Littérature scientifique sur le sujet « Comunità microbica »

Una crescente evidenza suggerisce che l'asse intestino-cervello possa svolgere un ruolo chiave nelle condizioni di salute e malattia attraverso una rete di comuni-cazioni bidirezionali che coinvolge percorsi neurali e immunoendocrini. Questa complessa interazione influenza profondamente sia il microbiota intestinale che il comportamento del cervello. La disbiosi del patobioma intestinale è rilevante per la patogenesi di disturbi gastrointestinali funzionali, sindromi dolorose croniche, disturbi neurologici e mentali. Di conseguenza, il targeting del microbiota intestina-le sta emergendo come una nuova, efficace prospettiva terapeutica. Tra le molte opzioni di trattamento, gli interventi psicologici, inclusa l'ipnosi, sono stati utilizzati per modulare lo Psicobioma e il suo analogo ipnotico, l'Ipnobioma. Oltre a una revisione della letteratura recente, viene riportato uno studio pilota su una paziente con Sindrome del colon irritabile (IBS) trattata con successo con ipnosi simil-quantica. L'esito positivo del trattamento è stato associato a una significativa di-minuzione di taxa microbici patologici concomitante con un aumento di taxa fi-siologici. Questi risultati preliminari suggeriscono che l'Ipnobioma può rappresentare una nuova promettente frontiera dell'ipnositerapia.

El eje cerebro-intestino-microbiota es un complejo bidireccional que comunica al sistema nervioso central con el aparato digestivo. Las alteraciones en la composición de la microbiota intestinal se han relacionado con la presencia de enfermedades digestivas y extradigestivas tales como las enfermedades neuropsiquiátricas. La disbiosis predispone a la aparición de alteraciones en la permeabilidad intestinal, lo cual facilita la liberación de neurotransmisores y citoquinas que generan las condiciones propicias para que aparezca un estado conocido como neuroinflamación, que parece ser clave en la fisiopatogenia de las enfermedades neuropsiquiátricas. En virtud de estos datos, la modulación de la microbiota a través de cambios en la dieta, antibióticos y probióticos, podría ser una alternativa útil, no sólo para el tratamiento de enfermedades digestivas sino también de trastornos extra digestivos como las enfermedades neuropsiquiátricas.

Abstract Aims We investigated the role of plants and their plant-derived carbon in shaping the microbial community that decomposes substrates and traced the return of nutrients from decomposition back to plant shoots in order to understand the importance of plants for ecosystem element cycling. Methods We performed a greenhouse experiment having plant communities with and without arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and ingrowth cores that held different 15N labeled substrates. We determined the microbial community structure using molecular sequencing and the net assimilation of plant carbon into soil microorganisms using a 13CO2 pulse and 13C measurements of microbial biomarkers. We determined the return of nitrogen back to the shoots using the 15N signal, which was provided from the decomposition of the substrate added to the ingrowth cores. Results We observed that the microbial community composition in the ingrowth cores and their net 13C assimilation depended on the presence of AMF and the added substrate. Both plant communities had similar 15N uptake into their shoots, but the net N uptake cost was significantly lower in presence of AMF. In the presence of AMF also lower net N uptake cost was observed for the decomposition of plant-derived and microorganism-derived substrates compared to inorganic nitrogen suggesting that AMF actively controls the decomposer comunity and their carbon demand. Conclusion Our results identify for the first time a functional overlap of soil microorganisms as identical substrate is decomposed by different microorganisms suggesting functional redundancy of microbial communities. In consequence a better understanding of ecosystem element cycling can only be achieved when the whole plant-microorganism-organic matter-soil continuum is investigated.

