generano o la minacciano, l'analisi delle funzionalità che essa esprime in diversi taxa, spesso con notevoli potenzialità per attività economiche e che sono alla base dei cosiddetti 'servizi naturali', e lo sviluppo di strumenti che pongano le basi per prevedere i cambiamenti o per utilizzare in maniera sostenibile il biota marino, costituiscono gli elementi unificanti delle attività della SZN in RITMARE. Gli strumenti che verranno utilizzati sono: 1. Quelli più di frontiera della biologia moderna: e.g. la fotobiologia, la genetica, la meta-genomica, la meta-

trascrittomica e la bioinfomatica. 2. quelli piu' consolidati delle osservazioni multiparametriche e multifattoriali condotte su stazioni di

campionamento, monitoraggio e analisi a lungo termine incluse tecniche di microscopia avanzata, citometria a flusso e strumentazione bio-ottica.

3. quelli che consentono il previsto contributo al loro sviluppo tecnologico così come delle tecniche di allevamento e mantenimento di organismi marini.

4. quelli in piena esplosione della modellistica numerica accoppiata, in cui il contributo SZN si caratterizzerà per l'esplorazione di nuovi approcci alla formulazioni di processi biologici complessi riguardanti sia il plancton che specie di interesse commerciale.

I macro risultati attesi riguardano: 1. La comprensione di meccanismi di risposta del biota marino alle pressioni antropiche ed alla variabilità

climatica. 2. Lo sviluppo di migliori strumenti di previsione e gestione dell'ambiente marino. 3. La messa a punto di sistemi di crescita ed allevamento sia di unicellulari che di metazoi, compatibili con le

normative europee, ma con ricadute di interesse economico. 4. La sensibilizzazione dell'opinione pubblica sui problemi legati allo sfruttamento dell'ambiente marino.

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Il Ruolo Strategico della SZN in RITMARE RITMARE è strettamente collegato con le principali iniziative europee in materia, da JPI Ocean alla Marine Framework Strategy Directive (MFSD), a numerosi progetti e Network europei. La partecipazione della SZN in RITMARE si integra con due iniziative Europee in cui il nostro paese è coinvolto: 1. EMBRC, una iniziativa europea (infrastruttura) coordinata dalla SZN dedicata al miglioramento delle

conoscenze sugli organismi marini ed al loro potenziale utilizzo come modelli per sviluppi bio-tecnologici e biomedici, attraverso un upgrade delle infrastrutture dedicate alla loro raccolta, mantenimento ed osservazione.

2. Lifewatch, una proposta d’infrastruttura dedicata al miglioramento dei sistemi di osservazione e raccolta dati sulla biodiversità in Europa.

Costi e benefici attesi di RITMARE Per varie ragioni, legate prima di tutto alle dimensioni del Progetto e della Comunità Scientifica coinvolta (RITMARE rappresenta il primo tentativo di sforzo coordinato di potenziamento della ricerca marina in Italia e di valorizzazione dei suoi risultati per l'innovazione), le attività sono ancora in una fase molto iniziale ed è pertanto prematuro fare una valutazione sul rapporto costi/benefici o sull'efficacia di RITMARE nel consolidare o creare sinergie tra le varie Istituzioni coinvolte. Si ritiene che questi aspetti potranno essere chiariti non prima di almeno due anni di attività effettiva, ovvero durante il terzo anno formale del progetto. La progettualità della SZN per RITMARE è riassunta all’Allegato 5

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7. Risorse Finanziarie Le fonti di finanziamento della Stazione Zoologica per il triennio 2013-2015 sono descritte nella tabella che segue.

Tabella 25 Fonti di finanziamento SZN (€) Risorse anno 2013 Risorse anno 2014 Risorse anno 2015

Fondo ordinario MIUR 12.351.984,00 12.351.984,00 12.351.984,00MIUR-Finanziamento Premiale (8% del FOE) 1.097.600,00 1.097.600,00 1.097.600,00Contributo straordinario per EMBRC 1.500.000,00 1.500.000,00 1.500.000,00Progetti Bandiera 2.000.000,00 1.400.000,00 1.400.000,00Progettti di ricerca U.E. 0,00 0,00 0,00Altri progetti di ricerca MIUR 0,00 0,00 0,00Progetti da altri Enti Pubblici 0,00 0,00 0,00Entrate proprie 110.000,00 110.000,00 110.000,00Avanzo presunto di Amm.ne da fondo ordinario 4.084.409,00 0,00 0,00Avanzo presunto di Amm.ne da programmi 6.475.000,00 2.674.421,00 107.000,00

TOTALE 27.618.993,00 19.134.005,00 16.566.584,00

La riduzione del contributo ordinario, a seguito dell'applicazione del D.Lgs 213/09, potrebbe compromettere la capacità di sostenere tutte le attuali attività della SZN, nonché il cofinanziamento necessario alle attivazione dei programmi di ricerca comunitari e nazionali a cui la SZN partecipa. E' tuttavia da sottolineare che la partecipazione ai progetti premiali e al progetto bandiera RITMARE potrà consentire di sviluppare attività di ricerca in cui la SZN può esprimere una specifica competenza e, in diversi casi, ricoprire un ruolo di leadership. Si sottolinea la capacità dell'Ente di assicurare una partecipazione ai progetti Premiali in linea con quanto avvenuto per l'annualità 2011. La spesa prevista per il triennio 2013-2015 è distribuita secondo macro-categorie (cfr. Tabella 26, sezione 7 del Piano Triennale). La spesa prevista per il triennio 2013-2015 è distribuita secondo le seguenti macro-categorie. E’ da sottolineare che i dati di seguito riportati devono essere considerati provisionali in quanto per il 2013 non è stato ancora redatto il Bilancio di Previsione.

Tabella 26 Riepilogo delle speve previste per il Triennio (€)

Preventivo 2013 Preventivo 2014 Preventivo 2015Spese per il Personale (incluso TFR) 7.409.217,18 7.409.217,18 7.409.217,18Utenze 615.000,00 615.000,00 615.000,00 Manutenzioni attrezzature per la ricerca 250.000,00 250.000,00 250.000,00 Manutenzione ed esercizio natanti 370.000,00 370.000,00 370.000,00 Manutenzione ord. e straord. Immobili 2.100.000,00 200.000,00 200.000,00 Spese in conto capitale 5.921.165,00 3.250.421,00 2.180.000,00 Spese per Assegni ricerca, dottorati 610.000,00 610.000,00 610.000,00 Spese indirette non attribuibili ad attività di ricerca 1.465.784,64 1.465.784,64 1.465.784,64 Spese per beni di consumo e servizi 861.982,18 861.982,18 861.982,18 Spese per programmi di ricerca finanziati da terzi 8.015.844,00 4.101.600,00 2.604.600,00

TOTALE 27.618.993,00 19.134.005,00 16.566.584,00

Per quanto riguarda le spese dei Progetti di Ricerca finanziati da terzi bisogna considerare che tali importi prevedono i. le spese connesse ai progetti di ricerca industrali (per un valore di circa 2.160.000,00 euro), ii. le spese connesse ai progetti bandiera (per un valore di 4.800.000,00) e iii. le spese connesse ai progetti premiali (963.244,00). Infine, sono previste spese per attività di formazione, nel triennio, per progetti nazionali e regionali per un importo pari a circa un milione di euro. La restante quota è stata distribuita con riferimento ai programmi di ricerca descritti al paragrafo 2 e di cui si riporta il costo presunto.

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Tabella 27 Costo presunto dei Programmi di ricerca per il Triennio Anno 2013 Anno 2014 Anno 2015

Programma SZN 1 1.001.898,58 1.078.196,81 1.076.437,22

Programma SZN 2 296.034,67 377.600,51 383.403,22Programma SZN 3 440.569,53 524.756,67 496.067,24Programma SZN 4 574.082,46 632.131,20 719.562,27

Programma SZN 5 972.233,29 1.169.946,26 1.093.953,18Programma SZN 6 526.693,26 672.728,31 608.496,69Programma SZN 7 711.454,84 592.524,58 593.924,37

TOTALE 4.522.966,64 5.047.884,34 4.971.844,19

L’importo di costo dei programmi è stato calcolato valorizzando il costo del personale, il costo degli assegni di ricerca e dei dottorandi e quota parte dei costi inerenti i beni e i servizi. Inoltre – come precedentemente già sottolineato – sono stati attribuiti ai programmi le quote spettanti dei finanziamenti esterni.

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Allegato 1 Valenza della produzione scientifica della SZN L'anno 2012 - non ancora concluso - continua a mostrare la tendenza a una buona produttività della SZN in ambito scientifico, sia per il numero delle pubblicazioni prodotte che della qualità e validità dei risultati. In dieci mesi sono stati pubblicati 101 lavori, di cui 64 prodotti ISI. Se la tendenza verrà confermata per la restante parte dell’anno, le attività di ricerca della Stazione Zoologica consolideranno la crescita della produttività scientifica (Fig. 1) posizionandosi a livelli di eccellenza. Nell’ottica della valutazione della ricerca sono stati anche adottati i criteri ANVUR; più del 30% delle pubblicazioni ISI ha valori che superano ampiamente la soglia della mediana IF della categoria ISI di appartenenza (Fig. 1).

Figura 1. Numero di pubblicazioni ISI () con autori SZN per gli anni 2010-2012. Sono confrontati il numero delle pubblicazioni peer-reviewed di ogni anno con quelle pubblicate su riviste il cui Impact Factor (IF) risulta essere di almeno due volte superiore al valore della mediana IF () della categoria ISI di appartenenza. Per il 2010 i dati di confronto delle pubblicazioni di mediana non sono disponibili. Per l’anno 2012 sono considerati solo i primi dieci mesi (fonte ISI-Web of Science, aggiornamento: ottobre 2012). Qui di seguito vengono tabularizzati i valori di Impact Factor (JCR, 2011 – fonte ISI) per ciascuna dei prodotti della ricerca per il 2012 e il 2011, le corrispondenti categorie disciplinari (ISI), i valori e il corrispondente rispetto alla mediana della Categoria di appartenenza. Sono evidenziati in verde le pubblicazioni su riviste ISI il cui valore di Impact Factor è superiore ad almeno due volte la mediana IF della categoria ISI di riferimento.

Pagina 1 di 5 Allegato 1 al PTA 2013-2015


Line Prod Journal IF CATEGORY Median IF/Median Line Prod Journal IF CATEGORY Median IF/Median1 6 PNAS 9.68 MULTIDISCIPLINARY

SCIENCES0.50 19.40 3 26 NATURE 36.28 MULTIDISCIPLINARY

SCIENCES0.50 72.71

2 4 PNAS 9.68 MULTIDISCIPLINARY SCIENCES

0.50 19.40 2 7 GENOME RES 13.61 GENETICS & HEREDITY 2.52 5.39


0.50 19.40 2 4 J. EXP. BOTANY

5.36 PLANT SCIENCES 1.37 3.91


0.50 19.40 3 6 Global Biogeochemic

al Cycles

4.79 ENVIRONMENTAL SCIENCES

1.56 3.06

3 7 PLOS BIOL 11.45 BIOLOGY 1.54 7.44 2 14 HUMAN MOL GENET

7.64 GENETICS & HEREDITY 2.52 3.03

2 10 BIOTECH ADVANCES

9.65 BIOTECHNOLOGY & APPLIED

MICROBIOLOGY

2.03 4.74 3 27 Quaternary Science Reviews

3.97 GEOSCIENCES, MULTIDISCIPLINARY

1.33 2.98

2 5 BIOFOULING 4.43 MARINE & FRESHWATER BIOLOGY

1.47 3.00 1 2 PLOSONE 4.09 BIOLOGY 1.54 2.66

2 14 CURR BIOL 9.65 CELL BIOLOGY 3.26 2.96 2 5 PLOSONE 4.09 BIOLOGY 1.54 2.661 5 PLOSONE 4.09 BIOLOGY 1.54 2.66 2 10 PLOSONE 4.09 BIOLOGY 1.54 2.662 8 PLOSONE 4.09 BIOLOGY 1.54 2.66 2 18 PLOSONE 4.09 BIOLOGY 1.54 2.662 15 PLOSONE 4.09 BIOLOGY 1.54 2.66 3 13 PLOSONE 4.09 BIOLOGY 1.54 2.663 22 PLOSONE 4.09 BIOLOGY 1.54 2.66 3 16 PLOSONE 4.09 BIOLOGY 1.54 2.663 23 PLOSONE 4.09 BIOLOGY 1.54 2.66 3 24 J. CLIMATE 4.10 METEOROLOGY &

ATMOSPHERIC SCIENCES

1.67 2.46

3 11 CLIM PAST 3.51 GEOSCIENCES, MULTIDISCIPLINARY

1.33 2.63 2 11 PROG. OCEANOGRAP

HY

3.14 OCEANOGRAPHY 1.47 2.13

3 5 ENVIRON MICROBIOL

5.84 MICROBIOLOGY 2.40 2.44 3 1 PROG. OCEANOGRAP

HY


2 3 DEVELOPMENT

6.60 DEVELOPMENTAL BIOLOGY

2.80 2.36 3 10 PROG. OCEANOGRAP

HY


2 17 HUMAN MUTATION

5.69 GENETICS & HEREDITY 2.52 2.25 3 15 PROG. OCEANOGRAP

HY


3 2 PROG. OCEANOGRAP

HY

3.14 OCEANOGRAPHY 1.47 2.13 3 19 PROG. OCEANOGRAP

HY


2011

2012



Line Prod Journal IF CATEGORY Median IF/Median Line Prod Journal IF CATEGORY Median IF/Median3 6 BIOGEOSCIEN

CES3.86 ECOLOGY 1.83 2.11 1 1 Harmful Algae 3.08 MARINE & FRESHWATER

BIOLOGY1.47 2.09

2 13 J. EXP. BIOL. 3.00 BIOLOGY 1.54 1.95 3 23 Harmful Algae 3.08 MARINE & FRESHWATER BIOLOGY

1.47 2.09

2 7 MOL BIOL EVOL

5.55 BIOCHEMISTRY & MOLECULAR BIOLOGY

2.86 1.94 3 28 Harmful Algae 3.08 MARINE & FRESHWATER BIOLOGY

1.47 2.09

1 9 AM J BOT 2.66 PLANT SCIENCES 1.37 1.94 4 5 Harmful Algae 3.08 MARINE & FRESHWATER BIOLOGY

1.47 2.09

2 12 MAR. ECOL PROG SER

2.71 MARINE & FRESHWATER BIOLOGY

1.47 1.84 2 3 Molecular Biology and

Evolution

5.55 EVOLUTIONARY BIOLOGY

2.82 1.97

2 25 ECOLOGICAL INDICATORS


1.56 1.73 2 13 ONCOGENE 6.37 CELL BIOLOGY 3.26 1.95

1 1 MARINE DRUGS

3.85 CHEMISTRY. MEDICINAL 2.28 1.69 1 9 MAR. ECOL PROG SER


1.47 1.84

2 20 MARINE DRUGS

3.85 CHEMISTRY. MEDICINAL 2.28 1.69 2 12 Eur. J. Hum. Genet.


3 25 MARINE DRUGS

3.85 CHEMISTRY. MEDICINAL 2.28 1.69 3 22 Deep-Sea Res PT I


3 3 Deep-Sea Res PT I

2.42 OCEANOGRAPHY 1.47 1.64 2 2 BMC GENOMICS


3 15 AQUATIC MICROBIOL

ECOL


1.47 1.62 3 9 MARINE BIOL. 2.28 MARINE & FRESHWATER BIOLOGY

1.47 1.54

3 27 BIOL INVASIONS

2.90 ECOLOGY 1.83 1.58 3 14 Mar. Environ. Res.


1.47 1.54

2 1 DEV. BIOL. 4.07 DEVELOPMENTAL BIOLOGY

2.80 1.45 3 25 MARINE BIOL. 2.28 MARINE & FRESHWATER BIOLOGY

1.47 1.54

3 4 J MARINE SYSTEMS

2.13 OCEANOGRAPHY 1.47 1.44 2 15 DEV. BIOL. 4.07 DEVELOPMENTAL BIOLOGY

2.80 1.45

2 22 J. PLANKTON RES.


1.47 1.41 1 4 J. PLANKTON RES.


1.47 1.41

3 10 J. PLANKTON RES.


1.47 1.41 4 4 J. PLANKTON RES.


1.47 1.41

1 10 J. PHYCOL. 2.07 MARINE & FRESHWATER BIOLOGY

1.47 1.41 4 1 chembiochem


2.86 1.38

2 24 J. PHYCOL. 2.07 MARINE & FRESHWATER BIOLOGY

1.47 1.41 1 10 PROTIST 3.14 MICROBIOLOGY 2.40 1.31

2011

2012



Line Prod Journal IF CATEGORY Median IF/Median Line Prod Journal IF CATEGORY Median IF/Median3 19 J. PHYCOL. 2.07 MARINE & FRESHWATER

BIOLOGY1.47 1.41 2 1 Mol

Phylogenet Evol

3.61 EVOLUTIONARY BIOLOGY

2.82 1.28

2 2 BMC EVOL BIOL

3.52 GENETICS & HEREDITY 2.52 1.40 3 4 J. EXP. MAR. BIOL. ECOL


1.47 1.27

3 28 BMC EVOL BIOL

3.52 GENETICS & HEREDITY 2.52 1.40 3 18 J. EXP. MAR. BIOL. ECOL


1.47 1.27

2 26 SCI CHINA LIFE SCI

2.02 BIOLOGY 1.54 1.31 2 9 MARINE ECOL EVOL PERSP


1.47 1.25

3 13 J ENVIRON MONIT


1.56 1.27 3 21 MARINE ECOL EVOL PERSP


1.47 1.25

1 7 J. EXP. MAR. BIOL. ECOL


1.47 1.27 3 7 NITRIC OXIDE 3.55 BIOCHEMISTRY & MOLECULAR BIOLOGY

2.86 1.24



1.47 1.27 1 5 EUR. J. PHYCOLOGY


1.47 1.24



1.47 1.27 4 2 EUR. J. PHYCOLOGY


1.47 1.24



1.47 1.27 2 17 Mol Reprod Dev

2.53 REPRODUCTIVE BIOLOGY

2.28 1.11

2 27 MARINE ECOL EVOL PERSP


1.47 1.25 2 8 FISH SHELLFISH IMMUNOL

3.32 IMMUNOLOGY 2.99 1.11



1.47 1.25 3 2 AQUACULTURE RES

1.20 FISHERIES 1.13 1.07



1.47 1.25 3 5 Ecological complexity

1.93 ECOLOGY 1.83 1.05

3 32 ZOOMORPHOLOGY

1.28 ZOOLOGY 1.06 1.21 1 6 BOTANICA MARINA


1.47 1.01

3 17 HYDROBIOLOGIA


1.47 1.21 1 12 AQUAT. BIOL 1.47 MARINE & FRESHWATER BIOLOGY

1.47 1.00

3 20 HYDROBIOLOGIA


1.47 1.21 1 8 ANTAR. SCI. 1.56 ENVIRONMENTAL SCIENCES

1.56 1.00

3 24 HYDROBIOLOGIA


1.47 1.21 1 7 POLAR BIOL. 1.66 ECOLOGY 1.83 0.91

1 2 BOTANICA MARINA


1.47 1.01 3 17 DEV. DYN. 2.54 DEVELOPMENTAL BIOLOGY

2.80 0.91

3 30 AQUAT. BIOL 1.47 MARINE & FRESHWATER BIOLOGY

1.47 1.00 1 11 ZOOTAXA 0.93 ZOOLOGY 1.06 0.87

2011

2012



Line Prod Journal IF CATEGORY Median IF/Median Line Prod Journal IF CATEGORY Median IF/Median2 18 BMC DEV BIOL 2.79 DEVELOPMENTAL

BIOLOGY2.80 1.00 2 16 BBRC 2.48 BIOCHEMISTRY &

MOLECULAR BIOLOGY2.86 0.87

3 12 POLAR BIOL. 1.66 ECOLOGY 1.83 0.91 3 12 Helgoland Marine

Research


1.47 0.87

3 14 POLAR BIOL. 1.66 ECOLOGY 1.83 0.91 3 8 COMP BIOCHEM PHYSIOL-A


2.86 0.78

2 29 MOL REPR DEV 2.53 DEVELOPMENTAL BIOLOGY

2.80 0.90 2 6 DNA CELL BIOL 2.07 BIOCHEMISTRY & MOLECULAR BIOLOGY

2.86 0.73

2 9 GENE EXPRESSION

PATTERNS

2.02 DEVELOPMENTAL BIOLOGY

2.80 0.72 4 3 Cahiers de Biologie Marine


1.47 0.48

3 8 J. COASTAL RES


1.56 0.49 3 20 Pharmaceutical Biology

0.88 PHARMACOLOGY & PHARMACY

2.15 0.41

2 28 ZYGOTE 1.17 DEVELOPMENTAL BIOLOGY

2.80 0.42 3 3 CHEM. ECOL. 0.62 ECOLOGY 1.83 0.34

1 8 Pharmaceutical Biology


2.15 0.41 3 29 Cryptogam Algol


1.47 0.27

2 23 Pharmaceutical Biology


2.15 0.41 1 3 MARINE BIODIVERSITY

not attributed yet

1 3 GAYANA BOTANICA

0.52 PLANT SCIENCES 1.37 0.38 3 11 NATURE CLIMATE CHANGE

not attributed yet

3 29 NATURE CLIMATE CHANGE

not attributed yet

2011

2012


SZN – PIANO TRIENNALE 2013-2015 Allegato 2 – Elenco delle principali Collaborazioni Internazionali

Progetto Partner Paese Scopo

Biomedbridges

TECHNISCHE UNIVERSITAT MUNCHEN GERMANY

Il progetto BioMedBridges è uno sforzo congiunto di dieci infrastrutture di ricerca sulla tabella di marcia ESFRI. Il progetto mira a sviluppare la condivisione di infrastrutture elettroniche (e-infrastructure) per consentire l'interoperabilità tra dati e servizi nei settori biologico e medico.

