Il programma di ricerca coordinato da Mauro Tretiach è incentrato sugli aspetti fondamentali e applicati della biologia dei licheni. Gran parte delle attività di ricerca viene svolta con un team giovane e motivato, che si è formato negli ultimi anni. Attualmente (settebre 2022), il gruppo comprende tre ricercatori permanenti (M.T., L.M. e F.C.C.), due ricercatori post-doc, quattro studenti di dottorato e diversi studenti dei corsi di laurea magistrale; a breve (novembre 2022) si aggiungerà al gruppo un nuovo studente di dottorato.

Il gruppo studia la diversità dei simbionti lichenici, il funzionamento della simbiosi lichenica in risposta a fattori ambientali di stress e analizza le informazioni che questi organismi possono fornire sul loro ambiente di crescita, combinando approcci molecolari, ecofisiologici e "omici". Inoltre, il laboratorio si occupa anche dello studio ecotossicologico dei nanomateriali bidimensionali (2D).

Le attività di ricerca sono organizzate in quattro linee principali, come segue:

Biologia cellulare dei licheni

I licheni sono organismi peciloidrici, tolleranti il disseccamento, quindi in grado di resistere a frequenti cicli di disidratazione e reidratazione grazie a modificazioni strutturali del citoplasma e a un efficiente pool di molecole antiossidanti. Fotobionti e micobionti lichenici, funghi che lichenizzano opzionalmente e che vivono sulle rocce, funghi melanizzati precedentemente isolati individualmente in coltura vengono coltivati in laboratorio in condizioni controllate. Questo ci permette di studiare (i) la loro tolleranza al disseccamento a livello cellulare e molecolare, (ii) i segnali molecolari che vengono sovra- o sotto-espressi nelle diverse associazioni alga-fungo e (iii) nelle fasi iniziali della lichenizzazione, quando la simbiosi lichenica viene ristabilita in vitro.

Tecniche di microscopia vengono applicate per studiare le modificazione delle strutture cellulari, vengono eseguite analisi biochimiche per identificare i metaboliti coinvolti, mentre le analisi trascrittomiche vengono utilizzate per comprendere i processi molecolari chiave coinvolti, con particolare attenzione ai fotobionti. Parte di queste ricerche sono svolte in collaborazione con i gruppi di ricerca della Prof. Ilse Kranner (Università di Innsbruck, UIBK) e del Prof. Alberto Pallavicini (DSV).

[ref.: Dr.ssa Lucia Muggia; Dr. Fabio Candotto Carniel; Prof. Mauro Tretiach; Dr.ssa Agnese Cometto; Dr. Enrico Boccato]

Biomonitoraggio di inquinanti aerodispersi persistenti: dalla ricerca di base alla (buona) pratica

Le attività in questo campo possono essere suddivise in due tipi: ricerca di base e servizi applicati.

La ricerca di base mira ad aumentare la qualità intrinseca e l'accuratezza dei protocolli di biomonitoraggio, essendo specificamente pianificata per chiarire alcuni aspetti scarsamente conosciuti della fisiologia di licheni e muschi utilizzati nell'accumulo di inquinanti atmosferici. Alcuni importanti contributi per aumentare la qualità delle nostre indagini di biomonitoraggio sono (i) la verifica della affidabilità dei modelli di dispersione degli inquinanti atmosferici mediante l’incrocio con dati di bioaccumulo, (ii) la valutazione dei livelli di base di elementi in traccia nel lichene epifita Pseudevernia furfuracea a livello nazionale, e (iii) la stesura, in collaborazione con altri ricercatori della Società Lichenologica Italiana, di un dettagliato protocollo sull'uso di licheni nativi e trapiantati come biomonitor di elementi in tracce nell'aria, che è stato recentemente pubblicato da ISPRA, l’Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale, e che comprende anche delle inedite scale interpretative dei dati.

I servizi di biomonitoraggio sono generalmente svolti per conto di enti locali ed agenzie ambientali e rappresentano una importante fonte di finanziamento per le attività del gruppo di ricerca. Essi consistono nell'applicazione di protocolli standard in cui licheni, muschi o piante vascolari sono utilizzati come bioindicatori della qualità dell'aria (essendo sensibili a SO₂, NO_x, H₂S ecc.) o come bioaccumulatori attivi e passivi di inquinanti persistenti aero-dispersi (ad esempio metalli pesanti, IPA, PCB ecc.). Recenti indagini di biomonitoraggio sono state condotte su impianti industriali situati nei comuni di Spilimbergo, Monfalcone e Fanna (NE Italia); molti altri, compresa la loro pianificazione, sono stati eseguiti per società private (ad esempio CESI, Milano; Sbe-Varvit, Monfalcone).

[ref.: Prof. Mauro Tretiach]

Sistematica molecolare di licheni, micobionti, fotobionti, funghi associati ai licheni e funghi neri che popolano le superfici rocciose

I concetti morfologici e filogenetici sono diventati complementari nella moderna sistematica dei licheni; essi sono applicati per risolvere taxa critici e capire le loro relazioni filogenetiche all'interno di una prospettiva di tassonomia integrata. Nelle nostre ricerche la diversità genetica e il posizionamento filogenetico dei simbionti lichenici e dei funghi associati ai licheni (funghi lichenicoli) sono studiati da più marcatori nucleari, mitocondriali e plastidiali. I taxa che sono stati inclusi nelle nostre ricerche rappresentano licheni endolitici, crostosi, fruticosi e sterili caratterizzati da bassa diversità morfologica, elevato polimorfismo morfologico ed ecologico, relazioni filogenetiche sconosciute o con  stili di vita differenti. La loro tassonomia viene chiarita dalla combinazione di dati morfologici con quelli molecolari su scala genomica a diversi livelli tassonomici. Nel tempo sono state stabilite consolidate collaborazioni con i gruppi di ricerca del Prof. Martin Grube (Graz, Austria), il Prof. Mats Wedin (Stoccolma, Svezia), il Prof. Steven Leavitt (Provo, Utah, USA) e molti altri in tutto il mondo.

