Academic literature on the topic 'Acidificazione'

La nefrolitiasi è una malattia cronica e recidivante che interessa dal 6% al 10% della popolazione generale. Esiste un'associazione diretta tra difetti di acidificazione tubulare nefrolitiasi e nefrocalcinosi. L'acidosi tubulare determina ipercalciuria ed ipocitraturia, fattori che insieme al pH urinario alcalino favoriscono la precipitazione di cristalli di fosfato di calcio. I difetti di acidificazione possono essere secondari a numerose patologie ma anche essere di natura iatrogena. Sono numerosi i farmaci noti e meno noti che possono determinare un quadro simile all'acidosi tubulare renale distale (ATRd) incompleta. È pertanto doveroso sospettare di fronte ad un soggetto con nefrolitiasi e/o microcalcificazioni la presenza di un disturbo tubulare primitivo o secondario.

Recentemente molti studi in ambiente marino sono stati focalizzati sui possibili impatti dovuti alle variazioni del pH degli oceani, causato dall’aumento delle immissioni di CO2 nell’atmosfera. Tra i possibili effetti nocivi, l’acidificazione oceanica può indurre cambiamenti nelle abbondanze e nelle distribuzioni delle engeneer species, con conseguenti ripercussioni sulla fauna associata. Esempio tipico di engeneer species sono le macroalghe che sono capaci di creare, lungo le coste rocciose, habitat diversi a seconda della specie che riesce ad attecchire. Tra le specie animali che dominano in questi habitat troviamo i copepodi Arpacticoidi, piccoli crostacei che svolgono un ruolo chiave all’interno delle reti trofiche. Per questi motivi lo scopo di questo lavoro è valutare possibili effetti dell’acidificazione sulle taxocenosi a copepodi Arpacticoidi associate alle macroalghe. Lo studio è stato svolto ad Ischia, nella zona nei pressi del Castello Aragonese, dove vi sono dei vents di origine vulcanica che emettono CO2 e formano un gradiente naturale di acidificazione lungo un’area di circa 300m, suddivisibile in 3 stazioni a differenti valori medi di pH. L’analisi delle taxocenosi è stata svolta a livello di generi e famiglie di Arpacticoidi, in termini di abbondanze e di struttura di comunità, su differenti specie algali raccolte lungo il gradiente di acidificazione. Mentre non si notano differenze significative per le famiglie, la struttura di comunità analizzata a livello di generi di copepodi Arpacticoidi mostra una suddivisione in due comunità ben distinte, delle quali una appartenente alla stazione acidificata e un'altra alle stazioni di controllo e moderatamente acidificata. Tale suddivisione si conferma anche prendendo in considerazione la diversa complessità strutturale delle alghe. Per quanto riguarda le abbondanze, sia a livello di famiglie che di generi, queste mostrano generalmente valori più elevati nella stazione moderatamente acidificata e valori più bassi nella stazione più acidificata. C’è però da considerare che se non si tiene conto della complessità algale queste differenze sono significative per le famiglie Ectinosomatidae, Thalestridae e per il genere Dactylopusia, mentre, se si tiene conto della complessità algale, vi sono differenze significative per la famiglia Miraciidae e per i generi Amonardia e Dactylopusia. In definitiva questo studio sembrerebbe evidenziare che le taxocenosi a copepodi Arpacticoidi siano influenzate sia dalla differente complessità algale, che dall’acidificazione oceanica. Inoltre mostra che, in prospettiva di studi futuri, potrebbe essere necessario focalizzarsi su specie algali ben definite e su un'analisi tassonomica dei copepodi Arpacticoidi approfondita fino al livello di specie.

