Il settore di Acquacoltura dell’Istituto Spallanzani, con un impianto di più di 1000 mq, è dedicato allo sviluppo di tecnologie per il miglioramento genetico di specie ittiche marine e d’acqua dolce e alla messa a punto e al miglioramento dei metodi di riproduzione ed allevamento. Le attività spaziano dal confronto fra linee, allo sviluppo di metodi per la crioconservazione del seme, alla caratterizzazione genetica degli stock ittici. E’ coinvolto in programmi di conservazione e ripopolamento di specie a rischio di estinzione, quali ad esempio il Carpione del Garda (Salmo carpio), il tonno rosso (Thunnus thynnus) e lo storione cobice (Accipenser naccarii).

E’ inoltre dotato di due laboratori di microalghe per lo sviluppo di tecnologie nell’ambito della coltivazione sperimentale di ceppi microalgali ai fini della bio-remediation e della ricerca di molecole bioattive per il settore cosmetico, farmaceutico e nutraceutico. Il settore è attivo nell’ambito di collaborazioni con avannotterie, aziende ittiche ed enti di ricerca a livello nazionale e internazionale.

STRUTTURE
Il settore “Acquacoltura” dell’Istituto Spallanzani è costituito da un impianto di circa 1200 mq. dotato di vasche a circuito chiuso e da due laboratori dedicati alla coltivazione di microalghe.

I circuiti chiusi sono forniti di acqua termostatata e attrezzati per la gestione del fotoperiodo artificiale. Ognuno è dotato di filtri meccanici, filtri biologici, pompa di soccorso, sistema di rilievo automatico del tasso di ossigeno nell’acqua e sistema di soccorso.

L’impianto si sviluppa nei seguenti settori:

    • Quarantena, dotato di due linee autonome da 3 vasche ciascuna (5 mc )

    • Riproduzione, dotato di due linee autonome con 6 vasche da 5 mc

    • Allevamento, dotato di 2 linee autonome con 12 vasche da 4 mc;

    • Avannotteria, dotato di laboratori per il mantenimento dei ceppi algali, di comparti per la produzione di fito e zoo plancton (alghe, rotiferi, artemia) e di 210 vasche da 120 lt per l’incubazione, la schiusa e l’allevamento larvale. Si dispone anche di un comparto attrezzato con gabbie “california” per la produzione di avannotti di salmonidi.

Il sistema è in grado di supportare sia il confronto fra linee che fra riproduttori. E’ stato, inoltre, predisposto un sistema per la produzione di acqua di mare sintetica, dotato di termostatazione e riempimento semiautomatico delle vasche.
I 2 laboratori di microalghe sono dedicati uno alle attività di bio-remediation e l’altro alla coltivazione sperimentale di ceppi microalgali con molecole di pregio, interessanti per i settori cosmetico, nutraceutico e farmacologico. Sono inoltre presenti 32 fotobioreattori tubulari verticali da 200 litri ciascuno, destinati alla coltura algale su più ampia scala.

Di seguito l’elenco progetti nei quali lo Spallanzani è stato coinvolto quale capofila o partner a livello regionale, nazionale o europeo:

1. FREEGENE (CRAFT-Q5CR-2.001-70.687);
2. COBICE (LIFE04NAT/IT/000126);
3. ALLITTIMA (FISR,DM 12/02/2001).
4. REPROSEL (FP7/2007-2013 N.262.523),
5. COMPETUS (CRAFT-017.633);
6. AQUABREEDING (6° PQ/2006-2008 N.44424)
7. SALVACARPIO (Regione Lombardia, n. 1220)

ALLEVAMENTO E MIGLIORAMENTO GENETICO DELLE SPECIE ITTICHE
Una delle attività principali del settore acquacoltura è il miglioramento genetico delle specie ittiche allevate (spigola, orata, trota, storione) per caratteri di interesse zootecnico (tasso di crescita, resistenza alle malattie…). Le discipline della genetica quantitativa e della genetica delle popolazioni, supportate dall’integrazione dei strumenti genomici, regolano gli approcci sperimentali messi in atto, volti al rispetto ecologico del territorio e alla produzione zootecnica, al fine di ottenere prodotti con caratteristiche qualitative, di genuinità e di salubrità ottimali. L’attuazione di questi obiettivi passa attraverso il controllo della riproduzione artificiale e delle tecniche di allevamento, l’utilizzo dei sistemi di marcatura individuali (microchip e fingerprinting genetico), lo sviluppo di linee di controllo specifiche e l’automazione dell’acquisizione dei dati biometrici. In particolare, l’Istituto ha sviluppato la tecnologia genetica (microsatelliti, SNPs) ed informatica necessaria per caratterizzare geneticamente i riproduttori e la loro discendenza al fine di poter assegnare a posteriori i genitori degli animali inseriti in programmi di miglioramento genetico, ma anche per poter misurare il livello di variabilità genetica di una popolazione selvatica o di allevamento.

