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Stefano Luciano Ciurli

Professore ordinario

Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie

Settore scientifico disciplinare: CHIM/03 CHIMICA GENERALE E INORGANICA

Curriculum vitae

Professore Ordinario all’Università di Bologna dal 2001, svolge le sue ricerche nel campo della chimica bio-inorganica e chimica dei metalli nei sistemi biologici, il cui scopo principale è la determinazione del ruolo degli ioni metallici nelle biomolecole.

La ricerca svolta è chimica di base, con punti di contatto con la ricerca applicata alla chimica ambientale e farmaceutica.

Negli anni recenti l’attività di ricerca si è focalizzata sullo studio della struttura e della funzione dell’ureasi, un enzima a base di Ni(II) al centro di possibili applicazioni sia in campo biomedico che in agricoltura e nelle scienze ambientali. In particolare, la struttura dell’enzima legato a numerosi inibitori è stata determinata con tecniche cristallografiche, e il meccanismo di catalisi è stato definito. Inoltre, le basi molecolari dell’attivazione dell’enzima tramite l’inserzione di ioni Ni(II) sono state individuate studiando le proteine accessorie responsabili del traffico intracellulare di questo ione essenziale ma anche citotossico, ed i fattori di trascrizione Ni(II)-dipendenti che regolano la trascrizione di geni codificanti per proteine che agiscono nel sensing e quindi nell’omeostasi del metallo.

Il metodo di studio coinvolge in generale l’isolamento delle metallo-biomolecole da fonti biologiche o mediante tecniche di DNA ricombinante, e la loro caratterizzazione a livello molecolare. L'obiettivo è la determinazione della struttura della metallo-proteina, delle relazioni struttura-funzione, della reciproca influenza della chimica dello ione metallico e della matrice proteica, e del modo in cui la proteina interagisce con substrati, inibitori e altre molecole biologiche. Questi obiettivi sono perseguiti con un approccio biologico-strutturale, usando spettroscopia NMR ad alta risoluzione e bio-cristallografia, oltre a tecniche quali la spettroscopia di assorbimento di raggi X (XAS), il dicroismo circolare, la spettroscopia di fluorescenza, la diffusione della luce e la calorimetria. E' intensa anche l'attività di ricerca nel campo della chimica computazionale e dei modelli biomolecolari.

Formazione

Laureato in Chimica, indirizzo inorganico/chimico-fisico, presso l'Universita' di Pisa (1986) con un lavoro di ricerca svolto presso il Dipartimento di Chimica della Columbia University (New York, 1985-1986). Votazione finale 110/110 e lode. La tesi di laurea ha riguardato la sintesi e caratterizzazione strutturale e funzionale di complessi porfirinici di metalli di transizione quali Fe, Co, Ni, e Cu in bassi stati di ossidazione (0, I) per l’attivazione di piccole molecole, e di complessi macrociclici stericamente ingombrati di metalli di transizione quali Ti, Zr, V, e Nb contenenti legami metallo-carbonio.

Ha quindi svolto attività di ricerca presso il Dipartimento di Chimica della Harvard University (1986-1990), sotto la guida del Prof. Richard H. Holm, ottenendo il Ph.D. in Chimica. In questo periodo, la ricerca ha riguardato la sintesi di composti contenenti l’unità MFe3S4 (M=Fe, V, Mo, Re, Co, e Ni) come modelli per siti metallici simili presenti in metallo-proteine e metallo-enzimi. Le strutture e le proprietà dei composti sintetizzati sono stati studiati usando spettroscopie IR, UV-vis, Mössbauer, EPR, XAS e NMR, varie tecniche elettrochimiche, oltre alla cristallografia a raggi X. Misure di suscettibilità magnetica sono state effettuate usando i magnetometri SQUID del Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Dal 1990 al 1992 ha svolto attività di post-dottorato con il Prof. Bertini (Università di Firenze) e il Prof. Luchinat (Università di Bologna). In questo periodo, ha acquisito familiarità con tecniche cromatografiche di purificazione di metallo-proteine contenenti gruppi eme o clusters ferro-zolfo da batteri fotosintetici e piante. Lo scopo della ricerca era la determinazione delle relazioni tra la struttura, la funzione e le proprietà magnetiche e redox di questi centri metallici nei propri sistemi biologici. La tecnica principale utilizzata era la spettroscopia NMR applicata a molecole paramagnetiche. Familiarità è stata anche acquisita con tecniche bio-elettrochimiche e con modelli teorici per la comprensione delle interazioni magnetiche in clusters polimetallici e approcci di calcolo usando meccanica e dinamica molecolare.