Tra i vari impatti causati dall’aumento costante di CO2 nell’atmosfera troviamo l’acidificazione oceanica. Le conseguenze di questo processo non sono interamente conosciute. Per questo è importante conoscere la risposta all’acidificazione degli organismi marini e degli ecosistemi. Lo scopo di questo lavoro è valutare le conseguenze dell’acidificazione su comunità meiofaunali epifite. Sono stati quindi condotti campionamenti in situ, in una zona acidificata in conseguenza della presenza di vents idrotermali presenti nell’isola di Ischia (Italia). La zona di studio indagata è stata suddivisa in due siti, differenti per esposizione al moto ondoso. All’interno di ciascuna esposizione sono stati individuate tre stazioni, differenti per il grado di acidificazione. Sono stati prelevati campioni di alghe lungo il gradiente di acidificazione con associata la meiofauna e sono stati considerati come substrato secondario. Le alghe sono state analizzate attraverso descrittori della loro complessità mentre gli organismi sono stati contati e classificati a livello di grandi taxa. I descrittori sintetici di ricchezza tassonomica e di abbondanza non presentano valori di correlazione alti con i descrittori di complessità algale. Invece, i risultati ottenuti considerando l’intera comunità mostrano una relazione significativa fra la struttura delle comunità meiofaunali e l’acidificazione e anche con la diversa esposizione al moto ondoso. Infine dalle analisi condotte mediante regressione multipla fra tutti i descrittori algali e la struttura di comunità si nota come i primi non giustificano da soli le variazioni dei popolamenti meiobentonici. In definitiva questi risultati sembrerebbero dimostrare che la struttura delle comunità meiofaunali venga influenzata sia dalla acidificazione che dall’esposizione al moto ondoso oltre che dalla struttura dell’habitat. È tuttavia difficile definire se le variazioni nella struttura di comunità sono dovute ad una azione parallela e sinergica dei fattori considerati (esposizione e gradiente) o se si tratta di un effetto a cascata dove l’acidità influenza le comunità algali che a loro volta strutturano le comunità bentoniche associate. In prospettiva di studi futuri sarebbe quindi interessante condurre uno studio simile prendendo in considerazione le possibili relazioni specie-specifiche intercorrenti tra la struttura delle comunità meiofaunali e le differenti specie algali.

L’anomalia Spaghetti Meat (SM) è un difetto che colpisce il muscolo P. major dei moderni polli da carne, provocandone la perdita di integrità strutturale e determinando notevoli perdite economiche legate alla necessità di declassamento. In questo contesto, l'obiettivo del presente lavoro è stato quello di indagare le relazioni esistenti fra l’anomalia SM e le principali caratteristiche dei lotti dei polli di provenienza, valutare l’incidenza del difetto SM a livello commerciale e gli effetti delle cinetiche di abbassamento del pH e della temperatura nel periodo post-mortem nei petti affetti. Dai rilievi effettuati su 30 lotti di polli medi e pesanti è emerso che l’incidenza di SM è stata mediamente pari all’11% e quindi superiore a quanto osservato in un’indagine condotta nel medesimo stabilimento nel 2020. Inoltre, i lotti con una maggiore incidenza di SM presentavano un peso alla macellazione tendenzialmente più elevato e una maggior percentuale di individui femmine. Dai rilievi analitici effettuati al macello su oltre 300 petti, è emerso che la velocità e l’entità dell’acidificazione post-mortem dei muscoli P. major affetti da anomalia SM risultano essere ridotte rispetto a quelle delle carni normali, probabilmente a causa della diminuzione delle riserve di glicogeno conseguente alla degenerazione delle fibre muscolari. Allo stesso tempo, sono stati registrati valori superiori di temperatura nei muscoli affetti da anomalia SM a 15 minuti e 3 ore post-mortem, tuttavia tali differenze non sono verosimilmente attribuibili a modificazioni metaboliche quanto piuttosto al peso più elevato delle carcasse di provenienza. I risultati ottenuti in questo lavoro di tesi rappresentano un’importante punto di riferimento per futuri studi finalizzati alla valutazione dell’effetto di diverse cinetiche di raffreddamento delle carcasse sul processo di acidificazione muscolare, allo scopo di verificare le possibili implicazioni sul livello di gravità dell’anomalia SM.