Sono disponibili protocolli per diverse specie ittiche, quali spigola (Dicentrarchus labrax), orata (Sparus aurata), storione cobice (Acipenser naccari), tonno rosso (Thunnus thynnus) trota iridea (Oncorhynchus mykiss). Tali attività si svolgono nell’ambito di collaborazioni promosse a livello regionale, nazionale ed Europeo, sia con organismi di ricerca che con i produttori.

TUTELA SPECIE IN VIA D’ESTINZIONE
Lo stato di conservazione dei pesci di acqua dolce in Italia è nel complesso molto critico ed è lo specchio di una situazione di degrado generalizzato della rete idrografica superficiale e dei servizi ecosistemici. L’Istituto Spallanzani è coinvolto in programmi di conservazione di specie a rischio di estinzione (quali ad esempio il Carpione del Garda (Salmo carpio) e lo storione cobice (Accipenser naccarii)) nell’ambito di attività che mirano al miglioramento della gestione degli stock ittici e delle risorse genetiche. Tali attività prevedono la caratterizzazione delle risorse genetiche disponibili mediante tecniche di genetica molecolare, che consentono di esplorare la diversità entro una popolazione (within breed diversity) e/o tra popolazioni, determinandone le relazioni e consentendo il monitoraggio periodico della struttura, al fine di modificare, se necessario, le strategie di gestione. Inoltre, attraverso lo sviluppo di protocolli di identificazione dei singoli individui (riproduttori e discendenza) e di assegnazione di parentela a posteriori, diventa possibile per l’Istituto Spallanzani anche la programmazione degli incroci nelle specie ittiche, al fine di evitare fenomeni di consanguineità (inbreeding) per il rilascio nell’ambiente di progenie ad alta variabilità genetica.

LE MICROALGHE
Le microalghe sono microrganismi fotosintetici procarioti o eucarioti che sono presenti in tutti gli ecosistemi acquatici e terrestri e che possono crescere rapidamente e vivere in condizioni difficili a causa della loro semplice struttura. Gli studi finora effettuati sulla grande varietà esistente e sui loro derivati ad alto valore biologico indicano che questi microrganismi possono potenzialmente rivoluzionare un gran numero di settori biotecnologi. L’Istituto Spallanzani, grazie ai 2 laboratori microalgali e al proprio impianto d’acquacoltura, è coinvolto nelle seguenti attività:

  • bio-remediation, mediante coltivazione sperimentale di microalghe su reflui agricoli, con l’obiettivo di ridurre il carico di azoto che deve essere smaltito su terreni coltivabili e riducendo in concomitanza il contenuto di fosforo e di metalli pesanti ivi contenuti.

  • valorizzazione delle biomassa microalgale, mediante ricerca ed estrazione di molecole bioattive di interesse per i settori cosmetico, farmacologico e nutraceutico e mediante sviluppo di soluzioni di processo in ambito agricolo e industriale., in un’ottica d’economia circolare.

  • acquacoltura, mediante l’utilizzo delle microalghe quale alimento per lo zooplancton nelle avannotterie o mangime per pesci nelle prove sperimentali di allevamento.

Nell’ambito dei temi della bio-economia e sostenibilità ambientale, l’Istituto è anche coinvolto in attività di sviluppo di processi di coltivazione sperimentali strutturati all’interno di aziende specifiche ai fini della loro riqualificazione. L’’obiettivo è quello di sviluppare delle vere e proprie bioraffinerie che abbiano una forte applicazione territoriale e positive ripercussioni di tipo socio-economico, tecnico-scientifiche e ambientali.

CRIOBIOLOGIA DEL SEME
Il congelamento del seme è una tecnologia che consente la conservazione in stato “latente” degli spermatozoi a bassissima temperatura (-196 °C).
In acquacoltura questa tecnologia risulta particolarmente interessante per lo sviluppo di banche del germoplasma quale “serbatoio” di variabilità genetica non solo nell’ambito di programmi di miglioramento genetico di specie ittiche allevate ma anche per la programmazione di incroci in programmi di conservazione di specie a rischio di estinzione.
Il congelamento del materiale seminale viene effettuato con camera di congelamento automatica (minidigitcooler IMV) seguendo curve di congelamento specifiche per la specie in esame.
Alla fine del ciclo di crioconservazione, le pailettes vengono stoccate in tanks contenenti azoto liquido e successivamente analizzate per concentrazione, motilità, velocità media, morfologia e test di fecondazione in vitro.
Il seme così conservato, dopo scongelamento, può essere utilizzato in fecondazione artificiale, consentendo la produzione di uova fecondate anche nel caso non si disponga contestualmente di maschi per la raccolta del seme.