Domů Projekty Publikace Konference
Metody detekce, identifikace a charakterizace potravinářsky významných mikroorganismů
Rychlá a spolehlivá detekce, kvantifikace a identifikace cílových mikroorganismů v potravinách patří mezi významné požadavky praxe potravinářské mikrobiologie. Vývoj a zavádění nových a spolehlivých metod detekce, kvantifikace a identifikace mikroorganismů přítomných v potravinách patří tedy též mezi významné úkoly potravinářské mikrobiologie. Typizační metody poté umožňují detekovat zdroje mikrobiální kontaminace v potravinách.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Izolace a identifikace cílových skupin mikroorganismů z potravin a potravinářských provozů (zvláště mlékárenské provozy, tržní síť) včetně nově řešených patogenních rodů
- Využití MALDI-TOF MS pro identifikaci a typizaci potravinářsky významných bakteriálních skupin
- Vývoj nových metod pro detekci, kvantifikaci a typizaci mikroorganismů v potravinách
- Řešení mikrobiologických problémů z potravinářské praxe
Podpora:
- Spolupráce s průmyslovými partnery
- MZE QJ1210300 - Systémy jištění kvality a bezpečnosti mlékárenských výrobků vhodnými metodami aplikovatelnými v praxi (2012-2016)
Tvorba a odolnost biofilmu
Bakterie se v přirozeném prostředí převážně vyskytují nikoliv ve formě volně pohyblivých planktonních buněk, ale jako přisedlá společenství na pevném podkladu ve formě tzv. biofilmu. Buňky biofilmu jsou s povrchem a navzájem mezi sebou ireversibilně spojeny extracelulárními polymerními látkami (EPS - extracellular polymeric substances) matrice, která tvoří až 85 % celkové hmoty biofilmu a je složena převážně z vody, exopolysacharidů, lipidů, proteinů a eDNA. Biofilm je protkán kanálky, které slouží k rozvodu živin a umožňují buněčnou komunikaci prostřednictvím nízkomolekulárních látek. Buňky biofilmu mají díky ochranné vrstvě matrice a EPS vyšší odolnost před vlivy vnějšího prostředí (nutriční stresy, průnik antimikrobiálních látek), vykazují též odlišný růst a genovou expresi oproti buňkám planktonním. Vazby jsou tak pevné, že buňky nemohou být z povrchu odstraněny pouhým oplachem a tímto se biofilm stává nežádoucí v mnoha oblastech lidského života. Z klinického hlediska se například jedná o zubní plak či biofilm pokrývající lékařské implantáty a katetry. Z hlediska potravinářské mikrobiologie je biofilm velkým problémem ve výrobních a přepravních zařízeních, kde způsobuje korozi materiálů či kontaminaci produktů. Z tohoto důvodu se zabýváme studiem podmínek tvorby biofilmu u jednotlivých potravinových patogenů (vliv média, teploty, stresové podmínky, působení antimikrobiálních látek, koexistenční vztahy mikrobů) spolu se studiem struktury a exprese genů regulujících jeho tvorbu. Pro účely praxe poté studujeme působení dezinfekčních a antimikrobiálních látek na devitalizaci a tvorbu biofilmu.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Vliv kovových nanočástic a přírodních látek na tvorbu a eradikaci biofilmu
- Jedno- a více-druhové biofilmy významných bakteriálních patogenů
- Využití fluorescenční in-situ hybridizace a laserové konfokální mikroskopie pro charakterizaci směsných biofilmů
- Vliv experimentálních podmínek na výsledky kvantifikace biofilmu
- Vliv antimikrobiálních látek na transkripci genů významných pro tvorbu biofilmu
Podpora:
- GAČR 17-15936S Interakce nanočástic modifikovaných přírodními látkami s biofilmy patogenních mikroorganismů
Rezistence k antibiotikům v potravinovém řetězci
Vzrůstající výskyt rezistence bakterií k antibiotikům patří mezi závažné problémy 21. století. Výskyt rezistentních bakteriálních kmenů následně zužuje spektrum vhodných antibiotik použitelných pro léčbu i běžných bakteriálních infekcí a/nebo prevenci jejich vzniku např. v chirurgii. Mezi místa, kde nejčastěji dochází ke vzniku nových determinant rezistence k antibiotikům a/nebo jejich šíření (tzv. hot spoty), patří čistírny odpadních vod, nemocnice, ale i potravinový řetězec. Trendem dnešní doby je proto vývoj a zavedení nových rychlých a spolehlivých, avšak dostatečně univerzálních a variabilních metod a metodických přístupů pro stanovení determinant rezistence k antibiotikům.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Výskyt genů rezistence u potravinářsky významných a patogenních bakterií (např. Salmonella spp., Escherichia coli, Listeria monocytogenes a Staphylococcus aureus)
- Detekce genů rezistence k antibiotikům v potravinovém řetězci a dalších tzv. hot spotech (čistírny odpadních vod) a studium jejich genetických determinant (např. geny efluxních pump, beta-laktamáz, geny rezistence k tetracyklinu)
- Bakteriom potravinového řetězce a variabilita jeho rezistomu
- Validace qPCR protokolů pro kvantifikaci genů rezistence k antibiotikům
- Využití MALDI-TOF MS pro stanovení fenotypových a genotypových profilů bakterií rezistentních k antibiotikům
- Sledování rezistence a multirezistence patogenů izolovaných z různých typů vzorků (potraviny, klinické případy, čistírny odpadních vod, atd.)