L’aumento della pressione parziale di anidride carbonica in atmosfera e il conseguente aumento dell’idrolisi di CO2 nell’acqua marina, noto come “acidificazione degli oceani", consiste nella diminuzione del pH e nella riduzione dello stato di saturazione delle acque (Ω) rispetto al carbonato di calcio (CaCO3). Il Golfo di Napoli è caratterizzato da elevati livelli di CO2 dovuti alla presenza di emissioni naturali di gas (vents), è perciò considerato un laboratorio naturale per prevedere gli effetti futuri sugli organismi marini dovuti all’aumento della acidificazione degli oceani. Questo lavoro di tesi valuta, per la prima volta, l’effetto dei vents sugli pteropodi Thecosomata (gasteropodi planctonici). Data la loro necessità di ioni carbonato per produrre la conchiglia, questi sono considerati “organismi sentinella” per i cambiamenti del sistema dei carbonati nell’ambiente marino. Gli pteropodi sono stati campionati e successivamente analizzati in termini di abbondanza specifica, dimensione e stato di degradazione della conchiglia. I principali risultati hanno mostrato che dalle stazioni di controllo alle zone con presenza di emissioni gassose, vi è un gradiente di diminuzione dei livelli di pH e Ωar, nonostante in nessuna stazione siano presenti livelli di sottosaturazione carbonatica. Gli pteropodi diminuiscono in termini di abbondanza e biodiversità presentando una conchiglia con livelli di dissoluzione elevata nelle stazioni adiacenti alle emissioni gassose, mentre lo stato di preservazione della conchiglia aumenta all’aumentare della distanza dalle zone di emissione, suggerendo che la variazione dello stato di saturazione nelle diverse stazioni, influenzi i processi di calcificazione dell’organismo. Gli effetti negativi delle emissione gassose sugli pteropodi potrebbero a lungo termine risultare in uno shift di popolazioni a vantaggio di organismi planctonici non calcificanti.

E’ previsto che l’emissione in atmosfera di anidride carbonica (CO2) da parte dell’uomo e la conseguente acidificazione delle acque dei mari provocherà effetti negativi di vasta portata sui processi biologici di diversi ecosistemi marini. L’acidificazione del mare può provocare effetti negativi su tutti gli stadi del ciclo vitale degli organismi marini, influenzandone la fisiologia, morfologia, comportamento ed alcune fasi della riproduzione e del reclutamento. Esistono poche informazioni riguardo gli effetti dell’acidificazione sulla riproduzione sessuale dei coralli. Questo studio ha lo scopo di quantificare la capacità riproduttiva di Astroides calycularis (scleractinia coloniale mediterranea azooxantellata) in colonie trapiantate lungo un gradiente naturale di pH, generato dalle emissioni di CO2 del cratere vulcanico sottomarino di Panarea (Isole Eolie). Le colonie sono state trapiantate in 4 siti, dal centro del cratere, dove si riscontra la condizione più acida (pH 7.40), alla periferia, caratterizzata da condizioni di pH normali (pH 8.07). La popolazione di A. calycularis di Panarea ha mostrato una sessualità mista a livello coloniale (polipi gonocorici in colonie ermafrodite), in contrapposizione alla condizione gonocorica riscontrata nella stessa specie studiata a Palinuro e a Punta de la Mona (Spagna). I risultati preliminari sembrerebbero mostrare un effetto negativo dell’acidificazione sullo sviluppo gonadico femminile della specie. L’ipotesi è che esso sia dovuto ad una riallocazione delle energie sui processi di calcificazione a danno dell’ovogenesi. La spermatogenesi risentirebbe meno degli effetti negativi dell’acidificazione nelle fasi di sviluppo interne all’ individuo, in quanto meno dispendiose da un punto di vista energetico rispetto alle fasi di ovogenesi. Gli spermatozoi potrebbero invece essere influenzati negativamente dall’ ambiente più acido una volta entrati in contatto con esso, con conseguenze sulla riuscita della fecondazione. Questo studio necessita di ulteriori dati e verrà completato con le analisi istologiche in corso.

In Africa il latte è un alimento molto consumato sia nella sua forma che trasformato. Esso è un alimento facilmente deperibile e poiché ricco di nutrienti è un ambiente ottimale per lo sviluppo di microrganismi degradativi e agenti patogenici zoonotici. L'Africa sub-sahariana e altre regioni meno sviluppate presentano un quantitativo di infezioni di origine alimentare significativamente più elevato rispetto ai paesi industrializzati. La fermentazione del latte ad opera dei batteri lattici o di lieviti è un metodo ben conosciuto per evitarne il deterioramento e inibire i patogeni. Il processo produttivo in queste aree è spesso legato a fermentazioni spontanee, che tuttavia lasciano spazio all’insorgenza di problematiche legate alla qualità e alla contaminazione microbiologica. L’obiettivo della sperimentazione è stato quello di identificare possibili ceppi starter autoctoni di un latte fermentato importato dalla Rep. Dem. del Congo per aumentarne la qualità organolettica e igienico-sanitaria. Sono stati identificati ceppi di Saccharomyces spp., Kazachstania unispore e Kluyveromyces marxianus e ceppi di Lactobacillus plantarum e Lactobacillus brevis. La caratterizzazione dei tratti tecnologici è stata effettuata su 2 ceppi di L. plantarum (A,F) e 2 di L. brevis (E,H) ha mostrato come i ceppi di L. plantarum siano più veloci nell’acidificazione del mezzo rispetto ai ceppi di L. brevis. L’analisi delle molecole volatili ha individuato nel campione ottenuto tramite L. brevis H quello con una maggiore produzione di composti aromatici. I campioni inoculati con i ceppi di L. plantarum sono caratterizzati da acido acetico, acetaldeide e da (E, Z)-5,6-bis(2,2-dimethylpropylidene)–decano, mentre i campioni inoculati con L. brevis sono caratterizzati entrambi dalla presenza di etanolo. Tra i ceppi isolati i più promettenti sono quelli di L. plantarum che presentano una cinetica di acidificazione più veloce che permetterebbe una inibizione maggiore di microrganismi patogeni.

