L’evoluzione molecolare: intervista con il Professor Renato Fani

Questa settimana al posto del “solito” articolo proponiamo ai nostri lettori un’intervista al Prof. Renato Fani, professore associato e Presidente del Corso di Laurea in Scienze Biologiche dell’Università di Firenze. Oltre all’attività didattica, il Prof Fani dirige il Laboratorio di Evoluzione Microbica e Molecolare presso il Dipartimento di Biologia dell’Università di Firenze. Durante la sua carriera universitaria ha supportato (e sopportato) più di 150 laureandi in Scienze Biologiche e Biotecnologie (me compresa), accompagnandoci nel completamento di una parte importante del percorso di studi. Questo è stato possibile grazie all’intensa attività di ricerca, documentata da più di 170 pubblicazioni indicizzate, derivante da diverse linee: evoluzione molecolare, analisi di popolazioni microbiche isolate da ambienti naturali, isolamento di nuovi antibiotici naturali, analisi di comunità microbiche produttrici di energia elettrica, studio del microbiota intestinale.

 

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Il Professor Renato Fani, professore associato e direttore del Laboratorio di Evoluzione Microbica e Molecolare presso il Dipartimento di Biologia dell’Università di Firenze

Domanda: Professore buongiorno, la ringrazio a nome dello staff di Microbiologia Italia per aver accettato di parlare con noi della sua attività, ed in particolare di evoluzione molecolare.

Risposta: Grazie a voi per questa opportunità di parlare dell’attività di ricerca che stiamo conducendo nel nostro laboratorio.

D: Professore, lei ha un approccio decisamente creativo alla ricerca, i suoi interessi sono molteplici così come ha partecipato e partecipa a molti progetti spaziando dall’ambito clinico, a quello puramente ecologico, agli ambienti estremi del Progetto Antartide. Qual è il lavoro o il progetto a cui è più affezionato?

R: Tutti i progetti che stiamo portando avanti riguardano i microrganismi, in particolare i batteri, e recentemente abbiamo avuto finanziamenti da Unione Europea e Regione Toscana nell’ambito di batteri provenienti dalla Stazione Spaziale Internazionale e di batteri provenienti dall’intestino di pazienti affetti da tumore al colon, due mondi e due situazioni all’apparenza completamente diverse. Oltre a questo ci occupiamo di batteri isolati da nicchie ecologiche diverse, come l’Antartide e le piante medicinali. In questo caso l’idea è quella di isolare molecole bioattive da batteri che vivono sia in ambienti estremofili (Antartide) che dalle piante medicinali. Questi due progetti sono particolarmente intriganti perché riguardano l’isolamento di batteri capaci di sintetizzare nuovi antibiotici naturali per combattere il fenomeno dell’aumento della resistenza dovuto all’evoluzione del genoma batterico. In particolare, l’Antartide è un ambiente estremo colonizzato da batteri che competono per le risorse a disposizione, per conquistare le quali i batteri producono molecole in grado di neutralizzare la “concorrenza”. Queste molecole con azione antibatterica possono essere utilizzate anche per combattere patogeni umani. In questo particolare settore molti ricercatori hanno dato un contributo notevole con risultati piuttosto incoraggianti, ed è oramai accertato che questi microrganismi abbiano la capacità di sintetizzare molti e nuovi antibiotici.

Per quanto riguarda invece le piante medicinali, un altro “ambiente” intrigante, l’idea nasce da una collaborazione tra ricercatori con competenze (molto) diverse incontrati anche in circostanze che esulano dal mero interesse professionale. In particolare è stata stabilita una collaborazione con il gruppo del Prof. Fabio Firenzuoli, direttore del centro di medicina integrativa di Firenze. Parlando di piante medicinali, ci siamo domandati se le molecole bioattive con attività antibatterica, antivirale e/o antitumorale che si trovano negli oli essenziali o negli estratti di piante medicinali, siano prodotte dalle piante stesse o dai batteri che vivono al loro interno, detti anche batteri endofiti. L’idea è quella di verificare su alcune piante, tra cui Echinacea purpurea, originaria delle praterie del Nordamerica e utilizzata dai nativi americani per le sue proprietà curative, se le molecole bioattive presenti provengano dagli endofiti o no.