THE NATIONAL INSTITUTE OF HEALTH AND MEDICAL RESEARCH INSERM FRANCE THE UNIVERSITY MEDICAL CENTRE GRONINGEN NETHERLANDS UNIVERSITY OF COPENHAGEN DENMARK UNIVERSITY OF HELSINKI FINLAND UNIVERSITY OF OXFORD UK VRIJE UNIVERSITAEIT AMSTERDAM MEDICAL CENTRE NETHERLANDS CENTRE FOR SCIENTIFIC COMPUTING FINLAND CERM MAGNETIC RESONANCE CENTRE ITALY DELIVERY OF ADVANCED NETWORK TECHNOLOGY TO EUROPE UK ERASMUS UNIVERSITY MEDICAL CENTER ROTTERDAM NETHERLANDS EUROPEAN BIOINFORMATICS INSTITUTE UK EUROPEAN GRID INFRASTRUCTURE NETHERLANDS EUROPEAN MOLECULAR BIOLOGY LABORATORY (EMBL) GERMANY

GERMAN RESARCH CENTER FOR ENVIRONMENTAL HEALTH GERMANY HEINRICH-HEINE UNIVERSITY DUSELDORF GERMANY KAROLINSKA INSTITUTET SWEDEN LEIBNIZ-INSTITUT FUR MOLEKULARE PHARMAKOLOGIE GERMANY MEDICAL UNIVERSITY OF GRAZ AUSTRIA SCIENCE AND TECHNOLOGY FACILITIES COUNCIL UK TECHNOLOGIE UND METHODENPLATTFORM FU¨R DIE VERNETZTE MEDIZINISCHE FORSCHUNG GERMANY

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Allegato 2 al PTA 2013-2015



Euromarine

CENTRE OF MARINE AND ENVIRONMENTAL RESEARCH (CIMAR) CENTRO DE CIENCIAS DO MAR DO ALGARVE (CCMAR)

PORTUGAL

Euromarine è un progetto Europeo di Coordinamento di Azioni (CSA) del 7 ° Programma Quadro volto a raggruppare le tre reti di eccellenza (NoE) della comunità: EUR-OCEANS, MARBEF e Marine Genomics Europe del 6 ° Programma Quadro. In tal modo, Euromarine fornirà una fonte ricca e diversificata delle migliori competenze e l'innovazione disponibile in Europa per la ricerca marina, in grado di rispondere rapidamente alle esigenze della società, ambientali, per il benessere e la sostenibilità

MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT (MPG) GERMANY TECHNICAL UNIVERSITY OF DENMARK (DTU) NATIONAL INSTITUTE OF AQUATIC RESOURCES (DTU-AQUA) DENMARK CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (CNRS) FRANCE

CENTRE OF MARINE AND ENVIRONMENTAL RESEARCH (CIMAR) CENTRO DE CIENCIAS DO MAR DO ALGARVE (CCMAR)

PORTUGAL

ENVIRONMENTAL & MARINE PROJECT MANAGEMENT AGENCY (EMPA) GERMANY

FLANDERS MARINE INSTITUTE (VLIZ) BELGIUM FRENCH RESEARCH INSTITUTE FOR EXPLOITATION OF THE SEA (IFREMER) FRANCE

INSTITUT DE RECHERCHE POUR LE DÉVELOPPEMENT (IRD) CENTRE DE RECHERCHE HALIEUTIQUE (CRH) FRANCE ROYAL NETHERLANDS ACADEMY OF ARTS AND SCIENCES (KNAW) NETHERLANDS ROYAL NETHERLANDS INSTITUTE FOR SEA RESEARCH (NIOZ) NETHERLANDS THE MARINE BIOLOGICAL ASSOCIATION (MBA) PLYMOUTH MARINE SCIENCES PARTNERSHIP (PMSP) UK UNIVERSITY OF BREMEN (UNIHB) THE CENTRE FOR MARINE ENVIRONMENTAL SCIENCES (MARUM) GERMANY UNIVERSITY OF GENT (UGENT) DEPARTMENT OF MARINE BIOLOGY BELGIUM UNIVERSITY OF GOTHENBURG (UGOT) SVEN LOVÉN CENTRE FOR MARINE SCIENCES (LOVÉN CENTRE) SWEDEN

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UNIVERSITY OF GRONINGEN (RUG) MARINE BIODIVERSITY ECOLOGY & EVOLUTION (MARBEE) BELGIUM


INCOMMET

INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LA MER

TUNISIA

Il progetto INCOMMET fornisce al INSTM il supporto necessario e le risorse per aumentare le sue capacità nelle scienze marine, per avere accesso a tecnologie emergenti nel campo e per aumentare l i suoi contatti internazionali. UNIVERSITÉ DÌ AIX-MARSEILLE FRANCE

MicroB3

ALFRED-WEGENER-INSTITUT FÜR POLAR UND MEERESFORSCHUNG (AWI) BREMERHAVEN GERMANY

Il progetto Micro B3 mira a sviluppare gli approcci innovativi bioinformatici e il quadro giuridico che consentano un maggiore livello di integrazione dei dati per la biologia degli ecosistemi marini e la definizione di nuovi obiettivi e processi per applicazioni biotecnologiche. Micro B3 si baserà su un consorzio fortemente interdisciplinare di partner accademici e industriali comprendenti leader a livello mondiale esperti di bioinformatica, informatica, biologia, ecologia, oceanografia, bioprospezione e biotecnologia, nonché di aspetti di filosofia e di diritto.

BIO-ILIBERIS R&D SPAIN BIO-PRODICT NETHERLANDS CEA – GENOSCOPE FRANCE ENVIRONMENTAL & MARINE PROJECT MANAGEMENT AGENCY (EMPA) GERMANY

EUROPEAN BIOINFORMATICS INSTITUTE UK FLANDERS MARINE INSTITUTE (VLIZ) BELGIUM FRENCH RESEARCH INSTITUTE FOR EXPLOITATION OF THE SEA (IFREMER) FRANCE

FRENCH RESEARCH INSTITUTE FOR EXPLOITATION OF THE SEA (IFREMER) FRANCE

HELLENIC CENTER FOR MARINE RESEARCH (HCMR) GREECE INSTITUTE FOR COASTAL MARINE ENVIRONMENT ITALY INTERNATIONAL COUNCIL FOR THE EXPLORATION OF THE SEA DENMARK INTERWORKS DOOEL MACEDONIA IUCN ENVIRONMENTAL LAW CENTRE SWITZERLAND JACOBS UNIVERSITY BREMEN GMBH GERMANY MARIENE INFORMATIE SERVICE ‘MARIS BV’ NETHERLANDS MARINE BIOLOGICAL ASSOCIATION UK MARINE SCIENCES INSTITUTE SPAIN

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SZN – PIANO TRIENNALE 2013-2015 MATIS LTD. ICELANDIC FOOD AND BIOTECH R&D ICELAND MAX PLANCK INSTITUTE FOR MARINE MICROBIOLOGY GERMANY MEDITERRANEAN SCIENCE COMMISSION HQ IN MONACO MicroB3 - continua NATIONAL ENVIRONMENT RESEARCH COUNCIL UK NATIONAL UNIVERSITY OF IRELAND CORK IRELAND PHARMAMAR S.A.U. (ZELTIA GROUP) SPAIN RIBOCON GMBH GERMANY SCHOOL OF BIOLOGICAL SCIENCES BANGOR UNIVERSITY UK TUBITAK MARMARA RESEARCH CENTER TURKEY UNIVERSITÉ CATHOLIQUE DE LOUVAIN BELGIUM UNIVERSITY BREMEN MARUM/FEU GERMANY UNIVERSITY OF GRONINGEN NETHERLANDS VRIJE UNIVERSITEIT BRUSSEL BELGIUM

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PERSEUS

AROST SA TUNISIA

Lo scopo generale di Perseus e' l'identificazione dei pattern di interazione tra le pressioni naturali e quelle antropogeniche sul mar Mediterraneo ed il mar Nero e la caratterizzazione del loro impatto sugli ecosistemi marini, utilizzando gli obiettivi ed i principi della Direttiva Quadro per una Strategia sull'Ambiente Marino (MSFD) come strumento di indirizzo, per disegnare un'efficace ed innovativa modalita' di 'goverance' basata su una base scientifica solida.

BLACK SEA NGO NETWORK BULGARIA BULGARIAN ACADEMY OF SCIENCES INSTITUTE OF OCEANOLOGY BULGARIA STICHTING DELTARES DELTARES NETHERLANDS STITUTO NAZIONALE DI OCEANOGRAFIA E DI GEOFISICA SPERIMENTALE ITALY THE CYPRUS RESEARCH AND EDUCATIONAL FOUNDATION CYPRUS UNIVERSITAT DE BARCELONA SPAIN UNIVERSITAT POLITECNICA DE CATALUNYA SPAIN UNIVERSITE DE LA MEDITERRANEE (AIX MARSEILLE II) FRANCE UNIVERSITE DE LIEGE BELGIUM UNIVERSITÉ PIERE ET MARIE CURIE PARIS FRANCE UNIVERSITY OF CYPRUS CYPRUS UNIVERSITY OF HAIFA ISRAEL UNIVERSITY OF MALTA MALTA UNIVERSITY OF PLYMOUTH UK UNIVERSITY OF THE AEGEAN GREECE UNIVERSITY PAUL SABATIER TOULOUSE III FRANCE UTRECHT UNIVERSITY NETHERLANDS VANE JAVAKHISHVILI TBILISI STATE UNIVERSITY GEORGIA A.O. KOVALEVSKIY INSTITUTE OF BIOLOGY OF SOUTHERN SEAS UKRAINE AGENZIA NAZIONALE PER LE NUOVE TECNOLOGIE L' ENERGIA E LO SVILUPPO ECONOMICO SOSTENIBILE ENEA ITALY BC3 BASQUE CENTRE FOR CLIMATE CHANGE SPAIN CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (CNRS) FRANCE

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PERSEUS - continua CENTRO EURO-MEDITERRANEO PER I CAMBIAMENTI CLIMATICI S.C.A.R.L. ITALY CLU SRL ITALY CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONE SCIENTIFICAS CSIC SPAIN CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE CNR ITALY CONSORZIO NAZIONALE INTERUNIVERSITARIO PER LE SCIENZE DEL MARE CONISMA ITALY COSNAV ENGINEERING S.R.L. ITALY ECOLOGIC INSTITUTE GEMEINNÜTZIGE GMBH GERMANY EIR SYMVOULOI ANAPTYXIS ETAIREIA PERIORISMENIS EFTHYNIS (EIR- DEVELOPMENT PARTNERS LTD) GREECE HELLENIC CENTER FOR MARINE RESEARCH (HCMR) GREECE INSTITUT FRANCAIS DE RECHERCHE POUR L' EXPLOITATION DE LA MER IFREMER FRANCE INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE HALIEUTIQUE MOROCCO INSTITUTE OF OCEANOGRAPHY AND FISHERIES CROATIA INSTITUTO ESPANOL DE OCEANOGRFIA SPAIN INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETAREDEZVOLTARE MARINA GRIGORE ANTIPA ROMANIA INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETAREDEZVOLTARE PENTRU GEOLOGIE SI GEOECOLOGIE MARINA-GEOECOMAR ROMANIA ISRAEL OCEANOGRAPHIC & LIMNOLOGICAL RESEARCH LTD ISRAEL ISTANBUL UNIVERSITY (FACULTY OF FISHERIES) TURKEY JRC - JOINT RESEARCH CENTRE EUROPEAN COMMISSION ITALY LABORATORY OF MARINE ECOLOGY - INSTITUTE OF BIODIVERSITY AND ECOSYSTEM RESEARCH BULGARIA MARINE HYDROPHYSICAL INSTITUTE - UKRAINIAN NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES UKRAINE

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SZN – PIANO TRIENNALE 2013-2015 MIDDLE EAST TECHNICAL UNIVERSITY TURKEY PERSEUS – continua NACIONALNI INSTITUT ZA BIOLOGIJO SLOVENIA NATIONAL AND KAPODISTRIAN UNIVERSITY OF ATHENS GREECE NATIONAL INSTITUTE OF OCEANOGRAPHY AND FISHERIES EGYPT ODESSA NATIONAL I.I. MECHNIKOV UNIVERSITY UKRAINE P.P.SHIRSHOV INSTITUTE OF OCEANOLOGY OF RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES RUSSIA PANEPISTIMIO KRITIS (UNIVERSITY OF CRETE) GREECE PLAN BLEU POUR L' ENVIRONNEMENT ET LE DEVELOPPEMENT EN MEDITERRANEE FRANCE PLYMOUTH MARINE LABORATORY UK SOFIISKI UNIVERSITET SVETI KLIMENT OHRIDSKI DMG-SU BULGARIA

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PhamaSea

ADVANCED CHEMISTRY DEVELOPMENT UK

PharmaSea saggerà microorganismi appartenenti ad un'ampia gamma genetica, incluso ceppi microbici marini di proprietà dei partner e nuovi ceppi raccolti da ambienti estremi (profondi, habitat glaciali e termofili) per la produzione di nuovi prodotti con caratteristiche adeguate per lo sviluppo da parte dei partner delle PMI in tre settori di mercato accessibili: la salute (infezione, infiammazione, malattie del sistema nervoso centrale), la cura personale e la nutrizione. L'obiettivo generale di PharmaSea è quello di produrre a grande scala due composti e passare alla loro valutazione pre-clinica.

AQUAPHARM BIODISCOVERY LIMITED UK ASOCIACION INSTITUTO NACIONAL DE BIODIVERSIDAD COSTA RICA BIOBRIDGE LIMITED UK BIOCOM GERMANY C-LECTA GMBH GERMANY CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE CNR ITALY DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET DENMARK DEEP TEK LIMITED UK ECOAST RESEARCH CENTRE OSTEND BVBA BELGIUM FUNDACION CENTRO DE EXCELENCIA EN INVESTIGACION DE MEDICAMENTOS INNOVADORES EN ANDALUIA SPAIN INSTITUTE OF MICROBIOLOGY CHINESE ACADEMY OF SCIENCES CHINA INSTITUTO DE DINAMICA CELULAR Y BIOTECNOLOGIA CHILE KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN BELGIUM THE ROYAL SOCIETY OF CHEMISTRY UK THE UNIVERSITY COURT OF THE UNIVERSITY OF ABERDEEN UK UNION INTERNATIONALE POUR LA CONSERVATION DE LA NATURE ET DE SES RESOURCES SWITZERLAND UNIVERSIDADE DE SANTIAGO DE COMPOSTELA SPAIN UNIVERSITETET I TROMSOE NORWAY UNIVERSITY COLLEGE CORK NATIONAL UNIVERSITY OF IRELAND CORK IRELAND

UNIVERSITY OF WAIKATO NEW ZEALAND

UNIVERSITY OF WESTERN CAPE SOUTH AFRICA

WUHAN UNIVERSITY CHINA Pagina 8 di 9

8 Allegato 2 al PTA 2013-2015


Characterization of light-dependant rhythmic processes in the marine environment

MAX F. PERUTZ LAB., UNIVERSITY OF VIENNA AUSTRIA

I ritmi biologici regolati dalla luce permettono agli organismi marini di ottimizzare la loro sopravvivenza. Si studieranno i ritmi controllati dalla luce in tre specie marine - ricci di mare, anellidi e diatomee.

