Zoologia ed Evoluzione sono le due parole chiave che descrivono le mie attività di ricerca. Queste due tematiche hanno trovato nella simbiosi e nella biologia delle interazioni il terreno comune su cui si è sviluppato il mio lavoro. È possibile identificare tre fasi della mia carriera scientifica: (1) Eco-Etologia degli imenotteri sociali; (2) Simbiosi intracellulare (Wolbachia); (3) Interazioni animali-animali e animali-microrganismi a livello di comunità (non solo relazioni intracellulari).

Sono sempre stato animato da un grande interesse sia per la scienza di base che per la terza missione (comunicazione e trasferimento tecnologico). Per questo i miei lavori spaziano tra la teoria in ambito di biologia evolutiva, aspetti applicativi e ho anche creato uno spin-off con 3 colleghi all’Università di Milano-Bicocca. Per ottenere questi risultati ho fondato e dirigo un laboratorio interdisciplinare che include due linee principali:

1- Biologia molecolare per il trattamento di campioni ambientali incluso eDNA e che ha tutte le possibilità per evitare contaminazioni e che permette di procedere con estrazioni di DNA, amplificazioni, sequenziamento Sanger, preparazione per sequenziamento NGS e per tutti gli approcci di gestione del campione per analisi metagenomiche.

2- Bioinformatica e data analysis. L’infrastruttura permette l’analisi di dati NGS grazie a un server locale dedicato ospitato presso i sistemi informativi di ateneo. Dispongo anche di una virtual machine per il trattamento di grandi moli di dati.

Il mio specifico contributo alla scienza è riportato di seguito, suddiviso nelle tre aree tematiche:

CONTRIBUTO 1: Eco-etologia ed evoluzione del comportamento sociale negli imenotteri

Le società degli insetti sono tra le tematiche più interessanti della biologia sin dall’Origine delle Specie di Charles Darwin. Molte teorie si sono susseguite per giustificare la diffusione del comportamento sociale nei metazoi, e particolarmente presente in vespe, api e formiche. Le vespe sono di speciale interesse perché sono un gruppo basale dell’evoluzione degli imenotteri e il gruppo in cui il comportamento sociale è comparso in questi insetti. La genetica degli imenotteri, con il meccanismo di determinazione del sesso in un sistema aplodiploide, è stata considerata essenziale nella diffusione della socialità, ma le mie ricerche hanno contribuito alla considerazione che le pressioni ecologiche giocano un ruolo predominante nell’affermazione della socialità, ancora più che la genetica. In particolare, il costo della costruzione dei nidi, la disponibilità di cibo e le interazioni con i conspecifici sono le principali forze in gioco nell’evoluzione degli imenotteri. I risultati di queste ricerche sono stati pubblicati in giornali di elevato impatto (come Nature) e sono anche stati riportati su testi dedicati all’argomento (come Davies, Krebs and West, An Introduction to Behavioural Ecology).

Citazioni chiave:

Field J, Shreeves G, Sumner S, Casiraghi M (2000). Insurance-based advantage to helpers in a tropical hover wasp. Nature, 404: 869-871. doi:10.1038/35009097

Sumner S, Casiraghi M, Foster W, Field J (2002). High reproductive skew in tropical hover wasps. Proceedings of the Royal Society of London, B, 269: 179-186. doi:10.1098/rspb.2001.1884

CONTRIBUTO 2: Evoluzione di animali con simbionti intracellulari

Le simbiosi intracellulari sono fondamentali nella biologia evolutiva. L’eucariogenesi è di fatto un processo simbiotico che si è realizzato tra 2 e 2,5 miliardi di anni fa, ma le simbiosi intracellulari con batteri si sono poi ripetute centinaia di volte durante l’evoluzione dei metazoi. Tra i vari casi Wolbachia gioca un ruolo predominante perché è stato calcolato che almeno il 20% delle specie di insetti ospita questo batterio intracellulare, rendendolo il più comune simbionte presente sulla terra. Wolbachia negli insetti e in altri artropodi gioca molti ruoli, ma principalmente è un parassita riproduttivo. Con questo termine si intende un organismo in grado di manipolare la biologia riproduttiva dell’ospite per massimizzarne la diffusione. Mi sono occupato della simbiosi di Wolbachia con nematodi filaridi (il solo altro gruppo animale nel quale è stata trovata Wolbachia fuori dagli artropodi) per capire se anche in questi organismi fosse messo in gioco un meccanismo di manipolazione della riproduzione. I miei risultati hanno contribuito a comprendere che la relazione Wolbachia-filarie è diversa da quella realizzata con gli artropodi perché il batterio è fondamentale per il ciclo vitale dei suoi ospiti, e in particolare per il processo della muta. Queste osservazioni, si sono complementate con quelle relative alla patologia (cicli vitali) della filariosi permettendo di identificare possibili strategie di cura della parassitosi.