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Echinacea purpurea in fiore.

Per questo motivo sono stati isolati batteri dai tessuti di E. purpurea, ed è stata studiata la produzione di sostanze capaci di bloccare la crescita di batteri come Staphylococcus aureus, Burkholderia cepacia, Stenotrophomonas maltophilia ed Acinetobacter baumannii, aggressivi nei confronti di pazienti immunocompromessi e con quadri clinici peculiari. I risultati sono piuttosto incoraggianti: una grande percentuale di questi batteri endofiti producono molecole con attività antibiotica molto potente, in grado di bloccare la crescita di batteri resistenti a un buon numero di antibiotici, compresa la colistina. E’ quindi chiaro che le piante medicinali siano una riserva di microrganismi che, a loro volta, rappresentano sono un serbatoio (ancora in gran parte inesplorato) di molecole bioattive che potrebbero avere un potenziale enorme dal punto di vista medico.

Questi sono solamente due dei progetti a cui stiamo lavorando e sono il risultato di una “cascata di eventi”, nel senso che da un progetto si ottengono risultati, i risultati fanno sì che si possano instaurare delle collaborazioni con altri gruppi (nazionali ed internazionali), le collaborazioni permettono di elaborare altri progetti generando una cascata che da’ origine a tanti rivoli diversi. Conseguentemente, non esiste un progetto al quale sono più affezionato, perché ognuno di essi ha rappresentato e rappresenta tuttora un punto importante della mia vita professionale.

Le faccio un esempio che mi ha coinvolto direttamente e che ha avuto riscontri non soltanto nel campo dell’esperienza professionale, ma anche umana. Qualche anno fa abbiamo lavorato sui batteri che producono elettricità, grazie a un’idea condivisa da più gruppi di ricerca, un progetto che ci ha portato a fare un’importante esperienza di vita e professionale. Tutto è cominciato nel 2009, quando abbiamo organizzato presso il Polo Scientifico di Sesto Fiorentino un convegno sulla bioelettricità microbica.

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Un momento del Convegno sulla bioelettricità microbica.

 

È stato previsto l’intervento di un oratore straniero e di alcuni docenti sia dell’Ateneo fiorentino che di altri Atenei. Il convegno è stato trasmesso anche in rete, e grazie alla visibiltà ottenuta con WEB siamo stati contattati da un’organizzazione non governativa (ONG) che si occupava di smaltimento dei rifiuti nella foresta amazzonica dell’Ecuador. Nella foresta manca l’elettricità, per questo motivo vengono utilizzate torce elettriche a batterie, che una volta esaurite generano inquinamento. L’idea, già sperimentata in altri Paesi in via di Sviluppo, è quella di sfruttare i batteri in grado di produrre bioelettricità per creare un circuito in grado di produrre energia elettrica e accendere una lampadina. Il compito al quale siamo stati chiamati è stato quello di verificare se i batteri presenti nel suolo amazzonico potessero effettivamente sostituire l’elettricità nei villaggi amazzonici ecuadoriani, portandoci nel buio della foresta ad accendere lampadine grazie a un progetto finanziato dall’Unione Europea. Questo per dire quanto grande può essere la cascata generata da un piccolo evento, risvolti pratici inclusi.

 

D: Cosa l’ha portata ad occuparsi di evoluzione molecolare? Era già uno dei suoi interessi oppure è una passione nata strada facendo?