La qualità delle fave di cacao disponibili in commercio, che rappresentano la principale materia prima per la produzione di cioccolato, dipende da diversi fattori inclusi: il tipo di piantagione, le pratiche agricole ed il processo di post raccolta. Tra queste; fermentazione ed essicazzione sono generalmente considerate le più rilevanti, dal momento in cui, durante queste fasi, vengono formati e fissati i precursori degli aromi del cacao. Inoltre, esse rappresentano un step cruciale durante il quale possono verificarsi contaminazioni da parte dei funghi filamentosi. La fermentazione è caratterizzata da una successione ben definita di lieviti, batteri lattici e batteri acetici, a tal fine, lo scopo del presente lavoro di tesi è stato quello di esplorare e descrivere in modo completo le comunità batteriche e fungine coinvolte nella fermentazione delle fave di cacao e valutare se l’origine geografica ed il metodo di fermentazione potessero influenzare la loro composizione. Per ottenere tali risultati il gene 16s rRNA è stato usato come marker per descrivere la comunità batterica totale mediante High Throughput Sequencing (HTS), dimostrando come tale approccio abbia la capacità di evidenziare la totalità delle comunità batteriche a livello di specie. In un secondo approccio l’Internal Transcribed Spacer 1 (ITS1) ed il dominio D1/D2 della sub unità maggiore dell’RNA ribosomiale (26s rRNA) sono stati selezionati per descrivere la popolazione fungina. I risultati hanno evidenziato come le due regioni abbiano la capacità di descrivere la composizione generale delle popolazioni, sebbene il dominio D1/D2 sia stato in grado di analizzare più nel dettaglio la composizione. Infine gli stessi campioni sottoposti all’analisi mediante HTS sono stati analizzati mediante SPME-GC-MS per evidenziare i principali composti aromatici formatisi durante il processo di post raccolta. Complessivamente i risultati indicano chiaramente che l’approccio mediante HTS ha le potenzialità per fornire una dettagliata visione d’insieme delle comunità batteriche e fungine presenti durante le fasi di post raccolta delle fave di cacao, inoltre le analisi statistiche hanno evidenziato come l’ITS1 ed i composti volatili possano essere utilizzati per la tracciabilità geografica.
The quality of commercial cocoa beans, the principal raw material for chocolate production, depends on several factors including type of plantations, the agricultural practices and the post-harvest processing. Among these, fermentation and drying are generally considered the most relevant, since during these phases cocoa flavors precursors are formed and fixed. Furthermore, they represent crucial steps during which filamentous fungi contamination might occur. Fermentation is characterized by a well-defined succession of yeasts, lactic acid bacteria and acetic acid bacteria, so that, the aim of the described studies was to explore total bacterial and fungal communities involved in cocoa bean fermentation and to evaluate if geographical origin and fermentation method might affect their composition. To achieve these results, 16s rRNA gene was used as marker to assess the total bacterial community by using High Throughput Sequencing (HTS), indicating that this approach has the ability to provide a comprehensive view of the cocoa bean microbiota at the species level. In a second approach, Internal Transcribed Spacer 1 (ITS1) and the D1/D2 domain of the Large subunit (LSU) of the nuclear ribosomal RNA (26S rRNA) were screened to assess the total fungal community. Results revealed the ability of these two genomic regions to describe reliably the general composition, even if D1/D2domain was able to go deeper into the fungal composition resulting in a higher resolution. In the last approach the same samples subjected to HTS investigation were analyzed through SPME-GC-MS in order to underline the principal key-aroma compounds formed during the post-harvest processing. Overall, results point out clearly that HTS approach has the ability to provide a comprehensive view of the total bacterial and fungal communities, and statistical analyses have shown how analyses of ITS1 sequences and volatile compounds might be useful for the geographical traceability of the processed cocoa beans samples.

La qualità delle fave di cacao disponibili in commercio, che rappresentano la principale materia prima per la produzione di cioccolato, dipende da diversi fattori inclusi: il tipo di piantagione, le pratiche agricole ed il processo di post raccolta. Tra queste; fermentazione ed essicazzione sono generalmente considerate le più rilevanti, dal momento in cui, durante queste fasi, vengono formati e fissati i precursori degli aromi del cacao. Inoltre, esse rappresentano un step cruciale durante il quale possono verificarsi contaminazioni da parte dei funghi filamentosi. La fermentazione è caratterizzata da una successione ben definita di lieviti, batteri lattici e batteri acetici, a tal fine, lo scopo del presente lavoro di tesi è stato quello di esplorare e descrivere in modo completo le comunità batteriche e fungine coinvolte nella fermentazione delle fave di cacao e valutare se l’origine geografica ed il metodo di fermentazione potessero influenzare la loro composizione. Per ottenere tali risultati il gene 16s rRNA è stato usato come marker per descrivere la comunità batterica totale mediante High Throughput Sequencing (HTS), dimostrando come tale approccio abbia la capacità di evidenziare la totalità delle comunità batteriche a livello di specie. In un secondo approccio l’Internal Transcribed Spacer 1 (ITS1) ed il dominio D1/D2 della sub unità maggiore dell’RNA ribosomiale (26s rRNA) sono stati selezionati per descrivere la popolazione fungina. I risultati hanno evidenziato come le due regioni abbiano la capacità di descrivere la composizione generale delle popolazioni, sebbene il dominio D1/D2 sia stato in grado di analizzare più nel dettaglio la composizione. Infine gli stessi campioni sottoposti all’analisi mediante HTS sono stati analizzati mediante SPME-GC-MS per evidenziare i principali composti aromatici formatisi durante il processo di post raccolta. Complessivamente i risultati indicano chiaramente che l’approccio mediante HTS ha le potenzialità per fornire una dettagliata visione d’insieme delle comunità batteriche e fungine presenti durante le fasi di post raccolta delle fave di cacao, inoltre le analisi statistiche hanno evidenziato come l’ITS1 ed i composti volatili possano essere utilizzati per la tracciabilità geografica.
