La Sezione di Biologia ed Evoluzione degli Organismi Marini (BEOM) studia i meccanismi biologici che governano gli organismi marini e consentono la Vita sul nostro Pianeta nelle sue diverse espressioni.

Il know-how e gli approcci multi-disciplinari consentono lo studio

• dei meccanismi regolatori che governano lo sviluppo degli organismi marini - dalla fecondazione all’età adulta - e come questi vengono influenzati da fattori ambientali, e
• della machinery genomica, cellulare e neurale che sottostà alla plasticità biologica, fisiologica e comportamentale che consente l’adattamento e l’evoluzione.

BEOM studia, inoltre, gli organismi marini alla ricerca di prodotti e "processi" naturali per esplorare applicazioni biotecnologiche in vari settori, compresi la nutraceutica la salute umana.

Le competenze dei ricercatori, tecnologi e tecnici che compongono BEOM coprono un ampio spettro di ambiti scientifici che comprendono: la biologia molecolare, la biologia della riproduzione e dello sviluppo, la trasduzione del segnale, la regolazione genica, la genetica, la biologia cellulare e la bioinformatica, la genomica comparata, l’ecotossicologia, la biochimica, la fisiologia, la zoologia, le neuroscienze e la biologia del comportamento.

Tali competenze beneficiano della disponibilità e consolidata esperienza nello studio di vari organismi appartenenti a specie con diversa distanza evolutiva, rappresentanti dei Protostomi e Deuterostomi.

L’attività scientifica della Sezione BEOM comprende approcci basati sull’osservazione e la sperimentazione sia in campo che in condizioni controllate di laboratorio.

Gli approcci sperimentali impiegati includono, tra l’altro: manipolazione della funzione genica (e.g. knock-down, knock-out) inclusa la transgenesi mediante microiniezione ed elettroporazione; saggi biologici; spettrofotometria; spettrofluorimetria; tecnologie avanzate (high-throughput) quali genomica, trascrittomica mediante microarray, RNA-Seq, ChIP-Seq, e Real Time quantitative PCR; imaging ad alta risoluzione mediante Confocal Laser Sheet Microscopy (CLSM) associata a fluorescent in situ hybridization (FISH) e immunoistochimica; microscopia elettronica SEM, TEM; elettrofisiologia, metodiche di neuroscienze comportamentali e cognitive.

Responsabile: Maria I. Arnone

Laboratorio attrezzato per lo studio dello sviluppo embrionale degli organismi marini, inclusa l’analisi funzionale per lo studio dei network genici.

Comprende un'area di biologia molecolare ed ibridazione in situ, un'area di microiniezione, un'area di elettroporazione in zigoti, oltre alle normali attrezzature di laboratorio generico.

Sistemi per la sperimentazione

Il laboratorio DevBio utilizza diversi organismi modello per la ricerca, quali ascidie (Ciona, Molgula), ricci (Paracentrotus, Strongylocentrotus) e stelle (Patiria) di mare, anfiosso (Branchistoma) e pesci (Danio).

Il laboratorio si avvale della collaborazione delle unità Meda e MaRe per l’approvvigionamento, il mantenimento e la coltura di questi organismi.

Analisi

• Determinazione dell’espressione genica (spaziale e temporale) durante lo sviluppo embrionale mediante tecniche di ibridazione in situ, immunoistochimica, PCR quantitativa (real time, in collaborazione con l’unità Mb&Bi), western blot.
• Perturbazione dell’espressione genica (knock-out, knock-down, overespressione e transgenesi) mediante microiniezione (oligonucleotidi antisenso, RNA) o elttroporazione (DNA) e analisi di espressione genica e morfofunzionale dei fenotipi ottenuti.

Strumentazioni

• Sistemi per la microiniezione (con microscopio invertito, diritto o stereo) in riccio di mare, ascidie e pesci.
• Strumentazione per l’elettroporazione in cellule eucariotiche.
• Stereomicroscopi per l’osservazione e la manipolazione degli embrioni.
• Celle termostatate (a varie temperature) per la coltura di embrioni e larve.
• Sistemi di microscopia e acquisizione immagini ad alta risoluzione in luce trasmessa e fluorescenza per l’analisi spaziale dell’espressione genica.
• Sistema di analisi del movimento per la caratterizzazione di fenotipi comportamentali.

