Houby hrají důležitou roli v ekosystému, kde se účastní především rozkladu rostlinné biomasy a následného koloběhu nutrientů. Některé, tzv. mykorhizní houby, dokonce žijí s rostlinami v symbióze, což je pro rostliny výhodné jednak kvůli mnohonásobně zvětšenému kořenovému systému a tedy zvýšenému přísunu vody a živin, ale také bylo u některých mykorhiz prokázáno zvýšení odolnosti proti škůdcům a snížení oxidativního stresu způsobeného nadměrným přísunem těžkých kovů.
Naše výzkumná skupina se zaměřuje na speciaci (tedy nitrobuněčný výskyt a formu) těžkých kovů v plodnicích a myceliích ektomykorhizních hub. Zajímáme se především o tzv. hyperakumulátory, tedy druhy hub které ve svých plodnicích akumulují nadměrné množství těžkých kovů; někdy i několik různých prvků (Ag, Cd, Cu, Zn atd.) najednou. Hyperakumulující druhy hub nejprve identifikuje náš externí kolega, geomykolog Jan Borovička a po změření celkového obsahu prvků v plodnicích a potvrzení druhu jakožto hyperakumulátora následují biochemické a molekulárně genetické analýzy v naší laboratoři, které mají za cíl popsat způsob a formu uložení kovů v houbových buňkách a také geny zodpovědné za akumulaci, ukládání a transport kovů. Naše sbírka houbových mycelií obsahuje přes dvacet kmenů izolovaných z rodů Amanita, Hebeloma, Agaricus a dalších, což nám umožňuje studium jak in vivo, tak in vitro.
Ve spolupráci s dalšími pracovišti v ČR i v zahraničí se také věnujeme zkoumání speciace arsenu a transformace arsenových specií v houbách a využití proteinů a jiných látek pocházejících z hub v biotechnologiích a medicíně.
Aktuálně řešené projekty
Speciace kadmia, zinku a mědi v plodnicích a myceliích hub Russula sp., Hebeloma sp., Amanita muscaria, Cystoderma carcharias a Agaricus crocodilinus – kromě klasického biochemického přístupu pro identifikaci specií využíváme také toho, že zmíněné houby mají sekvenované genomy a leckteré proteiny můžeme odhalit pomocí bioinformatické analýzy a následně homologního klonování. Ty, které tímto způsobem odhalit nemůžeme, se pokoušíme identifikovat pomocí konstrukce cDNA knihoven a exprese v mutantních kvasinkách.
Identifikace bakteriálních společenstev v plodnicích hub a v jejich mykosféře – ačkoli naším hlavním zájmem jsou kovy v plodnicích hub a geny a proteiny s nimi související, otázka celkového pohledu na „nesmyslnou“ hyperakumulaci kovů v plodnicích nás dovedla ke studiu mikrobiálních společenstev, tzv. mikrobiomů, pomocí metod sekvenování nové generace. Naším cílem je zjistit, zda se bakteriální společenstva žijící v těsné blízkosti plodnic, potažmo mycelií, liší od společenstev žijících na stejné lokalitě ale bez kontaktu s houbou.
Příprava chirálních sloučenin pomocí vláknité houby Cunninghamella elegans – tato houba je považována za převrat v testování metabolismu toxických sloučenin, jelikož disponuje enzymovým vybavením podobným živočišným játrům. Může tak být použita jak k základnímu studiu pro předvídání metabolitů nových syntetických drog, tak potažmo i k produkci bioaktivních sloučenin. Momentálně ve spolupráci s doc. Michalem Kohoutem zkoušíme, zda u chirálních látek dochází v houbě k chirálnímu metabolismu.
Identifikace nových komplexů hliníku v buňkách Oidiodendron sp. – izolát neznámého druhu této erikoidně mykorhizní houby k nám doputoval z Polska. Po prvotním screeningu se ukázalo, že houba je multitolerantní k nejrůznějším kovům, včetně hliníku. Momentálně tedy zkoumáme formu hliníku, která se v buňkách nachází, včetně použití fluorescenční mikroskopie s hliníkovou próbou a transmisní mikroskopie s energiově disperzní spektroskopií pro určení přesného místa výskytu Al komplexů v buňkách houby.
Identifikace nových komplexů kadmia v plodnicích Agaricus crocodilinus – pátrání v literatuře nás zavedlo ke článku z roku 1983, kdy němečtí vědci popsali komplex kadmia s vysokým obsahem sacharidů, ale žádnými aminokyselinami se sírou, což je v případě kadmia velmi zvláštní. Tento komplex byl nazván „mykofosfatin“ a naším cílem je jej izolovat a popsat jeho biochemické vlastnosti.
Izolace a charakterizaci biomolekul z plodnic a mycelií Amanita muscaria – tato houba patří k našim mírně jedovatým druhům. Vyskytuje se na celé severní polokouli a kromě své jedovatosti je známá i svými psychotropnímu účinky, kvůli nimž je využívána jak v tradičních šamanských rituálech tak i jako rekreační droga. Ve spolupráci s laboratoří BAFA budeme zkoumat potenciál této houby pro medicínské využití.
Speciace arsenu v hřibu modračce, Cyanoboletus pulverulentus – tato jedlá houba byla zkoumána již dříve naším partnerským pracovištěm ve Štýrském Hradci v Rakousku a bylo zjištěno, že obsahuje opravdu vysoká množství arsenových specií. Naším cílem je identifikovat metabolické dráhy vedoucí k transformacím v půdě se vyskytujícího „anorganického As“ na tzv. „organický As“. Na tomto i dalších našich projektech spolupracujeme s Ústavem analytické chemie.
Vybrané publikace
Characterization of three distinct metallothionein genes of the Ag-hyperaccumulating ectomycorrhizal fungus Amanita strobiliformis
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
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
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
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
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
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
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.
Res Microbiol 2013; 164():1009-1018
DOI: 10.1016/j.resmic.2013.10.002
Transgenic approaches to enhance phytoremediation of heavy metal polluted soils
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
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)