The quality of commercial cocoa beans, the principal raw material for chocolate production, depends on several factors including type of plantations, the agricultural practices and the post-harvest processing. Among these, fermentation and drying are generally considered the most relevant, since during these phases cocoa flavors precursors are formed and fixed. Furthermore, they represent crucial steps during which filamentous fungi contamination might occur. Fermentation is characterized by a well-defined succession of yeasts, lactic acid bacteria and acetic acid bacteria, so that, the aim of the described studies was to explore total bacterial and fungal communities involved in cocoa bean fermentation and to evaluate if geographical origin and fermentation method might affect their composition. To achieve these results, 16s rRNA gene was used as marker to assess the total bacterial community by using High Throughput Sequencing (HTS), indicating that this approach has the ability to provide a comprehensive view of the cocoa bean microbiota at the species level. In a second approach, Internal Transcribed Spacer 1 (ITS1) and the D1/D2 domain of the Large subunit (LSU) of the nuclear ribosomal RNA (26S rRNA) were screened to assess the total fungal community. Results revealed the ability of these two genomic regions to describe reliably the general composition, even if D1/D2domain was able to go deeper into the fungal composition resulting in a higher resolution. In the last approach the same samples subjected to HTS investigation were analyzed through SPME-GC-MS in order to underline the principal key-aroma compounds formed during the post-harvest processing. Overall, results point out clearly that HTS approach has the ability to provide a comprehensive view of the total bacterial and fungal communities, and statistical analyses have shown how analyses of ITS1 sequences and volatile compounds might be useful for the geographical traceability of the processed cocoa beans samples.

2013 - 2014
Gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) sono composti complessi derivanti principalmente dal processo di combustione incompleta di qualunque materiale organico in carenza di ossigeno. L’interesse scientifico per questa classe di composti è legato principalmente alla loro riconosciuta azione cancerogena che deriva dalle trasformazioni metaboliche degli IPA in diolo-epossidi, molecole in grado di legarsi al DNA e di indurre mutazioni genetiche e cancerogenicità. La contaminazione di IPA nel suolo sta diventando un problema di grande interesse a causa dell'accumulo nella frazione organo-argillosa, che è attribuibile principalmente al carattere idrofobico di questi contaminanti. La bioremediation è una delle tecniche che può essere utilizzata per bonificare i siti contaminati da IPA. La comunità microbica del suolo, infatti, è in grado di degradare questi contaminanti organici grazie alla capacità di sintetizzare enzimi ligninolitici con una bassa specificità di substrato. Grazie a questa caratteristica e alla somiglianza chimica degli IPA con la lignina, gli enzimi ligninolitici possono utilizzare gli IPA come substrati. Lo scopo di questo progetto è stato quello di studiare la degradazione degli IPA nel suolo in funzione dell’attività microbica. A tale proposito sono stati caratterizzati dieci suoli, uno tra i quali è stato selezionato per l’allestimento di mesocosmi in condizioni controllate. Il suolo prescelto è stato campionato e contaminato con due IPA, il benzo[a]pirene e l’antracene (150 μg/g everyone). I mesocosmi sono stati allestiti in tre diversi trattamenti: il suolo tal quale, il suolo addizionato con compost e il suolo addizionato con funghi (A. mellea, P. eryngii, P. ostreatus, S. ferrei e S. citrinum). I mesocosmi sono stati incubati per 273 giorni, nel corso dei quali sono stati monitorati i seguenti parametri: le concentrazioni degli IPA, le attività enzimatiche coinvolte nel processo di degradazione (attività laccasica, catecolo-ossidasica e perossidasica totale), la biomassa e la struttura della comunità microbica mediante lo studio del profilo dei PLFA ed alcuni parametri chimico-fisici (tenore idrico, contenuto di sostanza organica e pH). In tutti e tre i suoli nel corso