UMR 7238 CNRS - UNIVERSITE PIERRE ET MARIE CURIE, PARIS FRANCE

OSAKA UNIVERSITY JAPAN

UNIVERSITY COLLEGE LONDON UK

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SZN – Piano Triennale 2013-2015

Allegato 3 Infrastruttura di ricerca European Marine Biological Resource Centre (EMBRC) Ampiezza e qualità della comunità scientifica, potenzialità di aggregazione/strutturazione di nuove comunità La missione di EMBRC è quella di favorire l’accesso a ecosistemi ed organismi marini e ai dati che li riguardano (ad es. le serie storiche a lungo termine, LTER) facilitando così la loro fruizione da parte della comunità scientifica at large. La realizzazione di questa infrastruttura avrà ricadute positive di medio e lungo termine sul sistema socio-economico regionale, nazionale e sovranazionale consentendo i. l’acquisizione di conoscenze sulla complessità del sistema biologico marino, ii. dei meccanismi biologici che li governano, iii. delle scale e degli approcci per la loro conservazione ed utilizzazione sostenibile. Tali studi consentiranno di acquisire conoscenze, ad esempio, di nuove molecole, geni e/o funzioni ed attività metaboliche che possono essere considerate modello per lo sviluppo di nuovi processi e/o farmaci. EMBRC, si pone inoltre l’obbiettivo di offrire formazione teorica e pratica alle nuove generazioni di ricercatori, predisporre la logistica per esperimenti ex-situ incluso l’accesso a moderne apparecchiature per lo studio dei fenomeni biologici, lo sviluppo di nuovi prototipi (con importanti ricadute tecnologiche e possibili nuovi brevetti), l’assistenza per il trasferimento di conoscenze e tecnologie, e la logistica per favorire l'ospitalità dei ricercatori coinvolti. Lo studio della biologia degli organismi e sistemi marini ha grandi potenzialità di ricerca interdisciplinare, che si realizza attraverso il sostegno della collaborazione attiva tra ricercatori, anche di altri settori scientifico-disciplinari, e dello sviluppo e innovazione tecnologica. Attualmente sono coinvolti nel progetto 13 istituti distribuiti in nove paesi della Comunità Europea: 1. Stazione Zoologica Anton Dohrn (coordinatore), Napoli (Italia) 2. The Sven Lovén Centre for Marine Sciences - University of Gothenburg (Svezia) 3. Centre National de la Recherche Scientifique e Université Piere et Marie Curie, Paris (Francia): a. Station Biologique de Roscoff (Francia) b. Observatoire Océanologique Banyuls sur mer (Francia) c. Observatoire Océanologique Villefranche sur mer (Francia) 4. Scottish Association for Marine Science (SAMS), Oban (Regno Unito) 5. Scottish Oceans Institute (SOI) - University of St. Andrews (Scozia) 6. The Marine Biological Association of the UK, Plymouth (Regno Unito) 7. Centro de Ciencias do Mar do Algarve (CCMAR), Faro (Portogallo) 8. Alfred-Wegener-Institut für Polar und Meeresforschung (AWI), Bremerhaven (Germania) 9. Hellenic Center For Marine Research (HCMR), Crete (Grecia) 10. SARS – International Centre for Marine Molecular Biology Bergen (Norvegia) 11. European Molecular Biology Laboratory (EMBL), Heidelberg (Germania) I dodici partner di EMBRC sopra elencati rappresentano le più importanti strutture di ricerca attive in studi di biologia marina a livello europeo. La partecipazione dell'EMBL, testimonia quanto gli organismi marini rappresentino ‘modello’ di interesse per la comunità scientifica in generale. Alcuni numeri. EMBRC costituisce un grosso potenziale di ricerca; si tratta di oltre 500 ricercatori con un indotto stimato in circa 1000 studenti di dottorato e post-doc. Tale massa critica rappresenta un notevole sforzo di ricerca con oltre 2500 pubblicazioni scientifiche (peer review papers, fonte ISI Web of Science). Si tratta in media di circa 3 articoli scientifici per ricercatore per anno (range 0.5 – 5), con la SZN che si posiziona nel quartile superiore (3.5 pubblicazioni per ricercatore, ultimo triennio) a conferma del grado di eccellenza della rappresentanza nazionale in rapporto a quella europea.



Oltre ai partner suddetti, per quanto riguarda il fronte internazionale, hanno fatto richiesta di adesione ad EMBRC i seguenti Enti appartenenti a Belgio, Danimarca, Paesi Bassi, Spagna, Finlandia, Irlanda, Israele, Lituania, Polonia, Russia, Turchia. L’estensione a questi partner porterebbe EMBRC a rappresentare 20 paesi (di cui 18 dell’Europa continentale). E’ da sottolineare che se la dimensione in termini di risorse umane e geografiche appena menzionata rappresenta gran parte dell’eccellenza europea attivamente coinvolta nella fase di costruzione della Infrastruttura, il potenziale allargamento a nuovi partner è garanzia di successo per la fase di sfruttamento della IR sia a livello nazionale che continentale. Anche la realtà nazionale presenta un panorama piuttosto ricco e diversificato, che spesso copre campi di ricerca complementari e solo in parte sovrapposti a quello proposto da EMBRC. Come schematizzato in precedenza, l'idea portante di EMBRC è la possibilità di analizzare meccanismi biologici di base in organismi che, evoluti in un ambiente significativamente diverso da quello terrestre, hanno presumibilmente adottato, se pure solo in parte, soluzioni adattive diverse da quelle degli organismi terrestri. EMBRC vuole creare l'opportunità di rivelare meccanismi biologici nuovi con ovvie potenzialità per sviluppi biotecnolgici e di gestione dell'ambiente marino. Al tempo stesso EMBRC cerca di far tesoro della grossa spinta, e delle maturate condizioni, per un approccio integrativi della ricerca, di cui la Systems Biology è uno degli esempi più significativi. In questo quadro la rete italiana della ricerca collegabile all'IR va schematicamente suddivisa in due livelli. Il primo livello comprende Istituti o Dipartimenti Universitari attivi nella ricerca biologica marina (numerosi gruppi all'interno dello IAMC-CNR, dell'ISMAR-CNR, e dell'IOF-OGS, una parte rilevante dei componenti del CoNISMa, un gruppo dell'INGV e alcuni ricercatori dell'ISPRA). Una grossa sovrapposizione esiste anche con istituti che svolgono ricerca su organismi acquatici come l'Istituto Italiano di Idrobiologia, l'IRSA-CNR e l'ISE-CNR. Si può stimare in 200-300 il numero dei ricercatori direttamente interessati alle potenzialità di questa IR. Il secondo livello comprende una comunità molto più vasta che svolge attività di ricerca in campi complementari quali la dinamica del clima e dell'ambiente marino per la cui ricostruzione è essenziale chiarire il ruolo della componente biotica marina (CMCC, INGV, ENEA, ISAC-CNR, CINFAI, di nuovo CoNISMa, IOF-OGS, ICTP, JRC, ISPRA), o la vastissima comunità che svolge ricerca in farmacologia e bio-medicina sia nelle Università che negli Enti di ricerca, segnatamente il CNR e lISS. A queste vanno aggiunte società private multinazionali con sede in Italia con cui esistono relazioni gia' attive nell'ambito di progetti PON (PON01_00117, PON01_01426, PON01_02093, PON01_02782, PONa3_00025, PONa3_00239). Una stima in difetto della consistenza di questa comunità è di almeno un migliaio di unità. Attrattività nei confronti della localizzazione in Italia L’ospitalità offerta a ricercatori esterni ed a studenti, è stata da sempre un’attività fondamentale delle stazioni marine e la SZN ed i partner EMBRC hanno una consolidata esperienza in tal senso. La SZN ha una lunga e consolidata tradizione. Essa è stata il primo istituto ad implementare un'intensa attività di scambio tra ricercatori ('Tavoli' di Anton Dohrn); altre istituzioni coinvolte nella ‘ricerca marina’ nel mondo hanno seguito tale modello. Il progetto ASSEMBLE, finanziato nell'ambito del VII P.Q. e condotto in Europa da sette dei partner costituenti il gruppo principale di EMBRC, è la dimostrazione di tale tipologia di organizzazione, e conferma il suo successo dalla ampia richiesta di utilizzo delle strutture proveniente da tutta Europa. Ancora una volta numeri. Fino ad oggi ASSEMBLE ha permesso a oltre 70 ricercatori di frequentare la SZN per un totale di oltre 1000 giornate di accesso; una quota che rappresenta circa un ottavo del totale di giornate di accesso dei ricercatori (8200). Un potenziale limitato e ridotto a soli due-tre mesi anno e quindi estremamente



interessante come modello di valutazione dell’impatto dell’accesso da parte della comunità scientifica a una infrastruttura come quella in corso di realizzazione. Allo stato attuale lo studio di fattibilità dell'infrastruttura EMBRC prevede, per la sua stessa natura, un modello a rete. La Stazione Zoologica, oltre a rappresentare un nodo di tale rete, si candida ad ospitare il sito centrale di coordinamento Europeo. Rispetto agli altri Istituti di ricerca coinvolti, dal punto di vista logistico e considerata la sua posizione geografica - in prossimità di un aeroporto internazionale, con connessioni dirette alle maggiori città Europee, e dei principali snodi ferroviari con connessioni ad alta velocità con il resto di Italia e d’Europa - la Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli è il luogo ideale per l’ufficio centrale di EMBRC. Napoli è storicamente e tradizionalmente predisposta al turismo, alla ricettività ed era una delle mete ambite del Grand Tour. Vale la pena di ricordare che al fondatore della Stazione Zoologica, Anton Dohrn, fu imposta Napoli come sede della ‘Stazione’ dai suoi finanziatori, per la sua posizione e la facile raggiungibilità ed interesse anche per i viisitatori (scientifici) provenienti dai più lontani paesi del Nord Europa. Il ruolo di coordinamento, inoltre, può essere facilmente riconosciuto alla SZN anche in funzione del ruolo "storico" che ha rivestito e riveste nello specifico settore scientifico-disciplinare; ruolo storico che la SZN ha continuato a mantenere in questi anni sostenendo forti legami ed interazioni scientifiche di eccellenza con le principali strutture di ricerca operanti nel campo della Biologia Marina. La Stazione Zoologica ha partecipato a tutte le attività di programmazione ed ideazione di EMBRC, ispirando e coordinando i partner fin dai primi passi della negoziazione con la Commissione Europea e coordinando i tavoli di lavoro con gli altri partner. Infine, rispetto alla maggioranza dei partner, il ruolo di Ente Pubblico di Ricerca direttamente vigilato dal Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca, garantisce quella rappresentatività del Paese che si ravvede importante e strategica. La formalizzazione della proposta di coordinamento della SZN della infrastruttura EMBRC deve ancora essere definita. Ad oggi esistono altre manifestazioni di interesse da parte del partner francese, anche se il ruolo di coordinamento della SZN viene riconosciuto da tutti i partner. E’ altamente probabile che la candidatura avverrà nell’ambito Assemblea Generale dei Partner del Progetto EMBRC che si terrà a Napoli presso la Stazione Zoologica Anton Dohrn (11-12 Settembre 2012). Fino ad oggi tutte le fasi sono state gestite della SZN in quanto coordinatore del Progetto e della Fase Preparatoria del Progetto EMBRC (finanziato nell’ambito del FP7) e quindi di questa IR. Un supporto formale e sostanziale da parte del Ministero a individuare la partnership italiana (SZN) come coordinatore di EMBRC è necessaria e ne favorirebbe la candidatura a livello europeo. Effettivo accesso a mercati internazionali L’investimento nella ricerca marina e nelle infrastrutture di ricerca Europee di punta, per condurre una ricerca competitiva sugli organismi marini, può potenzialmente apportare un progresso scientifico e tecnologico in un vasto spettro di campi di applicazione: allevamento di organismi marini per utilizzo in biotecnologia, acquacoltura e industria; produzione di prodotti alimentari provenienti dal mare; produzione di biocarburanti; scoperta di nuovi farmaci derivati da organismi marini e sviluppo di nuovi strumenti ed approcci per la salute umana. Inoltre, ciò porterà lo sviluppo di applicazioni di biotecnologia marina per la protezione e le gestione dell'ecosistema marino. La tipologia delle applicazioni sopra descritte, consentirà di sviluppare diversi approcci per l'accesso a mercati nazionali ed internazionali. Per quanto riguarda il settore della protezione e gestione dell’ecosistema marino piuttosto che quello dell’allevamento degli organismi marini dell’acquacultura e dell’industria vi sonio ampie



possibilità dei soddisfazione della domanda interna e non essendo presenti posizioni dominanti da parte di industrie straniere in alcuni casi sarà possibile accedere al mercato internazionale. Per quanto attiene il settore relativo ad i farmaci e ai nuovi approcci per la salute umana, l'attuale struttura industriale di settore presente nel Paese, potrà solo in alcuni casi arrivare a sostenere il lancio del prodotto a livello internazionale ma potrà beneficiare ampiamente di accordi di sfruttamento di licenze e brevetti internazionale. A scopo esemplificativo e non esaustivo vengono di seguito indicate in tabella le aree di ricerca nell’ambito della biologia degli organismi marini connesse a priorità ed obbiettivi di sviluppo industriale.



Aree di ricerca Priorità ed obiettivi

Alimentare -Sviluppare tecnologie innovative basate sulle “omiche” e sulla systems biology per la selezione di specie per l acquacoltura;

Sviluppo di fonti alimentari di origine marina con elevate proprietà nutrizionali per la salute dell’uomo.

-Sviluppare applicazioni biotecnologiche e metodologie per rendere più sostenibile l’acquacoltura, comprese misure per la tutela dell’ambiente, per una produzione sostenibile di mangimi e per la creazione di sistemi di ricircolo a zero emissioni;

-Integrazione di nuovi ingredienti nei mangimi, a basso impatto ambientale, per migliorare la qualità del prodotto.

Energia -Produrre un catalogo di microalghe per la selezione dei ceppi con le caratteristiche più appropriate alla produzione di biocarburanti;

Sviluppo di processi per la produzione di energie rinnovabili attraverso l’uso di alghe marine di alghe

-Migliorare la conoscenza delle funzioni biologiche di base delle microalghe marine, del loro metabolismo e dei metodi di coltura per migliorare l'efficienza fotosintetica,aumentare la produzione dei lipidi e ottenere microalghe con caratteristiche ottimali per la coltivazione di massa, la produzione di biocarburanti e la bioraffineria;

-Sviluppare metodiche efficienti per la raccolta, la separazione e la purificazione di micro e macro-alghe.

Salute

-Focalizzare l’attenzione della ricerca di base (Tassonomia, sistematica, filogenesi, genetica ed ecologia) delle specie marine e degli organismi adattati ad ambienti inusuali ed estremi per aumentare la probabilità di isolare nuove molecole bioattive;

Sviluppo di nuovi farmaci e trattamenti per la salute dell’uomo

-Migliorare gli aspetti tecnici dei processi di BioDiscovery, tra cui le metodiche di separazione dei composti bioattivi, i bio-test in grado di analizzare materiale da fonti marine, le strategie ed i metodi di dereplication e lo sviluppo di software dedicato;

-Superare i problemi di approvvigionamento per fornire una fonte sostenibile di nuovi prodotti farmaceutici e sanitari grazie ai progressi scientifici nel campo dell'acquacoltura, della colture microbiche e di tessuti, della sintesi chimica e della ingegneria biosintetica.

Ambiente

-Sviluppare biosensori ad alte prestazioni pr il monitoraggio ambientale marino in situ per la determinazione della qualità delle acque, la identificazione ed il monitoraggio di fioriture di alghe marine;

Sviluppo di approcci biotecnologici, applicazioni e processi per affrontare problemi fondamentali dell’ambiente

-Sviluppare tecnologie antivegetative combinando studi di prodotti antivegetativi e studi di ingegneria delle superfici;

-Consolidare le conoscenze sulle tecnologie molecolari per l’identificazione a livello di specie e di popolazione e per lo sviluppo di strumenti commerciali e piattaforme di analisi

Prodotti e processi industriali -Sviluppare tecnologie per lo screening ad alta produttività di enzimi e per l’espressione di proteine di origine marine;

Sviluppo di molecole di origine marina utilizzabili dall’industria inclusi enzimi, biopolimeri e biomateriali

-Produrre biopolimeri di origine marina quali nuovi prodotti commerciali nel campo della alimentazione, della cosmetica e della salute.

Adattato da Marine Biotech Position Paper 2010



Possibilità negoziali come sistema paese (accordi/scambi con localizzazioni in Italia) Attualmente EMBRC si caratterizza come una Infrastruttura di Ricerca in rete distribuita. Come già specificato al punto 1b, la SZN propone che l’Italia possa candidarsi ad ospitare oltre al nodo nazionale, la sede di coordinamento di EMBRC. In termini di funzionamento di infrastruttura è attualmente previsto un “subsidiarity model” che permette agli Stati membri di tenere sotto controllo le loro risorse nazionali, beneficiando di fondi EU. Il valore aggiunto di tale organizzazione Europea di Stazioni Marine è che i nostri Stati membri possono ottimizzare le loro risorse nazionali, cambiando la scala e quindi aumentando la visibilità e l’efficienza dell’utilizzo delle loro strutture di ricerca e formazione, aprendole a una più vasta comunità di utenti finali provenienti da tutta Europa, inclusi coloro che non provengono dalle tradizionali scienze biologiche marine. Aumento di competitività e innovazione per le imprese L’aumento di competitività ed innovazione delle imprese nei prossimi anni deriverà principalmente dalla ricerca sugli organismi marini. Le biotecnologie marine trovano infatti ampia applicazione nel settore industriale nello sviluppo di nuovi materiali e nell’innovazione dei processi produttivi in diversi campi quali ad esempio la produzione di biofuel, biomateriali, biosensori, prodotti per la cosmetica oltre che in campo alimentare, ambientale (bioremediation) farmaceutico e medico. Per un quadro di dettaglio si può far riferimento oltre a quanto descritto al punto 2c al documento “the Marine Biotechnology: A New Vision and Strategy for Europe” predisposto nel Settembre del 2010 dal Marine Board e dal European Science Foundation, a cui la Stazione Zoologica ha partecipato direttamente. Migliorando l’accesso alla biodiversità marina e alle specie marine 'modello' EMBRC promuoverà la ricerca di nuove fonti di materiali, prodotti chimici, sequenze metaboliche e risposte di difesa che si tradurranno in progressi nel campo biomedico, applicazioni industriali e nuovi prodotti nel contesto della “blue biotechnological revolution. Nel 2009 in Italia sono state mappate 319 imprese attive nel settore delle biotecnologie. La maggior parte delle aziende pure biotech (56%, 179 imprese) opera nel settore delle biotecnologie applicate al settore sanità/farmaceutico (red biotech), la parte restante lavora su tecnologie di genomica, proteomica e tecnologie abilitanti (18%, 58 imprese), sul green biotech (13%, 42 imprese) e il di white biotech (7%, 21 imprese). La parte residua (6%, 19 imprese) non ha un focus specifico ma ricadono in più settori. Le biotecnologie molecolari e genetiche su organismi marini consentiranno di selezionare molecole e organismi in grado di sintetizzare sostanze biologiche in sostituzione di quelle chimiche, con notevoli benefici per quanto riguarda la compatibilità ambientale dei prodotti finali. Ad esempio la produzione di bioplastiche trarrà enorme vantaggio dalla ricerca biotecnologica che nei prossimi anni metterà disposizione nuovi polimeri biologici e inovativi processi di produzione biologica. Un’ indagine condotta negli Stati Uniti nel periodo 2004-2007 indica che le spese in R&S per la produzione di bioplastiche è aumentata del 70% mentre i ricercatori del settore sono aumentati del 30%. L’uso di biosensori consentirà di sostituire le metodiche tradizionali nell’esecuzione di analisi chimiche, garantendo risparmi di costi e un ampio ambito applicativo (dal monitoraggio del bioterrorismo alla tutela della biodiversità). Attraverso l’ingegneria genetica sarà possibile, inoltre, selezionare microorganismi geneticamente modificati da utilizzare per attività di “bioremediation”. Il contributo delle biotecnologie marine al fatturato delle aziende farmaceutiche sarà sempre maggiore nel corso dei prossimi anni. Nel 2008 i prodotti farmaceutici a base biotecnologica contribuivano a realizzare un fatturato pari a 108 miliardi di dollari circa, valore che si prevede aumenterà a 169 miliardi di dollari nel 2014. Ancor più forte sarà l’impatto se si considerano i 100 più importanti farmaci per i quali il contributo delle biotecnologie nello sviluppo del farmaco al 2014 salirà al 50%. Nei paesi industrializzati, il cancro rappresenta



una delle patologie a più alta incidenza e mortalità. Secondo i dati dell’Organizzazione Mondiale della Sanità il numero di nuovi casi di cancro, stimabile attualmente in oltre 10 milioni l’anno, potrebbe aumentare del 50% ed arrivare a 15 milioni nel 2020 trainando il mercato globale dei farmaci antitumorali oltre i 100 miliardi di dollari nel 2013 Tra le pipeline di farmaci biotecnologici anticancro in sviluppo, un promettente approccio è di utilizzare elementi naturali marini da cui estrarre molecole anticancro. Una lista delle pipeline di farmaci antitumorali in sviluppo provenienti da elementi antitumorali marini più interessanti per i risultati attesi è riportata nella tabella seguente:

L’utilizzo delle biotecnologie nella produzione di energia (biocarburanti) avrà un ruolo fondamentale considerato il continuo incremento del fabbisogno energetico, spinto da una popolazione mondiale in continua crescita, contribuendo peraltro alla riduzione dell’inquinamento dovuto a gas serra. I biocarburanti forniscono attualmente il 2% del carburante utilizzato nei trasporti, tale valore si prevede che salirà al 7% nel 2020. Negli anni scorsi sono stati fatti consistenti investimenti nella produzione di biofuel. Nonostante la crisi economica, nel 2009 gli Stati Uniti hanno investito 2 miliardi di dollari nella produzione di biocarburanti. Nello stesso periodo, in Brasile gli investimenti sono stati di 3,5 miliardi di dollari. Tra le possibili alternative per la produzione di biofuel un forte interesse è rivolto verso le biomasse generate da microalghe. Infatti, è indubbio che l’efficienza di conversione dell’energia solare in biomassa-microalgale è molto maggiore di quella ottenibile con le colture tradizionali: da un ettaro di girasole o di colza si possono produrre 700-1000 kg di olio per anno, mentre le colture algali, se realizzate in adeguati impianti a reattori chiusi o “fotobioreattori”, possono superare, nelle nostre regioni, le 20 tonnellate di olio per ettaro e per anno. Inoltre, Le colture algali non competono con le colture agrarie per terreni fertili, non richiedono pesticidi e si possono realizzare su acqua di mare o su acque reflue da dove, in sinergia con i batteri associati, le microalghe prelevano i nutrienti che riciclano in biomassa dalla quale è poi possibile ottenere mangimi proteici o fertilizzanti oltre che biocombustibili. Le colture algali, inoltre, consumano grandi quantità di CO2 (fino a due chilogrammi di CO2 per



ogni chilogrammo di biomassa algale prodotta) ed è possibile pertanto utilizzarle per abbattere le emissioni di fumi di combustione delle centrali termoelettriche, progettando appositi sistemi che abbinano la produzione di energia con la biomassa. Il dipartimento della difesa statunitense ha finanziato un progetto per la produzione di biocarburante per aeri militari da alghe. La Shell ha avviato un progetto pilota con un’azienda hawaiana per la costruzione di un dimostratore per produrre alghe su larga scala e la conversione in biodisel. La British Petroleum ha siglato un accordo del valore di 500 milioni di dollari con l’Università della California e l’Università dell’Illinois per la costituzione di un centro di ricerca per lo studio delle scienze a fini energetici. La ExxonMobil ha realizzato un investimento di 600 milioni di dollari per produrre biocarburante da alghe. Effetto di attrazione dei migliori ricercatori EMBRC promuoverà un modello “open access”. La realizzazione degli “access programs” proposti dagli utenti finali, sarà basata sul solo merito e sulla validità scientifica. Ciò attrarrà i migliori e più competitivi scienziati a livello internazionale. Tale modello è attualmente già sperimentato con successo nell'ambito del programma ASSEMBLE finanziato dalla Comunità Europea nell’ambito del VII Programma Quadro e che a tutt’oggi ha consentito l’accesso a circa 1000 giorni/uono alla sola Stazione Zoologica per una durata temporale netta di circa 50 settimane. Per la Stazione Zoologica il vantaggio si concretizzerà in un aumento di sinergie e collaborazioni interdisciplinari tra lo staff interno e gli utenti finali esterni, una maggiore partecipazione ai network internazionali, grazie allo scambio di conoscenze ed esperienze tra i partner di EMBRC. Il collegamento tra l'Infrastruttura di Ricerca proposta e il settore produttivo, alimenterà inoltre l’interazione di giovani ricercatori e studenti con l’industria, favorendo la loro mobilità verso quest'ultima. Valorizzazione di precedenti investimenti La SZN riveste il ruolo di proponente di EMBRC e in tal modo sta contribuendo al disegno di tale infrastruttura orientandola verso attività che rappresentano il suo "core business" attuale. Il costo totale di riferimento della IR nelle fasi di costruzione e funzionamento è riassunto di seguito:

o Costo di costruzione stimato 100ME o Costo annuo di funzionamento per tutta la IR 60ME

Per la creazione del polo Italiano (SZN) è prevista una spesa pari a circa dieci milioni di euro come di seguito riassunto:

o Ristrutturazione ed adeguamento edilizio laboratori 4.45ME o Attrezzature ed impianti per allevamento organismi 1.00ME o Attrezzature scientifiche 1.90ME o Imbarcazioni 2.50ME

Come precedentemente descritto il contributo in-kind relativo alla fase di costruzione dell’Infrastruttura e stimabile in 3.350.000,00 euro Il costo annuo di funzionamento del polo Italiano (SZN) dell’infrastruttura EMBRC è invece stimato in circa sei milioni di euro, di cui:

o Costi per manutenzione strumentazioni 0.3ME



o Costi per aggiornamento strumentazioni 0.5ME o Costi per manutenzione ordinaria e straordinaria immobili 0.5ME o Gestione e manutenzione imbarcazioni 0.4ME o Costo personale 0.8ME o Costi di accesso (internazionale) 1.2ME o Costi connessi alla struttura di coordinamento 0.7ME o Costi di funzionamento interno e accesso comunità nazionale 1.2ME

Per quanto riguarda i costi di funzionamento è stimabile un contributo in–kind stimabile in 2.3ME valutato sulla base dell’assegnazione alla Stazione Zoologica dal FOE per l’annualità 2011.

Cronoprogramma investimenti per la fase di costruzione

Anni 2013 2014 2015 1.5ME 2.6 ME 2.6 ME

Non è possibile, senza aver definito le modalità ed il grado di coinvolgimento degli altri Enti quantificare le risorse necessarie per la loro partecipazione, per cui le stime sopra riportate si riferiscono alla sola SZN. Da notare che l'IR, per le sue caratteristiche non richiede costi di smantellamento. Coinvolgimento di più Enti (vigilati MIUR) Nella sua attuale composizione l'IR comprende 13 partner di cui uno italiano. La proposta dell'IR EMBRC e' una proposta coordinata dall'Italia e quindi crea le basi per l'opportunità di un ruolo dirigente dell'Italia. Questo si basa anche sul fatto che la proposta EMBRC di fatto ripropone il modello su cui è stata fondata la SZN, aspetto che viene tutt'ora riconosciuto a livello internazionale. La SZN copre già un ruolo di assoluto rilievo nel contesto internazionale (v. sopra) ed in alcuni casi svolge un ruolo di riferimento nel contesto almeno europeo. Ancora più significativo è il fatto che la SZN, tra tutti gli altri partner, tra cui molte stazioni di biologia marina create seguendo il suo modello, ha più di tutti conservata al suo interno una forte interdisciplinarietà. Questo offre un'enorme potenzialita' che la creazione dell'IR potrebbe valorizzare fortemente, rimettendo la SZN in un ruolo di primissimo piano nel panorama mondiale. Considerando il possibile ruolo di coordinatore della SZN la partecipazione italiana dovrebbe essere tra il 9 ed 10%, ed equivale alle stime riportate nelle sezioni precedenti. Nel caso della partecipazione diretta o in forma di associazione di altri laboratori/istituti italiani le risorse da investire sarebbero proporzionalemnte maggiori in relazione all'impegno ed al ruolo del partecipante aggiuntivo. Si presume che, in ogni caso, una percentuale del 10% garantirebbe, a meno di defezioni significative nella fase di creazione dell'IR, il mantenimento del ruolo di coordinamento del polo italiano. Va detto altresì che il tipo di infrastruttura proposta si basa sull'integrazione di più approcci e dotazioni strumentali nessuna delle quali, in se', prefigura un mercato con ricadute economiche aggiuntive. Inoltre parte delle dotazioni strumentali non sono di produzione italiana e non e' prevedibile che lo diventino in un futuro prossimo.



Numerosi Enti sono potenzialmente interessati all'utilizzo dell'IR e/o alla partecipazione diretta in varie forme. Alcuni laboratori degli Istituti del Mare del CNR che svolgono attivita' di ricerca in biologia ed ecologia marina (ad es. ISMAR, IAMC, IB, etc.) possono essere interessati ad integrare metodi di indagine molecolare. Uguali interessi sono presenti nella sezione di Biologia Marina dell'IOF-OGS. Al tempo stesso l'IAMC puo' proporsi come membro, anche solo associato, potendo contribuire con le sue competenze in geochimica marina e la sua disponibilità di infrastrutture per accesso ad ecosistemi e mesocosmi. Queste possibili interazioni vanno ulteriormente verificate e formalizzate.


SZN – Piano Triennale 2013-2015 Allegato 4 - Dotazione strumentale Automezzi In merito agli automezzi vengono descritti quelli attualmente in disponibilità della SZN specificando la tipologia e la finalità. E' opportuno sottolineare che la SZN non dispone di autovetture di servizio e rappresentanza così come comunicato alla presidenza del Consiglio dei Ministri - Dipartimento della Funzione Pubblica. Automezzi Marca e modello Anno di acquisto Descrizione sintetica Descrizione finalità LocalizzazioneMitsubishi L200 2002 Autocarro Supporto alle attività subacquee/marine Napoli -SedeFIAT Ducato 2009 Autocarro Supporto al Turtle point Napoli- Bagnoli- Turtle pointWolkswagen Crafter 35 2008 Autocarro Supporto alle attività subacque/marine Napoli -Sede Natanti Per quanto riguarda i natanti la SZN ha attualmente in disponibilità tre imbarcazioni di seguito descritte: Denominazione Anno di costruzione Lunghezza

ft (m)Stazza lorda (ton)

Motorizzazione Strumentazione

Battello Oceanografico Vettoria

1996 19.8 48 2 Iveco Aifo da 280 Hp GPS; Radar; Ecoscandaglio; Radio; Sonda Multiparametrica SBE 911Plus; Portale idraulico permessa a mare di strumentazione oceanografica e per campionamento delle comunitàplanctoniche e bentoniche; Verricello idraulico a doppio tamburo; 1500 m di cavomonoconduttore per campionatori automatici e sonde multiparametriche; Campionatoriautomatico Carousell SBE da 12 bottiglie da 5 litri; 600 metri di cavo di acciaio da 5 mm ;Laboratorio umido per filtrazioni e primo trattamento dei campioni per le analisi chimiche e biologiche

M/b Federico Raffaele 1954 9.8 Iveco Aifo 160 Hp GPS; Radio; Ecoscandaglio; Portale fisso; Verricello idraulico 300 m cavo di acciaio; Sondamultiparametrica SBE19Plus

M/B Phoenicia 1998 6;72 VM Motori-Cento 180 Hp GPS; Plotter; Pilota automatico; Radar; Ecoscandaglio; VHF; EPIRB Mc Murdo; verricelloidraulico con 300 mt di cavo in acciaio inox diametro 06 mm; Verricello elettrico pertonneggio di poppa; Zattera autogonfiabile; Archetto con bozzello port. Max 70kg;Attrezzature per immersioni con A.R.A.; ROV. e telecamera trainata; Sondemultiparametriche; benna VanVeen da 15 Kg

Attrezzature scientifiche Le attività di ricerca e di monitoraggio condotte dalla SZN richiedono l’utilizzo di risorse strumentali tecnologicamente avanzate per l’ottenimento e l’elaborazione dei dati e di specifiche infrastrutture per il mantenimento degli organismi utilizzati ai fini sperimentali o ad altri fini scientifici. La costante innovazione tecnologica e metodologica rende necessario, per garantire adeguata competitività su scala internazionale, l’aggiornamento e lo sviluppo delle infrastrutture dell’Ente. Data la significatività degli investimenti richiesti, sovente superiori alle capacità delle singole Aree e vista la sinergia tra le attività di ricerca condotte dai diversi laboratori dell’Ente, le principali strumentazioni di ricerca sono state centralizzate per ottimizzare l’uso delle risorse economiche ed umane disponibili. Le strumentazioni della SZN hanno spesso caratteristiche uniche nel contesto scientifico di riferimento e sono accessibili non solo ai ricercatori dell’Ente ma all’intera comunità scientifica internazionale, attraverso collaborazioni e scambi scientifici o attraverso il modello di infrastruttura e di accesso operato ormai in maniera consolidata nell’ambito, ad esempio, del progetto ASSEMBLE.


SZN – Piano Triennale 2013-2015 Qui di seguito sono elencate alcune strumentazioni di particolare rilevanza:

a) Fluorimetro a fluorescenza modulata per misure ecofisiologiche del fitoplancton marino.

b) Citometro a flusso e Coulter Counter c) Sistema a tre laser per l'acquisizione e la quantizzazione ad alta risoluzione di immagini

da segnali radioattivi e fluorescenti (Typhoon TRIO). d) Sistema robotico integrato, BFX-Carousel-ORCA-Beckman Coulter, per processi in High

Throughput Screening e dotato di termociclatore "Tetrad" a quattro postazioni indipendenti da 96 pozzetti (fluorescenza, UV e chemioluminescenza).

e) Sequenziatore automatico ad elettroforesi capillare, 3730 DNA Analyzer - Applied Biosystem, per analisi di sequenze di DNA, microsatelliti, SNPs.

f) Sistema per la Real Time PCR (384). g) Videocamere ad alta sensibilità, Pentamax cooled CCD - Princeton Instruments, con

analizzatore di immagini per analisi di flusso di molecole all'interno di una cellula. h) Scanner GenePix ad alta efficienza per determinazioni quantitative dei livelli di

fluorescenza in preparati biologici (ISH) e microarray. i) Ultracentrifughe, preparativa e analitica. j) Quattro set-up per esperimenti di biofisica e intra-cellulare e micro-manipolazione

ultrafine; tre set-up per studi di fisiologia delle cellule (extracellulare). k) Video camera ŒPhotron‚ ad alta velocità per analisi di movimento di organismi di

piccole dimensioni (anche microscopici). l) Profiler II della Satlantic Inc per acquisizione del profilo di luce multispettrale in acqua di

mare. m) Sistema Biolistico per Diatomee transgeniche. n) Due microscopi elettronici, uno a trasmissione ed uno a scansione di altissime

prestazioni. Un microscopio confocale e un microscopio a fluorescenza di ultima generazione e di elevata tecnologia incluse videocamere.

o) Sistema per l’analisi qualitativa/quantitativa di acidi nucleici mediante microfluidica su chip: Bioanalyzer 2100 della Agilent.



Allegato 5 - Attività di ricerca SZN che fanno parte di RITMARE Nei paragrafi seguenti vengono delineate in maggiore dettaglio le azioni che i gruppi di ricerca della SZN porteranno avanti nell’ambito di RITMARE.

SP2-WP1-AZ4 Sistemi innovativi a supporto dell’analisi e del monitoraggio degli stock ittici

Caratterizzazione genetica e dinamica di popolazione di Engraulis sp., Octopus vulgaris e Pseudonitzschia multistriata nel medio e basso Tirreno.

Parole chiave: stock ittici, dispersione, marcatori molecolari, tagging genetico, benthos, diversità genetica Personale strutturato SZN coinvolto: 7 unità Razionale e descrizione dell'attività La conoscenza della struttura genetica delle popolazioni di specie di diretto interesse commerciale e di quelle che rappresentano il loro cibo nei vari stadi dello sviluppo, è un’ informazione essenziale per inferire la distribuzione delle sottopopolazioni e la loro dinamica e per ottenere elementi per una corretta gestione degli stock. Lo scopo della presente sottoazione è quindi la caratterizzazione genetica di popolazioni di organismi di interesse commerciale su diverse scale spaziali e temporali attraverso l’utilizzo di marcatori molecolari. La definizione delle dinamiche di dispersione delle popolazioni sarà approfondita in rapporto alle dispersioni teoriche predette da modelli lagrangiani basati a loro volta su modelli di circolazione costiera. In particolare, lo studio è incentrato su un piccolo pelagico, l’alice (Engraulis encrasicholus) e sul mollusco cefalopode Octopus vulgaris. Si prevede anche di mettere in relazione le dinamiche di popolazione dell’alice con quelle di organismi fitoplanctonici che si collocano alla base della rete alimentare di cui quest’organismo fa parte. La conoscenza della relazione genetica fra le popolazioni di specie commerciali permetterà di approfondire la conoscenza sul loro ciclo vitale e di distinguere singole popolazioni che caratterizzano diverse zone di pesca. Obiettivi 1. Correlazione tra pattern di dispersione fisica e struttura genetica delle popolazioni delle specie bersaglio e del loro cibo potenziale; 2. Messa a punto di un tagging genetico per il pescato delle singole marinerie per permettere la caratterizzazione della risorsa quando disponibile sul mercato. Questo al fine di individuare eventuali stock con peculiarità di tipo organolettico differente e di garantire la possibilità di scelta del consumatore.

Prodotti 1.1 Messa a punto marcatori molecolari per la genetica di popolazione delle specie in esame 1.2 Individuazione della dinamica di popolazione su scale spaziali e temporali 2.1 Selezione di regioni geniche caratterizzanti differenti varietà di alice 2.2 Messa a punto di un protocollo operativo per il tagging genetico delle varietà di alice Collaborazioni: 4 unità di ricerca appartenenti ad altri enti italiani e una UK

SP2-WP2-A1 Modellazione di habitat e connettività

Studio della connettività di popolazioni di piccoli pelagici da modellistica Lagrangiana Parole chiave: Ittiolarve, Dispersione, Modellistica lagrangiana, Connettività, Accoppiamento fisica-biologia Personale strutturato SZN coinvolto: 4 unità

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Razionale e descrizione dell'attività Organismi marini che hanno nel loro ciclo vitale una fase ictioplanctonica, come è il caso di molte specie di interesse commerciale o del loro cibo, subiscono in una certa misura l'effetto di processi avvettivi e di mescolamento che hanno luogo nella parte superficiale dell'oceano. Questo comporta spostamento dalle zone di reclutamento, dispersione e, talvolta, ridistribuzione di genotipi. Lo scopo della presente azione è la caratterizzazione della connessione fisica (trasporto e mescolamento) di popolazioni di organismi di interesse commerciale (diretto o indiretto). Tramite modellistica di tipo Lagrangiano è infatti possibile valutare come il trasporto dovuto a sistemi di correnti su varie scale (permanenti, stagionali e intermittenti) contribuisca a determinare la struttura genetica delle popolazioni a scala regionale. Questa informazione è essenziale per completare il quadro di informazioni necessarie per la pianificazione ed attuazione di una politica di gestione delle risorse marine. Strumento principe per questo tipo di analisi è la modellistica di organismo su base individuale (Individual Based Models, IBM). In generale, un IBM di tipo passivo può essere utilizzato per verificare la connettività “fisica”. L’aggiunta di elementi di tipo biologico, quali informazioni sulla capacità di nuoto, può migliorare notevolmente la corrispondenza tra simulazioni e dati osservati. Per esempio, la conoscenza dei fattori che influenzano la distribuzione verticale dei pesci durante lo sviluppo larvale è cruciale nella Fishery Science in quanto di grande rilevanza per l’impatto sul trasporto orizzontale. Nel caso specifico dell’acciuga europea tradizionalmente si ritiene che la connessione tra le aree di s'pawning' e quelle di 'nursery' dipenda largamente dal trasporto fisico. In realtà, come dimostrato recentemente, l’inclusione della migrazione verticale giornaliera 'stage-dependent' in modelli di tipo IBM ha un impatto notevole sul successo nello spiegare la variabilità del reclutamento. Per cui modelli numerici di organismo su base individuale dello stadio larvale di specie di piccoli pelagici saranno sviluppati e adattati per essere utilizzati al fine di eveidenziare patterns di scambio tra popolazioni. Il compimento dello studio genetico di popolazione (SP2-WP1) permetterà di incrociare l’informazione di tipo biologico sulla reale connettività tra popolamenti con la descrizione della connettività fisica risultante dall’analisi Lagrangiana. Tale confronto permetterà di caratterizzare il ruolo del comportamento nel determinare la distribuzione delle popolazioni adulte. Obiettivi 1. L'analisi della letteratura sui modelli IBM di trasporto e di ciclo di vita delle larve di piccoli pelagici e creazione di un IBM ad hoc. 2. Caratterizzazione della connettività fisica dei sistemi oceanici a varie scale 3. Caratterizzazione della connettività attraverso l'integrazione dei dati di trasporto con dati genetici (marcatori) e definizione del ruolo dei ‘trasporti’, il comportamento e la biologia nel determinare la distribuzione degli stock. Prodotti 1.1 Modello IBM per larve di piccolo pelagici 1.2 Database di connettività marina da analisi Lagrangiane.