Citazioni chiave:

Casiraghi M, Anderson TJC, Bandi C, Bazzocchi C, Genchi C (2001). A phylogenetic analysis of filarial nematodes: comparison with the phylogeny of Wolbachia endosymbionts. Parasitology, 122: 93-103. doi:10.1017/S0031182000007149

Lo N, Casiraghi M, Salati E, Bazzocchi C, Bandi C (2002). How many Wolbachia supergroups exist. Molecular Biology and Evolution, 19: 341-346. doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a004087

Casiraghi M, McCall JW, Simoncini L, Kramer LH, Sacchi L, Genchi C, Werren JH, Bandi C (2002). Tetracycline treatment and sex-ratio distortion: a role for Wolbachia in the moulting of filarial nematodes. International Journal for Parasitology, 32: 1457-1468. doi:10.1016/S0020-7519(02)00158-3

CONTRIBUTO 3: Interazioni animali-microrganismi al livello di comunità

Il lavoro in ambito parassitologico mi ha posto di fronte a un problema chiave: l’identificazione di un organismo vivente, un parassita, in assenza di chiari caratteri morfologici. In queste condizioni l’identificazione molecolare è l’approccio più semplice e diretto. Muovendomi da questi presupposti mi sono occupato di DNA barcoding e quando le tecnologie sono state adeguate, a partire dal 2008, ho utilizzato le tecnologie di High Throughput DNA Sequencing o Next Generation DNA Sequencing, per analizzare le interazioni tra gli animali e le comunità batteriche. Ho concentrato il mio lavoro su microbiota difficili come quello dell’acqua potabile e di animali non-modello.

Citazioni chiave:

Ferri E, Barbuto M, Bain O, Galimberti A, Uni S, Guerrero, Fertè H, Bandi C, Martin C, Casiraghi M (2009). Integrated taxonomy: traditional approach and DNA barcoding for the identification of filarioid worms and related parasites (Nematoda). Frontiers in Zoology, 6: 1. doi:10.1186/1742-9994-6-1

Casiraghi M, Labra M, Ferri E, Galimberti A, De Mattia F (2010). DNA barcoding: a six-question tour to improve users' awareness about the method. Briefings in Bioinformatics, 11: 440-453. doi:10.1093/bib/bbq003

Sandionigi A, Vicario S, Prosdocimi EM, Galimberti A, Ferri E, Bruno A, Balech B, Mezzasalma V, Casiraghi M (2015). Towards a better understanding of Apis mellifera and Varroa destructor microbiomes: introducing ‘phyloH’ as a novel phylogenetic diversity analysis tool. Molecular Ecology Resources, 15: 697–710. doi: 10.1111/1755-0998.12341

Bruno A, Sandionigi A, Galimberti A, Siani E, Labra M, Cocuzza C, Ferri E, Casiraghi M (2017). One step forwards for the routine use of high-throughput DNA sequencing in environmental monitoring. An efficient and standardizable method to maximize the detection of environmental bacteria. Microbiology Open 6(1). doi: 10.1002/mbo3.421

Pubblicazioni

Ghisleni, G., Finazzi, M., Fumagalli, S., Facciotti, F., Casiraghi, M., Di Gennaro, P., et al. (2024). Reviving Urban Spaces: Microbial Approaches for Sustainable Regeneration. Intervento presentato a: MUSA’s Third General Meeting, Milano, Italy. Dettaglio
Brusati, A., Agostinetto, G., Bruno, A., Casiraghi, M., Pescini, D., Sandionigi, A., et al. (2024). Exploration and Retrieval of Virus-Related Molecular Data Using ExTaxsI: The Monkeypox Use Case. In V. Pantaleo, L. Miozzi (a cura di), Viral Metagenomics
Methods and Protocols (pp. 145-154). Humana Press, Inc. [10.1007/978-1-0716-3515-5_10]. Dettaglio
Armanni, A., Fumagalli, S., Ghisleni, G., Colombo, B., Bulla, N., Corneo, L., et al. (2024). Characterization of hospital and patients' microbiome for the realization of advanced nanosensors. Intervento presentato a: BtBsDay 2024, Milano, Italia. Dettaglio
Armanni, A., Colombo, B., Fumagalli, S., Ghisleni, G., Corneo, L., Citerio, G., et al. (2024). Exploring Hospital and Patient Microbiomes for Advanced Nano-detectors Development and Antibiotic Resistance Monitoring. Intervento presentato a: “First Meeting on Project Progress” - ANTHEM AdvaNced Technology for
Human centEred Medicine, Bergamo, Italia. Dettaglio
Ghisleni, G., Fumagalli, S., Armanni, A., Rosatelli, A., Franzetti, A., Casiraghi, M., et al. (2024). Engaging Students in Urban Renovation: A Participatory Science Model for Microbiome Sampling Fieldwork. Intervento presentato a: MUSA’s Third General Meeting, Milano, Italy. Dettaglio