dei 273 giorni l'antracene è stato degradato molto velocemente fino a raggiungere una quantità residua intorno al 4%, mentre il benzo[a]pirene si è ridotto circa del 50%, mostrando una dinamica più lenta. La degradazione nei suoli con compost e con funghi è risultata più rapida rispetto al suolo tal quale. L'attività perossidasica totale è l'unica attività enzimatica che ha mostrato valori più alti nei due suoli addizionati rispetto al suolo tal quale. Soltanto l'attività laccasica ha mostrato una relazione con le dinamiche dei due IPA. In tutti e tre i suoli la biomassa microbica e la biomassa fungina si sono ridotte dopo 273 giorni di incubazione. La struttura della comunità a fine esperimento si è modificata in tutti e tre i suoli a favore dei batteri metanotrofi. Questi risultati hanno fornito importanti informazioni sul processo di degradazione degli IPA, sebbene sia necessario approfondire ulteriormente la tematica al fine di poter applicare in campo interventi efficienti di bioremediation. [a cura dell'autore]
XIII n.s.

In agricoltura, i pesticidi sono stati usati molto frequentemente per salvaguardare le colture dagli attacchi di parassiti e dalle malattie. Questi pesticidi, oltre a uccidere gli organismi target, molte volte colpiscono anche gli organismi non-target. Tra gli organismi non-target, possiamo individuare molti microrganismi utili a determinare la fertilità e la qualità del terreno. La presenza di questi xenobiotici nel terreno può influenzare i principali cicli biogeochimici (N, C, S, P) e altre vie metaboliche (es. β-ketoadipate). In questo studio abbiamo analizzato gli effetti di isoproturon, tebuconazole e chlorpyrifos sull’abbondanza, sulla struttura e sulla diversità della comunità microbica. Inoltre, abbiamo anche studiato gli effetti di questi pesticidi sui geni coinvolti nel ciclo dell’azoto. Si è potuto notare che l’abbondanza della comunità batterica è molto influenzata dall’applicazione del fungicida tebuconazole . Per quanto riguarda gli studi sulla funzionalità e diversità della popolazione microbica, l’applicazione di questi pesticidi sembra non indurre una chiara dose-dipendente e un effetto tempo. Diversamente, in relazione all’analisi sulla diversità microbica, possiamo affermare che l’applicazione di questi tre pesticidi ha influenzato il numero di OTU rilevate; tuttavia, l’indice di diversità (H’) ci dice che l’uso di questi pesticidi porta ad un incremento della diversità all’interno dei campioni trattati. In conclusione, è possibile affermare che l’applicazione di questi pesticidi influenza l’abbondanza e la funzionalità della popolazione microbica, ma non induce una diminuzione della diversità all’interno della medesima comunità.
In agriculture, pesticides have been frequently used to protect crops from pest and disease attacks. Many times such pesticides, besides killing the target organisms, hit non-target organisms. Among the non-target organisms, we can find many useful microorganisms that determine fertility and soil quality. The presence of these xenobiotics in soil can influence the main biogeochemical cycles (N, C, S, P) and other metabolic pathways (eg. Β-ketoadipate). In this study, we investigated the effects of isoproturon, tebuconazole and chlorpyrifos on the abundance, the structure and the diversity of the microbial community. We have also studied the effects of these pesticides on the genes involved in the nitrogen cycle. It was observed that the abundance of the bacterial community is significantly affected by the application of the fungicide tebuconazole. As for the studies on the functionality and the diversity of the bacterial population, the application of these pesticides does not seem to induce a clear dose-dependent nor a time effect. On the contrary, with respect to the analysis on microbial diversity, we observed that the application of these three pesticides did influence the number of detected OTU, whereas the diversity index (H') tells us that the use of such pesticides leads to an increase of diversity within the treated samples. Finally, we can conclude that the application of these pesticides affects the abundance and function of the microbial population, but does not lead to lower diversity within the same community.