Collaborazioni: 2 unità di ricerca appartenenti ad altri enti italiani, una della Francia e TARA Oceans consortium

SP2-WP4-A2 Produzione di nuove specie di invertebrati e vertebrati marini per l’acquacoltura



mediterranea Sviluppo di protocolli standardizzati di allevamento di specie di invertebrati

Parole chiave: Acquacultura, Allevamento invertebrati marini, Octopus, Sepia, ricci di mare, policheti Personale strutturato SZN coinvolto: 3 unità

Razionale e descrizione dell'attività Da più parti è riconosciuta l’esigenza di sviluppare sistemi di acquacoltura multispecie ispirati a principi di sostenibilità. L’innovazione nel campo dell’acquacoltura si basa essenzialmente su: i. lo sviluppo di migliori pratiche per l’allevamento delle specie e ii. l’incremento della diversificazione delle specie allevate. Un quinto della produzione acquaculturale mondiale (19%) è costituito dai molluschi ed in particolare da bivalvi, con l’ostrica Crassostrea gigas che rappresenta una produzione mondiale pari ad oltre 4 milioni di tonnellate. I cefalopodi sono una classe del phylum Mollusca che comprende seppie, calamari e polpi. Predatori marini, nel corso dell’evoluzione hanno rappresentato i maggiori competitori dei pesci; competizione che ha certamente plasmato la loro filogenesi. Lo scopo di questa azione è la messa a punto di protocolli standardizzati per l’allevamento di specie di invertebrati nuove per l’acquacoltura. L’attenzione verrà concentrata su policheti, ricci di mare, e cefalopocoltura (seppie e polpi). La realizzazione di protocolli standardizzati per favorire la cefalopocoltura produrrà, in particolare, forte ricaduta commerciale. Per le due specie di molluschi cefalopodi - il decapode Sepia officinalis e l’ottopode Octopus vulgaris – I numerosi tentativi fino ad oggi compiuti in varie parti del mondo non hanno portato ad adeguato successo. Ciononostante è stato possibile acquisire, attraverso le sperimentazioni condotte, un numero rilevante di informazioni che rendono oggi questa azione realizzabile. Verranno raccolte ed aggiornate tutte le conoscenze accurate della biologia delle specie oggetto della sottoazione. Tali informazioni, assieme alla pratica consolidata di mantenimento e delle condizioni adeguate di vita delle specie sviluppate negli anni alla SZN, consentiranno la predisposizione di adeguate 'pipeline’ – per ciascuna specie - che permettano lo sviluppo di protocolli standardizzati. Particolare attenzione verrà data allo sviluppo di tecniche di allevamento a basso impatto ambientale e che rappresentino innovazioni nelle pratiche di acquacoltura tradizionale, nell’ottica di aumentare la competitività dell’acquacoltura. Verranno infine predisposti protocolli standardizzati per ciascuna delle fasi del ciclo vitale per facilitare le pratica di acquacoltura integrata sostenibile.

Obiettivi 1. Raccolta delle conoscenze disponibili e messa a punto di prototipi di fasi di allevamento per ciascuna specie che tenga conto della biologia delle specie oggetto di studio e le specificità della dieta, anche attraverso campionamenti ad hoc nel corso delle diverse stagioni per caratterizzarne coorti e stadio riproduttivo 2. Suddivisione delle procedure di allevamento e mantenimento nelle fasi principali del ciclo vitale di ciascuna specie e analisi dei risultati delle pratiche di allevamento sub-intensivo 3. Determinazione sperimentale, su media-scala produttiva, dei protocolli di allevamento per ciascuna specie (verranno coinvolte strutture esterne nell’ambito degli accordi pubblico-privato.

Prodotti 1.1 Modalità di crescita per singole specie



2.1 Verifica e standardizzazione delle condizioni stabulazione e mantenimento 2.2 Sviluppo di protocolli di allevamento integrati (diverse fasi) e selezione dei sub-popolamenti (coorti e/o subpopolazioni) geneticamente più facili da introdurre nella pratica di allevamento pilota; 3.1 Formazione degli stock di allevamento e valutazione delle condizioni che favoriscono accrescimento 3.2 Dati del monitoraggio e linee guida per l'ottimizzazione delle condizioni di allevamento e benessere animale 3.3 Valutazione dei parametri e delle procedure di mantenimento e allevamento e produzione di larve per ricaduta applicative.

Collaborazioni: 5 unità di ricerca appartenenti ad altri enti italiani, e Spagna (2), Norvegia (1), UK (1), Israele (1), USA (2).

SP2-WP4-A3 Ottimizzazione delle condizioni di allevamento (welfare) degli animali, e valutazione degli effetti sulla qualità del prodotto finale

Sviluppo di protocolli standardizzati per il benessere animale in condizioni di allevamento e/o mantenimento

Parole chiave: Welfare, Benessere animale, Allevamento organismi marini Personale strutturato SZN coinvolto: 3 unità

Razionale e descrizione delle attività Con la definizione di “benessere animale” viene indicato lo stato di benessere fisico e psicologico dell’animale, relazionato al tentativo di adattarsi all’ambiente circostante. Già dal 1965 questo argomento è stato oggetto di studio con il Brambell Report (Brambell, 1965; Parliament by the Secretary of State for Scotland and the Minister of Agriculture, Fisheries and Food by Command of Her Majesty December, 1965. HM Stationery Office). Oltre che per i mammiferi e per gli uccelli, nell’ultimo decennio, si è presentato il problema del benessere dei pesci di allevamento considerando che l’allevamento di specie ittiche si è ampiamente diffuso. Ciò ha contribuito, nel tempo, allo sviluppo di politiche relative al benessere delle specie ittiche di allevamento, con l’obiettivo di stabilire regole di base per le azioni dell’Unione Europea in questo ambito (Direttiva del Consiglio 98/58/EC; Trattato di Amsterdam 1999; raccomandazione sul benessere dei pesci allevati fornita dal Consiglio Europeo nel 2005). Alla base del concetto di ‘benessere’ è la convinzione che gli animali, ed in questo caso i pesci e molluschi cefalopodi, siano senzienti, presentando la capacità di sperimentare stati “buoni o cattivi” dovuti a sensazioni ed emotività. Per poter dimostrare su base scientifica tale capacità è necessario raccogliere informazioni sugli organismi quando sono sottoposti a potenziali stress. I dati informativi possono essere di tipo biochimico-fisiologico, comportamentale o genetico. Scopo di questa azione è la sperimentazione e lo sviluppo di tecnologie e conoscenze trasferibili, finalizzate all’innovazione, delle migliori tecniche di allevamento e mantenimento di organismi marini (invertebrati e vertebrati) che garantiscano il benessere delle specie. Costituiranno casi di studio: ostriche, mitili (da mitilicoltura campana) e cefalopodi. Grande attenzione verrà dedicata anche agli invertebrati in considerazione dell’applicazione della Direttiva Europea 2010/63 sul benessere animale ai fini della sperimentazione. In particolare, verranno sviluppate procedure standardizzate di allevamento e mantenimento (ambiente minimo, condizioni di vita, qualità e durata dell’illuminazione, arricchimento ambientale)



degli organismi e misurati i parametri di crescita in relazione alla varietà e specificità della dieta e alle condizioni di vita.

Obiettivi Sviluppo di protocolli sperimentali che siano minimamente invasivi per la determinazione in vivo delle condizioni fisiologiche degli animali anche attraverso la determinazione delle risposte biologiche e cellulari allo stress. Tutti gli interventi e le attività sperimentali (e.g. genomica funzionale, performance cardiocircolatoria, risposta immune) verranno effettuate riducendo l’invasività delle procedure e sviluppando tecnologie innovative di intervento anche nell’ottica del potenziale sviluppo di ‘sensori’ in grado di accertare della qualità del prodotto.

Prodotti 1.1 Protocolli di allevamento e mantenimento delle specie che garantiscano il benessere animale 1.2 Tabelle degli indicatori fisio-comportamentali di benessere animale 1.3 Benchmarking delle condizioni di allevamento e mantenimento a seguito dell’applicazione degli indicatori del benessere animale 1.4 Revisione dei protocolli e loro ottimizzazione 1.5 Procedure e/o sensori e/o tecnologie semi-automatiche per il monitoraggio del benessere e della ‘qualità’ fisiologica del prodotto in relazione alle specie indicate.

Collaborazioni: 5 unità di ricerca appartenenti ad altri enti italiani, e Spagna (2), Norvegia (1), UK (1), Israele (1), USA (2).

SP2-WP4-AZ4 - Sperimentazioni finalizzate alla formulazione di mangimi innovativi ed ecosostenibili Fotofisiologia e massimizzazione della crescita delle micro-alghe per applicazioni biotecnologiche in nutraceutica

Parole chiave: Microalgae, Biomasse algali, Produzione algale Personale strutturato SZN coinvolto: 7 unità

Razionale e descrizione dell'attività L’attività scientifica proposta vuole contribuire alla comprensione dei processi fisiologici che influiscono sulla resa fotosintetica nelle microalghe al fine di incrementare la resa della crescita algale per la produzione di biomasse. L’attività di ricerca ha anche importanti ripercussioni sulle applicazioni nel campo della nutraceutica, sia umana che animale. Gli ultimi risultati ottenuti nel campo della fotofisiologia algale hanno dimostrato che l'attività biologica delle alghe unicellulari, in termini di fotosintesi e crescita, sono strettamente dipendenti oltre che dall'intensità e dalla dose giornaliera della luce ricevuta anche dallo spettro e dalle fluttuazioni dell'irradianza. Inoltre, è stato verificato da studi recenti su diverse specie microalgali che la frazione intracellulare di proteine, lipidi e polisaccaridi è strettamente correlata con il tipo e modalità di illuminazione utilizzata per la crescita. Le prestazioni fotosintetiche e di crescita dei vegetali sono uno dei punti chiave su cui concentrare gli sforzi per l’applicazione biotecnologica di questi organismi (Murchie et al., 2009 New Phytologist, 181: 532-552). La possibiltà di affrontare questo tema di ricerca si basa sulla pluriennale esperienza di ricerca presso la SZN in oceanografia biologica, ecologia marina ed ecofisiologia delle microalghe. È noto che le ricerche applicate sulle microalghe in campo biotecnologico sono in crescita esponenziale, essendo questi



organismi fortemente competitivi per ricchezza e diversità di metaboliti prodotti e per il ridotto costo di produzione (Pulz and Gross, 2004 Applied Microbiology and Biotechnology, 65: 635-648).

Obiettivi 1. Comprensione dei meccanismi che regolano la crescita delle micro-alghe. L’attività di ricerca include lo sviluppo e il test delle condizioni luminose adeguate alla crescita microalgale, la ricerca delle migliori condizioni nutritive per la crescita, la ricerca dei processi cellulari che avvengono nelle microalghe per fotosintetizzare, acclimatare e regolare la fotosintesi in condizioni variabili di luce, che sono la norma nell’ambiente marino. Assieme ai parametri fotofisiologici saranno studiate le condizioni di coltivazione che incrementano la resa della trasformazione dei prodotti sintetizzati in crescita cellulare e della comunità microalgale. 2. Investigazione delle condizioni e dei metodi di coltivazione che portino all’incremento della produzione di molecole ad alto valore nutraceutico. Tra queste i carotenoidi che giocano un ruolo fondamentale in numerosi processi come la protezione degli organismi viventi contro le malattie e più in generale dallo stress ossidativo. Il valore nutrizionale della biomassa microalgale è anche dato dall’alto contenuto di proteine e acidi grassi, oltre all’utilizzo come colorante in acquacoltura.

Prodotti 1.1 Individuazione delle condizioni di luce ottimale per massimizzare la crescita microalgale (diverse condizioni per microalghe provenienti da nicchie ecologiche diverse). 1.2 Scelta di un appropriato mezzo di coltura per la crescita microalgale che possa conciliare sia le prestazioni di crescita che il costo del mezzo di coltura. 1.3 Miglioramento delle conoscenze delle differenti funzioni cellulari e delle loro relazioni, “checkpoints” e “feedback” per massimizzare la produzione microalgale: Luce – apparato fotosintetico – fotosintesi – biomassa intracellulare sintetizzata – divisione - biomassa della comunità. 1.4 Aumento delle conoscenze sulla fotofisiologia microalgale in condizione marine simulate: ruolo della fotoacclimatazione e della fotoregolazione sulla produzione e la crescita microalgale. 2.1 Aumento delle conoscenze sulla risposta biochimica delle attività enzimatiche specifiche legate alla produzione di molecole antiossidanti. 2.2 Comprensione del ruolo della luce e della fotoacclimatazione sulla produzione di carotenoidi. 2.3 Comprensione del ruolo della luce sulla produzione di molecole ad alto valore nutraceutico.

Collaborazioni: 3 unità di ricerca appartenenti ad altri enti italiani, e Francia (1), UK (1).

SP3-WP2-AZ2 - Impatti antropici e naturali sulle comunità biologiche Risposte adattative a forzanti ambientali e impatti antropici in specie, comunità e sistemi vegetati bentonici

Parole chiave: benthos, Posidonia oceanica, reti trofiche, acidificazione, riscaldamento, stress ossidativo, metaboliti secondari volatili, espressione genica Personale strutturato SZN coinvolto: 10 unità

Razionale e descrizione dell’attività Questa attività fa parte del SP3-WP2 “Funzionalità degli ecosistemi costieri” coordinato dalla SZN (MC Buia). Il presupposto delle attività programmate nel WP2 è l'evidenza che lo sviluppo massiccio di insediamenti urbani e industriali lungo le coste è sempre più in competizione con altri interessi



economici legati allo sfruttamento delle risorse marine (da quelle biologiche a quelle economiche-commerciali-sociali), innescando una serie di impatti (diretti e indiretti) sulla fascia costiera che ne stanno compromettendo un suo uso sostenibile. Il contributo della SZN all'AZ-2 è rivolto a comprendere le modalità di risposta di popolazioni e comunità bentoniche in sistemi vegetati costieri al variare delle condizioni locali e globali per pianificare interventi di prevenzione, razionalizzazione e mitigazione nella fascia costiera nella prospettiva di recupero delle criticità e prevenzione di quelle nuove, in accordo con quanto richiesto nelle Direttive Europee (ICZM, Habitat 2000, MSFD). Esso è basato sulle competenze di genomica, genetica, biologia cellulare, tassonomia, fisiologia, immunologia, chimica ed ecologia maturate nella pluridecadale attività di ricerca condotta alla SZN. Tale attività è complementare alla ricerca di base condotta dagli stessi ricercatori sugli stessi temi in ambito internazionale. Obiettivi 8. Valutazione degli impatti e dei cambiamenti indotti dagli impatti antropici e climatici sugli habitat di interesse comunitario nel Golfo di Napoli nell’arco di oltre cento anni. 9. Caratterizzazione delle risposte adattative di specie bentoniche lungo gradienti ambientali e a varie tipologie di stress (dall’acidificazione allo shock termico ai metalli pesanti). 10. Valutazione dei cambiamenti strutturali e funzionali indotti dall’acidificazione nei sistemi vegetati marini (habitat a Posidonia oceanica e macroalghe) e previsioni sulle conseguenze che i cambiamenti globali di temperatura e di CO2 in atmosfera possono apportare ai beni e servizi offerti da questi sistemi nella fascia costiera 11. Individuazione di una batteria di nuovi ‘early warning indicators’ di tipo cellulare e molecolare

Prodotti 1.1 Meta-analisi dei dati disponibili sulla presenza di impatti e sulla diversità degli habitat nel Golfo di Napoli con report analitico dei dati disponibili sulle tipologie di impatto e degli habitat. 1.2 Mappe degli impatti e degli habitat nel Golfo di Napoli; mappe di connettività genetica di specie target a scala locale e di bacino 2.1 Generazione del trascrittoma di Posidonia oceanica ottenuto da piante raccolte a diverse profondità 2.1 Caratterizzazione delle scelte alimentari e olfattive condotti in laboratorio su organismi target al variare del pH dell’acqua, e delle implicazioni sul funzionamento della comunità 3.1 Lista dei geni differenzialmente espressi in P. oceanica fra piante adattate in condizioni naturali lungo gradienti di luce e di temperatura 3.2 Analisi della plasticità di risposta in condizioni controllate 3.3 Lista di geni legati alla risposta alle variazioni dei parametri ambientali selezionati per la messa a punto di un sistema di early detection di stress ambientale in P. oceanica 4.1 Protocolli per l’utilizzo di ossido nitrico come indicatore di stress (acidificazione, shock termico, metalli pesanti ecc) in organismi chiave. 4.2 Lista dei bersagli molecolari dell’acidificazione 4.3 Liste di: VOCs vegetali, fauna vagile associata a S. vulgare e P. oceanica, specie aliene e termofile, acidi grassi e isotopi stabili in specie target, indicatori precoci di stress ambientale e loro validazione a diversi livelli gerarchici Collaborazioni: 10 unità di ricerca appartenenti ad altri enti italiani, e Spagna (1), Svizzera (1), Germania (1), UK (1), USA (1).