Podpora:
- REPARES (2019-2022) - Research platform on antibiotic resistance spread through wastewater treatment plants H2020-EU.4.b. ID 857552
- ARG Tech (2020-2023) - Technologie pro odstranění genů antibiotické rezistence z čistírenských kalů aplikovaných v zemědělství TAČR SS01020112
Campylobacter jejuni
Campylobacter jejuni je dlouhodobě označován jako nejčastější původce potravinami přenášených gastroenteritid. Výsledné onemocnění (kampylobakterióza) obvykle samo odezní, nicméně v některých případech může vést k rozvoji komplikací jako je postinfekční syndrom dráždivého střeva, či autoimunitní onemocnění reprezentované Guillain-Barré syndromem a reaktivní artritidou. Tyto komplikace jsou spolu s vysokou četností kampylobakteriózy důvodem, proč je onemocnění označované jako infekce s jednou z největších ekonomických zátěží. Vysoká četnost případů kampylobakteriózy je však v rozporu s náročnými požadavky na růst C. jejuni. Tato mikroaerobní bakterie je obecně velmi citlivá na stres a prudké změny prostředí a při in vitro kultivaci vyžaduje vysoce specifické podmínky. Přesto však dokáže překonat nepříznivé podmínky uvnitř i mimo hostitele a dlouhodobě přetrvává v životním prostředí bez ztráty životaschopnosti i virulence. Současný výzkum naznačuje, že by se na jeho odolnosti mohly podílet eukaryotní buňky, především protozoa.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Detekce Campylobacter jejuni ve vzorcích vody
- Příprava fluorescenčně značených kmenů Campylobacter jejuni
- Mechanismy umožňující přežívání patogenních druhů rodu Campylobacter v prostředí
- Interakce Campylobacter jejuni s eukaryotními buňkami
- Exprese genů stresové odpovědi Campylobacter jejuni v prostředí hostitele a mimo něj
- Produkce signálních molekul kmenů Campylobacter jejuni v závislosti na vnějších podmínkách a původu kmenů
- Zefektivnění transformace C. jejuni a nalezení promotorů zajišťujících stabilní expresi vnášených genů
Podpora:
- GA18-16549S - Prevalence a diverzita izolátů Campylobacter jejuni a identifikace faktorů umožňujících jejich přežívání
Exprese faktorů virulence bakteriálních patogenů
Staphylococcus aureus je významný patogen produkující celou řadu toxických látek vyvolávající různá onemocnění. Z pohledu potravinářské mikrobiologie je jeho nejvýznamnější vlastností schopnost produkce termostabilních enterotoxinů, které mohou způsobit alimentární intoxikace neboli otravy z jídla. Dlouhodobě se zaměřujeme právě na studium exprese genů, které se podílí na tvorbě biofilmu i na produkci enterotoxinů; a to jak na úrovni mRNA, tak i na úrovni proteinu. Na úrovni mRNA je využívána metoda reverzní transkripce a kvantitativní real-time PCR (RT-qPCR), na úrovni proteinu imunochemická metoda ELISA. Vedle této činnosti je u testovaných kmenů prováděna i základní fenotypová a genotypová charakterizace. Mimo transkripci genů S. aureus je zkoumána i míra transkripce virulentních faktorů oportunního patogenu Cutibacterium acnes
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Virulence Staphylococcus aureus
- Virulence Cutibacterium acnes
Podpora:
- MZE QJ1210300 - Systémy jištění kvality a bezpečnosti mlékárenských výrobků vhodnými metodami aplikovatelnými v praxi (2012-2016).