Il problema dell'acidificazione degli oceani, conseguente ai cambiamenti climatici, è un processo ancora poco conosciuto. Per comprendere questo fenomeno, possono essere utilizzati degli ambienti naturalmente acidificati, considerati laboratori a cielo aperto. Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato quello di utilizzare le fumarole presenti nell'isola di Ischia, per approfondire le dinamiche dei processi di acidificazione e per analizzare l'eventuale interazione tra pH e condizioni meteorologiche. I dati utilizzati, forniti dalla Stazione Zoologica “Anton Dohrn” di Napoli, erano serie di pH e di vento rilevate in continuo, in due aree, nord e sud rispetto all'isolotto del Castello Aragonese, e in tre stazioni lungo un gradiente di acidificazione. Tutto il lavoro è stato svolto a step, dove il risultato di un'analisi suggeriva il tipo e il metodo analitico da utilizzare nelle analisi successive. Inizialmente i dati delle due serie sono stati analizzati singolarmente per ottenere i parametri più salienti delle due serie. In seguito i dati sono stati correlati fra loro per stimare l'influenza del vento sul pH. Globalmente è stato possibile evidenziare come il fenomeno dell'acidificazione sia correlato con il vento, ma la risposta sembra essere sito-specifica, essendo risultato dipendente da altri fattori interagenti a scala locale, come la geomorfologia del territorio, le correnti marine e la batimetria del fondale. È però emersa anche la difficoltà nel trovare chiare correlazioni fra le due serie indagate, perché molto complesse, a causa sia della numerosa quantità di zeri nella serie del vento, sia da una forte variabilità naturale del pH, nelle varie stazioni esaminate. In generale, con questo lavoro si è dimostrato come utilizzare tecniche di analisi delle serie storiche, e come poter utilizzare metodi di regressione, autocorrelazione, cross-correlation e smoothing che possono integrare i modelli che prendono in considerazione variabili esogene rispetto alla variabile di interesse.

Il progressivo incremento delle emissioni di CO2 in atmosfera dovuto alle attività antropiche ed il conseguente assorbimento da parte degli oceani stanno determinando importanti modificazioni del sistema carbonatico e una diminuzione del pH nei mari a livello globale. Questo fenomeno, noto come acidificazione oceanica, è atteso determinare nei prossimi decenni profonde modificazioni della biodiversità e nel funzionamento degli ecosistemi marini. In particolare, ci si aspetta un forte declino degli organismi calcificanti, mentre organismi non calcificanti, o fototrofi potrebbero essere favoriti. Le spugne sono tra i metazoi bentonici più antichi, sono presenti a tutte le latitudini e svolgono importanti funzioni ecologiche. Tali organismi sono noti contrarre relazioni di simbiosi con numerosi taxa microbici e produrre numerosi metaboliti con diverse funzioni ecologiche. Tuttavia, si conosce ancora poco sugli effetti dell’acidificazione sull’olobionte e sui potenziali meccanismi di acclimatazione e adattamento in risposta all’attesa diminuzione di pH per la fine del secolo. Questo studio ha analizzato, attraverso un approccio multidisciplinare, l'effetto dell'acidificazione oceanica su abbondanza, tratti morfologici, microbioma e metaboloma di Poriferi lungo un gradiente naturale di pH nei pressi dell'isola di Ischia. Sono state studiate quattro specie di spugne, Petrosia ficiformis, Chondrosia reniformis, Crambe crambe e Chondrilla nucula, selezionate in quanto presenti anche in molte altre aree del Mare Mediterraneo, le quali sono state campionate sia in siti acidificati sia in siti di controllo adiacenti. I risultati di questo studio indicano la mancanza di evidenti modificazioni anatomiche-strutturali degli individui che vivono nei siti acidificati rispetto a quelli di controllo. L’analisi del microbioma associato alle spugne evidenzia variazioni specie dipendenti, con cambiamenti in