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