SP3-WP2-AZ1 Funzionalità degli Ecosistemi costieri

Comunità microbiche costiere e loro funzionamento Parole chiave: Microbial Loop, Sistemi costieri, Batteri, Metagenomica, Metatrascrittomica, Comunità Personale strutturato SZN coinvolto: 6 unità

Razionale e descrizione attività La fascia marina costiera è un sistema ambientale particolarmente sensibile, caratterizzato da una elevata variabilità dei fenomeni chimici, fisici e biologici in relazione agli impatti antropici. Il suo funzionamento è la risultante del convergere di diverse forzanti fisiche sulla rete di interrelazioni esistente tra i sistemi terrestre, pelagico e bentonico. Obiettivo di questa azione è delineare un quadro più affidabile del funzionamento degli ecosistemi marini costieri pelagici attraverso osservazioni ripetute su appropriate scale spazio-temporali al fine di consentire l’individuazione e l’eventuale mitigazione di impatti antropici dannosi per la salvaguardia della biodiversità, per lo sfruttamento delle risorse, per la salute umana, per il turismo e, in definitiva, per l’economia delle aree costiere. In aggiunta ad un'osservazione sistematica di componenti abiotiche e biotiche, connessa strettamente alle attività previste nel SP-WP1-AZ2, verrà utilizzato un approccio innovativo per ottenere un’analisi approfondita delle comunità batteriche del Golfo di Napoli, con l’integrazione di un’analisi metatrascrittomica comparativa su siti a caratteristiche opposte, basata su Next Generation Sequencing e analisi bioinformatica. Questo permetterà di verificare l’ipotesi che i batteri possano essere utilizzati quali marcatori funzionali dello stato del sistema. Se confermata, questo approccio ne permetterebbe l'utilizzo come indicatori di qualità delle acque costiere (v. anche SP3-WP3-AZ1). Le osservazioni verranno condotte oltre che nel Golfo di Napoli anche in Alto Adriatico ed integreranno varie tecniche. La citometria a flusso per una quantificazione in numero e biomassa (tramite fattori di conversione) del comparto microbico, la determinazione della composizione della comunità batterica tramite CARD-FISH e la sua analisi funzionale tramite MAR-CARD-FISH. L’informazione dinamica sull’attività degli stessi gruppi a livello di singola cellula verrà ricavata mediante Microautoradiografia, mentre la diversità genotipica e funzionale verrà caratterizzata con analisi genomica e transcrittomica.

Obiettivi 1. Revisione critica dei dati sul Golfo di Napoli in termine di struttura della rete trofica e analisi comparativa della struttura stagionale dell’ecosistema pelagico costiero del Golfo di Napoli con altri siti (ad es. il Golfo di Salerno) 2. Analisi dell’influenza dei fiumi sulla dinamica costiera invernale e estensione della loro influenza in funzione della dinamica a mesoscala 3. La definizione di procedure e protocolli metodologici ottimali per l’analisi della composizione della comunità batterica planctonica in toto e per l’analisi della diversità e delle attività metaboliche dei batteri eterotrofi 4. Sequenziamento DNA e RNA di campioni superficiali di siti costieri a caratteristiche opposte nel Golfo di Napoli ed in altri siti costieri (ad. es. l’Adriatico Settentrionale) attraverso analisi metagenomica e metatrascrittomica dei dati raccolti

Prodotti 1.1 Descrittori sintetici delle aree analizzate 1.2 Quadro interpretativo delle differenti dinamcihe trofiche



2.1 Scenari dell'impatto fluviale, dinamica e frequenze di occorrenza 3.1 Protocolli di campionamento e trattamento campioni 3.2 Protocolli di analisi 3.3 Indicatori di differenti regimi trofici 4.1 Base dati di metagenomica e metatrascrittomica di comunità batteriche in siti costieri 4.2 Indicatori genomici e transcrittomici di comunità caratterizzanti i diversi siti

Collaborazioni: Spagna (1)

SP3-WP3-AZ1 Rapid Environmental Assessment Acquisizione e messa a punto di un sistema di analisi semiautomatica di organismi unicellulari marini a fini di 'Rapid Environmental Assessment'

Parole chiave: Sistemi costieri, Organismi unicellulari, Sviluppo Personale strutturato SZN coinvolto: 5 unità Razionale e descrizione attività Il 'Rapid Environmental Impact Assessment' è un metodo per identificare, definire, e stabilire le priorità di intervento per la gestione degli impatti ambientali in caso di eventi eccezionali o disastri ambientali. La dinamica del comparto microbico planctonico (che include fitoplancton e batteri) e le sue reazioni ad eventi perturbanti sono estremamente veloci (organismi a memoria corta), contrariamente a quelle del benthos, che integra i cambiamenti e li riflette con tempi più lunghi. Per questo motivo, la dinamica del plancton presenta un’elevata variabilità sia spaziale che temporale, che può essere apprezzata solo attraverso osservazioni in continuo e ad alta frequenza. Questa azione prevede di elaborare e testare protocolli di detezione rapida e potenzialmente automatici per l’identificazione precoce di cambiamenti nella struttura della comunità fitoplanctonica tramite analisi in continuo e ad alta frequenza di proprietà ottiche e fluorescenza. Elemento centrale di questo approccio è l'acquisizione e messa a punto di uno strumento con funzionalità di citometro a flusso, che possa essere utilizzato sia come profilatore (con cavo o utilizzando una pompa a flusso) o raccogliere dati ad una profondità stabilita mentre il mezzo natante è in movimento. Lo strumento verrà succesivamente integrato con un modulo microscopico per la cattura delle immagini e l’analisi visiva delle cellule intercettate. Questo permetterà di monitorare in tempi molto brevi repentini cambi nella struttura delle comunità. Per quel che riguarda specie potenzialmente dannose, in cui l'effettiva attività nella produzione di tossine deve essere confermata da analisi chimiche, il sistema permetterà la rilevazione precoce della loro presenza e quindi funzionerà come sistema di allerta. Pur trattandosi di un tipo di strumento di recentissimo sviluppo, sono già numerosi i casi di utilizzo. La messa a punto metodologica comporta l'uso di metodi classici (microscopici), e anche una validazione in diversi sistemi ambientali con concentrazioni di particelle detritali diverse, specie dove il carico di particolato sospeso non-biotico è notevole e potrebbe interferire con l’analisi. Verrà inoltre esplorata la possibilità di un trasferimento remoto dei dati e di un'analisi in tempo reale con software di analisi di immagine.

Obiettivi 1 1. Acquisizione ed messa in opera dello strumento



2. Definizione di procedure e protocolli metodologici ottimali per l’analisi della composizione della comunità fitoplanctonica

Prodotti 1.1 Strumento operativo e trasportabile 2.1 Protocolli di calibrazione con strumenti da banco 2.2 Protocolli procedurali su aree costiere test

Collaborazioni: Francia (1)

SP3-WP4-AZ4 - Modellistica ecologica e biogeochimica in ambienti costieri Modelli basati su tratti biologici di organismi planctonici

Parole chiave: modelli accoppiati, plancton, sistemi costieri, modelli a base individuale Personale strutturato SZN coinvolto: 6 unità

Razionale e descrizione dell'Attività I modelli geofluidodinamici hanno ormai raggiunto un accettabile livello di robustezza e riproducibilità, al contrario dei modelli “accoppiati” che sono ancora lontani dal simulare in maniera adeguata la complessità dei processi biologici ed ecologici. Ad esempio, le equazioni utilizzate per simulare la crescita degli organismi tengono conto solo delle condizioni esterne istantanee e di un comportamento fisiologico tipico degli organismi, e molto raramente di fattori di regolazione endogena, cicli vitali, etc. L’attività dell'UO SZN si prefigge di esplorare nuove formulazioni di processi biologici, per lo più relativi alla componente planctonica, che concorrono a determinare la dinamica dei popolamenti e le loro possibili alterazioni indotte dalle pressioni antropiche e dei cambi climatici. In particolare verranno analizzati: a) il ruolo delle interazioni biotiche tra organismi nel modulare competizione, cooperazione e flussi trofici, tra cui meccanismi di difesa e produzione di allelopatici, selettività, cascate trofiche, quorum sensing; b) il ruolo dei meccanismi di regolazione endogena nel determinare la dinamica delle popolazioni di componenti rilevanti nella comunità e quindi il loro ciclo stagionale; c) gli intervalli di tolleranza (plasticità) di organismi rilevanti ed il legame di questi con la diversità criptica Pur trattandosi di processi generali, la base di informazione e conoscenza su su cui si baseranno le nuove formulazioni è quella accumulata per l'area costiera del Golfo di Napoli (v. azione SP5-WP1-A2 e Progetto 5), con evidenti ricadute applicative per la gestione di un'area altamente antropizzata.

Obiettivo 1 1. Individuazione e caratterizzazioni degli scenari prevalenti nella dinamica pelagica costiera del Golfo di Napoli basate su variazioni negli stock, nelle comunità e in descrittori sintetici del sistema (stock delle risorse, diversità specifica, classi di taglia, strategie vitali, spettro pigmentario, etc.) e sull'identificazione delle principali scale di variabilità di parametri abiotici e biotici, inclusi cambiamenti nella fenologia di specie fito- e zooplanctoniche. Sulla base del quadro sintetico verranno prodtti modelli concettuali per guidare la selezione le specie rilevanti su cui condurre attività di sperimentazione ed impostare la modellizzazione. 2. Caratterizzazione delle fasi di crescita delle specie planctoniche bersaglio, di tratti biologici



rilevanti e delle modalità di interazione trofica fito-zoo. Individuazione del ruolo svolto dagli stadi di resistenza delle specie fitoplanctoniche nella dinamica delle fioriture delle specie e alla loro successione; descrizione dell’andamento del rapporto sessi e delle strategie riproduttive nel corso dello sviluppo numerico della popolazione di specie target di copepodi; determinazione dei livelli di separazione e/o sovrapposizione di presenza; stima del ruolo del grazing di specie target di copepodi su sviluppo e dinamica delle fioriture fitoplanctoniche; caratterizzazione delle associazioni intra e inter livelli trofici (questo obiettivo sarà raggiunto in sinergia con altre attività in corso alla SZN e con SP3-WP2-AZ1 e SP5-WP1-AZ2). 3. Sviluppo di modelli numerici zero-dimensionali sulle specie bersaglio negli scenari prescelti, calibrazione e validazione 4. Accoppiamento dei moduli zero-dimensionali con modelli geofluodinamici a varie dimensionalità

Prodotti 1.1 Modi di funzionamento e scenari da simulare con i modelli 1.2 Modelli concettuali 1.3 Lista delle specie rilevanti per il sistema di cui modellizzare la biologia 2.1 Base dati di tratti biologici ed ecologici delle specie bersaglio (Ciclo vitale e stadi di resistenza; rapporto sessi e strategie riproduttive nei copepodi; tassi di 'grazing' durante fioriture fitoplanctoniche; caratterizzazione delle associazioni intra e inter livelli trofici 3.1 Moduli numerici zero-dimensionali 3.2 Scenari ricostruiti 4.1 Modelli accoppiati 4.2 Scenari simulati con modelli accoppiati

Collaborazioni: 2 unità di ricerca appartenenti ad altri enti italiani, e Spagna (1), Francia (1), Belgio (1).

SP4-WP4-AZ3 - Processi dello strato superficiale mescolato e impatti sull’ecosistema Meccanismi di adattamento delle diatomee ai processi dello strato rimescolato

Parole chiave: Plancton, Strato rimescolato, Turbolenza, Accoppiamento fisico-biologico, Modellistica accoppiata Personale strutturato SZN coinvolto: 7 unità Razionale e descrizione dell'attività Lo strato superficiale del mare è l’unico a essere a diretto contatto coi forzanti atmosferici ed influenza fortemente sia la colonna d’acqua sottostante che l’ecosistema marino, rendendolo vulnerabile ai cambiamenti climatici. La previsione delle possibili modificazioni nella struttura delle comunità pelagiche e soprattutto della componente planctonica che svolge un ruolo primario nei cicli biogeochimici richiede una migliore comprensione delle modalità di adattamento degli organismi planctonici ai processi fisici che avvengono nello strato superficiale, il primo ad essere esposto ai cambiamenti globali. L’azione studierà quindi l’impatto sugli ecosistemi di mare aperto di fenomeni di mescolamento e di trasporto (laterale e verticale), in termini di flussi biogeochimici e produttività. Verranno utilizzati modelli funzionali ed empirico/statistici della risposta ecosistemica (fitoplancton) ai forzanti fisici che saranno sviluppati a partire dallo studio delle risposte degli organismi (abbondanze, fisiologia, riproduzione ed espressione genica) con sperimentazione in laboratorio o in mesocosmo su



organismi selezionati e, quando possibile, a partire da analisi di dati in situ (PP, metagenomica, etc). Le diatomee oceaniche sono tipicamente associate a eventi di turbolenza ma non sono ancora chiare le soluzioni adattative al mescolamento. Ci si propone nella prima fase di indagare sui meccanismi molecolari alla base della risposta delle diatomee alla turbolenza e successivamente di analizzare le possibili modificazioni nella struttura delle comunità indotte dai cambiamenti. Questo tipo di analisi complementerebbe quelle condotte sull'impatto dell'acidificazione o dell'aumento della temperatura contribuendo a dare un quadro piu' integrato dell'impatto del cambiamento globale sui sistemi pelagici. Inoltre l'individuazione del legame tra mescolamento e spettro metabolico fornirebbe informazioni importanti per le modalità di funzionamento di bioreattori per biomasse e nutraceutica (v. anche SP2-WP4-AZ4)

Obiettivi 1. Verificare le relazioni esistenti tra forzante fisico e risposta biologica a varie scale spazio-temporali combinando in maniera innovativa informazioni sull’ambiente fisico e biologico con valutazioni in situ della diversità delle specie e sul loro stato metabolico (fisiologia e metatrascrittomica). 2. Individuazione dei componenti del metabolismo delle diatomee alla base di adattamenti specifici alla turbolenza. L'obiettivo sarà conseguito effettuando analisi fisiologiche e molecolari su diatomee sospese in campi turbolenti di varia intensità utilizzando uno strumento innovativo per la generazione di turbolenza di tipo marino (TurboGen; prodotto dalla M2M). 3. Determinare le differenti condizioni di mescolamento in bioreattori che possono migliorare l'accumulo di biomassa o la produzione preferenziale di metaboliti di interesse economico Prodotti: 1.1 Database di eventi meteorologici estremi in Mediterraneo e relazione su stato e variabilità dello strato mescolato 1.2 Atlante del mescolamento superficiale marino da dati di modelli atmosferici operativi e misure in situ 2.1 Strumento per la generazione di turbolenza 2.2 Dataset delle variazioni metaboliche in specie modello di diatomea in turbolenza 2.3 Relazione tra metabolismo delle diatomee e turbolenza marina 3.1 Sviluppo di moduli specifici per le diatomee in modelli numerici di dinamica di popolazione Collaborazioni: Spagna (2), Svezia (1), Francia (3), USA (3).

S5-WP1-AZ2 Integrazione dei sistemi osservativi per la realizzazione degli “osservatori” Implementazione di un dimostratore di osservatorio

Parole chiave: Osservatorio, Sistema costiero, Plancton, Impatto antropico, Cambiamento globale, Monitoraggio Personale strutturato SZN coinvolto: 7 unità

Razionale e descrizione dell'attività L'osservazione sistematica dell'ecosistema marino, che è il presupposto per individuarne la dinamica ed i possibili cambiamenti è di solito basata su attività di monitoraggio. La transizione dal monitoraggio ad un osservatorio ha alla base, tra gli altri, due punti essenziali: i. l'integrazione di osservazioni che sono



spesso condotte in contesti scollegati, e spesso con finalità diverse tra di loro; ii. il passaggio dalla registrazione ed organizzazione dei dati alla capacità di interpretarli in tempi brevi per la comprensione dei processi in corso e per la rapida individuazione non solo dei gap di informazione, ma soprattutto dei gap di comprensione sul funzionamento dei sistemi naturali. Questa azione, che parte dall'esistenza di una consolidata e pluriennale attività osservativa, e di esperienze piu' mature presenti nella realtà internazionale, sottoporrà a verifica il concetto di 'Osservatorio' provando a creare un 'dimostratore’. Il sito campione è la stazione fissa LTER MareChiara (LTER-MC) nel Golfo di Napoli dove da circa 25 anni vengono condotti dalla Stazione Zoologica campionamenti ed analisi sul comparto pelagico, sia per la parte idrografica che biologica. Le attività programmate prevedono: 1. La continuazione ed il potenziamento delle osservazioni sul sistema planctonico, ed un loro progressivo aggiornamento all'evoluzione degli standard internazionali 2. La ricostruzione di scenari di pattern di forzanti che permettano di delineare le cause prossime dei pattern biotici osservati (v. anche SP3-WP4-A4). 3. La descrizione delle regolarità nella coesistenza e successione delle specie planctoniche per individuare la relazione tra queste ed il funzionamento delle comunità alla scala stagionale, che tutte le osservazioni fin qui disponibili evidenziano come scala temporale fondamentale. Le informazioni di base per il primo aspetto deriveranno sia dall'uso di tecniche consolidate (cromatografia, microscopia, citofluorimetria) che da piu' recenti tecniche molecolari che hanno rivelato una diversità molto maggiore di quella percepita con tecniche microscopiche (v. anche SP3-WP2-AZ1 e SP3-WP4-AZ4). 4. La partecipazione ad attività integrative, di intercalibrazione e di analisi dati, secondo gli standard concordati nel progetto Enveurope all’interno della rete dei sistemi osservativi nazionali Obiettivi 1. Adeguamento e potenziamento della strumentazione per la raccolta dei dati in situ e per le analisi di laboratorio sui campioni raccolti, miglioramento e velocizzazione delle metodiche analitiche e del relativo flusso di dati e delle informazioni, e quindi, implementazione di un sistema di interpretazione in tempi brevi (ore-giorni); 2. Integrazione dei dati raccolti in situ con dati idrografici e meteorologici su più vasta scala, complementati da risultati di modelli e dati ottenuti da sistemi di telerilevamento. 3. Integrazione dei dati con informazioni sulle attività antropiche, le pressioni connesse e la loro rilevanza dal punto di visto economico. 4. Selezione delle procedure per il controllo di qualità dei dati. 5. Adeguamento e potenziamento di un portale di accesso alle informazioni di base ed alle elaborazioni interpretative. Messa a punto di canali di comunicazione per veicolare i risultati rilevanti e le loro implicazioni per una gestione sostenibile dell'ambiente marino alla platea di utilizzatori non collegati con la comunità scientifica. 6. Formazione di nuovo personale scientifico orientato verso le competenze necessarie per il funzionamento di un Osservatorio. Consolidamento di un gruppo di contatto per le relazioni con la Pubblica Amministrazione. Prodotti 1.1 Strumentazione operativa di osservazione in situ in continuo 1.2 Laboratorio avanzato pee analisi dei fattori idrografici di base (salinità, temperatura, nutrienti, pigmenti, campioni biologici di plancton



2.1 Database di dati meteormarini 2.2 Database di campi generati da modelli 2.3 Database di pressioni antropiche sul Golfo di Napoli 3.1 Procedura di controllo di qualità 3.2 Database di parametri idrografici con indicatori di qualità dei dati 4.1 Portale web per l'accesso ai dati ed a restituzioni grafiche 5.1 Formazione sul campo di studenti 5.2 Creazione di un gruppo di contatto per utilizzatori finali e popolazione su problemi ambientali marini

Collaborazioni: 1 unità di ricerca appartenente ad altri enti italiani

Attività di formazione, trasferimento tecnologico e data policy svolte dalla SZN e parte di RITMARE La SZN contribuisce in RITMARE anche alle attività di alta formazione, trasferimento tecnologico e 'data policy' nei sottoprogetti 6 e 7.

