laboratorio di Ecotossicologia e Chimica Ambientale

Ecotossicologia e Chimica Ambientale
Scienze - Palazzina 3 - Primo Piano
Attività di ricerca
Staff
Strumentazione
Attività di ricerca
Le principali attività sviluppate nell’ambito dei laboratori di Ecotossicologia e Chimica Ambientale riguardano le seguenti linee di ricerca:
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Utilizzo di organismi come bioindicatori di inquinamento chimico
Numerosi organismi marini (sia invertebrati che pesci) vengono utilizzati per caratterizzare la presenza e la biodisponibilità nell’ambiente marino delle più importanti classi di inquinanti chimici (metalli, idrocarburi policiclici aromatici ed alifatici, organoalogenati e pesticidi, organo stannici, ritardanti di fiamma, tensioattivi). Particolare attenzione viene rivolta allo studio dei fattori biologici, ecologici ed ambientali che influenzano il bioaccumulo, la distribuzione e l’escrezione nei diversi tessuti.
Effetti molecolari e cellulari di inquinanti chimici
I meccanismi di tossicità e di detossificazione delle sostanze chimiche vengono investigati a livello molecolare, biochimico e cellulare: questi meccanismi sono utilizzati come biomarker sensibili per evidenziare precocemente i primi segnali di esposizione ad inquinanti o l’insorgenza di fenomeni di tossicità negli organismi marini. Le analisi comprendono variazioni dell’espressione genica e del funzionamento biochimico dei sistemi di biotrasformazione, detossificazione, stress ossidativo, proliferazione perossisomiale, la comparsa di danni a livello di organuli cellulari, alle membrane e al DNA.
organismi come bioindicatori organismi come bioindicatori effetti molecolari e cellulari di inquinamenti chimici effetti molecolari e cellulari di inquinamenti chimici
Contaminanti nelle reti trofiche, rischio alimentare e valorizzazione delle risorse ittiche
Il trasferimento di inquinanti attraverso le reti trofiche ed il possibile rischio legato al consumo alimentare di organismi marini riguarda sia i contaminanti soggetti a biomagnificazione che quelli rilasciati da specifici fenomeni di contaminazione, con particolare attenzione ai composti del mercurio, dell’arsenico e organoalogenati. Queste indagini garantiscono anche la valorizzazione di prodotti ittici locali e la salubrità degli alimenti. 
Sviluppo di modelli analisi di rischio ambientale
I modelli di analisi di rischio ambientale si basano su approcci multidisciplinari che integrano numerose tipologie di indagini sia chimico-fisiche che biologiche. Lo sviluppo del modello concettuale è affiancato dal continuo adeguamento di una specifica piattaforma informatica e da un software come strumento di supporto alle analisi decisionali. I modelli sviluppati (Sediqualsoft, Frashqualsoft) trovano applicazione nella problematica dei sedimenti inquinati, nei dragaggi portuali, nella valutazione del rischio legato a disastri o incidenti ambientali, nelle aree costiere soggette ad impatti antropici, nella gestione del rischio nelle acque interne.
contaminanti nelle reti trofiche contaminanti nelle reti trofiche sviluppo di modelli analisi di rischio ambientale sviluppo di modelli analisi di rischio ambientale
Aree portuali,  dragaggi e gestione dei sedimenti 
Oltre alla possibile caratterizzazione delle aree portuali e del rischio di contaminazione connesso alla movimentazione dei sedimenti, vengono sviluppati e testati nuovi criteri per la definizione delle classi di qualità dei sedimenti portuali. La finalità di queste indagini è quella di permettere alle Autorità competenti una ottimale gestione dei sedimenti movimentati, garantendo il più elevato livello di sicurezza ambientale, ed evitando al contempo inutili dispendi economici. Tra i bacino portuali oggetto di indagine figurano il porto di Livorno, Piombino, Viareggio, Trapani, Catania.
Installazioni off-shore
Il monitoraggio di installazioni off-shore (piattaforme di estrazione e terminali di rigassificazione) viene condotto sia in Mediterraneo che nel Mare del Nord. Le indagini si basano spesso sull’utilizzo di organismi bioindicatori (sia naturali che trapiantati), la valutazione del bioaccumulo di inquinanti e l’analisi di numerose risposte tossicologiche che evidenziano la comparsa precoce del disturbo ambientale. Le problematiche affrontate riguardano l’impatto delle installazioni e delle attività, il possibile rilascio o perdita di inquinanti, lo sversamento delle acque di produzione, la tossicità di composti e additivi usati dalle Compagnie, i rischi connessi all’utilizzo dei disperdenti chimici.
aree portuali aree portuali installazioni off shore installazioni off shore
Monitoraggio di complessi industriali, impianti a rischio ambientale e incidenti 
L’approccio ecotossicologico e i modelli di analisi di rischio ambientale vengono applicati in numerosi contesti di impatto ambientale per valutare la distribuzione dei contaminanti nelle matrici ambientali, il loro trasferimento al comparto biotico, la comparsa di effetti o tossicità ai diversi livelli di organizzazione biologica, l’evoluzione nel tempo di possibili scenari di rischio ambientale. Indagini attualmente in corso riguardano il polo industriale di Priolo, il rigassificatore di Porto Viro, l’incidente della Costa Concordia all’Isola del Giglio.