Carriera accademica

Professore Associato in Chimica Agraria (settore disciplinare AGR/07) dal 1992 al 2001, e Professore Ordinario in Chimica Generale ed Inorganica (settore disciplinare CHIM/03) dal 2001, presso l'Università di Bologna.

Attività didattica

Dal 1992 svolge attività di docenza come titolare di vari insegnamenti per Corsi di Laurea e Laurea Magistrale. In particolare, ha tenuto corsi di Chimica Generale ed Inorganica, Chimica Bio-Inorganica, Metodi Fisici in Chimica Inorganica, Spettroscopia di Risonanza Magnetica Biomolecolare, Analisi Chimica Spettroscopica, Biochimica del Suolo, Biochimica Agraria, Chimica e Biochimica dei Fitofarmaci, Fertilità del Suolo e Nutrizione delle Piante. Attualmente, è docente di Chimica Generale ed Inorganica per il Corso di Laurea in Chimica e Tecnologia Farmaceutiche della Scuola di Farmacia, Biotecnologie e Scienze Motorie e per il Corso di Laurea in Tecnologie Agrarie della Scuola di Agraria e Veterinaria, oltre che del corso di Spettroscopia NMR Biomolecolare per la Laurea Magistrale in Biotecnologie Molecolari e Industriali. Svolge attività di docenza per il corso di Chimica Generale e Inorganica presso la Libera Università di Bolzano dal 2004.

Attività scientifica

È autore di più di 150 pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali e capitoli di libro, e relatore di ca. 40 tesi di laurea e di dottorato. Ha tenuto decine di conferenze presso università italiane. Visiting Professor dal 2013 al 2015, con responsabilità di corsi monografici di NMR di proteine e di Chimica Bioinorganica, presso l'Universidade Federal do Rio Grande do Sul (Porto Alegre, Brasile) nell’ambito del programma internazionale “Science without Borders” del Governo Brasiliano. Ha lavorato a numerosi programmi di ricerca nazionali e internazionali, gestendo un totale di ca. 1.8 milioni di Euro di fondi di ricerca derivanti da fonti di finanziamento pubbliche e private. Ha svolto attività di ricerca presso le seguenti istituzioni estere: Department of Biochemistry, University of Tucson, Arizona (USA), New College of the University of South Florida, Division of Natural Sciences (USA), European Molecular Biology Laboratory, Heidelberg e Amburgo (D), Department of Inorganic Chemistry, Lund University (S), Department of Biotechnology, University of Science and Technology, Trondheim (N), Center for Biotechnology, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre (Brazil).

Attività istituzionali e incarichi accademici

Dal settembre 2015 è Coordinatore del Corso di Laurea Magistrale in Biotecnologie Molecolari e Industriali. Membro del Collegio dei docenti del Dottorato di Ricerca in Biologia Cellulare e Molecolare dal 2000. Membro del Consiglio Direttivo del Consorzio Interuniversitario di Risonanze Magnetiche di Metallo-Proteine (CIRMMP) dal 1997. Membro del Consiglio Direttivo della Divisione di Chimica dei Sistemi Biologici della Società Chimica Italiana nei periodi 2000–2002, 2012-2014, e 2015-2017. Membro del Consiglio Direttivo del Consorzio Interdipartimentale per le Ricerche Biotecnologiche dell’Università di Bologna dal 1997 al 2012. Membro dell'Istituto di Studi Avanzati (2006-2012) e dell’Istituto di Studi Superiori (2009-2012) dell'Università di Bologna. Responsabile ERASMUS/SOCRATES del network in Chimica e Biochimica Agraria con le Università di Kent (UK), Newcastle (UK), Nottingham (UK), Rennes (F), Lleida (E), Cordova (E), Siviglia (E) e Gottingen (D) dal 1993 al 1998. Membro del Collegio dei docenti del Dottorato in Crop Productivity delle Università di Udine e Bologna (1993-1999). Membro del Comitato di valutazione della Research School in “Metal Ions in Biological Systems”, Department of Life Sciences, della Università di Copenhagen (2009).

Appartenenza a comitati scientifici e editoriali

Membro del Comitato Editoriale delle seguenti riviste scientifiche internazionali: Chem. Tracts – Inorganic Chemistry (2001-2003), Journal of Biological Inorganic Chemistry – JBIC (2000-2002, 2004-2006, 2011-2014, 2018-2021), Journal of Inorganic Biochemistry (2020-2023) e PeerJ (2012-2014), Editore Associato della Encyclopedia of Metallo-Proteins (Springer) dal 2010 al 2012. Dal 2015 è Membro del Comitato Editoriale della serie “Metallo-Biology” della Royal Society of Chemistry.