S6-WP3-A2 Predisposizione di Dottorati di Ricerca, Master (I e II livello) e Corsi di perfezionamento sugli argomenti oggetto di ricerca in ambito RITMARE

Contributo all'impostazione di dottorati di indirizzo biologico Parole chiave: dottorato in Innovazione e Scienze del Mare, Alta formazione Personale strutturato SZN coinvolto: 1 unità Razionale e descrizione dell'attività Considerato lo sforzo che RITMARE porterà avanti per condurre una ricerca sull'ambiente marino che contribuisca all'innovazione è essenziale che il 'know-how' e l'esperienza che si acquisiranno durante il processo divengano oggetto di una formazione specifica a livello dottorale. La SZN darà quindi un contributo a questa formazione mettendo in campo le sue competenze e la lunga esperienza di alta formazione accumulata fino ad oggi. Obiettivi 1. Formare una nuova generazione di ricercatori o tecnologi in grado disegnare e valorizzare il contributo delle Scienze del mare all'innovazione Prodotti 1.1 Dottorati in Innovazione e Scienze del mare

S6-WP4-A1 Implementazione della struttura di supporto per il trasferimento tecnologico Parole chiave: Trasferimento tecnologico, Spin-off Personale strutturato SZN coinvolto: 1 unità

Razionale e descrizione dell'attività La disponibilità di regolamenti aggiornati e che tengano in considerazione le principali difficoltà a cui sono andati incontro gli spin-off di altre istituzioni pubbliche di ricerca rappresenta un fattore abilitante



del percorso di valorizzazione della ricerca scientifica di un Ente. Verranno pertanto analizzati i regolamenti attuali dei principali enti di ricerca e delle principali università italiani al fine di evidenziarne punti di forza e criticità. Sulla base delle esperienze delle altre unità operative ed a valle dell’analisi di alcune testimonianze con interlocutori selezionati sarà predisposta l’aggiornamento o l’implementazione di alcuni regolamenti.

Obiettivi e prodotti 1. Definizione dei regolamenti (proprietà intellettuale –spin-off) 2. Analisi dello scenario scientifico e tecnologico interno e analisi documentale e valutazione di brevettabilità 3. Definizione di un sistema informativo di supporto alle azioni di trasferimento tecnologico Prodotti 1.1 Regolamenti 2.1 Rapporto sulle potenzialità di produrre tecnologie trasferibili e sui prodotti brevettabili legati alla ricerca 3.1 Sistema informativo di supporto alle azioni di trasferimento tecnologico

S6-WP4-A3 Informazione e trasferimento alle imprese Parole chiave: Trasferimento tecnologico Personale strutturato SZN coinvolto: 1 unità

Razionale e descrizione dell'attività Il Programma Nazionale di Riforma approvato contestualmente al Documento di Economia e Finanza (DEF) 2012 dal Consiglio dei Ministri il 18 aprile 2012 richiama la necessità di migliorare il processo di valorizzazione della ricerca scientifica svolta a livello nazionale al fine di adeguare il Paese agli obiettivi della Strategia Europea 2020. L’attività prevista nel S6-WP4-A3 si inserisce in tale quadro di programmazione ed in collegamento con le altra attività previste dal WP4 contribuisce al percorso di valorizzazione dell’attività si ricerca prevista in RITMARE. Si provvederà pertanto all'individuazione di imprese che potrebbero essere interessate all'acquisizione del 'know-how' sviluppato in RITMARE per la successiva ingegnerizzazione di nuovi prodotti e processi produttivi. Verrà curato il trasferimento non solo ad imprese già esistenti, con spiccata attitudine all'innovazione, ma si tenterà il trasferimento di informazione e conoscenza anche a nuove imprese, siano esse spin-off accademici, spin-off di altre aziende o semplicemente NewCO. Obiettivi 1. Attivare contatti (sia in forma diretta sia con convegni e seminari) con imprese che possano essere interessate al know-how sviluppato nell'ambito di RITMARE, anche per ricevere da esse sollecitazioni su materie di specifico interesse industriale sin dall'avvio del progetto 2. Stimolare le aziende più intraprendenti alla realizzazione di progetti autofinanziati per attività di sviluppo sperimentale e tracciare prime indicazioni per l'industrializzazione del know-how sviluppato in RITMARE 3. Sollecitare la creazione di spin-off e NewCO



Prodotti 1.1 Database degli attori coinvolti nel processo di valorizzazione della ricerca 1.2 Database delle imprese contattate 1.3 Atti dei seminari organizzati anche in collaborazione con gli enti locali (Incubatori di impresa, Camere di Commercio, ecc con l’analisi della domanda di innovazione realizzata attraverso i soggetti imprenditoriali coinvolti nell’attività 2.1 Eventuali progetti collaterali autofinanziati da aziende virtuose per l'implementazione e l'utilizzo con finalità industriali del know-how di RITMARE 3.1 Relazione per ogni annualità sulle attività svolte per il supporto alla nascita di spin-off e delle metodologie utilizzate in tutte le fasi operative.

SP7-WP2-AZ1 Analisi dei prodotti, delle architetture e delle soluzioni tecnologiche Contributo della SZN all'individuazione di architetture e soluzioni con particolare attenzione alle esigenze di analisi dati bioinformatici

Parole chiave: Bioinformatica, Sistemi di calcolo Personale strutturato SZN coinvolto: 1 unità

Razionale e descrizione dell'azione L'interdisciplinarietà della ricerca sull'ambiente marino ed il tipo di elaborazioni, dati ed informazioni che da essa derivano richiede l'adozione di soluzioni informatiche diversificate. L'azione di cui l'UO SZN fa parte ricostruirà un quadro delle attuali dotazioni e delle esigenze relative ai vari approcci investigativi mentre l'UO SZN si occuperà di censire, tramite survey, le infrastrutture inerenti la raccolta e l'analisi di dati bioinformatici tenendo conto delle soluzioni utilizzate sia all'interno del progetto RITMARE che in progetti europei come EMBRC in cui la SZN è coinvolta. Questo permetterà di associare alle valutazioni concernenti RITMARE un'analisi delle infrastrutture utilizzate a livello europeo. I risultati di questa attività saranno utilizzati in stretta interazione con SP7_WP4. Obiettivi Fornire un quadro chiaro delle architetture e soluzioni per la memorizzazione e l'elaborazione di dati bioinformatici legati all'ambiente marino Prodotti 1.1 Sezione di questionario per l'analisi delle soluzioni esistenti per la bioinformatica 1.2 Censimento delle soluzioni esistenti dentro RITMARE sulle infrastrutture bioinformatiche

SP7-WP3-AZ1 – Quadro di riferimento per la definizione della data policy di RITMARE Parole chiave: Data Policy Personale strutturato SZN coinvolto: 1 unità

Razionale e descrizione dell'attività Negli ultimi decenni c'è stato un aumento esponenziale di dati prodotti da osservazioni, esperimenti e simulazioni numeriche sull'ambiente marino. La molteplicità della fonti oltre a creare problemi tecnici



per l'accesso ai dati ha spesso sollevato problemi sulle regole per la loro condivisione ed utilizzo. Data policy è il termine ormai sovranazionale per indicare l'analisi di quei problemi e le possibili soluzioni. Nell'ambito del WP che tratta il problema in generale l'azione è finalizzata ad individuare e definire l'insieme di casi che possono presentarsi nell'impedire o rendere problematica l'automatica condivisione dell'informazione tra tutti i partecipanti al progetto o l'accesso ad essa da parte di entità pubbliche o provate che fossero interessate ad averla. Obiettivi e prodotti Obiettivo 1 1. Descrivere e classificare i diversi scenari che si produrranno durante lo svolgimento del progetto, in relazione ai tipi di informazione generata dall'attività. 2. Formulare regole condivise per la socializzazione dell'informazione che tengano conto del fatto che le attività sono sostenute da fondi pubblici Prodotti 1.1 Rapporto sulle casistiche 2.1 Manuale di regole in relazione allo scenario

SP7_WP3_AZ2 Definizione di un organismo di governance e stesura del piano di data policy per il progetto Parole chiave: Data Policy Personale strutturato SZN coinvolto: 2 unità

Razionale e descrizione dell'attività Per l'implementazione di un Data Policy all'interno di una comunità è necessario convergere preliminarmente su regole condivise, ma è anche essenziale disporre di un organo di riferimento che dia le indicazioni per la corretta applicazione della policy, verifichi che l'accesso ed utilizzo di dati e prodotti è avvenuto nell'ambito delle regole condivise e che sia in grado di aggiornarle in relazione alle novità che dovessero sorgere durante lo sviluppo dell'attività. Scopo di questa azione è la creazione di un organismo di controllo che, agendo di concerto con il coordinamento del programma, svolga la triplice funzione sopra descritta.

Obiettivi 1. Creazione di un organismo per l'implementazione della Data Policy del programma ed il controllo della sua applicazione 2. Aggiornamento della Data Policy in relazione allo sviluppo dell'attività 3. Risoluzione di criticità e controversie

Prodotti 1.1 Organismo di 'Governancè operativo 2.1 Rapporti aggiornati di regole di data policy 3.1 Direttive di condotta per la soluzione di controversie



SP7-WP4-AZ2 Progettazione, realizzazione, mantenimento e sviluppo dell’infrastruttura Contributo alla progettazione, realizzazione, mantenimento e sviluppo di un’infrastruttura adatta al trattamento di dati bioinformatici

Parole chiave: Bioinformatica, Sistemi di calcolo Personale strutturato SZN coinvolto: 1 unità

Razionale e descrizione dell'azione Il trattamento di dati bioinformatici richiede specifiche caratteristiche di architettura e configurazione degli strumenti di elaborazione. L'UO SZN si occuperà di rendere operativa la parte dell'infrastruttura inerente dati bioinformatici. L'infrastruttura prevede la realizzazione di una computer-farm dotata di server che lavorano in parallelo. Considerata la complessità e la dimensione del dato bioinformatico le macchine dovranno essere dotate di almeno 48 core con una dimensione della RAM di almeno 512 gigabyte. L'adozione di sistemi operativi Unix-like (Linux) permetterà flessibilità nella capacità dell'infrastruttura di eseguire analisi con necessità e caratteristiche anche molto diverse tra loro. Lo sviluppo, il testing e l'esecuzione di pipeline bioinformatiche specifiche permetterà di valutare le performance del sistema implementato e di programmarne gli sviluppi.

Obiettivi Realizzare l'infrastruttura e renderla operativa

Prodotti 1.1 Prototipo dimostratore 1.2 Strumenti per il supporto tecnologico ai soggetti coinvolti nell'infrastruttura 1.3 Piano di mantenimento dell'infrastruttura durante RITMARE 1.4 Contributo per una conferenza di utilizzatori nel campo di Bioinformatica ed Ecologia


Stazione Zoologica Anton Dohrn

Executive Summary al Piano Triennale 2013-2015

Missione e posizionamento strategico della SZN

Finalità istituzionale della Stazione Zoologica è la ricerca sui processi fondamentali della biologia, con specifico riferimento agli organismi marini e alla loro diversità, in stretto legame con lo studio della loro evoluzione e della dinamica degli ecosistemi marini, attraverso un approccio integrato e interdisciplinare.

La SZN svolge ricerche nel campo delle scienze del mare e biomediche attraverso collaborazioni con Istituzioni di ricerca e Imprese ai fini dello sviluppo delle conoscenze e della loro applicazione alla tutela dell’ambiente e al miglioramento della qualità della vita. La SZN riconosce nella sua missione la rilevanza di studi che portano ad applicazioni biotecnologiche dei risultati, dando così la possibilità all’Ente di contribuire allo sviluppo economico del Paese.

La Stazione Zoologica è parte della rete internazionale ASSEMBLE (www.assemblemarine.org) e coordina le attività di una rete di istituti di ricerca appartenenti a diverse nazioni allo scopo di creare una infrastruttura decentrata dedicata alla ricerca biomedica e biotecnologica in biologia marina (EMBRC; www.embrc.eu). EMBRC è parte del processo ESFRI. Entrambi questi progetti hanno tra le motivazioni fondanti il consolidamento della collaborazione internazionale tra i ricercatori.

Nel panorama degli Enti di ricerca nazionali e internazionali l’esclusività della SZN deriva da alcune caratteristiche chiave: 1. La co-esistenza di ricerca biologica ed ecologica, elementi essenziali per una

comprensione degli equilibri complessivi dell’ambiente marino e dei meccanismi di base che lo governano.

2. La capacità di avvalersi di un approccio multidisciplinare che include ecologia, oceanografia, genetica, biologia cellulare e dello sviluppo, fisiologia, neuroscienze, biologia del comportamento allo studio degli organismi marini.

3. La capacità di esplorare e sviluppare metodologie e protocolli sperimentali che rappresentano riferimento per importanti ricerche trasferite in altri sistemi e/o organismi.

4. Le competenze su un ampio spettro di organismi vegetali e animali, garantendo la possibilità di affrontare problemi ecologici valutando l’apporto della componente biologica nella sua complessità ed interazione.

5. La capacità di sviluppare attività di ricerca e fornire servizi tecnologico-scientifici specializzati.

La collocazione della Stazione Zoologica nel contesto nazionale ed internazionale è privilegiata dalla rilevanza ormai sempre più evidente del ‘ruolo’ che la biologia

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SZN - Executive Summary Piano Triennale 2013-2015

http://www.assemblemarine.org/

http://www.embrc.eu/

degli organismi marini svolge i. nell’affrontare studi di biologia di base, ii. nel consentire valutazioni in tema di conservazione del mare, del mantenimento e miglioramento delle sue risorse, e iii. nel comprendere i fattori che sono alla base o soggetti di/agli equilibri climatici globali.

La Stazione Zoologica Anton Dohrn è anche parte del Progetto Bandiera, denominato RITMARE (Ricerca ITaliana per il MARE), parte del Piano Nazionale della Ricerca 2011-2013. In ambito RITMARE la Stazione Zoologica è coinvolta in 22 azioni distribuite in 5 dei 7 sottoprogetti.

Attività di ricerca – prodotti della ricerca L'anno 2012 - non ancora concluso - continua a mostrare la tendenza a una buona produttività della SZN in ambito scientifico, sia per il numero delle pubblicazioni prodotte che per qualità e validità dei risultati.

In dieci mesi sono stati pubblicati 101 lavori, di cui 64 prodotti ISI. Se la tendenza verrà confermata per la restante parte dell’anno, la Stazione Zoologica consoliderà la crescita della produttività scientifica osservata negli ultimi anni (Fig. 1) posizionandosi a livelli di eccellenza. Nell’ottica della valutazione della ricerca sono stati anche adottati i criteri ANVUR; più del 30% delle pubblicazioni ISI ha valori che superano ampiamente la soglia della mediana IF della categoria ISI di appartenenza.

Figura 1. Numero di pubblicazioni ISI ( ) con autori SZN per gli anni 2010-2012. Sono confrontati il numero delle pubblicazioni peer-reviewed di ogni anno con quelle pubblicate su riviste il cui Impact Factor (IF) risulta essere di almeno due volte superiore al valore della mediana IF ( ) della categoria ISI di appartenenza. Per il 2010 i dati di confronto delle pubblicazioni di mediana non sono disponibili. Per l’anno 2012 sono considerati solo i primi dieci mesi (fonte ISI-Web of Science, aggiornamento: ottobre 2012).

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Così come riportato alla sezione ‘Assetto organizzativo – Struttura dell’Ente e sua organizzazione’ del Piano Triennale 2013-2015, il personale attualmente in servizio presso l'Ente (Tabella 1) ha in forza personale scientifico (i.e. ricercatori e tecnologi) con una quota pari al 46% del personale tutto; il 90% di questi è dedicato ad attività di ricerca e sviluppo o supporto tecnologico. Inoltre, il 16% del personale in servizio corrisponde a figure appartenenti al profilo amministrativo e, quindi, non direttamente coinvolto in attività di ricerca e/o diffusione della cultura e conoscenza.

Tabella 1. Distribuzione del personale in servizio alla SZN (diversi profili) tra le attività principali.

Attività Ricercatori Tecnologi Tecnici AmministrativiRicerca 36 7 19Servizi tecnologici 8 10Acquariologia 1 4Biblioteca e Archivio 2 3Servizi Generali 2 12Amministrazione 17TOTALI 36 20 45 20

Il confronto tra il manpower dedicato alla ricerca e il numero di pubblicazioni prodotte nell’anno confermano quanto già sottolineato per il PTA dello scorso anno (cfr. Executive Summary del 2012), e cioè che le attività di ricerca della SZN consentono l’attestarsi del rate di prodotti per ricercatore a valori pari a circa 2.7 pubblicazioni/ricercatore. Come già sottolineato lo scorso anno, questi dati corrispondono ad un incremento pari a più del 30% rispetto al valore degli anni precedenti.

La qualità dei risultati ottenuti dalla Stazione Zoologica è testimoniata anche dal livello delle riviste dove i lavori sono stati pubblicati: le prestigiose Nature, Nature Climate Change, PNAS, Plos, Current Biology, per citarne alcune. Inoltre, la SZN si vede protagonista per studi pubblicati su riviste internazionali di riferimento nel rispettivo campo disciplinare quali, ad esempio: Progress in Oceanography, Harmful Algae, Global Biogeochemical Cycles, Quaternary Science Reviews, Journal of Experimental Botany.

Attività di ricerca – principali risultati

La SZN continua a costruire progettualità e ricerca in ambiti legati alla sua missione e con approccio multidisciplinare. Risultati di assoluto rilievo sono, ad esempio: i. l'elucidazione delle basi biologiche che sottendono la risposta alla luce delle diatomee, e ii. della capacità di questi organismi di riprodursi sessualmente, iii. l’analisi dei meccanismi percettivi e neurali che governano la capacità mimetica dei cefalopodi, iv. lo studio di meccanismi che governano l’attivazione dell’uovo e dei primi stati di sviluppo embrionale e il ruolo che il calcio ha nella progressione meiotica, v. studi fenologici a carico del fitoplancton marino valutati sulla base delle variazioni del colore degli oceani, vi. lo studio delle alterazioni all’ecosistema e al biota a seguito dell’acidificazione delle acque marine, vii. studi sul ‘defensoma’ di organismi marini in risposta ad esposizione a sostanze tossiche naturali, viii. l’esistenza di molecole immunocompetenti (‘variable region containing chitin binding proteins’) presenti nell’emolinfa e nell’apparato digerente di tunicati fornendo così le basi per modelli di studio di risposta immune di malattie, ix.

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studi in situ che hanno evidenziato gli effetti dell’acidificazione del mare sul metabolismo di organismi, x. esperimenti – condotti nell’Atlantico meridionale – di ‘fertilizzazione’ con solfato di ferro hanno dimostrato che l’aumento di ferro induce la rapida e consistente ‘esportazione’ di carbonio negli strati profondi dell’Oceano, contribuendo così al dibattito sulle possibilità di mitigazione dell’effetto serra ad opera dell’uomo e sul ruolo delle diatomee nei cicli biogeochimici globali.

Questi dati sono stati pubblicati, come accennato, su 48 diverse riviste internazionali peer-review, molte delle quali rappresentano l’eccellenza nel settore specialistico e in biologia.

Una parte significativa di questi risultati sono stati ottenuti in virtù di collaborazioni nazionali ed internazionali in cui spesso lo staff scientifico della SZN ha avuto posizioni di leadership. Al Piano Triennale 2013-2015 una sezione, e relativo allegato, è dedicata alle collaborazioni internazionali con particolare attenzione a quelle legate alle progettualità basate su finanziamenti europei e internazionali.

La SZN intrattiene rapporti di collaborazione con tutti gli Enti ed Università dove operano gruppi di ricerca in ambito delle scienze del mare e di biologia fondamentale. Vanno citati tra gli altri: INOF-OGS (programmi: Perseus, RITMARE, EuroCeans, EuroMarine), IAMC-CNR (BIOforIU, RITMARE, PRIN, Perseus), ISMAR-CNR (RITMARE, EuroCeans, Perseus, etc), CoNISMA (PNRA, Perseus), ENEA (RITMARE, Perseus).