PROJECTS 2026

TERRATWIN: 7 Dimensions Digital Twin of the complex interplay between the climate, marine and land biodiversity including social-economic factors
PI: STEFANNI SERGIO (Partner)
European Project
01/01/2026 - 31/12/2028
Other BEOM Partners: Locatello, Modica, Leone

PROJECTS 2024-2025

Ocean-Robocto: Unveiling Octopus CollaborativE hunting with fish through ANimal-ROBOt interaCTiOns
PI: Piero Amodio (Coordinator)
Extra-European Project
01/05/2024 - 30/04/2026
Other BEOM Partners: NO

COSMIC: COntrolled Space MIcroecological system supporting eCopoiesis
PI: Piero Amodio (Partner)
National Project
12/10/2023 - 28/02/2026
Other BEOM Partners: NO

ZooCELL: The evolution of cellular phenotypes in animal diversity: multidisciplinary training in 3D cellular reconstruction, multimodal data analysis and science outreach
PI: ARNONE MARIA IMMACOLATA (Partner)
European Project
01/01/2024 - 31/12/2027
Other BEOM Partners: NO

GRAIL: Golgi Ribbon Architecture in Development and Differentiation
PI: ARNONE MARIA IMMACOLATA (Coordinator)
National Project
28/09/2023 - 27/09/2025
Other BEOM Partners: Ferraro, Benvenuto, Ristoratore

NeuroEvoFun: Dissecting the neurosecretory brain-gut axis function and evolution: from regulome and cell identity to cellular crosstalk
PI: ARNONE MARIA IMMACOLATA (Coordinator)
National Project
01/03/2026
Other BEOM Partners: Annunziata, Benvenuto, S. D'Aniello

SEASIGHT: From the sea for the sight: Identification of novel rna molecules to tackle retinal diseases
PI: SABRINA CARRELLA (Coordinator)
National Project
01/08/2024 - 31/10/2025
Other BEOM Partners: S. D'Aniello, Mirra

MITO SEAS: Mitochondrial Dynamic Modulators from the Seas
PI: SABRINA CARRELLA (Coordinator)
National Project
01/10/2023 - 28/02/2026
Other BEOM Partners: NO

FASTIDIO: Development of an innovative combinatorial therapy to tackle age-related macular degeneration
PI: SABRINA CARRELLA (Partner)
National Project
01/12/2023 - 28/02/2026
Other BEOM Partners: NO

MITOXYMIRs: OxymiRs modulation as gene-independent therapeutic approach in rare mitochondrial diseases
PI: SABRINA CARRELLA (Coordinator)
European Project
10/10/2023 - 30/09/2025
Other BEOM Partners: NO

OxymiRs modulation as gene-independent therapeutic approach in primary mitochondrial diseases -Access to Services
Euro-BioImaging SEELIFE (European)
2025

OxymiRs modulation effect on in vitro model of Aged-macular degeneration (AMD) - Access to Services
PI: CARRELLA SABRINA (Partner)
Human Technopole National Facility Access (National)
2025

Unraveling Sex Determination in Bivalves: An Integrative Single-Cell Analysis during the Early Embryo Development of Mytilus galloprovincialis
PI: ENRICO D’ANIELLO (Partner)
National Project
28/09/2023 - 28/02/2026
Other BEOM Partners: NO

Functional and molecular characterization of the circadian clock in the Antarctic key species Euphausia superba
PI: D'ANIELLO SALVATORE (Partner)
National Project
06/11/2024 - 01/09/2026
Other BEOM Partners: NO

MICRO REPRO: Impact of microplastics and associated contaminants on reproduction and development: a comparative and multidisciplinary study on mechanisms of action and protective strategies
PI: ALESSANDRA GALLO (Partner)
National Project
22/03/2022 - 22/03/2025
Other BEOM Partners: Locatello, Locascio