In agricoltura, i pesticidi sono stati usati molto frequentemente per salvaguardare le colture dagli attacchi di parassiti e dalle malattie. Questi pesticidi, oltre a uccidere gli organismi target, molte volte colpiscono anche gli organismi non-target. Tra gli organismi non-target, possiamo individuare molti microrganismi utili a determinare la fertilità e la qualità del terreno. La presenza di questi xenobiotici nel terreno può influenzare i principali cicli biogeochimici (N, C, S, P) e altre vie metaboliche (es. β-ketoadipate). In questo studio abbiamo analizzato gli effetti di isoproturon, tebuconazole e chlorpyrifos sull’abbondanza, sulla struttura e sulla diversità della comunità microbica. Inoltre, abbiamo anche studiato gli effetti di questi pesticidi sui geni coinvolti nel ciclo dell’azoto. Si è potuto notare che l’abbondanza della comunità batterica è molto influenzata dall’applicazione del fungicida tebuconazole . Per quanto riguarda gli studi sulla funzionalità e diversità della popolazione microbica, l’applicazione di questi pesticidi sembra non indurre una chiara dose-dipendente e un effetto tempo. Diversamente, in relazione all’analisi sulla diversità microbica, possiamo affermare che l’applicazione di questi tre pesticidi ha influenzato il numero di OTU rilevate; tuttavia, l’indice di diversità (H’) ci dice che l’uso di questi pesticidi porta ad un incremento della diversità all’interno dei campioni trattati. In conclusione, è possibile affermare che l’applicazione di questi pesticidi influenza l’abbondanza e la funzionalità della popolazione microbica, ma non induce una diminuzione della diversità all’interno della medesima comunità.
In agriculture, pesticides have been frequently used to protect crops from pest and disease attacks. Many times such pesticides, besides killing the target organisms, hit non-target organisms. Among the non-target organisms, we can find many useful microorganisms that determine fertility and soil quality. The presence of these xenobiotics in soil can influence the main biogeochemical cycles (N, C, S, P) and other metabolic pathways (eg. Β-ketoadipate). In this study, we investigated the effects of isoproturon, tebuconazole and chlorpyrifos on the abundance, the structure and the diversity of the microbial community. We have also studied the effects of these pesticides on the genes involved in the nitrogen cycle. It was observed that the abundance of the bacterial community is significantly affected by the application of the fungicide tebuconazole. As for the studies on the functionality and the diversity of the bacterial population, the application of these pesticides does not seem to induce a clear dose-dependent nor a time effect. On the contrary, with respect to the analysis on microbial diversity, we observed that the application of these three pesticides did influence the number of detected OTU, whereas the diversity index (H') tells us that the use of such pesticides leads to an increase of diversity within the treated samples. Finally, we can conclude that the application of these pesticides affects the abundance and function of the microbial population, but does not lead to lower diversity within the same community.

Le comunità microbiche sono complesse associazioni di microrganismi che coesistono ed interagiscono fra loro, interferendo sulla composizione della matrice che colonizzano. Il loro studio del microbiota può essere condotto con metodi convenzionali e/o con tecniche di high-throughput sequencing. Questo progetto si è incentrato sullo studio del microbiota di matrici diverse (larve di Hermetia illucens, prosciutto cotto confezionato in atmosfera protettiva (MAP) e infiorescenze di Cannabis sativa) con metodi metagenomici e di microbiologia classica. Inoltre, è stata eseguita una caratterizzazione fisiologica e funzionale della specie Leuconostoc carnosum, frequente colonizzatore di prodotti carnei, specie a tutt’oggi poco studiata. È stato analizzato il microbiota di larve H. illucens alimentate con scarti agroalimentari, nella prospettiva di produrre mangimi innovativi per galline ovaiole. Sono state testate 3 diverse temperature di allevamento delle larve per valutare l’influenza sul microbiota dell'insetto, utilizzando tecniche coltura-dipendenti per la valutazione del rischio microbiologico e analisi metagenomiche basate sul sequenziamento del gene 16S rRNA. Le temperature più alte hanno accelerato lo sviluppo larvale e determinato una maggiore biomassa finale e una maggiore mortalità. In base all’analisi metagenomica, il microbiota delle larve è dominato dal genere Providencia e da altri Proteobateria. Nello stadio di prepupe aumentano la complessità della composizione e l’abbondanza relativa di Actinobacteria, Bacteroidetes e Bacilli. Le tecniche coltura dipendenti hanno evidenziato un’elevata carica di mesofili totali (108 ufc/g) e di patogeni opportunisti che possono compromettere la stabilità della biomassa e la safety del prodotto. Un approccio combinato metagenomico e coltura dipendente è stato utilizzato per studiare l’evoluzione del microbiota del prosciutto cotto in MAP, durante la shelf-life secondaria. La qualità del prosciutto cotto dopo l’apertura, durante i 12 giorni di conservazione a 7°C, è stata valutata attraverso analisi microbiologiche, molecolari, sensoriali e chimiche. Lo studio ha evidenziato una grande variabilità nella