Analýza geneticky modifikovaných organismů (GMO)
GMO jsou definovány jako takové organismy, jejichž genetický materiál byl změněn způsobem, jehož nelze dosáhnout přirozenou cestou. Pomocí cílených genetických úprav lze dosáhnout požadovaných vlastností organismů, jako jsou např. zvýšená odolnost vůči negativním vlivům (škůdci, plevele, choroby, klimatické podmínky), zvýšení obsahu makro i mikronutrientů nebo urychlení růstu bez snížení nutriční hodnoty. Výzkumem a monitoringem GMO se zabýváme i v naší laboratoři, provádíme rutinní analýzy přítomnosti i přesnou kvantifikaci GMO, a to prostřednictvím PCR a PCR s fluorescenční detekcí v reálném čase (qPCR). Jsou analyzovány monitorované sekvence určující transgenní DNA (promotory a terminátory transkripce, selekční markery) i odrůdově specifické hraniční sekvence konkrétních GMO. Používány jsou in house postupy (SOP) i ISO ČSN protokoly.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Detekce a kvantifikace GMO v potravinách
- Multiplex PCR/qPCR
Podpora:
- Členství a spolupráce s Českou komisí pro nakládání s geneticky modifikovanými organismy a genetickými produkty
- Členství a spolupráce s Vědeckým výborem pro geneticky modifikované potraviny a krmiva
Problematika falšování potravin
Falšování potravin je velkým problémem na současném světovém trhu. Hlavním důvodem falšování potravin je snaha výrobce o snížení nákladů na výrobu, přičemž v informacích pro spotřebitele uvedených na obalu výrobku deklaruje vyšší kvalitu, než ve skutečnosti prodává. Jedná se tedy o klamání spotřebitele, současně však může docházet i k ohrožení jeho zdraví. Maso a masné výrobky patří k nejdražším potravinám, a proto spadají do kategorie nejčastěji falšovaných komodit. Jedním z běžných způsobů klamání zákazníků je náhrada jakostního druhu masa masem méně hodnotným a uvádění nesprávného poměru obsahu druhu masa na etiketě výrobku. Metody založené na analýze DNA jsou velmi přesným nástrojem pro odhalování pravosti surovin, ze kterých jsou potraviny vyráběny. Naším cílem je vyvinout a validovat metody, které jsou vhodné pro analýzu komplexních a zpracovaných potravinářských matric. K tomu je třeba disponovat postupy pro určení druhové specificity a vhodnými nástroji na extrakci nukleových kyselin ze složitých matric. Náš výzkum se zabývá druhovou identifikací živočichů a rostlin pomocí PCR, sekvenace DNA i proteomické analýzy metodou MALDI-TOF MS. Jsou řešeny projekty zaměřené na molekulárně-biologickou analýzu významných druhů hospodářských zvířat (skot, prase, kůň či drůbež), analýzu mikrosatelitů a PCR identifikaci máku setého i druhovou identifikaci ryb prostřednictvím PCR amplifikující jaderný gen kódující významný alergen ryb, parvalbumin.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Identifikace potravinářsky významných živočišných druhů pomocí analýzy DNA
- Identifikace ryb prostřednictvím molekulárně-biologických a proteomických přístupů
- Vývoj molekulárního markeru pro diferenciaci odrůd máku setého
Podpora:
- MZe (NAZV) QJ1530272 - Komplexní strategie pro efektivní odhalování falšování potravin v řetězci (provo)výroba-spotřebitel
- MZE QK1910231 - Nové přístupy k průkazu falšování rybího masa pomocí genomové DNA
Nanotextilie a mikroorganismy
Nanotechnologie se staly součástí našeho každodenního života. Jejich výzkumu je věnována velká pozornost v různých odvětvích, medicínu a potravinářství nevyjímaje. Aktuálně je velký zájem o využití nanomateriálů v tkáňovém inženýrství, což je obor zabývající se přípravou biologicky ekvivalentních náhrad tkání a orgánů, nebo při výrobě aktivních potravinových obalů prodlužujících trvanlivost potravin bez nutnosti použití konzervačních látek. Pro obě zmíněné oblasti je zcela zásadní mikrobiologická bezpečnost a znalost interakcí mikroorganismů s aplikovanými nanomateriály. V naší laboratoři je studován vliv nefunkcionalizovaných i funkcionalizovaných nanovlákenných textilií na růst, tvorbu biofilmu i transkripci genů vybraných podmíněně patogenních nebo patogenních mikroorganismů. Zabýváme se vlivem morfologie nanomateriálů zvlákněných metodou electrospinning z různých polymerů na mikrobiální interakce. V současném výzkumu se ukazuje, že právě pomocí morfologie lze účinně potlačit nebo podpořit mikrobiální růst. Ke studiu interakcí mezi mikroorganismy a nanovlákennými materiály využíváme jak klasické mikrobiologické metody, tak i molekulárně-biologické metody a mikroskopické metody, zejména skenovací elektronovou mikroskopii. Nanovlákenné materiály jsou připravovány a charakterizovány spolupracovníky z českých firem i z Technické univerzity v Liberci.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Vliv nanovláken na růst a transkripci vybraných genů Staphylococcus aureus/ Cutibacterium acnes