relazione alle condizioni di pH specie-specifici. In particolare, le spugne P. ficiformis e C. crambe mostrano marcati cambiamenti di biodiversità del microbioma associato in relazione all’acidificazione, mentre C. reniformis e C. nucula mostrano microbiomi maggiormente simili tra siti acidificati e di controllo. Anche l’analisi metabolomica condotta su P. ficiformis e C. crambe evidenzia differenze specie dipendenti (i.e. numero di metaboliti in comune molto esiguo) e risposte all’acidificazione specie-specifiche. A tale proposito, il profilo metabolomico della spugna C. crambe è simile tra individui campionati in condizioni di acidificazione e di controllo, mentre quello di P. ficiformis mostra importati differenze in relazione ai valori di pH. Questi risultati, nel loro insieme, suggeriscono processi di acclimatazione dell’olobionte alle condizioni di acidificazione specie-specifici, e come tali da tenere in debita considerazione per una valutazione delle potenziali conseguenze dell’acidificazione oceanica sulla biodiversità e funzioni ecologiche delle spugne. In generale, i risultati di questo studio evidenziano una elevata tolleranza e plasticità delle spugne silicee a condizioni di acidificazione, suggerendo una loro elevata capacità ad adattarsi ad una diminuzione di pH di ca. 0.3-0.4 unità attesa per la fine del secolo.
The progressive increase of CO2 emissions into the atmosphere due to anthropogenic activities and the consequent absorption by the oceans are causing important changes in the carbonate chemistry of the seawater and a lowering of its pH. This phenomenon, known as Ocean Acidification, is expected to lead to profound changes in the biodiversity and functioning of marine ecosystems in the next decades. In this context, calcifying organisms are predicted to be severely threatened, while non-calcifying or photosynthetic organisms are forecasted as “winners” in future acidified scenarios. Among non-calcifying organisms, marine sponges can be one of the “winners”. They belong to the phylum Porifera, which is widespread in the marine environments, and are characterized by simple anatomical structures and constitutes one of the oldest sessile taxa. These organisms are of paramount relevance in benthic communities for their capability to recycle nutrients, for their rich associated microbiomes, representing model holobiont systems, and for their metabolic versatility and secondary metabolite production. In this dissertation four Mediterranean sponge species (i.e. Petrosia ficiformis, Chondrosia reniformis, Crambe crambe and Chondrilla nucula) have been selected to conduct an in situ investigation to evaluate adaptation traits to ocean acidification. The experimental work took place along the volcanic CO2 vents off Ischia island, which mimic the lowered pH conditions predicted for the end of this century. The aims of this study included: the investigation of sponges’ distribution across acidified and control sites, and the assessment of acclimatization responses in the morphology, associated microbiomes and metabolomic profiles. The outcomes of this thesis highlight species-specific responses. In general, no morphological traits were found to change in acidified versus control conditions. P. ficiformis and C. crambe revealed changes in their associated microbiomes across the pH gradient, while C. reniformis and C. nucula showed more stable microbiomes. Metabolomics signatures, investigated in P. ficiformis and C. crambe, revealed differences both in primary and secondary metabolites between specimens of P. ficiformis inhabiting acidified and control sites, while slight differences only in primary metabolites were observed for C. crambe across sites. Marine sponges seem to be generally tolerant to ocean acidification, and capable to thrive in extreme conditions. This is the first study investigating the microbiome and metabolome of marine sponges under OA with an in situ approach.

