Aktuálně řešené projekty
- Využití potenciálu indigenních mikroorganismů pro degradaci a odstraňování látek kontaminujících životní prostředí
- Molekulární interakce mikroorganismů a rostlin a jejich vliv na mikrobiální diversitu
- Příprava transgenních rostlin pro využití v ochraně a odstraňování polutantů životního prostředí
- Isolace a charakterizace antimikrobiálních peptidů, jejich úloha proti pathogenům
Využití potenciálu indigenních mikroorganismů pro degradaci a odstraňování látek kontaminujících životní prostředí
V současné době existuje stále velké množství kontaminovaných lokalit, a to jak v České republice, tak ve světě. Jedná se o kontaminaci organickými i anorganickými látkami, které jsou v prostředí nezřídka přítomny společně. Klasické způsoby likvidace těchto látek spočívají ve využití fyzikálně chemických postupů vyžadující např. vytěžení kontaminovaného materiálu, odvezení a jeho bezpečné spálení. Naše skupina se zabývá využitím biologických postupů remediace, tzn. využitím přirozených vlastností mikroorganismů degradovat toxikanty, v případě těžkých kovů je akumulovat. Tyto postupy jsou méně devastující pro krajinu, jsou lépe přijímány veřejností a jsou i finančně méně náročné. Jejich využití vyžaduje identifikaci degradujících mikrobů, jejich isolaci, charakterizaci jejich vlastností, a to nejen jako individuálních mikroorganismů, ale i s ohledem na přítomná společenstva, typy kontaminantů, biotické a abiotické faktory prostředí. Kultivovatelné degradující bakterie jsou z kontaminovaného materiálu isolovány růstem na speciálních mediích, jsou testovány jejich biochemické vlastnosti a metabolický degradační potenciál. Vybrané mikrobiální izoláty jsou identifikovány metodami MS MALDI-TOF a genetickými postupy (identifikace primární struktury DNA kódující 16S rRNA). Vedle isolace a charakterizace kultivovatelných mikroorganismů je isolována totální mikrobiální DNA z daného prostředí, která představuje DNA všech přítomných mikroorganismů, tzn. kultivovatelných i nekultivovatelných. Tato metagenomická DNA je poté studována z hlediska zastoupení jednotlivých bakteriálních rodů, změn diversity v různých podmínkách a přítomnosti funkčních genů zodpovědných za degradační enzymy a související metabolické dráhy.
Nedílnou součástí studií jsou i analytická měření úbytku toxikantů, analysa produktů v daném prostředí, toxikologické analysy a testování genotoxicity. Testy jsou prováděny jak na prokaryotních organismech, tak na eukaryotních modelech, které představují rostlinné i savčí buňky např. HEPG2, HEK 293T. Testování genotoxicity je prováděno Amesovým testem s bakterií Salmonella typhymurium His-, nebo kometovým testem založeném na sledování poškození DNA u rostlinných i savčích buněk.
Spolupráce
- Společná laboratoř ÚOCHB AV ČR a VŠCHT.
- Ústav molekulární genetiky AVČR, skupina Dr. Vlčka
- Mikrobiologický ústav AVČR skupina Dr. Cajthamla
- Dr. M.B. Leigh, University of Alaska Fairbanks, USA
- Prof. M. Sylvestre, INRS Montreal, Canada
- Fa ENVISAN-GEM
Podpora
- FT-TA4/101
Bioremediace a biotransformace difúzního znečištění perzistentními organickými polutanty v zemědělských půdách in situ a pevných odpadech - FT-TA5/043
Výzkum inovačních technologií pro eliminaci vybraných pesticidů ze životního prostředí - MŠMT 2B06151
Biodegradace polybromovaných sloučenin, monitorování změn v koncentraci cílových polutantů a meziproduktů odbourávání v životním prostředí - MŠMT 2B06156
Mikrobiální bioremediace půd kontaminovaných persistentními aromatickými polutanty - GAČR 525/09/1058
Kombinace biologických přístupů pro bioremediace půdy kontaminované organickými xenobiotiky - MŠMT ME 09024
Využití biologických postupů pro bioremediaci půd kontaminovaných organickými xenobiotiky
Molekulární interakce mikroorganismů a rostlin a jejich vliv na mikrobiální diversitu
Studium mikrobiální diversity, jejích změn v důsledku nejrůznějších podmínek prostředí a vlivu na ostatní organismy se v poslední době velmi rozvíjí pod názvem molekulární ekologie. Tento trend je podmíněn rozvojem nových molekulárně biologických metod, které umožňují studovat mikroorganismy vyskytující se v prostředí, a to rutinně kultivovatelné v laboratorních podmínkách i dosud nekultivované Metagenomika (environmentální genomika, genomika populací) se zabývá studiem kolektivních genomů daného prostředí (metagenomů) a umožňuje tedy studovat i dosud nekultivovatelné mikroby, kterých je v zemině okolo 99 %. Tento projekt je zaměřen na studium interakcí rhizosférních mikroorganismů a rostlin v prostředí kontaminovaném nejrůznějšími xenobiotiky, kdy kromě vlivů prostředí je hlavním cílem získat informace o podílu rostlin na změnách mikrobiální diversity, a to jak z taxonomického, tak i funkčního hlediska. Je známo, že rostliny vylučují kořeny exudáty obsahující celou škálu sloučenin, z nichž některé mohou být zdrojem uhlíku a energie pro rhizosferní bakterie a současně mohou fungovat jako induktory degradačních drah. Naším cílem je analyzovat schopnosti samotných rostlin podílet se na odbourávání xenobiotik i míru jejich podpory pro rhizosférní bakterie (především identifikací látek, které se přímo podílí na stimulaci bakteriální degradace). Vedle vlastností rostlin, jejich degradačních enzymů a schopnosti transformovat toxikanty jsou především studovány rhizosférní mikrobiální populace a změny jejich diversity, funkční vybavení a přítomnost degradačních genů včetně jejich exprese za různých podmínek (real-time PCR). Hlavními nástroji pro studium mikrobiální diversity jsou (i) metagenomické přístupy (ve spolupráci s ÚMG AV ČR), které umožňují analýzu dosud nekultivovaných mikroorganismů a (ii) metoda Stable Isotope Probing, která s využitím 13C-značených substrátů umožňuje identifikovat metabolicky aktivní populace přímo v zemině.