IMPAVID: Exploring the IMpact of gene Presence-Absence VarIation on mussel reproDuctive fitness and larval survival
PI: ALESSANDRA GALLO (Partner)
National Project
05/10/2023 - 28/02/2026
Other BEOM Partners: NO

NuForSpe: New nutraceutical formulations to improve sperm quality in different animal species
PI: ALESSANDRA GALLO (Partner)
National Project
01/12/2023 - 28/02/2026
Other BEOM Partners: NO

SECRETS: Secreted compounds in Echinoderms chemical communication
PI: LEONE SERENA (Coordinator)
National Project
01/12/2023 - 28/02/2026
Other BEOM Partners: NO

NeuroMITilus: Unraveling the role of mitochondria in coping with Hypoxia/Reoxygenation stress in Mytilus galloprovincialis nervous system - Access to Services
PI: SERENA MIRRA (Partner)
Euro-BioImaging SEELIFE (European)
2025

BIODIVERSITY2DRUGS (B2D): Peptide Biodiversity: Advancing Human Health Through Nature's Pharmacological Treasures
PI: MODICA MARIA VITTORIA (Partner)
European Project
01/04/2025 - 31/03/2028
Other BEOM Partners: Leone, Ponte, Locatello

DEEPVEN: Deep venoms: characterization, evolution and biotechnological potential of mesophotic corals venom from Calabria
PI: MODICA MARIA VITTORIA (Coordinator)
National Project
01/01/2021 - 30/09/2024
Other BEOM Partners: Ferraro, Leone, Ponte

SEDNA-Pp: Whales as ecosystem sentinels: climate-induced changes on migration and feeding behavior in a pristine habitat model
PI: MODICA MARIA VITTORIA (Partner)
National Project
05/10/2023 - 28/02/2026
Other BEOM Partners: Stefanni

TRADE: TRophic Adaptation and plasticity Drivers in marine Ecosystems
PI: MODICA MARIA VITTORIA (Coordinator)
National Project
01/12/2023 - 28/02/2026
Other BEOM Partners: Locatello

EUVEN: European Venom Network (COST ACTION)
PI: MODICA MARIA VITTORIA (Coordinator)
European Project
01/11/2023 - 31/10/2024
Other BEOM Partners: Leone

VENOVATE: A Venom-Based Discovery Pipeline for Innovation, Medicine and Sustainable Commercialization (COST Innovators Grant)
PI: MODICA MARIA VITTORIA (Partner)
European Project
01/11/2025 - 31/10/2026
Other BEOM Partners: NO

SEANERGIES SBEP II: Cell-cultured octopus production through sustainable marine biomass valorization
PI: PONTE GIOVANNA (Partner)
European Project
31/08/2025 - 30/08/2028
Other BEOM Partners: NO

FIASCO: Illuminating range shifts through evolutionary FIASCO: contrasting FaIling And Successful ColOnizations in replicated wild populations
PI: RAFFINI FRANCESCA (Coordinator)
National Project
01/12/2023 - 28/02/2026
Other BEOM Partners: NO

GENOA: Genetic Nature Observation and Action (COST ACTION)
PI: RAFFINI FRANCESCA (Partner)
European Project
4/10/2024 - 03/10/2028
Other BEOM Partners: NO

DeuteroNoise: Characterization of maritime noise in different european basins and its impact on ecological relevant deuterostome invertebrates
PI: RISTORATORE FILOMENA (Partner)
European Project
01/12/2022 - 31/05/2026
Other BEOM Partners: NO

PhyloPycno2: Phylogenomics of sea spiders and evolution of arthropods r-opsins
PI: SABROUX ROMAIN (Coordinator)
National Project
22/05/2025 - 21/05/2028
Other BEOM Partners: S. D'Aniello

EuFish European: European fisheries enhancement through "Omic" characterization and innovative seafood production from underutilised fish species
PI: SORDINO PAOLO (Partner)
National Project
14/11/2022 - 13/11/2026
Other BEOM Partners: Romeo

DIGI4ECO: Digital Twin-sustained 4D ecological monitoring of restoration in fishery depleted areas
PI: STEFANNI SERGIO (Partner)
European Project
01/03/2024 - 28/02/2028
Other BEOM Partners: Locatello