Il trattamento di reflui salini ed ipersalini rappresenta circa il 5 % della richiesta di trattamenti dei reflui a livello globale. Lo scopo di questo elaborato è documentare come ottimizzare la produzione di metano, testando diverse condizioni in una configurazione a due fasi separate con reattori UASB, trattando un refluo salino derivante da piclaggio del cuoio (la prima fase della filiera conciaria). Batch tests per la fase acidogenica sono stati eseguiti per valutare l’influenza del pH sull’acidogenesi: due pH sono stati testati 5.5, 7. La diluizione di refluo nei batch tests corrisponde a 30 g Na+/L , il miglior grado di acidificazione, 47.11 ± 2.29 %, è stato trovato a pH 7. Il reattore UASB acidogenico è stato alimentato con una diluizione del refluo e le condizione (pH, carico organico e salinità) sono state modificate con lo scopo di ottimizzare la produzione di acidi grassi volatili. Il migliore grado di acidificazione, tra le condizioni testate, è stato raggiunto a pH 6.5, tempo di ritenzione idraulica 2.3 giorni, carico organico 1.35 ± 0.25 gCODsol/L per giorno, usando una diluzione del refluo corrispondente a 28.5 g Na+/L. Il reattore UASB metanogenico è stato alimentato con una diluzione dell’effluente del reattore acidogenico e le condizioni testate (start up, salinità) sono state cambiate al fine di ottimizzare la produzione di metano. Tra le condizioni testate, la miglior produzione di metano, 160 mL/L per giorno, è stata ottenuta con un basso carico organico in start up, pH 7, tempo di ritenzione idraulica 1.3 giorni, carico organico 1.1 gCODsol/L per giorno, usando un’alimentazione con 14 g Na+/L. Batch tests per la fase metanogenica sono stati eseguiti per valutare l’influenza del sale: tre diluizioni sono state eseguite (30 g Na+/L, 23 g Na+/L, 14 g Na+/L e 3 g Na+/L). È stato trovato che il sale a queste concentrazioni è inibitorio a tal punto che il bianco ha ottenuto una miglior produzione di metano.

Stato dell’arte: I microrganismi probiotici negli alimenti potrebbero causare cambiamenti significativi nel sapore e nella reologia, a causa del loro metabolismo attivo. È importante, quindi, controllare il metabolismo dei microrganismi probiotici negli alimenti, senza influenzare negativamente la vitalità e le caratteristiche funzionali. Un modo per superare questo problema è l'utilizzo di colture starter attenuate attraverso l’utilizzo di metodi fisici o chimici. Alcuni autori hanno studiato l'omogeneizzazione come metodo per attenuare/modulare il metabolismo delle colture starter nei prodotti caseari (Lanciotti et al., 2004, 2006, 2007); in questo progetto di tesi ho utilizzato una nuova tecnologia emergente, gli ultrasuoni. (i) È stato effettuato uno screening delle combinazioni possibili di ultrasuoni (US) (potenza/durata) su diversi microrganismi probiotici e sono state studiate le caratteristiche probiotiche e tecnologiche dopo l'esposizione agli US. (ii) Sono stati studiati gli effetti degli US sul rilascio di componenti intracellulari. (iii) È stata valutata l'interazione dei ceppi attenuati con il microbiota intestinale utilizzando la fermentazione in vitro (batch culture fermentation). Problematiche: (i) Non si conoscono gli effetti dell’attenuazione mediante US sulle caratteristiche tecnologiche/probiotiche dei microrganismi; (ii) non è chiara la risposta delle cellule microbiche al trattamento con gli US e il danno che ne deriva, in quanto in letteratura sono disponibili pochi dati; (iii) non sono disponibili dati sull'interazione di ceppi attenuati con il microbiota intestinale. Obiettivi: (i) Scelta della migliore combinazione di ultrasuoni (potenza/durata), in grado di evitare la post-acidificazione senza compromettere la vitalità dei ceppi, studio dei cambiamenti delle caratteristiche probiotiche e tecnologiche che i microrganismi potrebbero subire a seguito dell’attenuazione; (ii) valutazione del rilascio di componenti intracellulari (acidi nucleici e proteine) dopo l'applicazione degli ultrasuoni; e (iii) studio dell’effetto di ceppi attenuati sul microbiota intestinale. Pianificazione della ricerca: Nella prima parte sono stati usati tre diversi generi di microrganismi probiotici: Lactobacillus, Bifidobacterium, Propionibacterium. I ceppi sono stati trattati con ultrasuoni e sono state studiate le caratteristiche tecnologiche