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Biotecnologie marine

Le applicazioni biotecnologiche come saggi biochimici, biosensori, arrays, saggi di PCR, possono contribuire a garantire la gestione sostenibile degli oceani e dei mari. Le elevate sensibilità, i bassi limiti di rilevazione, i brevi tempi di analisi, la semplicità di utilizzo, i bassi costi, la miniaturizzazione, l'automazione e la portabilità, rendono interessante la loro implementazione nei programmi di sicurezza alimentare del pescato e di protezione della salute pubblica. Lo sviluppo di biosensori nell'ambiente marino può contribuire a gestire le aree di produzione di acquacoltura, comprendere le dinamiche del fitoplancton, studiare il trasferimento di tossine all'interno delle reti alimentari, identificare le aree a rischio, prevedere lo stato delle acque costiere e valutare gli impatti dei cambiamenti climatici.

Esistono vari strumenti bioanalitici per la rilevazione di analiti di interesse in acquacoltura, pesca e monitoraggio marino. Le strategie di immobilizzazione di acidi nucleici, l’uso di particelle magnetiche come supporti, le tecniche di amplificazione genica del DNA, elettrodi miniaturizzati, capacità di rilevamento multiplexing e strategie di amplificazione del segnale costituiscono esempi applicativi. Tali saggi, soprattutto di qPCR e micro-arrays sono stati applicati nel monitoraggio costiero di microalghe tossiche, nell’aerosol marino, nei prodotti di mitilicoltura e in forme di resistenza in sedimenti marini. I risultati delle ricerche hanno sempre fornito informazioni quali-quantitative specie-specifiche in tempi brevi con un elevato grado di sensibilità anche in matrici complesse contribuendo alla comprensione dei fenomeni delle fioriture tossiche microalgali, fornendo anche strumenti di early warning degli eventi di contaminazione.

In particolare, la conoscenza della biodiversità marina è ancora limitata. Esiste una grande variabilità nella distribuzione delle specie e delle conoscenze tassonomiche. La carenza di esperti di tassonomia di specie marine, duplicati/ridondanze/incoerenze di sequenze nucleotidiche nelle banche dati, la mancanza di olotipi e la polifilia dei taxa generano errori o assenza nella classificazione di specie e ceppi (molti dei quali possiedono un grande potenziale per applicazioni biotecnologiche). Pertanto, sono necessarie risorse, sforzi di ricerca, tempi e metodi efficienti in termini di costi per colmare l'attuale gap delle conoscenze sulla diversità biologica e chimica negli ecosistemi marini. Queste carenze possono essere affrontate con metodi di sequenziamento massivo che facilitano la scoperta, la classificazione, i patterns ecologici e l’utilizzo di organismi marini. Tuttavia, i metodi di sequenziamento massivo per il monitoraggio della biodiversità non vengono abitualmente adottati e la metodologia per la biodiscovery spesso non è standardizzata. Le pipelines bioinformatiche e le analisi dei big data stanno cambiando il panorama della biotecnologia marina, poiché ogni anno vengono scoperte circa 18.000 nuove specie. Tale valutazione della biodiversità fornisce informazioni cruciali per il successivo monitoraggio e sfruttamento degli organismi marini. Inoltre, la standardizzazione del processo di biodiscovery è necessaria poiché la chemo-diversità, anche negli stessi taxa, varia notevolmente in base ai gradienti geografici e ambientali, nonché stagionalmente e nel ciclo di vitale degli organismi stessi.