R: La caccia dell’invisibile mi ha sempre affascinato, soprattutto di quello che noi non riusciamo a vedere perché se ne sono apparentemente perse le tracce dato il tempo trascorso. L’evoluzione molecolare è stata perciò una delle cose che più mi ha intrigato, in particolare l’evoluzione dei primi stadi della vita, cioè come le cellule primordiali sono comparse e si sono adattate a quelle condizioni ambientali, e come nel corso dell’evoluzione questi microrganismi hanno cambiato il loro genoma sviluppando le attività metaboliche che oggi conosciamo. I progetti di cui le ho parlato apparentemente sembrano slegati dall’evoluzione molecolare, ma non lo sono. In particolare gli esperimenti di evoluzione portati avanti sui batteri hanno, tra l’altro, il grande vantaggio di poter dare risultati visibili in tempi estremamente rapidi, risultati che possono avere grande rilevanza ad esempio nella pratica clinica, ma non solo. L’evoluzione molecolare si può studiare con approccio genomico tramite l’analisi delle sequenze, che negli ultimi lustri ha tratto un notevole impulso grazie ai progressi tecnologici che hanno abbattuto i costi. Le faccio un esempio banale. Nel 1995 il costo del sequenziamento del primo genoma batterico (quello del batterio Haemophilus influenzae) si aggirava intorno ai 3 miliardi di lire, oggi per sequenziare il genoma di un batterio sono sufficienti poche decine di euro. Oltretutto i tempi di sequenziamento sono diventati rapidissimi; in breve si ha disposizione un’enorme quantità di dati provenienti da batteri appartenenti a generi e specie diverse. Questi dati permettono di ricostruire la storia di questi microrganismi, sia in senso strettamente evolutivo che in senso epidemiologico mettendo in luce aspetti di indubbia utilità. È possibile, ad esempio, svelare i meccanismi dell’evoluzione della resistenza agli antibiotici, per poi utilizzare questi dati per selezionare nuovi bersagli farmacologici da utilizzare nei confronti di determinati batteri. Il sequenziamento dei genomi permette inoltre di verificare in silico quali potrebbero essere le tappe metaboliche da bloccare per fermare la crescita di un microrganismo. Quindi lo studio dell’evoluzione, di fatto, si interseca perfettamente con le altre linee di ricerca che stiamo portando avanti e che hanno ricadute pratiche dal punto di vista medico e non solo.

 

D: Alla prossima domanda ha già risposto… avrei voluto chiederle qualcosa a proposito dell’”evoluzione dell’evoluzione”, e come è cambiato l’approccio nel corso degli anni..

R: Sicuramente i progressi tecnologici in termini di rapidità e costo di ottenimento dei dati hanno influito sull’approccio all’evoluzione. La questione dell’evoluzione dei microrganismi è tuttavia un argomento che definirei “spinoso” e che va trattato con molto equilibrio. Noi siamo abituati a pensare all’evoluzione in termini prettamente darwiniani di selezione naturale. I batteri si comportano in modo un po’ diverso, e quindi è possibile che nell’evoluzione dei microrganismi possano aver giocato anche dei processi, oltre a quello di tipo darwiniano, più lamarckiani. Anche se chi si occupa di evoluzione di organismi superiori può essere preso in contropiede da quest’affermazione, di fatto i dati disponibili in letteratura sull’evoluzione dei microrganismi ci portano in questa direzione. Nelle popolazioni batteriche si verificano eventi che, al momento, non sono spiegabili solo sulla base di un modello evolutivo di stampo darwiniano, e questo è un argomento che personalmente mi affascina molto.

D: Qual è stato il momento in cui ha capito che la ricerca era la sua strada, una possibilità concreta?

R: La ricerca mi ha sempre appassionato, e devo dire che da biologo genetista sono estremamente contento di poter insegnare genetica ai biologi. Per quanto fossi sempre stato interessato ai misteri ed all'”invisibile”, la passione per la ricerca si è accresciuta (ed è forse nata) durante il periodo della tesi di laurea nell’Istituto di Genetica sotto la supervisione del Prof. Mario Polsinelli, momento in cui mi sono reso conto che la ricerca non era più solo un interesse ma stava diventando qualcosa di più grande, una grandissima passione. Il problema è stato la mancanza di sbocchi professionali all’interno dell’università al momento della laurea che, oramai risale al 1979, che ha costretto me, come molti biologi laureatisi in quel periodo, a svolgere lavori che poco avevano a che vedere con l’ambito universitario ma che potevano garantirci l’indipendenza economica necessaria per avere comunque la possibilità di svolgere almeno un minimo di attività di ricerca.

D: Professore, ma secondo lei si nasce o si diventa ricercatori? E cosa consiglierebbe a un ipotetico studente che sta per scegliere l’argomento della sua tesi di laurea?