composizione del microbiota legata soprattutto al produttore, confermando che durante la shelf-life il prodotto è già colonizzato da una comunità complessa. Lo studio del microbiota è stato esteso a inflorescenze di 9 varietà di C. sativa ad uso industriale, raccolte ed essiccate in tre località Italiane, destinate alla produzione di biochemicals di interesse manifatturiero e cosmeceutico. Nel complesso le varietà raccolte a Rovigo presentavano una maggiore contaminazione in aerobi totali. La presenza di Salmonella è stata evidenziata nei campioni ottenuti da Rovigo e Acireale, mentre era assente in quelli raccolti a Caserta. Il progetto di tesi ha riguardato anche lo studio comparativo delle caratteristiche biochimiche, fisiologiche e funzionali della specie L. carnosum, a cui appartengono numerosi ceppi isolati da prosciutto cotto e altre matrici carnee dove possono svolgere una duplice funzione, o preservante o deteriorante. Sono stati analizzati 12 ceppi, che sviluppano a temperature comprese fra 4 e 37° C, in presenza di NaCl fino a 60 g/L. Sei ceppi producono esopolisaccaridi, responsabili della comparsa di essudati mucosi. È emerso un potenziale ruolo protettivo dei ceppi L. carnosum WC0321 e L. carnosum WC0323 nei confronti di Listeria monocytogenes. Tre ceppi selezionati sono stati saggiati per la capacità di colonizzare un modello murino e sono state studiate le loro proprietà immunomodulatorie. I ceppi, nonostante la perdita di vitalità durante il transito gastrointestinale, hanno mostrato diversi effetti immunomodulatori sulla maturazione delle cellule dendritiche in vivo, suggerendo un impatto positivo sulla salute dell’ospite.
Microbial communities are complex associations of microorganisms that coexist and interact with each other, interfering with the composition of the matrix they colonise. The study of microbiota can be conducted with conventional microbiological methods and/or with high-throughput sequencing techniques. In this thesis, the microbiota of different matrices (cooked ham packaged in a protective atmosphere (MAP), larvae of Hermetia illucens, and inflorescences of Cannabis sativa) was characterised by metagenomic analysis and/or classical microbiology techniques. In addition, a physiological and functional characterisation of Leuconostoc carnosum, a frequent colonizer of meat products, species still poorly studied, was performed. Thanks to the disclosure of L. carnosum genome, it was possible to resolve the phylogenetic relationships within the genus Leuconostoc through a phylogenomic approach. A combined metagenomic and culture-dependent approach was used to study the evolution of the microbiota of cooked ham in MAP, in order to determine the secondary shelf-life. The quality of the cooked ham after opening, during 12 days of storage at 4 °C, was assessed through microbiological, molecular, sensory, and chemical analyses. The study highlighted a great variability in the composition of the microbiota, mostly associated to the producer, confirming that during the shelf-life the product is already abundantly colonised by a rather complex community. Biochemical, physiological, and functional features of L. carnosum, frequently isolated from cooked ham and other meat matrices, were determined. This species can perform a dual function in meat products, either preserving or deteriorating them. Twelve strains that developed at temperatures between 4 and 37 °C and in the presence of NaCl up to 60 g/L, were analysed. Six strains produced exopolysaccharides responsible for the appearance of mucous exudates. A potential protective role of L. carnosum WC0321 and L. carnosum WC0323 emerged against Listeria monocytogenes. Three selected strains were tested for the ability to colonize a murine model, and their immunomodulatory properties were investigated. Despite the loss of viability during the passage through the gastrointestinal transit, the strains showed different immunomodulatory effects on dendritic cell maturation in vivo, suggesting a positive impact on the host's health. Phylogenomic analysis of the genus Leuconostoc was carried out. 216 deposited genome sequences were subjected to phylogenomic analysis based on the Average Nucleotide Identity (ANI) and the core genome alignment, resulting in a proposal of phylogenomic reorganization of the genus. Microbiological analysis of two diverse potential ingredients for novel foods/feeds and nutraceutical were carried out on larvae and prepupae of Hermetia illucens, and inflorescences of Cannabis sativa. The microbiota of larvae H. illucens fed with waste from agri-food industries has been determined, in order to develop innovative feed for laying hens. Three rearing temperatures of larvae were assayed to evaluate the influence on the insect microbiota. The higher temperatures favoured faster larval development and resulted in higher final biomass and mortality. The culture-dependent approach showed a high load of total mesophiles (108 cfu/g) and opportunistic pathogens, that can compromise the stability of the biomass and the safety of the product. Inflorescences of 7 varieties of C. sativa for industrial purposes were analysed. They were collected and dried in two Italian locations, with the aim to produce biochemicals for manufacturing and cosmeceutical interest. Overall, the varieties collected in Rovigo showed higher contamination in total aerobes.