Dal 2022 è Editor in Chief del Journal of Inorganic Biochemistry (Elsevier).

Premi e riconoscimenti

Nominato dal Rettore dell’Università di Bologna per la eccellente qualità dell’insegnamento per il corso di Biochimica Agraria (a.a. 2002-2003) e di Chimica Generale e Inorganica (a.a. 2004-2005).

Altre informazioni:

ResearcherID: http://www.researcherid.com/rid/K-4355-2014

ORCID: http://orcid.org/0000-0001-9557-926X

Scholar: http://scholar.google.com/citations?user=i2O2sokAAAAJ&hl=en

 

Full Professor at the University of Bologna since 2001, he carries out his research in the field of bio-inorganic chemistry and chemistry of metal ions in biological systems, with the aim to elucidate their role in biomolecules. His research curriculum reflects an evolution from basic physical, coordination and organometallic chemistry to bioinorganic chemistry. This evolution has allowed him to build on chemical grounds a level and breadth of knowledge extremely useful to understand the role of metals in biological processes. Furthermore, the application of a large variety of physical methods to model compounds has been a learning bench for further applications of the same techniques to more complex biomolecules. Since he became an independent scientist, his main interest has been focused on the chemistry of metal ions in biological systems. The research carried out is oriented science applied to the chemical processes occurring in the environmental and human biosphere, with potential impact in the biomedical and agro-environmental fields.

In recent years, his research activity has focused on the study of the structure and function of urease, a Ni(II)-dependent enzyme that plays a key role for potential applications is biomedical and agricultural biotechnology. In particular, the structure of the enzyme bound to several inhibitors has been determined using protein crystallography, and the catalytic mechanism has been elucidated. Moreover, the molecular bases of urease activation by Ni(II) insertion in the active site have been established by the study of accessory proteins responsible for the intracellular trafficking of this essential but also toxic metal ion, while the structure and function of Ni(II)-dependent transcription factors that regulate the genes that code for proteins acting in the sensing and metal-homeostasis have also been investigated.

In general, the metal-containing biomolecules are obtained from natural sources or using recombinant DNA technology, and their molecular structure and function are established, clarifying the reciprocal influence of the metal ions and the protein matrix as well as the interaction modes of the metallo-protein with substrates, inhibitors, and other biological substrates such as proteins and DNA. These goals are pursued using a structural biology approach, applying high resolution NMR spectroscopy, biocrystallography, and other techniques such as X-ray absorption spectroscopy, circular dichroism, fluorescence spectroscopy, bioelectrochemistry, light-scattering, and calorimetry. A significant branch of the research is dedicated to the application of computational methods and biomolecular structural modeling to the elucidation of structures and reaction mechanisms.

Education

Stefano Ciurli received his Laurea cum laude in Chemistry, inorganic/physical chemistry major, at the University of Pisa (1986) with a research carried out at the Department of Chemistry of Columbia University (New York, NY, USA) under the supervision of Prof. Carlo Floriani. The thesis focused on the functionalization of late transition metal (Fe, Co, Ni, Cu) porphyrino-type complexes, to study low oxidation states of the metals in ionic pairs with alkali ions. In addition, the synthesis of complexes of early transition metals (Ti, Zr, V, Nb) with highly sterically flexible macrocycles to obtain cis-coordination sites available for catalysis was also carried out.

He then moved to the Department of Chemistry at Harvard University (Cambridge, MA, USA) to carry out graduate research under the supervision of Prof. Richard H. Holm, focused on the synthesis of subsite-differentiated cubane-type clusters of the type MFe3S4 (M=Fe, V, Mo, Re, Co, and Ni) as models for similar centers in metallo-proteins and metallo-enzymes. The structures and properties of the obtained compounds were studied using IR, UV-vis, Mössbauer, EPR, X-ray absorption and NMR spectroscopies, while the structures of the compounds were obtained using small molecules X-ray crystallography. Electrochemical techniques such as cyclic voltammetry, differential pulse polarography and coulometry were routinely used, while magnetic susceptibility measurements were carried out using SQUID magnetometers at the Massachusetts Institute of Technology. He received a Ph.D. in Chemistry from Harvard University in 1990.

