NEL CAVEAU DELLA BIOINFORMATICA ITALIANA

La sorveglianza sanitaria si basa su un patrimonio di informazioni e sulla piattaforma informatica per classificarli, analizzarli e riconoscerli. In una sola parola, GENPAT, un patrimonio di IZS Teramo a servizio di tutta l'Italia: parola di Adriano Di Pasquale.

“Nel 2017, l’IZS Teramo è stato designato dal Ministero della Salute Centro di Referenza Nazionale per il sequenziamento del genoma intero di patogeni microbici: database e analisi bioinformatica (CRN GENPAT).

Dal 2019, una piattaforma bioinformatica nazionale, denominata piattaforma GENPAT [GNP], è operativa per raccogliere, condividere e analizzare sequenze genomiche di microrganismi patogeni e i relativi metadati.

Un modulo popolare della piattaforma è il “modulo di sorveglianza”. Ogni volta che viene caricato un nuovo campione, questo viene confrontato genomicamente con tutti quelli della stessa specie presenti nella piattaforma, segnalando agli stakeholder eventuali avvisi e warning di interesse.

Il modulo è stato configurato per diversi patogeni, tra cui Listeria monocytogenes e West Nile Virus, gestendo gli strumenti bioinformatici per il confronto genomico specifici per batteri e virus.

Nel tempo, la piattaforma è stata ulteriormente estesa con altre pipeline bioinformatiche. In particolare, durante la pandemia di COVID-19 è stato sviluppato e pubblicato un nuovo approccio per l’analisi di clustering dei genomi di SARS-CoV-2.

Inoltre, a seguito di studi di Machine Learning condotti sui dati genomici da IZS Teramo, i modelli addestrati sono disponibili nella piattaforma come strumenti di previsione del fenotipo dei patogeni in esame. Gli stessi strumenti sono stati utilizzati nel recente focolaio di Dengue in Italia”.

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VERSO L'INFINITAMENTE PICCOLO
Microscopi elettronici, campioni vitrificati, fasci di elettroni e algoritmi: il viaggio nell'infinitamente piccolo per comprendere - tra le tante applicazioni - i meccanismi di formazione dei virus e la loro interazione con le cellule ospiti. Alessio Lorusso, virologo dell’IZS di Teramo, ci porta nel mondo di Cryo-EM (da One Health Journal #7 “Tecnologia”).

“La microscopia crioelettronica (cryo-EM) rappresenta una delle tecniche di imaging più rivoluzionarie e sofisticate della biologia strutturale moderna, consentendo di ottenere immagini ad altissima risoluzione di macromolecole biologiche, in condizioni quasi fisiologiche. Grazie ai progressi tecnologici raggiunti negli ultimi decenni, la cryo-EM si è affermata come valida alternativa alla cristallografia a raggi X e alla risonanza magnetica nucleare (NMR), offrendo un approccio innovativo per lo studio di proteine, virus e complessi molecolari. La vera rivoluzione che ha portato all’avvento della microscopia crio-elettronica si è verificata negli anni ’80, con l’introduzione della “vitrificazione”. Questo processo ha permesso di congelare i campioni in maniera quasi istantanea e senza formazione di cristalli di ghiaccio, garantendo, in questo modo, la possibilità di visualizzare strutture biologiche senza danneggiarle e a risoluzioni precedentemente inimmaginabili. L’approccio della tecnologia cryo-EM si basa sull’utilizzo di un microscopio elettronico per osservare campioni biologici congelati rapidamente in azoto liquido o etano. Questo processo impedisce la formazione di cristalli di ghiaccio che potrebbero danneggiarne la struttura e alterarne la conformazione. Dopo il congelamento, il campione viene esposto a un fascio di elettroni ad alta energia, che interagisce con le molecole biologiche generando immagini bidimensionali (2D). Migliaia di queste immagini vengono poi elaborate con sofisticati algoritmi di ricostruzione computazionale al fine di ottenere un modello tridimensionale (3D) dettagliato del campione in esame”.

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LA SALUTE DALLO SPAZIO

Prevenire il diffondersi delle epidemie grazie all'uso dei satelliti. È uno degli obiettivi di ESA - European Space Agency e del progetto AIDEO: a illustrarlo Stefano Ferretti su One Health Journal.