Microbial communities are ubiquitous and play crucial roles in many natural processes (e.g., biogeochemical cycles and industrial processes). Despite their importance, however, there are still many aspects of microbial community dynamics that we do not fully understand. In this Thesis we provide two improvements to the approach used to study competition in microbial communities that can help us in this direction. The theoretical framework on which we build is MacArthur's consumer-resource model, commonly used to describe mathematically competition between microbes. The first improvement consists in introducing an optimization principle in the dynamics of such systems, so that we can include in mathematical models the well known fact that microbes can switch between different energy sources depending on environmental conditions. We require that each species does so in order to maximize its own relative fitness, and we explore the consequences of this choice on the biodiversity of competitive communities, comparing also the model with experimental data. Then, we reconsider the consumer-resource framework in light of experimental evidence showing that the allocation of cellular internal resources affects microbial growth. This new framework describes community dynamics at an intermediate level of complexity, allowing us to explore the relationship between population dynamics and microbial metabolism, which has attracted the attention of the scientific community in recent years. We compare the predictions of our new model with experimental data in a simple case, and then we study its predictions analytically and numerically to understand how biodiversity in competitive communities can be maintained.
Le comunità microbiche sono onnipresenti in natura, e giocano ruoli fondamentali in moltissimi processi naturali (come cicli biogeochimici e processi di produzione industriale). Nonostante la loro importanza, ci sono ancora molti aspetti delle comunità microbiche che non comprendiamo appieno. In questa Tesi vengono proposti due miglioramenti all'approccio nello studio della competizione in comunità microbiche che possono aiutarci in questa direzione. Il framework teorico sul quale si fonda il lavoro di questa Tesi è il modello consumer-resource di MacArthur, comunemente utilizzato per descrivere matematicamente la competizione fra specie microbiche. Il primo miglioramento consiste nell'introduzione di un principio di ottimizzazione nella dinamica di questo tipo di sistemi, di modo tale da includere nei modelli matematici il fatto (ben noto sperimentalmente) che i batteri possono passare da una fonte di energia all'altra a seconda delle condizioni ambientali. In particolare, in questa Tesi si impone che ogni specie faccia ciò con l'obiettivo di massimizzare il proprio tasso di crescita, e si esplorano le conseguenze di questa scelta sulla biodiversità di comunità competitive, confrontando anche il modello con dati sperimentali. Dopodiché, in questa Tesi il consumer-resource framework viene riconsiderato alla luce di evidenze sperimentali che mostrano come l'allocazione delle risorse cellulari interne influenzi la crescita di specie microbiche. Questo nuovo framework descrive le comunità a un livello intermedio di complessità, consentendo di esplorare la relazione fra dinamica delle popolazioni e metabolismo microbico, una relazione che ha attirato l'attenzione della comunità scientifica di recente. Le predizioni di questo nuovo framework vengono confrontate con dati sperimentali in un caso semplice, dopodiché il modello e le sue predizioni vengono studiati analiticamente e numericamente per capire come la biodiversità possa essere mantenuta in comunità competitive.