Sensibilità delle specie polari al disturbo antropico e naturale
A causa del costante aumento delle attività antropiche nelle aree polari (tra cui le esplorazioni petrolifere in Artico) e dei futuri scenari sui possibili cambiamenti climatici, è importante poter identificare rapidamente la comparsa di segnali di disturbo in specie chiave di questi delicati ecosistemi. Le indagini sono rivolte alla caratterizzazione della sensibilità degli organismi sia Artici che Antartici, con particolare riferimento alle risposte molecolari e cellulari nei confronti degli inquinanti chimici, della temperatura, della acidificazione e delle interazioni sinergiche tra questi fattori di disturbo.
Costa Concordia all'Isola del Giglio complessi industriali e impianti a rischio ambientale sensibilità delle specie polari sensibilità delle specie polari
Speciazione chimica dell’arsenico nell’ambiente marino
I composti chimici dell’arsenico si differenziano per la loro distribuzione ambientale e per una marcata differenza in termini di tossicità. Alcune specie marine sono in grado di trasformare i composti più tossici dell’arsenico in molecole utilizzate per strategia antipredatoria. Le indagini sulla speciazione chimica dell’arsenico sono rivolte a caratterizzare l’origine e la pericolosità di questo elemento nelle varie matrici ambientali, il significato dell’iperaccumulo misurato in alcuni organismi, i meccanismi molecolari che stanno alla base dei processi di detossificazione e biotrasformazione di questo elemento. 
Contaminanti emergenti: microplastiche e farmaci
Tra i contaminanti emergenti vengono studiati gli effetti ecotossicologici delle microplastiche, la loro capacità di adsorbire varie classi di inquinanti chimici, e di trasferirli negli organismi e nelle reti trofiche marine. Anche i farmaci, riversati in grandi quantità negli ambienti acquatici, sono caratterizzati in termini di bioaccumulo e di effetti indotti a livello molecolare, biochimico e cellulare in organismi marini sentinella al fine di caratterizzare un possibile rischio ambientale per questi contaminanti emergenti.
Speciazione chimica dell’arsenico nell’ambiente marino Speciazione chimica dell’arsenico nell’ambiente marino Contaminanti emergenti: microplastiche e farmaci Contaminanti emergenti: microplastiche e farmaci
Effetti ecotossicologici delle biotossine e dei metaboliti algali
In risposta all’aumentato livello di allarme nei confronti delle fioriture di microalghe tossiche (come Ostreopsis cf. ovata e Azadinium sp.) vengono analizzate le modalità di trasferimento delle tossine algali negli organismi marini, comprese le specie destinate al consumo umano, e gli effetti ecotossicologici misurati a livello molecolare o cellulare su vertebrati e invertebrati marini. Le risposte molecolari e cellulari sono caratterizzate anche in risposta ai metaboliti prodotti dall’alga verde Caulerpa racemosa che è entrata a far parte della dieta di specie ittiche di interesse commerciale; l’obiettivo è chiarire quanto i meccanismi molecolari e tossicologici indotti dai metaboliti possano modulare gli effetti ecologici delle specie algali invasive e lo stato di salute delle popolazioni ittiche native.
Meccanismi di adattamento ad ambienti estremi
I sistemi antiossidanti sono di grande importanza nell’adattamento a condizioni ambientali estreme o sfavorevoli, e quando i tessuti sono maggiormente esposti al rischio di danno ossidativo. Gli organismi Antartici rappresentano un modello biologico di particolare interesse per quanto riguarda l’equilibrio tra fattori pro-ossidanti ed efficienza delle difese antiossidanti. Anche le simbiosi tra invertebrati e organismi fotosintetizzanti vengono investigate in questa linea di ricerca come un ulteriore modello per capire gli adattamenti biologici delle cellule a condizioni basali iperossiche.
Effetti ecotossicologici delle biotossine e dei metaboliti algali Effetti ecotossicologici delle biotossine e dei metaboliti algali Meccanismi di adattamento ad ambienti estremi Meccanismi di adattamento ad ambienti estremi
Suscettibilità dei pinguini al disturbo antropogenico e naturale
I pinguini imperatore e i pinguini di Adelia sono un interessante modello di studio poichè hanno sviluppato una elevata resistenza alle specie reattive dell’ossigeno, riconducibile al continuo passaggio del metabolismo da aerobio ad anaerobio durante le immersioni. Queste condizioni di ipossia/riossigenazione dei tessuti rappresentano una situazione di stress ossidativo potenzialmente esacerbata dalla esposizione a contaminanti chimici accumulati tramite la dieta. 