Spolupráce
- Společná laboratoř ÚOCHB AVČR a VŠCHT.
- Ústav molekulární genetiky AVČR, skupina Dr. Vlčka
- Mikrobiologický ústav AVČR skupina Dr. Cajthamla
- Dr. M.B. Leigh, University of Alaska Fairbanks, USA
- Prof. J. Tiedje, Michigan State University
- Fa ENVISAN-GEM s. r. o
Podpora
- MŠMT 2B08031
Metagenomika a bioinformatika jako východisko pro přípravu efektivních postupů, přípravu a charakterizaci mikroorganismů a jejich konsorcií pro využití v bioremediaci - MŠMT ME 10041
Využití metagenomických přístupů pro studium mikrobiální diversity a jejích změn v podmínkách environmentálního stresu
Příprava transgenních rostlin pro využití v ochraně a odstraňování polutantů životního prostředí
V současné době jsou transgenní produkty přijímány širokou veřejností velmi opatrně, především pokud se jedná o potraviny a potravinářské suroviny. V tomto projektu jsme se zaměřili na přípravu transgenních rostlin s obsahem transgenů isolovaných z mikroorganismů a zodpovědných za degradaci polychlorovaných bifenylů a polyaromatických uhlovodíků – geny pro bifenyldioxygenasu nebo toluendioxygenasu. Podobně jsou klonovány i geny zodpovědné za zvýšenou akumulaci těžkých kovů pro bílkoviny metalothioneiny nebo zodpovědné za zvýšený obsah glutathionu, který též váže těžké kovy. Geny jsou do rostlin vnášeny agrobakteriální infekcí za aseptických podmínek a po transformaci a regeneraci rostlin je testována přítomnost genů na úrovních DNA, RNA a bílkovin. Dále je sledována viabilita a degradační schopnosti nových transgenních rostlin či jejich schopnost akumulovat těžké kovy.
Spolupráce
- Společná laboratoř ÚOCHB AVČR a VŠCHT Praha
- Mendelova lesnická a zemědělská universita, Ústav molekulární biologie a radiobiologie (prof. RNDr. B. Brzobohatý, CSc.)
- Fa Agritec Plant Research s.r.o.
Podpora
- MŠMT Centrum 1M06030
Isolace a charakterizace antimikrobiálních peptidů, jejich úloha proti pathogenům
Záměrem projektu je výzkum vedoucí k objasnění funkce a mechanismu působení krátkých peptidů jako obranných faktorů vznikajících proti působení pathogenů, s cílem navrhnout využití unikátních peptidových biocidů pro zamezení šíření a eliminaci nežádoucích pathogenních organismů v prostředí. Obecně se tyto látky vyskytují jako součást přirozené a relativně rychle se projevující „imunity“ v celém spektru organismů a časově jsou jednou z prvních barier tvořených jako obrana vůči pathogenům. Přestože živočichové a rostliny jsou organisovány odlišným způsobem, některé mechanismy a regulační systémy jsou obdobné. Peptidy se významně uplatňují při obraně rostlin proti pathogenům a škůdcům, proto mohou rostliny s aktivovaným obranným systémem sloužit jako výchozí materiál pro izolaci těchto antimikrobiálních látek a identifikaci peptidů s fungicidním a baktericidním účinkem. Projekt zahrnuje výběr rostlin, vývoj a sjednocení baterie testů pro vyhledávání biologické aktivity antimikrobiálních peptidů (AMP), izolaci a identifikaci aktivních složek, určení struktury, stanovení metabolické stability a toxicity, objasňování mechanismu účinku i sledováním odpovědí mikroorganismů, a to fytopathogenních i dalších pathogenů, atakovaných takovýmto toxinem změnami v proteomu.
Spolupráce
- Společná laboratoř ÚOCHB AVČR a VŠCHT.
- Ústav experimentální botaniky AVČR, skupina doc. Burketová
- Zemědělská fakulta Jihočeská universita, doc. Bárta
- Mikrobiologický ústav AV ČR, prof. Křen
- Katedra biochemie PřF UK, prof. Bezouška
Podpora
- GA ČR 305 09 H008
Příprava, biotransformace a optimalizace látek s protinádorovými a antimikrobiálními účinky - GA ČR 522 09 1693
Úloha antimikrobiálních peptidů v obraně rostlin proti pathogenům - MŠMT ČR (MSM 6046137305)
Výzkumný záměr: Progresivní potravinářské a biochemické technologie