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Laboratory of Molecular Virology and Antiviral Research

Componenti

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Settore ERC

LS6_1 - Innate immunity
LS6_7 - Microbiology
LS6_8 - Virology
LS7_3 - Pharmacology, pharmacogenomics, drug discovery and design, drug therapy

Attività

logo lab molecular virology and antiviral research The group is actively involved in two areas of research with strong relevance in virology: Antiviral Research and Environmental Virology.

The studies of Antiviral Research are applied to a wide panel of viruses including respiratory viruses - responsible for annual large outbreaks - sexually transmitted viruses, emerging arthropod-transmitted viruses and viruses responsible for gastrointestinal infections.

The Antiviral Research ranges over the following topics:

  • Research and development of antiviral small molecules, investigation of their mechanism of action and preclinical development;
  • Studies on virus-cell interactions in order to deepen the knowledge on the viral pathogenesis and to identify new pharmacological targets;
  • Research and development of innovative formulations based on nanocarriers for the delivery of known antiviral drugs to overcome the challenges associated with antiviral delivery;
  • Antiviral studies in the fields of Ethnomedicine, Phytomedicine and Nutraceuticals in order to discover bioactive compounds in plants, natural sources and dairy products;
  • Studies on the antiviral properties of human milk and colostrum in order to unravel novel mechanisms underlying the protective role of human milk and study the impact of milk processing on its antiviral activity;
  • Research of new antiviral materials to develop novel strategies counteracting the diffusion of respiratory viruses;
  • Study of the neutralization activity of human serum samples against pseudovirions.

 

Furthermore, the laboratory is contributing to the foundation of a still relatively young scientific discipline: Environmental Virology. In this context, in collaboration with the Regional Agency for Environmental Protection (ARPA) of Piedmont, the laboratory is actively engaged in the experimental development of environmental virology methods for the early detection and monitoring of respiratory viruses with pandemic potential, such as coronavirus and influenza viruses.

 

ONGOING PROJECTS

Sector: 06/A3 – Microbiology and Clinical Microbiology, SSD MED/07 – Microbiology and Clinical Microbiology

Funding: Banking institutions, Italian Association of Donated Human Milk Banks, Iolanda Miloni Foundation, Donations, Private Companies.

Participants to the project: The research group at Dept. Clinical and Biological Sciences (DSCB) includes Prof. David Lembo (Full Professor, Principal Investigator); Prof. Manuela Donalisio (Associate Professor); Dr. Andrea Civra (Researcher); Dr. Rachele Francese (Post-Doctoral research associate); Dr. Massimo Rittà (Researcher fellow); Dr. Irene Arduino (PhD student); Dr. Matteo Costantino (PhD student).

The team at DSCB for this project collaborates with the following research groups:

  • Prof. Roberta Cavalli (Department of Drug Science and Technology, University of Turin, Turin, Italy)
  • Prof. Monica Ferraris (Dept. of Applied Science and Technology, Politecnico di Torino, Turin, Italy)
  • Prof. Enrico Bertino (Neonatal Care Unit of the University, City of Health and Science Hospital, Turin, Italy)
  • Italian Association of Human Milk Banks (AIBLUD – Associazione Italiana Banche del latte umano donato, Milan, Italy)
  • Prof. Marinella Clerico (Department of Clinical and Biological Sciences, Neurology Unit, University of Torino, Orbassano, Italy)
  • Prof. Alberto Bardelli (Department of Oncology, University of Turin, Candiolo, Italy)
  • Dr. Mario Milani (CNR-IBF, National Research Council - Biophysics Institute, Milan, Italy)
  • Dr. Laura Cavallarin (CNR-ISPA, National Research Council - Institute of Sciences of Food Production, Grugliasco, Italy)
  • Prof. Giuseppe Manfroni (Department of Pharmaceutical Sciences, University of Perugia, Perugia, Italy)
  • Prof. Romano Silvestri (Department of Drug Chemistry and Technologies, Sapienza University of Rome, Rome, Italy)
  • Prof. Ulrich Kortz (Department of Life Sciences and Chemistry, Jacobs University, Bremen, Germany),
  • Dr. Antoni Gayà (Balearic Islands Health Research Institute, Palma, Spain),
  • Prof. Prasat Kittakoop (Chulabhorn Research Institute, Bangkok, Thailand),
  • Prof. Guo-Chun Zhou (School of Pharmaceutical Sciences, Nanjing Tech University, Nanjing, Jiangsu, China)