- Vliv funkcionalizovaných nanomateriálů a jejich morfologie na růst bakterií, tvorbu biofilmu a zádržnost vybraných klinických a potravních patogenů
- Aplikace nanovláken do potravinových obalů a jejich vliv na potravinovou mikrobiotu
- Vývoj antibakteriálních nanovlákenných chirurgických nití za účelem snížení rizika nozokomiálních nákaz
Podpora:
- MPO, OP PIK APLIKACE, CZ.01.1.02/0.0/0.0/16_084/0009936 - Aplikace nanovláken v potravinářských obalech
Analýza virové RNA/DNA v potravinách a vodách
Nemoci z potravin mohou být způsobeny požitím potravy, ve které jsou přítomné patogenní mikroorganismy nebo jimi produkované toxiny. K mikroorganismům kontaminujícím potraviny a vodu patři nejenom mnohé bakterie a plísně, ale i viry. Nejčastějšími viry, které se potravinami a vodou přenáší, jsou noroviry a virus hepatitidy A. Méně časté jsou rotaviry, virus hepatitidy E, astroviry, enteroviry, koronaviry, parvoviry a adenoviry. V naší laboratoři se zabýváme detekcí norovirů a koronaviru SARS-CoV-2.
Koronavirus SARS-CoV-2 je nově objevený kmen z čeledi Coronaviridae, který způsobuje vážné respirační onemocnění zvané COVID-19. Od konce roku 2019 virus způsobil celosvětovou pandemii. Vzhledem k celosvětové nouzové situaci v oblasti veřejného zdraví je důležité umět rychle a spolehlivě detekovat tento vir nejen jako průkaz nemoci u nakaženého, ale také z různých materiálů (např. z potravinových obalů) či odpadních vod. To by umožnilo monitorovat přítomnost viru a lépe předcházet dalším zoonotickým událostem podobného charakteru.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Detekce norovirů v potravinách a vodách
- Detekce SARS-CoV-19 ve vodách
Podpora:
- TA ČR SS01020112 - Technologie pro odstranění genů antibiotické resistence z čistírenských kalů aplikovaných v zemědělství
Biodiverzita v archivních fondech
Od svého vynálezu v roce 1831 se obor fotografie stal podstatnou součástí kulturních dějin lidstva, a je proto nezbytnou povinností archivů, knihoven, muzeí a galerií uchovávat v nich uložené fotografické sbírky budoucím generacím. Historicky starší část těchto sbírek tvoří četné typy černobílých fotografických materiálů. Hlavními složkami materiálů tvořících fotografické fondy a sbírky jsou přírodní, semi-syntetické nebo syntetické organické látky, které se mohou za určitých podmínek (zejména příhodná teplota a vyšší relativní vlhkost vzduchu) stát snadným zdrojem organického uhlíku sloužícího jako substrát pro růst mikroorganismů (plísní, bakterií, kvasinek). Mikroorganismy mohou přitom způsobit sbírkám vážná poškození: dochází k enzymatickému štěpení polymerního řetězce substrátu (proteiny jsou štěpeny proteinázami, celulóza a její deriváty celulázami) nebo oxidačnímu poškození a vzniku skvrn na povrchu vlivem metabolitů mikroorganismů (organické kyseliny, pigmenty). Proto je nutné výskytu mikroorganismů na fotografických sbírkách předcházet jejich uložením ve vhodných klimatických podmínkách. V případě, že sbírky jsou již kontaminovány mikroorganismy, je nutné je identifikovat a následně odstranit.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Monitorování mikrobiální kontaminace filmových a fotografických materiálů v archivních depozitářích ČR
- Vývoj šetrné metodiky odběru a izolace bakterií, kvasinek a plísní z fotografických materiálů
- Identifikace a charakterizace bakteriálních kmenů kontaminujících fotografické a kinematografické materiály
- Identifikace a charakterizace vláknitých mikromycet izolovaných z archivních materiálů
- Srovnání způsobu identifikace izolátů klasickými a moderními metodami
- Testování rezistence mikrobiálních izolátů k dezinfekčním prostředkům
Podpora:
- DG18P02OVV062 - Biodiverzita černobílých fotografických a kinematografických materiálů v archivních fondech a metody jejich dezinfekce
Biologicky aktivní látky
Vzhledem k neustále rostoucímu množství mikroorganismů rezistentních vůči antibiotikům je nutné hledat nové látky s antimikrobiálními účinky. Lze je získat jednak izolací z přirozeného zdroje, chemickou syntézou s využitím strukturní modifikace, tak syntézou de novo.