“Le minacce alla salute pubblica stanno diventando sempre più complesse, ma la disponibilità di dati satellitari, la crescente capacità di calcolo e il potenziale ancora inespresso dell’intelligenza artificiale stanno aprendo nuove prospettive.

Questi strumenti offrono opportunità concrete per sviluppare sistemi di allerta precoce e supportare le autorità nelle decisioni strategiche. Il progetto AIDEO ha esplorato come l’intelligenza artificiale possa essere applicata ai dati di Osservazione della Terra per migliorare la comprensione e la previsione della Febbre del Nilo Occidentale (WND, una zoonosi trasmessa da vettori virali che si è diffusa in diverse regioni.

Per analizzare la diffusione del virus del Nilo occidentale, i ricercatori hanno utilizzato dati satellitari, tra cui l’umidità del suolo rilevata dal programma Copernicus (Soil Surface Moisture, SSM), la temperatura della superficie terrestre (Land Surface Temperature, LST) e l’indice di vegetazione (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI), che indica lo stato di salute della vegetazione. Questi dati, raccolti dal sensore MODIS a bordo dei satelliti Terra e Aqua della NASA, sono stati integrati in un sistema strutturato e confrontati con le segnalazioni di focolai registrate nel Sistema Nazionale di Notifica delle Malattie Animali (SIMAN) nei 160 giorni precedenti ogni infezione segnalata.

Poiché i dati satellitari grezzi possono presentare lacune dovute a fattori come la copertura nuvolosa, c’è stata una prima elaborazione per ottenere una risoluzione di 250 metri. Le segnalazioni veterinarie sono state poi trasformate in mappe, suddividendo le informazioni in unità spaziali di 250 metri e intervalli temporali di 16 giorni. Questi dati sono stati usati per addestrare un modello di intelligenza artificiale con l’obiettivo di rispondere a una domanda chiave: sulla base delle condizioni climatiche e ambientali precedenti, qual è la probabilità che il virus del Nilo occidentale circoli nei successivi 16 giorni?"

Lo studio, pubblicato di recente, ha utilizzato dati degli anni 2017, 2018 e 2019 per addestrare, validare e testare il modello, ottenendo un’accuratezza complessiva di 0,84 nel test dell’epidemia del 2019.

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🌍🔬 Nasce a Teramo il Polo Nazionale e Internazionale per l'Alta Formazione in One Health

l'Università degli Studi di Teramo (UNITE) e l'Istituto Zooprofilattico Sperimentale dell'Abruzzo e del Molise “G. Caporale” (IZS-TE) hanno avviato il progetto SCALARE, finanziato con 5 milioni di euro dal Dipartimento per le Politiche di Coesione e per il Sud. Questo progetto mira a creare un polo di eccellenza per la formazione e la ricerca in ambito One Health, unendo salute umana, animale e ambiente.

🎓 Opportunità per i Giovani Ricercatori

Sono aperte le candidature per 12 borse di dottorato (ciclo XLI), con scadenza il 6 giugno.

I progetti spaziano dalla crio-microscopia elettronica allo sviluppo di vaccini innovativi, passando per la proteomica applicata alla sicurezza alimentare.

Ogni dottorato prevede co-supervisioni tra UniTe e IZSAM, con esperienze di mobilità nazionale e internazionale.

🌱 Un Futuro Sostenibile e Interdisciplinare

SCALARE si distingue per un approccio innovativo e interdisciplinare, affrontando sfide emergenti in sanità animale, sicurezza alimentare e sostenibilità ambientale.

La missione è formare una nuova generazione di ricercatori pronti a contribuire alla salute globale.

🔗 Scopri di più e candidati

👉 Link alla pagina web dedicata al progetto SCALARE
unitedoc.it/uni-izsam

👉 Link alla call delle 12 borse di dottorato
www.unite.it/UniTE/Ricerca/Dottorati_di_ricerca/Bando_di_concorso_per_l_ammissione_a_corsi_di_dot...

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Giuliano Garofolo dell'IZS di Teramo racconta su "One Health Journal" il campo di studio più attuale nel campo dell'ingegneria genetica. Una rivoluzione nascosta dietro una sigla, CRISPR, l'ultima tappa nel lungo viaggio dell'editing genetico.