Progetti di ricerca

Xenogenetics of drinking water: Microbiome and Resistome analyses for the improvement of water safety assessment tools

Anno: 2015

Bando: 2015-020 - Ricerca sull'inquinamento dell'acqua e per una corretta gestione della risorsa idrica, Ricerca sull’inquinamento dell’acqua e per una corretta gestione della risorsa idrica

Enti finanziatori: FONDAZIONE CARIPLO

S.A.F.E. Gardens: Sustainable Actions For Edible Gardens (Tanzania)

Anno: 2013

Bando: 2013-001 - Milano per la sicurezza alimentare. Contributi a favore della solidarietà e della cooperazione internazionale - anno 2012

Il corridoio ecologico del Lambro: interventi per il consolidamento e l'implementazione della connettività e della biodiversità

Anno: 2010

Bando: 2009-010 - Bando Tutelare e valorizzare la biodiversità, Bando tutelare e valorizzare la biodiversità

Le connessioni ecologiche nelle selve castanili nel Parco Regionale Campo dei Fiori: valutazione e sviluppo di sistemi di gestione

Anno: 2009

Bando: 2009-010 - Bando Tutelare e valorizzare la biodiversità, Bando tutelare e valorizzare la biodiversità

Sviluppo di un sistema di identificazione molecolare di organismi target della fauna del suolo

Anno: 2007

Bando: 2007-027 - Prin 2007

Premi e responsabilità scientifiche

Premi

Abilitazione Scientifica Nazionale - Prima fascia, Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca, 2014
Abilitazione Scientifica Nazionale - Seconda Fascia, Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca, 2014
Premio GB Grassi per giovani parassitologi, Societa Italiana di Parassitologia, 2002

Partecipazioni scientifiche

Fellow - Società Italiana di Biologia Evoluzionistica (Italia), 2012 - 2015
Fellow - Federazione Italiana Scienze delle Vita (Italia), 2010 - 2015
Fellow - Società Italiana di Biologia Evoluzionistica (Italia), 2010 - 2012

Incarichi di insegnamento o ricerca

Attivita' didattica - Corso di “Tecniche Bioinformatiche per lo studio della Biodiversità”, 2-6 Marzo 2009, Viggiano (PZ) - Fondazione Eni Enrico Mattei, 2009
Attivita' didattica - incarico di docenza nel corso FSE IFTS n. 374784 “Tecnico superiore per l’industrializzazione del prodotto e del processo”. - Università degli Studi di MILANO-BICOCCA, 2008
Attivita' didattica - incarico di docenza nel corso FSE IFTS n. 374784 “Tecnico superiore per l’industrializzazione del prodotto e del processo”. - Università degli Studi di MILANO-BICOCCA, 2008
Attivita' didattica - corso: “Nascita e Attualità dell’Evoluzionismo, la più Grande Rivoluzione del Pensiero Biologico” - Collegio di Milano, 2006 - 2007
Visiting Researcher - Maître de Conférence” presso il Dipartimento di Ecologia e Gestione della Biodiversità - Museum national d'Histoire naturelle, 2006
Attivita' didattica - Incarico nei moduli "Biologia Generale" e "Biologia Animale" nel corso FSE 1999 n. 18027 ob. 2.3.2 “Addetto alla catalogazione; protezione e valorizzazione dei beni ambientali-naturalistici” - Università degli Studi INSUBRIA Varese-Como, 1999 - 2000
Visiting Researcher - Research Assistant presso nel gruppo di Behavioural Ecology del dr Jeremy Field - University College London, 1997 - 1999