Sviluppo di criteri per il monitoraggio ecotossicologico dell’inquinamento nelle aree urbane
L’utilizzo di organismi bioindicatori e lo studio degli effetti molecolari e cellulari causati da miscele complesse di contaminanti viene applicato anche per l’applicazione di nuovi criteri di monitoraggio dell’inquinamento atmosferico dei centri urbani dove la presenza contemporanea di molti agenti chimici, il carattere cancerogeno e mutageno di alcune sostanze, la loro interazione con il particolato e l’effetto di altri fattori ambientali o biologici rende difficile riassumere i dati chimici (ad esempio delle centraline) in una reale valutazione del rischio biologico, tossicologico e sanitario.
Suscettibilità dei pinguini al disturbo antropogenico e naturale Suscettibilità dei pinguini al disturbo antropogenico e naturale Sviluppo di criteri per il monitoraggio ecotossicologico dell’inquinamento nelle aree urbane Sviluppo di criteri per il monitoraggio ecotossicologico dell’inquinamento nelle aree urbane
Principali progetti di ricerca in corso
- Polar cod, lipid metabolism and disruption by polycyclic aromatic hydrocarbons, POLARISATION. Finanziato dal Norwegian Research Council (2012–2015). Responsabile Prof. F. Regoli
- Studio ecotossicologico per evidenziare alterazioni biologiche a livello molecolare, biochimico e cellulare in organismi marini, da correlare all’esercizio del Terminale di rigassificazione GNL di Porto Viro. Finanziato da ISPRA (2013-2014). Responsabile Prof. F. Regoli
- Studio delle caratteristiche dei fondali marini dell’area portuale di Trapani e delle zone costiere limitrofe finalizzato allo sviluppo e alla verifica di criteri innovativi di caratterizzazione e valutazione ambientale. Finanziato dal Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti (2012-2014). Responsabile ULR CoNISMa Prof. F. Regoli
- Effetti biologici e rischio tossicologico in organismi marini dopo il naufragio della M/N Costa Concordia. Finanziato da Protezione Civile-ISPRA (2012-2014). Responsabile Prof. F. Regoli
- Sviluppo di un tool applicativo ai fini dell’Analisi di Rischio Ecologico nelle acque interne, sedimenti e suoli. Finanziato da SAIPEM S.p.A. (2013). Responsabile ULR CoNISMa Prof. F. Regoli
- Marine Strategy Framework Directive (MSFD). Raccolta ed elaborazione dati relativi al Descrittore 8.1 (Concentrazione dei contaminanti) ed 8.2 (Effetti dei contaminanti) per il Mar Adriatico, Mediterraneo Occidentale, Mediterraneo Orientale. Accordo di collaborazione Scientifica ISPRA-CoNISMa (2012-2013). Responsabile ULR CoNISMa Prof. F. Regoli
Caulerpa racemosa e Diplodus sargus: un modello per lo studio integrato dell'impatto di metaboliti secondari da specie invasive su sistemi marino-costieri del Mediterraneo (CAUDIP). Finanziato da Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, PRIN 2009 (2011-2013). Responsabile Dott.ssa S. Gorbi
- Osservazione, analisi sperimentale e modellizzazione per la gestione di impatti multipli nei sistemi costieri (TETRIS). Finanziato da Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, PRIN 2010-11 (2013-2015). Responsabile Prof. F. Regoli
- Analisi dei meccanismi causali delle risposte molecolari e cellulari di pesci selvatici esposti a metaboliti dell'alga marina invasiva Caulerpa racemosa (CAULERFISH). Finanziato da Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, PRIN 2012 (2014-2016). Responsabile Dott.ssa S. Gorbi
- Presenza di azaspiracidi nei mitili dell’Adriatico: metodi di identificazione delle tossine e studio dei potenziali rischi ecotossicologici. Finanziato da Ministero della Salute, Progetto di Ricerca Corrente 2013 - Istituto Zooprofilattico Sperimentale Umbria e Marche (2013-2015), Responsabile UO Dott.ssa S. Gorbi
- Valutazione ecotossicologica dell’impatto causato dalle attività di costruzione e gestione della seconda vasca di colmata del porto di Livorno. Finanziato da ISPRA (2013-2016). Responsabile Prof. F. Regoli
- Adattamento e risposta ai cambiamenti climatici e alle pressioni antropiche in organismi chiave dell’ambiente Antartico: ruolo del metabolismo lipidico e delle specie reattive dell’ossigeno. Finanziato da Programma Nazionale di Ricerche in Antartide, PNRA-Bando 2013 (2013-2015). Responsabile ULR CoNISMa Prof. F. Regoli
Staff
Professore Associato
071-2204613
Ricercatore
071-2204142
Ricercatore
071-2204142
Dott. Daniele Fattorini
Tecnico di Laboratorio
071-2204308
Dott.ssa Maria Elisa Giuliani
Assegnista di Ricerca
071-2204142
Dott.ssa Marica Mezzelani
Dottoranda
071-2204142
Dott. Carlo Giacomo Avio
Dottorando
071-2204142
Dott. Giuseppe D’Errico
Dottorando
071-2204142
Dott. Alessandro Nardi
Dottorando
071-2204142
Dott.ssa Marta Di Carlo 
Contrattista
071-2204308
Strumentazione
I Laboratori di Ecotossicologia e Chimica Ambientale contengono tutte le apparecchiature necessarie per l’analisi delle principali classi di contaminanti chimici in matrici abiotiche e biotiche, e per la caratterizzazione di numerose risposte tossicologiche. E’ disponibile anche un locale dotato di sistema di acquari refrigerati con ricircolo di acqua, a temperatura controllata per la stabulazione e la realizzazione di esperimenti di esposizione con organismi marini. 