Abstract: Several projects are currently ongoing on the “Antiviral Research” area in close collaboration with chemists, biochemists, pharmaceutical technologists and physicians. These studies are applied to a wide panel of viruses for which the drug discovery represents a relevant medical need given the lack or limited availability of specific antiviral drugs. The panel of studied viruses varies according to projects and include coronaviruses, SARS-CoV-2 pseudovirions, respiratory syncytial virus, influenza viruses, rhinoviruses, adenovirus, herpesviruses, papillomaviruses, zikavirus, Usutu virus and rotaviruses.

The main objectives of “Antiviral Research” projects include:

  • Cell culture-based discovery of antiviral inhibitors in biosafety level 2 facilities (BSL-2). Screening of molecules library/fractions and compounds of natural origin/biological fluids are performed by cell-based high-throughput assays. Molecules with the best selectivity index are investigated to identify the inhibited step of viral replication and their potential to select resistant strains. The sequencing of the viral genome will clarify the molecular basis of resistance;
  • Preclinical development of lead compounds and innovative formulations ex vivo assessing their biological properties on3D models (human tissues and organoids), including the evaluation of biocompatibility, proinflammatory potentials and antiviral activity;
  • Identification of new antiviral materials based on nanoparticles;
  • Identification of new pharmacological targets against viruses by exploration the virus-host interaction;
  • Deepening knowledge on virus transmission via breastfeeding and antiviral properties of human milk to improve and update the International Guidelines for the Establishment and Operation of human milk banks;
  • Assessment of the neutralization activity of human serum samples against emerging viruses.

Sector: MED/07 – Microbiology and Clinical Microbiology

Participants to the project: The research group of the Laboratory of Molecular Virology and Antiviral Research collaborates with the Regional Agency for Environmental Protection (ARPA) of Piedmont.

Abstract: The Covid-19 pandemic, caused by the SARS-CoV-2 coronavirus, is just the latest iteration of a cyclical phenomenon: epidemics caused by respiratory pathogens are recurring events, severely impacting health systems, the economy and daily life. On the edge of the current scenario, an uncertain horizon is drawn, represented by the impossibility of early detection of a new virus with pandemic potential: indeed, the current approach delegates the monitoring of the spread of viruses to diagnostics, significantly limiting and delaying their detection.

In this context, the research of viruses with pandemic potential in environmental matrices has a fundamental predictive and monitoring role, and yet it is still based on re-adapted methodologies, not validated for this purpose; these limits compromise any intervention in the initial stages of a pandemic and prevent the monitoring of the spread of the pathogen in the more advanced stages.

This project aims at bridging this technological gap, enhancing the synergy between the Regional Agency for Environmental Protection (ARPA) of Piedmont and the Laboratory of Molecular Virology and Antiviral Research, through the development of methods for detecting respiratory viruses with pandemic potential in the air and urban wastewater. These techniques will allow for the early detection of viruses, their isolation and the identification of variants, as well as a more precise and timely identification of epidemic outbreaks. The knowledge deriving from this intervention will provide technologies and tools for the management of the current pandemic and future epidemics.

logo lab molecular virology and antiviral researchIl gruppo è attivamente coinvolto in due macroaree di ricerca di grande rilevanza per la virologia: la Ricerca Antivirale e il Monitoraggio Ambientale Di Virus.

Gli studi di Ricerca Antivirale sono applicati ad un ampio pannello di virus tra cui virus respiratori - responsabili di importanti epidemie annuali - virus a trasmissione sessuale, virus emergenti trasmessi da artropodi e virus responsabili di infezioni gastrointestinali.

La Ricerca Antivirale spazia sui seguenti argomenti:

  • Ricerca e sviluppo di molecole antivirali, studio del loro meccanismo d'azione e sviluppo preclinico;
  • Studi sulle interazioni virus-cellula per approfondire le conoscenze sulla patogenesi virale e identificare nuovi bersagli farmacologici;
  • Ricerca e sviluppo di formulazioni innovative basate su nanoveicoli per la somministrazione di farmaci antivirali noti al fine di superare i limiti associati alla veicolazione di farmaci;
  • Studi antivirali nel campo dell'etnomedicina, della fitomedicina e della nutraceutica al fine di identificare composti bioattivi in piante, fonti naturali e prodotti lattiero-caseari;
  • Studi sulla trasmissione dei virus con l’allattamento e sulle proprietà antivirali del latte umano e del colostro al fine di svelare nuovi meccanismi alla base del ruolo protettivo del latte umano, e studiare l'impatto della lavorazione del latte sull'attività antivirale;
  • Ricerca di nuovi materiali antivirali per sviluppare strategie innovative volte a contrastare la diffusione di virus respiratori;
  • Studio dell’attività neutralizzante di campioni di siero umano nei confronti di virus emergenti.