Gli idrocarburi petroliferi sono contaminanti molto diffusi. Per la bonifica di siti contaminati da idrocarburi possono essere usate sia tecniche chimico-fisiche, sia tecniche biologiche. Le tecniche biologiche hanno due vantaggi: consentono la completa rimozione del contaminante, invece che il trasferimento in un’altra fase, e sono più economiche. La biodegradazione è più rapida in condizioni aerobiche, ma l’aggiunta di ossigeno può essere costosa e tecnicamente difficile. Recentemente è stata proposta la possibilità di usare sistemi bioelettrochimici (BESs) come un approccio alternativo per la bonifica dei siti contaminati da idrocarburi. L’obiettivo di questa tesi di dottorato è di incrementare le conoscenze necessarie all’applicazione dei BESs per la biodegradazione degli idrocarburi. Le biobarriere (BBs) sono una nuova tecnologia per il trattamento delle falde contaminate. Le comunità microbiche di due BBs per il trattamento a scala di laboratorio di acque di falda contaminate da benzina sono state caratterizzate tramite metodi molecolari. Sono stati allestiti due esperimenti, con e senza inoculo microbico selezionato ma non si sono osservate differenze in termini di rimozione. Le comunità microbiche nella prova senza inoculo selezionato erano dominate dal genere Thauera, indicando la presenza di microambienti con bassa concentrazione di ossigeno. I risultati hanno mostrato the l’inoculo microbico è stato in grado di persistere solo parzialmente sulla pomice e che la bioaugmentation non ha portato ad un aumento delle capacità degradative. Inoltre il controllo della quantità di ossigeno è emerso come un parametro chiave per il successo del trattamento. L’uso di BESs potrebbe essere una valida alternativa per la stimolazione della degradazione anaerobica in BBs. Questa possibilità è stata studiata a livello preliminare usando per stimolare la degradazione di una miscela di BTEX e MTBE. Gli esperimenti hanno permesso di osservare la produzione di corrente elettrica associata alla degradazione degli idrocarburi. Durante il lavoro di tesi è stata inoltre valutata la possibilità di stimolare la rimozione degli idrocarburi in ambiente marino tramite metodi bioelettrochimici. Il toluene è stato usato come idrocarburo modello testando diversi potenziali anodici (0 mV e +300 mV vs Ag/AgCl) e le comunità microbiche sono state caratterizzate tramite sequenziamento del gene 16S rRNA. La degradazione del toluene è stata accoppiata alla produzione di corrente elettrica. Tuttavia, i picchi di corrente sono diminuiti nel tempo. Il monitoraggio delle concentrazioni di solfati/solfuri ha suggerito che il ciclo dello zolfo potrebbe giocare un ruolo importante nella degradazione bioelettrochimica del toluene, portando alla passivazione dell’anodo. Le comunità microbiche sono risultate essere dominate da solfato riduttori, in particolare la famiglia delle Desulfobulbaceae potrebbe essere legata sia alla produzione di corrente sia alla degradazione del toluene.

Scopo di questa tesi è studiare l’influenza delle acque dense di origine Nord-adriatica (NAdDW) sull’abbondanza , il metabolismo e la biodiversità delle comunità microbiche planctoniche dell’Adriatico meridionale. A tal fine queste masse d’acqua sono state intercettate nell’area compresa tra la penisola del Gargano e la città di Bari nel corso della campagna oceanografica condotta nel Marzo-Aprile 2012 nell’ambito del Progetto di Ricerca Bandiera RITMARE (Ricerca Italiana per il MARE). Nel corso della campagna, sono stati eseguiti campionamenti di acqua superficiale e profonda lungo transetti orientati dalla costa verso il mare aperto lungo la direzione di propagazione prevista dai modelli matematici. La possibile influenza delle NAdDW è stata investigata valutando l’abbondanza totale dei procarioti (Batteri ed Archea) e del nanoplancton, le principali variabili funzionali del metabolismo procariotico (tassi di respirazione e di produzione di carbonio) e la biodiversità dei batteri (descritta utilizzando la tecnica di fingerprinting genetico ARISA e il sequenziamento con tecnica di nuova generazione del gene 16S rDNA). I risultati prodotti per il comparto microbico si inseriscono nell’ambito di uno studio multidisciplinare condotto dal CNR-ISMAR di Venezia per la caratterizzazione del fenomeno delle acque dense.