Questa linea di ricerca studia i meccanismi molecolari alla base dei sistemi biologici per promuovere il progresso biotecnologico agro-alimentare, per la salute dell'uomo e la crescita eco-sostenibile. Le ricerche, di tipo multidisciplinare, riguardano lo studio molecolare e funzionale di proteine, enzimi e microorganismi (archaea e batteri, anche estremofili, come fonte di biocatalizzatori iperstabili) e lo studio fisiologico di eucarioti (piante, alghe, funghi filamentosi, organismi marini polari, sistemi ospite/parassitoide in insetti). Le applicazioni riguardano la chimica verde (biocatalisi, biotrasformazioni, produzione di biocarburanti e molecole ad alto valore aggiunto dagli scarti, microorganismi e piante come cell factories, metodologie analitiche innovative) e lo sviluppo sostenibile agro-alimentare (controllo infestanti, incremento della crescita di leguminose e cereali, bioraffineria).
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