[ref.: Prof.ssa Lucia Muggia; Prof. Mauro Tretiach; Dr.ssa Agnese Cometto]

Ecotossicologia dei nanomateriali 2D

Il nostro gruppo di ricerca è coinvolto in uno dei più importanti progetti di ricerca finanziati dall’Unione Europea, il progetto H2020 GRAPHENE FLAGSHIP. Come componenti del gruppo di lavoro WP4 - Salute ed Ambiente, guidato dal prof. Maurizio Prato (DSCF, UniTS), noi stiamo studiando la tossicologia ambientale di diversi materiali della famiglia del grafene (“Graphene Related Materials, GRMs). Questi nanomateriali sono già presenti in una vasta gamma di prodotti disponibili nella vita di tutti i giorni. In particolare, i materiali che contengono GRMs hanno attratto un particolare interesse nell'ultimo decennio perché mostrano straordinarie proprietà chimico-fisiche. Considerando i grandi investimenti effettuati, l'ampia gamma di applicazioni e l'aumento della produzione dei GRMs, nel prossimo futuro ci si aspetta un rilascio sempre maggiore e/o incontrollato di questi nanomateriali nell'ambiente.

Dopo i primi studi sulle microalghe aero-terrestri, condotti nell’ambito della fase CORE 1 del progetto, nella successiva fase denominata Core 2 abbiamo verificato se la deposizione aerea dei GRMs può interferire con il processo di riproduzione sessuale delle piante a seme. Il lavoro più recente è stato focalizzato sullo studio in vitro degli effetti dei GRMs sulle prestazioni dei pollini della pianta del tabacco (Nicotiana tabacum L.), una specie entomofila, e del nocciolo (Corylus avellana L.), una specie anemofila. Gli effetti dei GRMs sono stati caratterizzati attraverso misure del tasso di germinazione del polline, dell'allungamento del tubetto pollinico, della vitalità dei granuli pollinici e della loro produzione di ROS. Uno studio ancora più recente ha permesso di caratterizzare in vivo le interazioni dei GRMs con la superficie stigmatica dei fiori di Cucurbita pepo (la comune zucchina) e gli effetti sulle prestazioni dei pollini che vi si depositano.

E’ recentemente partito un nuovo progretto PRIN 2020 del quale M.T. è cordinatore nazionale. Esso è intitolato “2D-Nano-Mad-Plants” ed è dedicato allo studio delle interazioni tra le strutture sessuali delle piante da seme e 4 nanomateriali 2D: l’ossido di graphene, il nitruro di borio esagonale, il solfuro di molibdeno e la mica di potassio. Questo progetto è svolto in collaborazione con le università di Bologna (Dr. Iris Aloisi, Prof. Francesca Ventura) ed Udine (Guido Fellet). Per maggiori dettagli: https://site.unibo.it/2d-nano-mad-plants-prin2020/en.

In una seconda linea di ricerca svolta sempre nell’ambito della fase CORE 2 del progetto abbiamo studiato il destino dei GRMs negli ambienti terrestri, ipotizzando che essi finiscano nella matrice suolo. A tal fine, il Few Layer Grafene (FLG) è stato esposto a colture vive e devitalizzate di due funghi capaci di demolire la lignina e un fungo saprotrofo del suolo, sia in presenza di lignina che senza, dimostrando che tutti e tre sono capaci di attaccare il FLG trasformandolo in una sostanza simile al Grafene Ossido (GO), possibilmente il primo stadio verso la completa degradazione a CO₂. In un secondo studio, la lignina perossidasi, l’enzima-chiave della degradazione della lignina per uno di questi funghi (Phanerochaete chrysosporium Burdsall) è stato testato in vitro per caratterizzare la biochimica della degradazione del GO.

Per l’attuale fase CORE 3 del progetto, stiamo concludendo una nuova attività di ricerca che ci riporta alle alghe, questa volta dulciacquicole. Al momento attuale, non ci sono specifici protocolli OECD per testare l’ecotossicità dei materiali grafenici, ma sono in corso di definizione alcune linee- guida che si dovrebbero applicare alla più ampia categoria dei nanomateriali. Noi ci concentreremo sul protocollo OECD TG 201, che usa microalghe per testare la tossicità di sostanze chimiche in ambiente acquatico, per verificarne l’applicabilità ai materiali grafenici, proponendo eventualmente delle modifiche metodologiche per aumentarne l’affidabilità, garantendo una stima accurata della tossicità di questi materiali. Protocolli affidabili e sicuri sono infatti elementi essenziali per garantire che i processi autorizzativi per l’uso degli GRMs da parte del mercato possano avvenire nel pieno rispetto dell’ambiente.

In futuro, vorremmo poter caratterizzarein collaborazione con i colleghi dell'università di Torino la flora fungina che colonizza gli affioramenti e i depositi di scorie delle miniere di grafite, al fine di individuare organismi specializzati nella degradazione di materiali grafenici. Una nuova proposta progettuale con L.M. quale responsabile scientifico è attualmente in fase di valutazione nell'ambito della call per progetti PRIN 2022: teniamo le dita incrociate!

 [ref.: Dr. Fabio Candotto Carniel; Prof. Mauro Tretiach; Prof.ssa Lucia Muggia; Dr. Giada Caorsi]