Prosím počkejte chvíli...
Nepřihlášený uživatel
Nacházíte se: VŠCHT PrahaFPBTÚstav biochemie a mikrobiologie  → Vědecké zaměření ústavu → Vědecké skupiny → Laboratoř metalomiky a bioremediací těžkých kovů
iduzel: 29800
idvazba: 37927
šablona: stranka
čas: 26.9.2017 20:18:28
verze: 3813
uzivatel:
remoteAPIs:
branch: trunk
Obnovit | RAW

Laboratoř metalomiky a bioremediací těžkých kovů

intro Bez nadsázky lze říci, že na nitrobuněčné úrovni se za příznivých fyziologických podmínek ionty těžkých kovů ve volné formě nevyskytují. Společným znakem interakcí těžkých kovů se složkami biologických systémů je vysoká reaktivita iontů těžkých kovů ve smyslu tvorby kovalentně-koordinačních komplexů, v menší míře pak elektrostatických interakcí. Řada iontů těžkých kovů (a to nejen redoxně aktivních) může navíc různými mechanismy iniciovat vznik toxických volných radikálů. Molekulární mechanismy využívané pro udržení homeostázy esenciálních iontů těžkých kovů mají proto pro existenci buněk zásadní význam. Buňky citlivě regulují transportní mechanismy příjmu kovů, oxidační stav iontů a jejich intracelulární speciaci. Ta zahrnuje vazbu na specializované ligandy jako jsou nízkomolekulární ligandy (glutathion, histin, organické kyseliny), metalothioneiny a tzv. metalochaperony. Specializované ligandy dále zajišťují funkční depozici iontů kovů ve vazebných centrech metaloproteinů a v součinnosti s membránovými transportéry jejich export, kompartmentaci v organelách, skladování a případnou remobilizaci zásob. Komplexace specializovanými ligandy, kompartmentace ve vakuolách, export z buněk, případná translokace do bezpečných orgánů a navíc i biotransformace (oxidace, redukce, methylace) kovových specií jsou doposud známé mechanismy, umožňující aktivní eliminaci toxických iontů bez biologického významu a abnormáně vysokých koncentrací esenciálních kovů. Svůj repertoár detoxikačních mechanismů jsou organismy většinou nuceny využít jen jsou-li exponovány vysoké koncentraci biologicky dostupných kovových specií v prostředí. Z tohoto pohledu je zajímavým fenoménem tendence některých organismů, především rostlin a hub, akumulovat ionty esenciálních i toxických těžkých kovů ve svých pletivech v „nerozumně“ vysokých koncentracích, často i z nekontaminovaných substrátů.

Naše laboratoř se ve spolupráci s partnerskými pracovišti zabývá studiem speciace, mechanismů transportu a intracelulární detoxikace těžkých kovů v plodnicích a myceliích ektomykorhizních hub. Obzvláště nás pak zajímají hyperakumulující taxony. Kromě biochemických studií cílíme naše úsilí i na identifikaci genetických determinant podmiňujících hyperakumulační fenotyp. Vedle teoretického významu mohou získané poznatky nalézt uplatnění v partnerském projektu zaměřeném na konstrukci modifikovaných hyperakumulujících rostlin pro fytoremediace kovů. S ochranou životního prostředí souvisí i naše další dva projekty. První je cílen na zvyšování kapacity a selektivity biosorbentů těžkých kovů využitelných pro dekontaminace odpadních vod. Druhý je zaměřen na funkční charakterizaci mechanismu rezistence půdní bakterie Achromobacter xylosoxidans k těžkým kovům a využití jeho součástí pro konstrukci celobuněčného biosenzoru pro stanovení biologicky dostupných iontů těžkých kovů ve složkách životního prostředí.

Aktuálně řešené projekty

(Hyper)akumulace těžkých kovů mykorhizními houbami

Schopnost vyšších hub akumulovat v plodnicích kovy, polokovy a radionuklidy je jako fenomén popisována takřka půl století. Je zřejmé, že tato schopnost bude podmíněna efektivním transportem a intracelulární detoxikací iontů kovů. Molekulární podstata účinné (hyper)akumulace kovů houbami však zůstává jen velmi málo pochopena. V této souvislosti si je třeba uvědomit, že říše Fungi disponuje neobyčejnou genetickou a fyziologickou diverzitou. V současné době se zabýváme studiem mechanismů transportu a intracelulární detoxikace stříbra hyperakumulující mochomůrkou šiškovitou (Amanita strobiliformis) a zinku hyperkumulátory rodu Russula (holubinky). Studium cílíme na analýzy intracelulární speciace kovů a izolace a biochemické charakterizace ligandových komponent komplexů. Součástí jsou i identifikace a funkční charakterizace genů kódujících determinanty rezistence a membránové transportéry kovů. Zajímají nás i genetické elementy kontrolujících jejich transkripci. Vedle pochopení role vyšších hub v geochemických a biologických cyklech kovů mohou získané poznatky nalézt uplatnění při konstrukci hyperakumulujících rostlin pro fytoremediace kovů.