Oltre alla dotazione di base (inclusi supercentrifuga e centrifughe da banco refrigerate con rotori ad angolo fisso e oscillanti, bagnetto termostatico, strumentazione varia da banco, cappe chimiche, cappa a flusso laminare, frigoriferi -80°C, contenitori per azoto liquido, sistema per acqua ultrapura, autoclave), questi laboratori dispongono di strumentazione specifica per analisi chimiche e tossicologiche (molecolare/biochimico/cellulari):
Strumentazione per Analisi chimiche
Sistema per mineralizzazione acida ed estrazione in fase organica di campioni biologici mediante forno a microonde Mars CEM, CEM corporation; 
Sistema per estrazione in fase solida automatico (SPE) Gilson Aspec, formato da modulo Liquid Handling Gilson Aspec GX-271, pompa 406 Single Syringe Pump.
Spettrofotometro ad assorbimento atomico a fiamma Varian SpectrAA 220 equipaggiato di sistema automatico Fast Sequential con controllo elettronico dei gas e dei parametri di fiamma e fornito di sistema VGA 76 (Vapor Generation Accessori, Varian); 
Spettrofotometri ad assorbimento atomico con fornace di grafite e correzione del fondo mediante effetto Zeeman (Varian AA240 Zeeman e Varian SpectrAA 300-Zeeman); 
Analizzatore di mercurio mediante vapori freddi, Agilent Cetac Quick Trace M6100
Gas-cromatografo Perkin Elmer Clarus 500 con rivelatore ECD e FID; 
Gas-cromatografo con spettrometro di massa completo di auto campionatore e workstation con software gestionale GC/MS (Varian Saturn 2100); 
Cromatografo liquido (HPLC) Perkin Elmer con pompa binaria e detector fluorimetrico serie 200; 
Sistema HPLC analitico Agilent 1260 Infinity, dotato di pompa quaternaria, auto campionatore, detector diode Array 1260 DAD VL e detector a fluorescenza 1260 FLD
Fotometro Hach-Lange DR3900, munito di lettore RFID e riconoscimento automatico di cuvette kit
Spettrofotometro FT-IR Agilent 660-IR
Strumentazione per Analisi ecotossicologiche (molecolare/biochimico/cellulari)
Gas-cromatografo GC Agilent 7820A, con detector FID e interfaccia Agilent Interface 35900E per la gestione di un Gas-cromatografo Hewlett-Packard HP 4890 con rivelatore FID 
Spettrofotometro termostatato UV-Visibile, Varian mod. Cary 100; 
Spettrofotometro termostatato UV-Visibile, Varian mod. Cary 50; 
Spettrofluorimetro Varian Eclipse, dotato di lettore a micro piastre; 
Ultracentrifuga Beckman Optima Max-XP; 
Sistemi elettroforetici e di analisi dei gel; 
Termo ciclatore MultiGeneGradient TC 9600-G-230V Labnet International;
Incubatore refrigerato Peltier Memmert Mod. IPP 500 
Criostato Leica CM 1510
Vibratomo motorizzato Leica VT 1200S
Microscopio ottico Olympus BX-51 per lettura in campo chiaro, contrasto di fase, fluorescenza dotato telecamera digitale raffreddata e sistema di analisi di immagine QCapture Pro.
Microscopio ottico Olympus BX-43 per lettura in campo chiaro e con luce polarizzata
Microscopio rovesciato Meiji Techno Modello TC5300
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