 

Inoltre, il laboratorio sta fornendo un contributo alla fondazione di una disciplina scientifica ancora relativamente giovane: la virologia ambientale. In questo ambito, in collaborazione con l'Agenzia Regionale per la Protezione Ambientale (ARPA) del Piemonte, il laboratorio è impegnato attivamente nello sviluppo sperimentale di metodiche di virologia ambientale per la rilevazione precoce e il monitoraggio di virus respiratori con potenziale pandemico, quali i coronavirus e i virus influenzali.


 

PROGETTI IN CORSO

Settore: 06/A3 – Microbiologia e microbiologia clinica, settore scientifico disciplinare MED/07 – Microbiologia e microbiologia clinica

Ente finanziatore: Istituti bancari, Associazione Italiana Banche del latte umano donato, Fondazione Iolanda Miloni, Donazioni liberali, Aziende private

Partecipanti al progetto: Il gruppo di ricerca afferente al DSCB comprende: Prof. David Lembo (Prof. Ordinario, Principal Investigator), Prof.ssa Manuela Donalisio (Professore Associato); Dr. Andrea Civra (Ricercatore universitario); Dr.ssa Rachele Francese (Ricercatrice post-doc); Dr. Massimo Rittà (Ricercatore post-doc); Dr.ssa Irene Arduino (Dottoranda di ricerca); Dr. Matteo Costantino (Dottorando di ricerca).

Il gruppo di ricerca si avvale della collaborazione dei seguenti gruppi di ricerca:

  • Prof.ssa Roberta Cavalli (Dipartimento di Scienza e Tecnologia del Farmaco, Università Degli Studi Di Torino, Torino, Italia);
  • Prof.ssa Monica Ferraris (Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia- DISAT, Istituto di Ingegneria e Fisica dei Materiali);
  • Prof. Enrico Bertino (Unità di Neonatologia, Azienda Ospedaliero-Universitaria Città della Salute e della Scienza di Torino, Torino, Italia);
  • AIBLUD – Associazione Italiana Banche del latte umano donato, Milano, Italia;
  • Prof.ssa Marinella Clerico (Dipartimento di Scienze Cliniche e Biologiche, Unità di Neurologia, Università Degli Studi Di Torino, Orbassano, Italia);
  • Prof. Alberto Bardelli (Dipartimento di Oncologia, Università Degli Studi Di Torino, Candiolo, Italia);
  • Dr. Mario Milani (Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto di Biofisica, Milano, Italia);
  • Dr.ssa Laura Cavallarin (Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto di Scienze delle Produzioni Alimentari, Grugliasco, Italia);
  • Prof. Giuseppe Manfroni (Dipartimento di Scienze Farmaceutiche, Università di Perugia, Perugia, Italia);
  • Prof. Romano Silvestri (Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco, Università Sapienza di Roma, Roma, Italia);
  • Prof. Ulrich Kortz (Department of Life Sciences and Chemistry, Jacobs University, Bremen, Germania);
  • Dr. Antoni Gayà (Balearic Islands Health Research Institute, Palma, Spagna);
  • Prof. Prasat Kittakoop (Chulabhorn Research Institute, Bangkok, Tailandia);
  • Prof. Guo-Chun Zhou (School of Pharmaceutical Sciences, Nanjing Tech University, Nanjing, Jiangsu, Cina).

Abstract: Sono attualmente in corso diversi progetti nell'area “Ricerca Antivirale” in stretta collaborazione con chimici, biochimici, tecnologi farmaceutici e medici. Questi studi sono applicati a un ampio pannello di virus per i quali la scoperta di nuovi farmaci rappresenta un'esigenza medica rilevante data la mancanza o la limitata disponibilità di specifici farmaci antivirali. Il pannello di virus studiati varia a seconda dei progetti e comprende coronavirus e pseudovirioni di SARS-CoV-2, virus respiratorio sinciziale, virus dell'influenza, rhinovirus, adenovirus, herpesvirus, papillomavirus, zikavirus, Usutu virus e rotavirus.

