Francesco Capozzi

La ricerca punta a determinare la struttura tridimensionale di sistemi biologici complessi, ad esempio lo stato conformazionale di macromolecole, principalmente proteine, attraverso l'impiego di tecniche spettroscopiche di risonanza magnetica nucleare (NMR). Inoltre, mette in relazione le informazioni strutturali così raccolte con le proprietà chimiche delle molecole studiate, compresa la capacità di legare ioni metallici ed altre piccole molecole e, in generale, le interazione tra differenti specie chimiche. Il processo di razionalizzazione delle proprietà osservate e di adattamento a modelli semplificati e generali, avviene attraverso avanzati metodi di analisi multivariata dei dati spettroscopici ad alta risoluzione raccolti con lo spettrometro operante a 600MHz di cui il gruppo dispone. Lo stesso approccio è utilizzato nella metabolomica, ossia nel confronto di profili molecolari o pattern di metaboliti di sistemi biologici (es. tessuti o alimenti). Pertanto viene costruita una visione olistica del sistema biologico, che permette di valutare in modo più completo e comparativo la distribuzione anisotropica delle molecole nei sistemi eterogenei.
Nel corso degli anni, la ricerca ha compreso lo studio di proteine leganti lo ione calcio appartenenti alla superfamiglia delle proteine EF-hand. Questa particolare classe di macromolecole è alla base di un numero considerevole di processi biologici tra cui la contrazione muscolare, l'attivazione a cascata di enzimi, l'apertura di canali ionici e in generale tutti i meccanismi in cui lo ione calcio trasmette segnali per la funzione cellulare fino anche a determinarne il momento della morte. Lo studio di queste funzioni richiede differenti competenze complementari esistenti in seno al gruppo di ricerca: progettazione di materiale genetico da introdurre, con tecniche di biologia molecolare, all'interno di batteri selezionati; coltivazione di microorganismi per sovra-esprimere le proteine di interesse ad alte concentrazioni; acquisizione di spettri di risonanza magnetica nucleare per la risoluzione della struttura tridimensionale; estrazione delle informazioni sulla relazione tra struttura e funzione biologica. La complessità delle informazioni spettroscopiche e strutturali viene ridotta attraverso la traduzione in descrittori semplificati che sono stati sviluppati dal gruppo e che derivano dall'analisi multivariata dei dati osservati.
Le competenze acquisite sull'analisi dei dati spettroscopici di molecole complesse come quelle proteiche ha spinto il gruppo di ricerca ad interessarsi, da diversi anni, anche a problematiche di definizione e semplificazione dei profili molecolari di sistemi biologici complicati per la presenza di strutture sovra-molecolari.
A tal fine il gruppo applica i principi della metabolomica per la classificazione dei fenomeni di trasformazione della matrice biologica (ad esempio alimenti) a causa di processi tecnologici o differenze nei metodi produttivi. In particolare, il gruppo utilizza il profilo molecolare emergente dagli spettri NMR di un alimento studiato (ad esempio OGM) per il confronto con gruppi di controllo convenzionali. Per questo il gruppo è in grado di assicurare allo studio una visione olistica piuttosto che quella definita attraverso l'osservazione di un pool ristretto di molecole selezionate in base ad idee preconcette. Sono attualmente allo studio confronti tra specie vegetali OGM e tra diversi metodi di allevamento di specie ittiche. L'osservazione delle interazioni molecolari attraverso la spettroscopia NMR è alla base degli attuali studi sul rapporto tra struttura della matrice alimentare e gli effetti della digestione simulata in vitro.