(A) A. strobiliformis je přirozeným hyperakumulátorem Ag, prvním známým z domény Eukarya. (B) Veškeré akumulované Ag+ je v plodnicích detoxikováno vazbou na intracelulární metalothionein AsMT1. (A) A. strobiliformis je přirozeným hyperakumulátorem Ag, prvním známým z domény Eukarya. (B) Veškeré akumulované Ag+ je v plodnicích detoxikováno vazbou na intracelulární metalothionein AsMT1.

Spolupráce

Podpora

  • Grantová agentura ČR (P504/11/0484)
  • Grantová agentura AV ČR (IAA600480801)
  • Ministerstvo školství mládeže a tělovýchovy (1M0520)

Geneticky modifikované biosorbenty těžkých kovů

Technologie, využívající biosorbentů pro odstraňování iontů těžkých kovů z odpadních vod, jsou považovány za slibnou alternativu tradičních fyzikálně-chemických metod. Mezi výhody patří nízká cena a vysoká účinnost při nízkých koncentracích. Mechanismus biosorpce iontů kovů zahrnuje především iontovou výměnu, chelataci a fyzikální adsorpci na biopolymerech buněčných stěn. Biosorbenty jsou připravovány z biomasy řas, chaluh, kvasinek, bakterií nebo rostlin. Vazebnou kapacitu nebo dokonce selektivitu buněčných stěn lze posílit zavedením nových vazebných center. Zabýváme se proto vyhledáváním a charakterizací peptidů, které taková vazebná centra pro ionty kovů vytváří. Peptidy zavádíme na mikrobiální buněčné stěny (dnes především kvasničné) ve formě jejich genetických fúzí s přirozenými stěnovými proteiny. Vyšetřujeme mechanismus účinku takové “derivatizace” povrchů na biosorpci kovů.

Ukázali jsme, že zakotvením vazebných peptidů na povrchu biosorbentu ve formě genetické fúze se stěnovými proteiny lze zvýšit vazebnou kapacitu biosorbentů (A). Např. zavedení peptidu NP do buněčné stěny S. cerevisie (B) zvýší biosorpční kapacitu stěn pro Pb2+ tím, že navodí mikroprecipitaci Pb (C). Ukázali jsme, že zakotvením vazebných peptidů na povrchu biosorbentu ve formě genetické fúze se stěnovými proteiny lze zvýšit vazebnou kapacitu biosorbentů (A). Např. zavedení peptidu NP do buněčné stěny S. cerevisie (B) zvýší biosorpční kapacitu stěn pro Pb2+ tím, že navodí mikroprecipitaci Pb (C).

Spolupráce

Podpora

Metalorezistence Achromobacter xylosoxidans

Nejrozšířenějším mechanismem, na kterém je založena bakteriální rezistence k těžkým kovům, je vylučování (export) akumulovaného iontu toxického kovu do extracelulárního prostoru prostřednictvím specifického aktivního transportu. Analýza nukleotidové sekvence plasmidu pA81 z bakterie Achromobacter xylosoxidans A8 poukázala na geny, které by mohly kódovat právě takový obraný systém. Zabýváme funkčními studiemi kandidátních genů met a analýzou regulace jejich transkripce. Transkripční regulátory a jejich cílové promotor-operátory nachází využití při konstrukci celobuněčných biosensorů kovů. V nich je tvorba reportérového proteinu produkujícího měřitelný signál modulována zavedením reportérového genu pod kontrolu elementů spínajících expresi v odezvě na přítomnost a aktuální koncentraci biologicky dostupných iontů těžkých kovů v prostředí.

(A) Současný stav poznání mechanismu účinku produktů genů met z A. xylosoxidans A8 (MetA je ATPasa typu P1, MetR je transkripční reguláror) (B) Celobuněčný biosensor využívající MetR (aktivátor jen ve formě metaloproteinu) a jím kontrolovaný promotor ve fúzi s reportérovým genem lucF kódujícím bakteriální luciferázu. (A) Současný stav poznání mechanismu účinku produktů genů met z A. xylosoxidans A8 (MetA je ATPasa typu P1, MetR je transkripční reguláror) (B) Celobuněčný biosensor využívající MetR (aktivátor jen ve formě metaloproteinu) a jím kontrolovaný promotor ve fúzi s reportérovým genem lucF kódujícím bakteriální luciferázu.