I principali obiettivi dei progetti di “Ricerca Antivirale” includono:

  • Scoperta di nuovi inibitori antivirali su colture cellulari in strutture di livello 2 di biosicurezza (BSL-2). Lo screening di librerie/frazioni di molecole e composti di origine naturale/fluidi biologici viene eseguito mediante saggi cellulari high-throughput. Le molecole con il miglior indice di selettività sono studiate per identificare la fase inibita della replicazione virale e il loro potenziale di selezione di ceppi resistenti. Il sequenziamento del genoma virale chiarirà le basi molecolari della resistenza;
  • Sviluppo preclinico di composti e formulazioni innovative ex vivo valutandone le proprietà biologiche su modelli 3D (tessuti umani e organoidi), compresa la valutazione della biocompatibilità, del potenziale pro-infiammatorio e dell'attività antivirale;
  • Identificazione di nuovi materiali antivirali basate su nanoparticelle;
  • Identificazione di nuovi bersagli farmacologici attraverso lo studio dell'interazione virus-ospite;
  • Approfondimento delle conoscenze sulle proprietà antivirali del latte umano per migliorare e aggiornare le Linee guida internazionali per l'istituzione e il funzionamento delle banche del latte umano;
  • Determinazione dell’attività neutralizzante di campioni di siero umano nei confronti di virus emergenti.

Settore: MED/07 – Microbiologia e Microbiologia Clinica

Partecipanti al progetto: Il gruppo di ricerca del Laboratorio di Virologia Molecolare e Ricerca Antivirale collabora con l'Agenzia Regionale per la Protezione Ambientale (ARPA) del Piemonte.

Abstract: La pandemia Covid-19, sostenuta dal coronavirus SARS-CoV-2, è solo l’ultima iterazione di un fenomeno ciclico: le epidemie causate da patogeni respiratori sono eventi ricorrenti, che impattano severamente sui sistemi sanitari, sull’economia e sulla vita quotidiana. In effetti, al margine dell’attuale scenario, si disegna un orizzonte incerto rappresentato dall’impossibilità di rilevare in modo precoce l’emergere di un nuovo virus con potenziale pandemico: l’attuale approccio, infatti, delega il tracciamento dei virus alla diagnostica, limitandone la rilevazione solo dopo la comparsa dei primi contagiati.

In questo contesto, la ricerca ambientale di virus a potenziale pandemico ha un fondamentale ruolo predittivo e di monitoraggio, e tuttavia risulta ancora basata su metodologie riadattate non validate per le matrici ambientali; tali limiti compromettono qualsiasi intervento nelle fasi iniziali di una pandemia e rendono inefficace il monitoraggio della diffusione del patogeno nelle fasi più avanzate.

Il presente progetto intende colmare questo gap tecnologico, potenziando la sinergia fra l’Agenzia Regionale per la Protezione Ambientale (ARPA) del Piemonte e il Laboratorio di Virologia Molecolare e Ricerca Antivirale dell’Università di Torino, mediante lo sviluppo sperimentale di metodiche per la ricerca nell’aria e nei reflui urbani dei virus respiratori con potenziale pandemico. Tali tecniche consentiranno il rilevamento precoce dei virus, il loro isolamento e l’identificazione di varianti, nonché una più precisa e tempestiva identificazione dei focolai epidemici. Il patrimonio conoscitivo derivante da tale intervento fornirà tecnologie e strumenti per la gestione della pandemia in corso e delle future epidemie.

 

Prodotti della ricerca

Research and development of antiviral molecules and materials/Ricerca e sviluppo di molecole e materiali antivirali