EARTH CRUISERS: EARTH’s CRUst Imagery for investigating SEismicity, volcanism and marine natural Resources in the Sicilian offshore
PI: STEFANNI SERGIO (Partner)
National Project
01/06/2018 - 16/05/2022
Other BEOM Partners: NO

D4BLOND: Drone for Biodiversity assessment with imaging, fLow cytOmetry aNd eDNA
PI: STEFANNI SERGIO (Coordinator)
National Project
01/05/2024 - 30/09/2025
Other BEOM Partners: NO

SeNSOR: Smart eDNA/eRNA bioSampler for studying seasOnal biodiveRsity on the Amendolara Seamount
PI: STEFANNI SERGIO (Coordinator)
National Project
01/01/2021 - 14/10/2024
Other BEOM Partners: NO

NEMERTE: NEuroactive MEtabolites and plastics: Re-evaluations Trough a model Elasmobranch
PI: TERZIBASI TOZZINI EVA (Coordinator)
National Project
11/09/2024 - 10/12/2025
Other BEOM Partners: Sirakov, Raffini

SHARKAGE: Evolution of longevity in sharks
PI: TERZIBASI TOZZINI EVA (Partner)
National Project
05/10/2023 - 28/02/2026
Other BEOM Partners: NO

NONOSENS: The NONO killifish Aphanius fasciatus as ecophysiological SENtinel of vulnerable coastal habitatS
PI: TERZIBASI TOZZINI EVA (Coordinator)
National Project
01/12/2023 - 28/02/2026
Other BEOM Partners: Sirakov, Sordino

Responsabile: Luigia Santella

Laboratorio attrezzato per studiare i meccanismi cellulari e molecolari del ciclo cellulare e fecondazione di organismi marini. Comprende un'area di live cell imaging, un'area di microiniezione, un'area di biologia cellulare e molecolare, un'area di analisi d'immagine, oltre alle normali attrezzature di laboratorio generico

Sistemi per la sperimentazione

Il laboratorio utilizza due specie di stella di mare (Astropecten aranciacus e Asterina pectinifera) e di riccio di mare (Paracentrotus lividus) come sistemi modello per la ricerca in collaborazione con Meda e MaRe per la raccolta ed il loro mantenimento.

Analisi

• Studio dei meccanismi responsabili della generazione, propagazione, e decadimento dei segnali di calcio intracellulari nelle uova degli animali marini durante il ciclo cellulare meiotico e la fecondazione per l’identificazione dei depositi di calcio intracellulare (reticolo endoplasmatico, nucleo, mitocondri, vescicole acide, ect) e il loro meccanismo di rilascio/riassorbimento dello ione.
• Studio delle relazioni causali tra l’ambiente esterno (salinità dell’acqua di mare, pH, temperatura, contaminanti ambientali, etc.) e le variazioni interne sia morfologiche che funzionali di ovociti e uova e dei loro effetti sulla fecondazione e fasi iniziali dello sviluppo embrionale: analisi della segnalazione di calcio, citoscheletro, ultrastruttura (collaborazione con AMOBIO) polispermia, e progressione della divisione dello zigote.
• Analisi dei meccanismi molecolari che regolano la maturazione meiotica e l'attivazione delle uova in seguito a microiniezione di proteine bloccanti specifiche funzioni, anticorpi e RNA antisenso di geni bersaglio identificati dal trascrittoma di stelle e ricci di mare.

Strumentazioni

• 2 Set up (CCD) multicanale sia in fluorescenza che in luce trasmessa per live cell imaging.
• Fotoattivazione con UV di sostanze caged.
• 1 Set up (Confocale Spinning Disk) multicanale sia in fluorescenza che in luce trasmessa per live cell imaging.
• Live cell imaging durante microiniezioni.
• Fotoattivazione con UV di sostanze caged.
• Sistema per la microiniezione (con microscopio diritto) in diversi compartimenti (citoplasma e nucleo) degli ovociti di stella di mare e citoplasma di uova di riccio di mare.
• Steremicroscopio per la valutazione della qualità dei gameti e loro manipolazione (enucleazione  etc).
• Incubatore termostatato per il mantenimento dei gameti.