NANOBIOAGRI - Biocontrollo delle malattie delle piante mediante nanoparticelle proteiche biodegradabili in non infettive

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Starting date
May 1, 2017
Duration (months)
44
Departments
Biotechnology
Managers or local contacts
Vandelle Elodie Genevieve Germaine

Descrizione del progetto
 
Il progetto NANOBIOAGRI si inserisce nel programma di lavoro ARIMNet2 relativo al “Miglioramento delle filiere Agroalimentari”, in particolare il tema 1, il cui obiettivo è “la promozione dell’agricoltura sostenibile per lo sviluppo socio-economico”.
 
Il progetto NANOBIOAGRI si prefigge di sviluppare una forma innovativa di biocontrollo dei fitopatogeni. Non è una forma canonica di Controllo biologico in quanto non include l'impiego di organismi antagonisti viventi. La novità consiste nell’applicazione delle nanotecnologie per sviluppare molecole biologiche efficaci basate su diversi meccanismi e sono completamente naturali e biodegradabili. Tali molecole biologiche sono nanoparticelle proteiche virali (virus nanoparticles, VNPs) derivate dal virus del mosaico della Rapa (TuMV) o il virus del mosaico del fagiolo dall'occhio (CPMV), virus ampiamente studiati dai membri del consorzio, che verranno funzionalizzate con sequenze aminoacidiche specifiche per conferirle proprietà fitosanitarie contro una gamma di patogeni di piante. Questo approccio innovativo dovrebbe quindi garantire un’assenza totale di residui nell’ambiente, grazie alla biodegrabilità delle molecole prodotte. I peptidi utilizzati avranno un’attività elicitrice o antimicrobica. Infatti, i peptidi antimicrobici (antimicrobial peptides, AMPs) sono emersi come componenti chiave del sistema immunitario innato in quasi tutti gli organismi viventi e hanno acquisito un notevole interesse per aiutare le specie di piante a lottare contro le malattie microbiche.
Tuttavia, la maggior parte degli AMPs che mostrano un certo potenziale per l’immunità delle piante contro le malattie sono spesso analizzati con dei saggi in vitro.
Il challenge maggiore resta quindi la validazione funzionale degli AMPs candidati in planta e la dimostrazione della fattibilità del loro utilizzo per la protezione delle piante in campo. In questo contesto, le nanoparticelle virali (VNPs), strutture proteiche con un’architettura virale normale ma prive di materiale genetico, meritano grande attenzione, in quanto possono essere modificate in maniera specifica per presentare peptide di interesse sulla loro superficie. In questo progetto, le VNPs saranno quindi funzionalizzate con AMPs sintetici o “green”, i.e. di origine vegetale, come tionine o defensine, per un effetto diretto contro i fitopatogeni. Invece, altre nanoparticelle saranno progettate come potenziali elicitori della difesa delle piante, funzionalizzando le VNPs con peptidi elicitori derivati dal flagello e l’arpina dei batteri, per consentire un’ulteriore effetto di immunizzazione delle piante, magari più durevole degli elicitori chimici già utilizzati in campo. Sia le molecole purificate che gli estratti vegetali contenenti queste nanoparticelle verranno applicati e validati su diversi patosistemi che prevedono funghi, oomiceti e batteri responsabili di malattie sulla vite, il melo, il pero, la calla e la patata. Inoltre, la robustezza della piattaforma per la produzione delle molecole biologiche sta nell’utilizzo delle piante come "bioreattori" che consentirà una riduzione significativa dei costi e la sostenibilità del controllo delle malattie.
 
Obiettivi di progetto:
  • Produzione di nanoparticelle virali funzionalizzate con peptidi.
  • Valutazione della biocompatibilità, biodisponibilità e stabilità delle nanoparticelle funzionalizzate in planta e analisi della risposta immunitaria della pianta a seguito della loro applicazione.
  • Valutazione dell’efficacia delle nanoparticelle funzionalizzate contro malattie batteriche e fungine.
  • Ottimizzazione della produzione e dell’applicazione delle nanoparticelle funzionalizzate.

Partner interni al Dipartimento: Prof.ssa Linda Avesani
 
Partner internazionali:
-Dr. Fernando Ponz (CPBG - Centre for Plant Biotechnology and Genomics U.P.M. – I.N.I.A., Madrid, Spain)
-Prof. Iris Yedidia / Hanoch Senderowitz (Agricultural Research Organization - The Volcani Center / Bar-Ilan University, Israel)
 

Sponsors:

Ministero Politiche Agricole Alimentari e Forestali - MIPAAF
Funds: assigned and managed by the department

Project participants

Davide Danzi
Research Scholarship Holders
Elodie Genevieve Germaine Vandelle
Associate Professor
Research areas involved in the project
Genetica e genomica umana, vegetale e microbica
Applied genetic engineering, transgenic organisms, recombinant proteins, biosensors

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