“Sebbene il nome possa sembrare complesso, CRISPR è oggi la tecnologia di editing genomico dominante nei laboratori di tutto il mondo, grazie alla sua efficienza, precisione e versatilità. Nota come “forbice molecolare”, permette di manipolare facilmente il DNA di tutti gli esseri viventi, sia semplici che complessi, come non è mai stato possibile finora. Il sistema sfrutta due semplici elementi: acidi nucleici ed enzimi con attività nucleasica, il più famoso dei quali è Cas9.

Questi elementi, utilizzando il semplice principio dell’accoppiamento di basi nucleiche del DNA descritto da Watson e Crick, stanno rivoluzionando la ricerca biomedica e l’ingegneria genetica. A poco più di dieci anni dalla sua scoperta, CRISPR sta già trasformando la medicina, offrendo possibilità terapeutiche precedentemente impensabili. L’impatto è già evidente nel trattamento delle malattie genetiche grazie a cure innovative
in grado di modificare la vita e il destino di molti pazienti.

L’esempio dell’anemia falciforme è emblematico: dalla dimostrazione dell’uso di CRISPR per la correzione delle copie errate del gene hbb si è arrivati all’approvazione della cura da parte della FDA (Food and Drug Administration) negli Stati Uniti.

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IL CODICE DELLA VITA E LE STRATEGIE DEI VIRUS

L'avanzamento tecnologico sta cambiando radicalmente la lotta ai virus. Una delle strategie più importanti in questo campo è la reverse genetics che prevede lo studio del funzionamento dei geni partendo direttamente dalle loro sequenze. Invece di analizzare un organismo per identificare i geni responsabili di una determinata caratteristica, il processo viene invertito: si seleziona un gene specifico, lo si modifica o lo si disattiva per osservarne l’effetto. Un processo affascinante dagli orizzonti ancora immensi, come racconta Nicola D'Alterio, Direttore Generale di IZS Teramo, nell'editoriale di One Health Journal #7.

“La reverse genetics è nata tra gli anni ’70 e ’80 con l’avvento delle tecniche di manipolazione del genoma e, da allora, ha trovato applicazione in numerosi ambiti scientifici. In medicina, aiuta a comprendere il ruolo dei geni nelle malattie genetiche e a sviluppare terapie mirate. Nel campo delle neuroscienze gioca un ruolo cruciale, permettendo di identificare i geni coinvolti in disturbi neurologici gravi, come il Parkinson e l’Alzheimer. In biotecnologia e agricoltura, permette di migliorare le caratteristiche delle piante, rendendole più resistenti a malattie, parassiti e condizioni climatiche avverse, contribuendo così alla sicurezza alimentare globale.
Uno degli ambiti più rilevanti, però, è senza dubbio la virologia, che offre strumenti innovativi per affrontare le sfide sanitarie globali e migliorare le risposte alle emergenze virali".

Credit: Fusion Medical Animation

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Oggi si celebra un appuntamento molto particolare, la Giornata mondiale degli animali da laboratorio. Alleati preziosi per i ricercatori, oggetto di importanti e costanti riflessioni etiche. Grazie alla tecnologia, il loro utilizzo è sempre meno massiccio, ma ancora insostituibile.
Ce lo ha ricordato, nel corso di One Health Award 2024, Heinz Feldmann, Chief Scientist dei laboratori BSL4 presso i Rocky Mountain Laboratories. A questi animali, un grazie da tutti noi!

“Le preoccupazioni etiche spingono i ricercatori a trovare alternative per ridurre l’uso degli animali e sviluppare modelli sostitutivi per il futuro. Gli studi in vitro, in particolare i sistemi basati su organoidi umani e i sistemi tissutali su chip, potrebbero progressivamente sostituire parte della sperimentazione animale, ma attualmente non sono in grado di riprodurre appieno le complesse interazioni che avvengono durante la vaccinazione e l’infezione in un ospite. Modelli avanzati di roditori umanizzati rappresentano alternative promettenti per sostituire in futuro specie animali più grandi come i primati non umani. Tuttavia, oggi i modelli animali restano una risorsa insostituibile per la ricerca sulle malattie infettive e continuano a svolgere un ruolo cruciale nel percorso di autorizzazione delle contromisure”.

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ph: Nikolett Emmert ... See MoreSee Less