He then carried out post-doctoral work from 1990 to 1992 under the supervision of Prof. Bertini (University of Firenze) and Prof. Luchinat (University of Bologna). During this time, he became acquainted with the purification of metalloproteins containing FeS clusters from natural sources such as bacteria and plants. The goal of the research was the elucidation of the relationships between structural, functional, and spectroscopic parameters in iron-sulfur proteins. The main technique used was paramagnetic NMR spectroscopy of iron-sulfur proteins. Acquaintance was gained on theoretical models of magnetic exchange and molecular mechanics and dynamics of iron-sulfur proteins.

Academic career

Associate Professor in Agricultural Chemistry from 1992 to 2001, and Full Professor of General and Inorganic Chemistry since 2001, at the University of Bologna.

Teaching activity

Since 1992 he has been teaching several courses in General and Inorganic Chemistry, Bioinorganic Chemistry, Physical Methods in Inorganic Chemistry, Nuclear Magnetic Resonance, Spectroscopic Analysis, Soil Biochemistry, Soil Fertility. He is currently involved in teaching General and Inorganic Chemistry for the Laurea in Pharmaceutical Chemistry and Technology and for the Laurea in Agricultural Technology, in addition to the course in Biomolecular NMR Spectroscopy for the Master in Molecular and Industrial Biotechnology at the University of Bologna. He is also Professor of General and Inorganic Chemistry at the Free University of Bolzano since 2004.

Scientific activity

He has authored more than 150 papers on international journals and book chapters. He has tutored ca. 40 Laurea and Doctorate theses. He has given several talks at Italian universities and foreign academic institutions, national congresses and international conferences. Visiting Professor from 2013 to 2015, teaching Protein NMR and Bioinorganic Chemistry, at the Universidade Federal do Rio Grande do Sul (Porto Alegre, Brasile) within the international program “Science without Borders” funded by the Brazilian Government. He has contributed to several national and international research programs, overall managing ca. 1.8 millions of Euro of research funds from public and private sources. He has carried out research in the following foreign institutions: Department of Biochemistry, University of Tucson, Arizona (USA), New College of the University of South Florida, Division of Natural Sciences (USA), European Molecular Biology Laboratory, Heidelberg e Amburgo (D), Department of Inorganic Chemistry, Lund University (S), Department of Biotechnology, University of Science and Technology, Trondheim (N), Center for Biotechnology, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre (Brazil).

Academic activity

Coordinator of the Master in Molecular and Industrial Biotechnology since September 2015. Member of the Board of the Ph.D. program in Cellular and Molecular Biology since 2000. Member of the Board of the Inter-University Consortium on Magnetic Resonance of Metallo-Proteins (CIRMMP) since 1997. Member of the Board of the Division of Chemistry of Biological Systems of the Italian Chemical Society in the periods 2000–2002, 2012-2014, and 2015-2017. Member of the Board of the Inter-Departmental Consortium for Biotechnology Research of the University of Bologna from 1997 to 2012. Member of the Board of the Institute for Advanced Studies (2006-2012) and Institute of Superior Studies (2009-2012) of the University of Bologna. Coordinator of the ERASMUS/SOCRATES network in Agricultural Chemistry and Biochemistry with the University of Kent (UK), Newcastle (UK), Nottingham (UK), Rennes (F), Lleida (E), Cordova (E), Siviglia (E) and Gottingen (D) from 1993 to 1998. Member of the Board for the Ph.D. program in Crop Productivity of the University of Udine and Bologna (1993-1999). Member of the Evaluation Committee of the Research School in “Metal Ions in Biological Systems”, Department of Life Sciences, University of Copenhagen (2009).

Editorial activity

Member of the Editing Board of the following scientific journals: Chem. Tracts – Inorganic Chemistry (2001-2003), Journal of Biological Inorganic Chemistry – JBIC (2000-2002, 2004-2006, 2011-2014, 2018-2023), Journal of Inorganic Biochemistry (2020-2023) and PeerJ (2012-2014), Associate Editor of the Encyclopedia of Metallo-Proteins (Springer) from 2010 to 2012. Member of the Editorial Board of the “Metallo-Biology” book series published by the Royal Society of Chemistry.

Honors

Nominated by the Rector of the University of Bologna for the excellent teaching quality in the course on Agricultural Biochemistry (academic year 2002-2003) and in the course on General and Inorganic Chemistry (academic year 2004-2005).

Other information

ResearcherID: http://www.researcherid.com/rid/K-4355-2014

ORCID: http://orcid.org/0000-0001-9557-926X

Scholar: http://scholar.google.com/citations?user=i2O2sokAAAAJ&hl=en

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