I risultati ottenuti nel corso del 2012 derivano anche da un processo di organizzazione e riorganizzazione della ricerca sviluppatosi intorno a temi principali: Biodiversità marina, Organismi modello, Funzionamento degli ecosistemi, Biotecnologie Marine. Queste linee hanno ispirato le ricerche del 2012 e continuano ad ispirare quelle proposte per il triennio 2013-2015.

La Stazione Zoologica è, inoltre, coinvolta in diverse iniziative regionali e internazionali per l’utilizzo e lo sviluppo di tecnologie applicate al monitoraggio marino per l’early warning di fattori di rischio ambientale.

Infine, la nuova tematica di ricerca - Biotecnologie e Sviluppo tecnologico- ha permesso di sviluppare e focalizzare attività di ricerca fortemente orientate a obiettivi di innovazione e ricaduta tecnologica, con particolare attenzione ai sistemi biologici. A supporto di questa attività la SZN ha ottenuto, a seguito di una selezione competitiva, ben quattro finanziamenti della durata di 3 anni nell'ambito del Programma Operativo Nazionale (PON) ed un finanziamento europeo (in ambito FP7). Le collaborazioni e partecipazioni a progetti di ricerca industriale che ne derivano sono iniziate nel 2012.

La Stazione Zoologica, come precedentemente enunciato, privilegia la ricerca multidisciplinare e favorisce la messa in rete di infrastrutture e tecnologie.

In tal senso, la Stazione Zoologica ha perseguito significativi investimenti, ad esempio, anche in strumentazione ottica e microscopia, dove ha sviluppato grosse competenze. In questi ultimi anni è stato perseguito un approccio ‘bioinfomatico’ che facilita la produzione dei dati genomici e la pianificazione della strategia sperimentale. Sono di rilievo anche le scelte tecnologiche, quali ad esempio l’acquisizione di un cell sorter ad alta performance e di un sequenziatore di nuova generazione. Questi ed altri investimenti sono in corso anche grazie alla partecipazione della SZN al progetto di infrastruttura italiana sulla biodiversità

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biologica e funzionale (BioForIU; finanziamento progetto PON).

Vale la pena di ricordare che il potenziamento infrastrutturale deve essere sostenuto da interventi sul manpower.

Obiettivi di ricerca per il triennio La progettualità proposta per il triennio (2013-2015) ha le sue radici in quella proposta per il 2012, ma allo scopo i. di ottimizzare risorse scientifiche e finanziarie, ii. di facilitare la sinergia e iii. la collaborazione scientifica di eccellenza, è stata riorganizzata facendo confluire i 13 progetti proposti per il 2012 (per complessivi 72 wp) in sette programmi di ricerca articolati in complessivi 23 obiettivi. Ciò anche nel rispetto del principio di best practice e di ottimizzazione delle risorse (Figura 2). Si prevede che tale riorganizzazione non penalizzi la produttività, favorendo la numerosità e eccellenza dei prodotti attesi. La progettualità proposta è stata articolata in schede distribuite in 28 pagine del Piano Triennale 2013-2015.

Figura 2. Confronto tra la progettualità del Piano Triennale 2012-2014 e quella per il 2013-2015. Le linee indicano la confluenza dei precedenti progetti nei 7 nuovi Programmi di ricerca. I primi due programmi sono centrati allo studio dei meccanismi connessi alla riproduzione e sviluppo di organismi marini, con attenzione – in qualche caso - a organismi modello; Il terzo a studi della biodiversità marina; il quarto e il quinto a studi sul funzionamento di ecosistemi e organismi marini planctonici e bentonici. Infine, un sesto programma è centrato allo studio delle forme di plasticità biologica che caratterizzano i viventi, a diversi livelli di organizzazione, e il settimo all’esplorazione del potenziale biotecnologico degli organismi marini. Viene anche presentato, nell’ambito della progettualità 2013-2015, un programma di attività connesse all’outreach (diffusione e divulgazione) che vede l’interazione tra diverse esperienze interne ed esterne all’Istituto anche nell’ottica di contestualizzare nuovi percorsi educativi.

Nel Piano Triennale vengono anche presentati progetti di ricerca industriale.

Vanno inoltre segnalate le attività legate alle serie temporali. Tra tutte il sito ‘MareChiara’ nel Golfo di Napoli che è entrato a far parte, quasi unico tra siti

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marini mediterranei, della rete internazionale delle Long Term Ecological Research (LTER) che gode di grande attenzione da parte della comunità europea.

Lo studio della risposta delle diatomee agli stimoli ambientali contiene nella nuova programmazione molti elementi di novità e mostra compiutamente quali sia la nuova frontiera della biologia marina.

Lo studio sull'acidificazione procede sia avvalendosi del sito sperimentale naturale di Ischia che dei contributi sempre più numerosi di altri ricercatori della SZN sui processi biochimici e molecolari e funzionali. L'acidificazione è attualmente uno dei problemi più seguiti dalla comunità scientifica internazionale.

Molti elementi di novità contiene anche il programma dedicato alla plasticità biologica e capacità adattativa studiata in diversi organismi a diversi livelli di organizzazione del vivente, per l'integrazione tra biologia degli organismi, la loro relazione con l'ambiente e i processi molecolari ad essi legati.

Continuano le ricerche sulla Chemical Ecology, un campo di ricerca in pieno sviluppo anche per le enormi potenzialità di applicazioni tecnologiche, e il pieno utilizzo di strumenti molecolari senza abbandonare l'approccio ecologico.

Viene anche presentata la progettualità premiale 2011 (5 progetti) qui di seguito riassunti. Alcuni di questi hanno già iniziato le attività. Per altri l’inizio delle attività è prevista per la fine del 2012.

1. Indicatori microbici marini nelle aree costiere: un approccio metagenomico (MICGEN)

2. Distribuzione e destino della variazione genetica in Ciona intestinalis

3. MolEcOC: Approcci di Ecologia Molecolare Intra- ed Inter-individui per il Trasferimento Tecnologico della Ricerca di Base su Organismi Modello Marini (Octopus e Caretta).

4. META-TRAsCrittomica delle fasi di sviluppo e di declino di fioriture algali nel Golfo di Napoli.

5. StarTrEgg: Meccanismi molecolari di controllo della fecondazione nelle uova della stella di mare Astropecten aranciacus.

La partecipazione al Progetto Bandiera RITMARE

Le attività di ricerca previste per RITMARE, ovvero la Ricerca Italiana per il MARE (Progetto Bandiera del Programma Nazionale di Ricerca Scientifica e Tecnologica), sono prevalentemente finalizzate alla progettazione e realizzazione di prodotti tecnologicamente avanzati (Tecnologie Marittime, Sistemi Osservativi, Infrastruttura Interoperabile di Dati) e in settori quali le Tecnologie per la Pesca Sostenibile, la Pianificazione dello Spazio Marittimo nella Fascia Costiera e il Mare Profondo. Sono previste attività specifiche di formazione che consentano alle nuove generazioni di ricercatori di operare nel campo delle tecnologie marine e di valorizzazione il trasferimento dei risultati della ricerca.

La SZN ha contributo significativamente alla definizione delle linee progettuali e alla formulazione del progetto esecutivo (fase appena conclusa). Il contributo attivo che i ricercatori della SZN daranno nei prossimi anni al Progetto è focalizzato sullo studio dei processi relativi alla componente biotica degli ecosistemi marini.

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Il contributo caratterizzante della SZN è basato su alcuni punti chiave:

1. La biodiversità marina costituisce una risorsa di cui molte discipline scientifiche possono giovarsi attraverso la scoperta di nuove molecole, materiali, meccanismi biologici e fisiologici, fonti energetiche, nonché nuove forme.

2. La biodiversità degli organismi marini contribuisce agli equilibri climatici globali, rappresenta una vasta fonte di risorse per il genere umano (cibo, sostanze bioattive) e ha un impatto sullo stato delle coste e quindi sul turismo. L'esplorazione della biodiversità in vari contesti ambientali, l'elucidazione dei meccanismi che la generano o la minacciano, l'analisi delle funzionalità che essa esprime in diversi taxa, spesso con notevoli potenzialità per attività economiche e che sono alla base dei cosiddetti 'servizi naturali', e lo sviluppo di strumenti che pongano le basi per prevedere i cambiamenti o per utilizzare in maniera sostenibile il biota marino, costituiscono gli elementi unificanti delle attività della SZN in RITMARE. I macro risultati attesi riguardano: 1. La comprensione di meccanismi di risposta del biota marino alle pressioni

antropiche ed alla variabilità climatica. 2. Lo sviluppo di migliori strumenti di previsione e gestione dell'ambiente marino. 3. La messa a punto di sistemi di crescita ed allevamento sia di unicellulari che di

metazoi, compatibili con le normative europee, ma con ricadute di interesse economico.

4. La sensibilizzazione dell'opinione pubblica sui problemi legati allo sfruttamento dell'ambiente marino.

RITMARE è strettamente collegato con le principali iniziative europee in materia, da JPI Ocean alla Marine Framework Strategy Directive (MFSD), a numerosi progetti e Network europei. La partecipazione della SZN in RITMARE si integra con due iniziative Europee in cui il nostro paese è coinvolto: 1. EMBRC, una iniziativa europea (infrastruttura), coordinata dalla SZN, dedicata al miglioramento delle conoscenze sugli organismi marini ed al loro potenziale utilizzo come modelli per sviluppi bio-tecnologici e biomedici, attraverso un upgrade delle infrastrutture dedicate alla loro raccolta, mantenimento ed osservazione. 2. Lifewatch, una proposta d’infrastruttura dedicata al miglioramento dei sistemi di osservazione e raccolta dati sulla biodiversità in Europa.

Quadro delle Collaborazioni Internazionali e delle Partecipazioni Societarie La Stazione Zoologica Anton Dohrn ha in essere numerose e prestigiose collaborazioni internazionali come si evince dalle numerose relazioni che intercorrono tra i ricercatori e i loro collaboratori, per le quali non sono richiesti oneri finanziari significativi a carico dell’Ente. Nel Piano Triennale 2013-2015 della SZN, sono presentati due quadri sinottici (rispettivamente, Figg. 1 e 3) dove sono rappresentate geograficamente su scala mondiale le collaborazioni internazionali per gli anni 2012 e del triennio 2013-2015. Le due cartine presentano le nazioni che ospitano istituzioni di ricerca con cui i ricercatori della SZN hanno pubblicato lavori in collaborazione e gli istituti con cui la SZN ha in corso progettualità finanziate da terzi che si estendono temporalmente nel triennio oggetto di questo PTA. La partecipazione a questi progetti fa si che la SZN abbia attualmente attivi accordi di collaborazione con 140 istituzioni straniere

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distribuite su 38 nazioni.

Vale, inoltre, la pena sottolineare la rilevanza dei rapporti internazionali che la Stazione Zoologica intrattiene. Si tratta di rapporti che intercorrono nell’ambito di progetti infrastrutturali, quali ad esempio ASSEMBLE ed EMBRC. Questi rapporti consentono stretti legami di collaborazione con 13 istituti distribuiti in nove paesi della Comunità Europea allo scopo di stabilire e consolidare le interazioni necessarie allo sviluppo di infrastrutture dedicate alla ricerca biologica in ambito marino. Inoltre, la SZN è membro di Euro-Marine (http://www.euromarineconsortium.eu/) che rappresenta la formula adottata per i futuri network di eccellenza nel campo della biologia degli organismi marini. La Stazione Zoologica intrattiene rapporti di collaborazione e partecipazioni in società consortili così come di seguito schematizzato. Dettagli sono forniti alla sezione 3 ‘Quadro delle collaborazioni internazionali e delle interazioni con le altre componenti della rete di ricerca e delle partecipazioni’ del Piano Triennale 2013-2015. Si fa presente che questa partecipazione ha il solo scopo di ricerca scientifica e che alla data odierna non risultano rischi dovuti a perdite di gestione.

PartecipazioniNome Consorzio Stato Quota annua Trasferimento 2012 Personale distaccatoBioGem Attivo 30.987,41 1.690.000,00 2 TecnologiSARiMED In liquidazione 2.500,00AMRA Attivo 135.000,00GEAR Attivo 6.000,00Euroceans Attivo 5.000,00TARA Attivo 13.500,00

TOTALE 193.987,41 1.690.000,00

ManPower La Stazione Zoologica Anton Dohrn a seguito della direttiva n. 10/2012 del Dipartimento della Funzione Pubblica - Presidenza del Consiglio dei Ministri – ha proposto una dotazione organica ridotta a 125 unità (cfr. Tabella 17, Sezione 5 ‘Risorse Umane’ del Piano Triennale 2013-2015) a fronte di 108 unità attualmente in servizio (cfr Tabella 18, della citata Sezione 5 del PTA) a tempo indeterminato su fondi ordinari. Con DPCM del 9/10/2012 (prot. SZN 3182/E1 del 16/10/2012) la Stazione Zoologica è stata autorizzata all'assunzione di due unità di personale con profilo di tecnologo III livello e tre unità collaboratore tecnico di VI livello. Il PTA riporta anche dati relativi alle risorse derivate dalle cessazioni relativamente alle annualità 2010-2012. Come evidenziato nel Piano Triennale, alla luce dell’attuale quadro normativo e in attesa del previsto DPCM che determinerà la Dotazione Organica della SZN, si prevede di aggiornare successivamente il piano di Fabbisogno entro il 30 gennaio 2013. Assunto un quadro certo in merito alle opportunità e le risorse si provvederà a determinare in dettaglio il suddetto piano di fabbisogno. Il potenziale di ricerca della SZN si basa non solo sul man-power derivato dalla dotazione di personale in servizio, ma anche dalle attività svolte dalle figure in formazione. La Stazione Zoologica concorre, infatti, alla formazione di personale

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scientifico e tecnico italiano e straniero mediante borse di studio, dottorati ed assegni di ricerca, tirocini e tesi di laurea in discipline attinenti alla Fisiologia Animale, Evoluzione biologica, Biologia cellulare e dello sviluppo, Ecologia funzionale evolutiva e del plancton.

Infrastrutture La Stazione Zoologica partecipa a due progetti finanziati (cfr. Sezione 4 ‘Infrastrutture di Ricerca’) dal Programma Operativo Nazionale di Ricerca e Competitività 2007-2013, Obiettivo Operativo 4.1.1.4, Azione I "Rafforzamento strutturale": 1. il progetto BIOforIU (PONa3 00025), che prevede il CNR come capofila e la

partecipazione della Università del Salento e della SZN; 2. il progetto MouZe Clinic (PONa3 00239) che prevede la società consortile

BioGEM come capofila e la partecipazione dell'Università degli Studi della Magna Grecia di Catanzaro e della SZN.

Il valore degli investimenti previsti ammonta a circa 3,6M di Euro. La Stazione Zoologica, inoltre, attualmente coordina la fase preparatoria di un progetto Europeo per la costituzione di una infrastruttura di ricerca di carattere Pan-Europeo: EMBRC. La missione di EMBRC è quella di favorire l’accesso a ecosistemi ed organismi marini e ai dati che li riguardano facilitando così la loro fruizione da parte della comunità scientifica at large. La realizzazione di questa infrastruttura avrà ricadute positive di medio e lungo termine sul sistema socio-economico regionale, nazionale e sovranazionale consentendo l’acquisizione di conoscenze i. sulla complessità del sistema biologico marino, ii. dei meccanismi biologici che li governano, iii. delle scale e degli approcci per la loro conservazione ed utilizzazione sostenibile. La SZN riveste il ruolo di proponente di EMBRC e in tal modo sta contribuendo al disegno di tale infrastruttura orientandola verso attività che rappresentano il suo "core business" attuale. Alla luce di queste considerazioni gran parte degli investimenti erogati nell’ambito dei Progetti PON 2007-2013 citati, saranno utilizzabili quali contributi in-kind. A tali interventi va aggiunta la quota di contributo sul FOE erogata alla Stazione Zoologica Anton Dohrn per la partecipazione al progetto EMBRC. Una dettagliata analisi del posizionamento della SZN in merito a EMBRC è fornita nel Piano Triennale 2013-2015 e nei suoi documenti allegati. Gran parte degli investimenti sopra descritti potrebbero essere utilizzabili quali contributi in-kind alla fase di costruzione dell'infrastruttura. Nel Piano Triennale 2013-2015 viene anche fornita indicazione circa la dotazione strumentale (automezzi, natanti, biblioteca e attrezzature). Le attività di ricerca condotte dalla SZN richiedono l’utilizzo di risorse strumentali tecnologicamente avanzate per l’ottenimento e l’elaborazione dei dati e di specifiche infrastrutture per il mantenimento degli organismi utilizzati ai fini scientifici. Tenuto conto della necessaria sinergia tra le attività di ricerca e le ottimizzazioni di spesa, le principali strumentazioni di ricerca sono state centralizzate per ottimizzare l’uso delle risorse economiche ed umane disponibili. Le strumentazioni della SZN hanno spesso caratteristiche uniche nel contesto scientifico di riferimento e sono accessibili non solo ai ricercatori dell’Ente, ma all’intera comunità scientifica internazionale, attraverso collaborazioni e scambi scientifici o attraverso il

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modello di infrastruttura e di accesso operato ormai in maniera consolidata nell’ambito, ad esempio, del citato progetto ASSEMBLE.

Risorse Finanziarie Le fonti di finanziamento della Stazione Zoologica per il triennio 2013-2015 sono descritte alla Sezione 7 del Piano Triennale (cfr tabella 25). La riduzione del contributo ordinario, a seguito dell'applicazione del D.Lvo 213/09, potrebbe compromettere la capacità di sostenere tutte le attuali attività della SZN, nonché il cofinanziamento necessario all’attivazione dei programmi di ricerca comunitari e nazionali a cui la SZN partecipa. E' da sottolineare che la partecipazione ai progetti premiali e al progetto bandiera RITMARE potrà consentire di sviluppare attività di ricerca in cui la SZN può esprimere una specifica competenza e, in diversi casi, ricoprire un ruolo di leadership.

Resta possibile che l’Ente sia in grado di assicurare la propria partecipazione al prossimo bando di progetti Premiali così come già avvenuto per il 2011.

La spesa prevista per il triennio 2013-2015 è distribuita secondo macro-categorie (cfr. Tabella 26, sezione 7 del Piano Triennale).

Per quanto riguarda le spese dei Progetti di Ricerca finanziati da terzi bisogna considerare che tali importi prevedono i. le spese connesse ai progetti di ricerca industriali (per un valore di circa 2.160.000,00 euro), ii. le spese connesse ai progetti bandiera (per un valore di 4.800.000,00 euro) e iii. le spese connesse ai progetti premiali (per un valore di 963.244,00 euro). Infine, sono previste spese per attività di formazione, nel triennio, per progetti nazionali e regionali per un importo pari a circa un milione di euro. Nel Piano Triennale, viene infine presentata una valutazione del costo presunto dei programmi di ricerca per il triennio (cfr. Tabella 27, sezione 7). L’importo dei costi dei programmi è stato calcolato valorizzando il costo del personale, il costo degli assegni di ricerca e dei dottorandi e quota parte dei costi inerenti i beni e i servizi. Inoltre sono stati attribuiti ai programmi le quote di finanziamento spettanti derivanti da progetti esterni.

stazione zoologica anton dohrn - gazzetta...

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