e probiotiche. Nella seconda parte, sono stati studiati gli effetti degli US sul rilascio di componenti intracellulari. I ceppi sono stati studiati a seguito del trattamento fisico per valutare il rilascio di costituenti intracellulari (acidi nucleici, proteine) ed eventuali lesioni della membrana cellulare. Nell'ultima parte, è stata studiata l'interazione di ceppi attenuati con il microbiota intestinale. Questo studio è stato condotto presso l'Università di Roehampton (Regno Unito). Materiali e metodi: (i) Caratteristiche tecnologiche: Prove di acidificazione in mezzo di laboratorio, crescita a diverse temperature, pH e contenuto di sale; caratteristiche probiotiche: antibiotico resistenza, sopravvivenza a pH 2,5 e in presenza di sali biliari (0,3%), idrofobicità e formazione di biofilm. (ii) La valutazione del danno sulle cellule microbiche è stato determinato attraverso letture spettrofotometriche a 260 e 280 nm per quantificare il rilascio di DNA e proteine. (iii) L'interazione dei ceppi attenuati con il microbiota intestinale è stata valutata utilizzando la fermentazione in vitro (batch culture fermentation). Risultati: (i) Le migliori combinazioni in grado di evitare la post-acidificazione sono state le seguenti: potenza, 60%; tempo, 6 minuti; impulsi, 2 s per Lactobacillus e Bifidobacterium, 40%, 8 min P. jensenii; 60%, 4 min P. freudenreichii subsp. freudenreichii. Gli US non hanno influenzato la vitalità a 45 °C e a pH 9, ma hanno determinato una diminuzione della crescita microbica a pH 4 (lattobacilli e bifidobatteri). Tuttavia, gli US non hanno influenzato il GI dei propionibatteri. L'effetto dell'attenuazione potrebbe essere migliorato con la refrigerazione. Il trattamento con gli US non ha influenzato la maggior parte dei tratti tecnologici, ma ha causato un aumento della suscettibilità ad alcuni antibiotici. Per quanto riguarda i tratti probiotici, gli US hanno causato un aumento di idrofobicità per L. reuteri e P. freudenreichii spp. freudenreichii. Questi risultati sono stati confermati con l'adesione alle cellule Caco-2 per L. reuteri. L. reuteri attenuato ha registrato un significativo aumento di idrofobicità (dal 3 al 25%) e una maggiore adesione alle cellule Caco-2. Inoltre, gli US hanno migliorato la stabilità dei biofilm nel tempo e questo risultato ha confermato i dati ottenuti con l'idrofobicità. (ii) Il rilascio di acidi nucleici e proteine, evidenzia che la membrana cellulare potrebbe essere un altro target del trattamento fisico. (iii) Per quanto riguarda gli effetti degli US sul microbiota intestinale: i ceppi attenuati non hanno influenzato il microbiota intestinale, ma in alcuni casi sono stati evidenziati effetti positivi. Importanza e impatto della ricerca di dottorato: Il metabolismo attivo dei microrganismi probiotici potrebbe costituire un problema quando questi ultimi vengono aggiunti agli alimenti. Infatti alcuni ceppi di batteri lattici continuano a produrre acido lattico e causano post-acidificazione (diminuzione del pH durante la conservazione). Pertanto, è importante controllare il loro metabolismo. Un modo possibile per controllare il metabolismo dei probiotici negli alimenti è l'attenuazione attraverso metodi fisici o chimici. Una delle tecnologie emergenti sono gli ultrasuoni (US). Questo approccio è stato utilizzato per evitare la post-acidificazione in una bevanda commerciale di riso (Bevilacqua et al., 2016). La presente tesi di dottorato ha contribuito a valutare gli effetti dell'attenuazione mediante ultrasuoni, su alcune caratteristiche tecnologiche e probiotiche, testando tre diversi generi di ceppi probiotici. Inoltre, questo progetto di dottorato ha studiato i cambiamenti in termini di caratteristiche tecnologiche e probiotiche che i microrganismi probiotici potrebbero subire a seguito dell'attenuazione; il rilascio di proteine, acidi nucleici. Infine, la novità di questa tesi di dottorato è stata lo studio degli effetti di ceppi attenuati sul microbiota intestinale. Proposte future: una prospettiva futura potrebbe essere focalizzata sull'uso degli US per migliorare o modulare l'adesione dei ceppi probiotici, considerando l'aumento di idrofobicità e la maggiore adesione alle cellule Caco-2. È importante studiare gli effetti di altri ceppi attenuati sul microbiota intestinale modulando le variabili del trattamento.