Spolupráce

Podpora

Vybrané publikace

Characterization of three distinct metallothionein genes of the Ag-hyperaccumulating ectomycorrhizal fungus Amanita strobiliformis
Hložková K, Matěnová M, Žáčková P, Strnad H, Hršelová H, Hroudová M, Kotrba P
Fungal Biol 2016; 120(3):358-369
DOI: 10.1016/j.funbio.2015.11.007

Accumulation of Ag and Cu in Amanita strobiliformis and characterization of its Cu and Ag uptake transporter genes AsCTR2 and AsCTR3
Beneš V, Hložková K, Matěnová M, Borovička J, Kotrba P
Biometals 2016; 29(2):249-264
DOI: 10.1007/s10534-016-9912-x

Functional analysis of two genes coding for distinct cation diffusion facilitators of the ectomycorrhizal Zn-accumulating fungus Russula atropurpurea
Sácký J, Leonhardt T, Kotrba P
Biometals 2016; 29(2):349-363
DOI: 10.1007/s10534-016-9920-x

On the possible role of macrofungi in the biogeochemical fate of uranium in polluted forest soils
Kubrová J, Žigová A, Řanda Z, Rohovec J, Gryndler M, Krausová I, Dunn CE, Kotrba P, Borovička J
J Hazard Mater 2014; 280():79-88
DOI: 10.1016/j.jhazmat.2014.07.050

Intracellular sequestration of zinc, cadmium and silver in Hebeloma mesophaeum and characterization of its metallothionein genes
Sácký J, Leonhardt T., Borovička J, Gryndler M, Briksí A, Kotrba P
Fungal Genet Biol 2014; 67():3-14
DOI: 10.1016/j.fgb.2014.03.003

Metallothionein-like peptides involved in sequestration of Zn in the Zn-accumulating ectomycorrhizal fungus Russula atropurpurea
Leonhardt T, Sácký J, Šimek P, Šantrůček J, Kotrba P
Metallomics 2014; 6(9):1693-1701
DOI: 10.1039/c4mt00141a

Putative P1B-type ATPase from the bacterium Achromobacter xylosoxidans A8 alters Pb2 +/Zn2 +/Cd2 +-resistance and accumulation in Saccharomyces cerevisiae
Suman J, Kotrba P, Macek T
Biochim Biophys Acta - Biomembr 2014; 1838(5):1338-1343
DOI: 10.1016/j.bbamem.2014.01.023

Characterization of pbt genes conferring increased Pb2+ and Cd2+ tolerance upon Achromobacter xylosoxidans A8.
Hložková K, Šuman J, Strnad H, Ruml T, Paces V, Kotrba P
Res Microbiol 2013; 164():1009-1018
DOI: 10.1016/j.resmic.2013.10.002

Transgenic approaches to enhance phytoremediation of heavy metal polluted soils
Kotrba P
Biomanagement of Metal-Contaminated Soils (M.S. Khan, A. Zaidi, R. Goel, J. Musarrat, Eds.), pp. 239-271, Springer Science+Business Media B.V., Dordrecht, Heidelberg, London, New York 2013;

Enhanced accumulation of cadmium in Linum usitatissimum L. plants due to overproduction of metallothionein α-domain as a fusion to β-glucuronidase protein
Vrbová M, Kotrba P, Horáček J, Smýkal P, Švábová L, Větrovcová M, Smýkalová I, Griga M
Plant Cell Tiss Organ Cult 2013; 112():321-330
DOI: 10.1007/s11240-012-0239-1

Lidé a kontakty:

vecoucí skupiny:

doc. Ing. Pavel Kotrba, Ph.D. (místnost B05, tel: +420 220 443 215, email: Pavel.Kotrba@vscht.cz)

odborní asistenti:

Ing. Jan Sácký, Ph.D. (místnost B129b, tel: +420 220 443 402, email: Jan.Sacky@vscht.cz)

Ing. Tereza Leonhardt, Ph.D. (místnost B129b, tel: +420 220 443 402, email: Tereza.Leonhardt@vscht.cz)

doktorandi:

Ing. Vojtěch Beneš (místnost B129b, tel: +420 220 443 402, email: Vojtech.Benes@vscht.cz)

technický personál:

Ivana Valešová (místnosti B251 (B256), tel: +420 220 445 140 (131), email: Ivana.Valesova@vscht.cz)

Aktualizováno: 18.8.2017 13:44, Autor: Tereza Kobzová

VŠCHT Praha
Technická 5
166 28 Praha 6 – Dejvice
IČO: 60461373
DIČ: CZ60461373

Datová schránka: sp4j9ch

Copyright VŠCHT Praha 2014
Za informace odpovídá Oddělení komunikace, technický správce Výpočetní centrum

zobrazit plnou verzi