  • Sureram S, Arduino I, Ueoka R, Rittà M, Francese R, Srivibool R, Darshana D, Piel J, Ruchirawat S, Muratori L, Lembo D, Kittakoop P, Donalisio M. The Peptide A-3302-B Isolated from a Marine Bacterium Micromonospora sp. Inhibits HSV-2 Infection by Preventing the Viral Egress from Host Cells. Int J Mol Sci. 2022 Jan 15;23(2):947.
  • Donalisio M, Cirrincione S, Rittà M, Lamberti C, Civra A, Francese R, Tonetto P, Sottemano S, Manfredi M, Lorenzato A, Moro GE, Giribaldi M, Cavallarin L, Giuffrida MG, Bertino E, Coscia A, Lembo D. Extracellular Vesicles in Human Preterm Colostrum Inhibit Infection by Human Cytomegalovirus In Vitro. Microorganisms. 2020 Jul 21;8(7):1087.
  • Francese R, Civra A, Rittà M, Donalisio M, Argenziano M, Cavalli R, Mougharbel AS, Kortz U, Lembo D. Anti-zika virus activity of polyoxometalates. Antiviral Res. 2019 Mar;163:29-33.
  • Civra A, Francese R, Gamba P, Testa G, Cagno V, Poli G, Lembo D. 25-Hydroxycholesterol and 27-hydroxycholesterol inhibit human rotavirus infection by sequestering viral particles into late endosomes. Redox Biol. 2018 Oct;19:318-330.
  • Cagno V, Andreozzi P, D'Alicarnasso M, Jacob Silva P, Mueller M, Galloux M, Le Goffic R, Jones ST, Vallino M, Hodek J, Weber J, Sen S, Janeček ER, Bekdemir A, Sanavio B, Martinelli C, Donalisio M, Rameix Welti MA, Eleouet JF, Han Y, Kaiser L, Vukovic L, Tapparel C, Král P, Krol S, Lembo D, Stellacci F. Broad- spectrum non-toxic antiviral nanoparticles with a virucidal inhibition mechanism. Nature Materials. 2018 Feb;17(2):195-203.

Development of environmental virology techniques for the early detection and monitoring of respiratory viruses with pandemic potential/Sviluppo di tecniche di virologia ambientale per la rilevazione precoce e il monitoraggio di virus respiratori con potenziale pandemico

  • Buonanno G, Robotto A, Brizio E, Morawska L, Civra A, Corino F, Lembo D, Ficco G, Stabile L. Link between SARS-CoV-2 emissions and airborne concentrations: Closing the gap in understanding. J Hazard Mater. 2022 Apr 15;428:128279.
  • Robotto A, Lembo D, Quaglino P, Brizio E, Polato D, Civra A, Cusato J, Di Perri G. Wastewater-based SARS-CoV-2 environmental monitoring for Piedmont, Italy. Environ Res. 2022 Jan;203:111901.
  • Robotto A, Civra A, Quaglino P, Polato D, Brizio E, Lembo D. SARS-CoV-2 airborne transmission: A validated sampling and analytical method. Environ Res. 2021 Sep;200:111783.
  • Robotto A, Quaglino P, Lembo D, Morello M, Brizio E, Bardi L, Civra A. SARS-CoV-2 and indoor/outdoor air samples: a methodological approach to have consistent and comparable results. Environ Res. 2021 Apr;195:110847.

Prof. David Lembo and some members of the laboratory are scientific consultants for the following institutions/Il Prof. David Lembo ed alcuni componenti del laboratorio prestano servizio come consulenti scientifici presso i seguenti enti


logo arpa piemonte 

Arpa: Agenzia Regionale Protezione Ambiente

 

logo emba 

EMBA: European Milk Bank Association

 

aiblud logo 

AIBLUD: Associazione Italiana delle Banche del Latte Umano Donato

 

Il professor David Lembo è il Direttore di due Master universitari di II livello afferenti al Dipartimento di Scienze e Cliniche e Biologiche. Alcuni componenti del laboratorio sono coinvolti attivamente nel comitato scientifico e nell’insegnamento presso questi corsi. 

Professor David Lembo is the Director of two Master’s programmes of the Department of Clinical and Biological Sciences. Some components of the laboratory are actively involved in the scientific committee and in the teaching activities in these programmes. 


scuola in ospedale

Master di II Livello in La scuola in ospedale: la realtà professionale e le strategie didattiche di cura

 

master virologia ambientale

Master di II livello in Virologia Ambientale


Notizie ed approfondimenti sui Master:

 

Il laboratorio di Virologia Molecolare e Ricerca Antivirale è spesso coinvolto in attività di Public engagement quali la Notte Europea dei Ricercatori, le settimane della scienza a scuola ed alcune giornate divulgative su vari temi (vaccinazione, igiene delle mani).


 

Ultimo aggiornamento: 06/05/2022 09:46
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