R: Si può nascere, ma si può anche diventare ricercatori. Le persone possono avere interessi, probabilmente intrinseci, molti studenti però trovano la strada dopo aver frequentato certi corsi universitari o aver iniziato altri percorsi. Questo dipende anche dalla possibilità di incontrare figure che stimolino questi interessi, dando la possibilità di trasformare gli interessi in passioni. Coloro i quali hanno davvero passione, e sto parlando di qualcosa di realmente motivante, riescono a superare le difficoltà oggettive che, inutile negarlo, esistono e sono (apparentemente) quasi insormontabili e trovano la loro strada in questo campo. Sono certo che questo darà immense soddisfazioni sia dal punto di vista professionale che emozionale.

D: Descriva con tre parole le sue ricerche.

R: Emozionanti, affascinanti, utili, che abbiano quindi dei risvolti pratici.

D: Beh, avete acceso le lampadine nella foresta, direi che come aspetto pratico non è trascurabile!

 

D: Ci può parlare dei suoi progetti futuri?

R: Porteremo avanti un progetto finanziato dalla Regione Toscana il cui principal investigator è il Prof. Amedeo Amedei. Il progetto si propone di chiarire l’interazione tra i batteri intestinali, una quantità infinita rispetto al numero delle nostre cellule, ed il sistema immunitario e di come questo possa ricollegarsi all’insorgenza di cancro al colon. Questo è un progetto che dovrebbe avere delle ricadute pratiche e che permetterà di definire il microbiota intestinale in questi pazienti ma anche di proporre modelli metabolici per capire come possono interagire batteri e cellule intestinali.

Altri progetti (finanziati dalla EU nell’ambito del programma Horizon 2020) ci vedono coinvolti nella ISS (la Stazione Spaziale Internazionale) e rappresentano un grande motivo di orgoglio. Il progetto, in cui sono coinvolti il Prof. Francesco Canganella dell’Università della Tuscia e l’A.S.I. (Agenzia Spaziale Italiana) ha previsto e prevede il nostro coinvolgimento diretto, in quanto siamo stati chiamati a verificare quale di sei diversi materiali trattati in modi differenti fosse meno attaccabile dai microrganismi. Perché questo? Ovviamente in previsione delle prossime missioni spaziali è importante definire quale materiale sia un terreno di crescita meno fertile per i batteri e sia quindi adatto per costruire gli interni della navicella spaziale. Il nostro compito è stato proprio quello di valutare quale tipo di batteri e in quale carica fossero presenti sui sei diversi materiali che sono stati a bordo della ISS per diversi mesi, compito delicato che mi ha reso felicissimo di mettere alla prova me e la mia squadra di collaboratori che si sono dimostrati estremamente capaci.

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Anche le navicelle spaziali possono rappresentare un buon campo di indagine per la ricerca sui batteri

D: Professore, siamo felici che abbia voluto condividere con noi di Microbiologia Italia un’anteprima di questi risultati, e ci offriamo di divulgarli attraverso il nostro blog e la pagina Facebook non appena saranno disponibili, sicuri che sarà interessante per il nostro pubblico. La ringrazio ancora per la bella chiacchierata, che sono sicura appassionerà i nostri lettori.

R: Di nuovo, grazie a voi per l’opportunità di presentare il nostro lavoro!

 

E così si chiude la nostra chiacchierata, quello che non posso trascrivere è la passione con cui il prof parla dei progetti di ricerca, delle cascate di eventi e di incontri fortuiti e fortunati. La magia delle lampadine che si accendono nel buio della foresta dell’Ecuador, l’emozione di toccare con mano qualcosa che viene dallo spazio: tutto questo si legge tra le righe, auguro a ognuno dei lettori in cerca della sua strada di incontrare qualcuno che sia capace di accendere in voi la passione per la ricerca e l’amore per la scoperta.

Priscilla Cocchi

 

Fonti immagini:

Echinacea purpurea: http://www.flickr.com/photos/10922353@N03/2647808455/, autore Forest Wander from Cross Lanes, USA

Navicella spaziale: http://scienzaesalute.blogosfere.it/post/537098/missione-futura-samantha-cristoforetti-prima-astronauta-italiana-spazio-oggi-lancio

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