Scientific background: Probiotics in foods could lead to significant changes in food flavor and rheology, due to their active metabolism. A possible way to overcome this problem is the attenuation of probiotics through a physical or chemical method. Some authors studied homogenization as a way to attenuate/modulate the metabolism of starter cultures in dairy products (Lanciotti et al., 2004, 2006, 2007); in this project I have used a new emerging technology, the ultrasounds. (i) A screening of the ultrasound (US) (power/duration) on different probiotic microorganisms was perfomed, and were studied the probiotic and technological characteristics after US-exposure. (ii) The effects of US on the release of intracellular components, was investigate. (iii) The interaction of attenuated strains with gut microbiota was evaluated, using in vitro batch culture fermentation. Open questions: (i) Few data are available on effects of US on probiotics and technological characteristics of probiotic strains; (ii) few data are available on the effect of attenuation with ultrasound on the sub-lethal injury; (iii) no data are available on the interaction of attenuated strains with gut microbiota. Aims: (i) Choice of the best combination of ultrasound to avoid post-acidification without affecting the viability of the strains, and study of the probiotic and technological characteristics to evaluate if attenuation could change them; (ii) study the release of intracellular components (nucleic acids and proteins) after the application of ultrasound; and (iii) evaluation the effects of attenuated strains on gut microbiota. Planning of the research: In the first part three different genera of probiotics were used: Lactobacillus, Bifidobacterium, Propionibacterium. The strains were treated with ultrasound and studied for technological and probiotic characteristics. In the second part, the effects of US on the release of intracellular components, was investigated. The strains were studied after physical treatment to assess the release of intra-cellular constituents (nucleic acids, proteins) and injury of the membrane. In the last part, the interaction of attenuated strains with gut microbiota, was studied. This study was carried out at University of Roehampton (UK). Materials and Methods: (i) Technological traits: acidification in lab medium, growth at different temperatures, pHs and salt content; probiotic traits: antibiotic-resistance, survival at pH 2.5 and in the presence of 0.3% bile salt, hydrophobicity, and biofilm formation. (ii) Injury characterization was evaluated by leakage of UV-absorbing substances. (iii) The interaction of attenuated strains with gut microbiota was evaluated, using in vitro batch culture fermentation. Results: (i) The best combinations to avoid post-acidification were the following: power, 60%; time, 6 min; pulse, 2 s for Lactobacillus and Bifidobacterium, 40%, 8 min P. jensenii; 60%, 4 min P. freudenreichii subsp. freudenreichii. US did not affect viability at 45 °C or at pH 9, but it determined a decrease of microbial growth to pH 4 (lactobacilli and bifidobacteria). However, the US did not affect the GI of propionibacteria. The effect of attenuation could be enhanced by the storage under refrigeration. US-treatment did not affect most of the technological traits, but generally caused an increase of susceptibility to some antibiotics. Concerning probiotic traits, US caused an increase of hydrophobicity for L. reuteri and P. freudenreichii spp. freudenreichii, after US-exposure. These results were confirmed with adhesion to Caco-2 cells for L. reuteri. US-attenuated L. reuteri experienced a significant increase of hydrophobicity (from 3 to 25%) and a higher adhesion to Caco-2 cells. Moreover, US improved the stability of the biofilm over the time, and this result confirmed the data obtained with hydrophobicity. (ii) The release of nucleic acids and proteins was found, highlighting that cell membrane could be another target physical treatments. (iii) Concerning the effects of US on gut microbiota, the ultrasound didn’t affect the gut microbiota, but in some cases, it could have a positive effect. Significance and Impact of PhD research: A main drawback of probiotics in foods can relate to their active metabolism, some strains of lactic acid bacteria continue to produce lactic acid and cause post-acidification (the decrease of pH within the storage). Therefore, it is important to control their metabolism. A possible way to control the metabolism of probiotic in foods is the attenuation through physical or chemical methods. One of the emerging technologies is ultrasound (US). This approach was used to avoid post-acidification in a commercial rice drink (Bevilacqua et al., 2016). The present PhD thesis contributed to evaluate the effects of attenuation with ultrasound, on some technological and probiotic strains, testing three different genera of probiotic strains. Moreover, this PhD project has investigate the changes that may affect probiotic strains after attenuation; the release of proteins, nucleic acids. Finally, the novelty of this PhD thesis was the study of the effects of attenuated strains on gut microbiota. Future trends: A future perspective could be a focus on the use of US to improve or modulate the adhesion of probiotic strains, considering the increase of hydrophobicity and the higher adhesion to Caco-2-cells. It is important to investigate the effects of other attenuated strains on gut microbiota by modulating the variables of the treatment. Key words: Hydrophobicity, acidification, growth, attenuation, gut-microbiota, proteins, nucleic acid, ultrasound, attenuated microorganisms, probiotics, lactic acid bacteria.