Rostliny produkují velké množství přírodních produktů, které mohou být aplikovány pro podporu lidského zdraví. Léky na bázi přírodních produktů byly tradičně podávány orálně jako surové extrakty, což však vyvolává obavy o zdraví z důvodu škodlivých nebo nežádoucích meziproduktů v surových extraktech. Technologický pokrok však vytvořil podmínky pro sofistikovanější a kvalitnější výrobu farmaceutických přírodních produktů.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Antimikrobiální aktivity, cytotoxicita, protizánětlivá aktivita rostlinných extraktů
- Hodnocení extrakčních metod při zpracování rostlinného materiálu dle jejich biologických aktivit
- Syntéza nových biologicky aktivních látek na bázi peptidů a/nebo triterpenových sloučenin
Podpora:
- MPO FV 30300 - Získávání a využití rostlinných látek s účinky proti stresovým a jiným neurodegenerativním chorobám
Studium endofytních mikroorganismů
V současné době se pro zvýšení efektivity zemědělské produkce používá několik stovek různých chemických sloučenin. Jednou z nejvýznamnějších skupin jsou pesticidní přípravky, určené pro potlačení či eliminaci škůdců, případně regulací růst či retardaci klíčení. Aplikace pesticidů sebou bohužel přináší řadu problematických aspektů, jedním z nich je kontaminace půdy. Rezidua některých pesticidů zde mohou relativně dlouho zůstávat (až několik roků) a negativně ovlivňovat půdní mikroflóru, ale i další necílové organismy včetně následných plodin, jejich růstu a výnosu. Rizikem je i přenos potravním řetězcem až ke konzumentům v důsledku transferu do zemědělských plodin. Velmi problematické je ale vyplavování reziduí pesticidů a některých jejich degradačních metabolitů do povrchových či spodních vod, což potažmo zhoršuje kvalitu pitné vody.
Z uvedeného vyplývá, že rezidua pesticidů představují nejen riziko pro přirozené pochody v ekosystému, ale nebezpečné jsou i pro zdraví člověka, který jim může být exponován především potravinami a pitnou vodou. Uvedená fakta jasně akcentují potřebu využít všechny dostupné prostředky pro omezení nebo dokonce jejich eliminaci z prostředí.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Izolace a identifikace mikroorganismů s degradačními schopnostmi
- Biodegradační pokusy
- Hodnocení degradačních pokusů analytickými metodami (HPLC, GC)
- Ekotoxikologické hodnocení biodegradačních pokusů
Podpora:
- TN010000048 - BIOCIRTECH Degradace reziduí pesticidů v půdě pomocí bakterií
Dlouhodobý vliv různých typů hnojení na kvalitu půdy
Projekt využívá dlouhodobý maloparcelový polní pokus, který byl založen v České republice v roce 1996 na čtyřech stanovištích s různými půdními a klimatickými vlastnostmi. Na těchto stanovištích byly pravidelně aplikovány různé typy hnojení s cílem zjistit jejich vliv na kvalitu půdy.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- diverzitu půdních mikroorganismů
- endofytní mikroorganismy
- přítomnost patogenních mikroorganismů a genů rezistence k antibiotikům
- aktivitu půdních enzymů
- koloběh dusíku v půdě
Podpora:
- GAČR 1607441S
Biochar: valorizace pevných odpadů a zlepšení půdních vlastností
Biochar je uhlíkatý materiál, který vzniká pyrolýzou z odpadů organického původu. Aplikace biocharu do půdy přispívá k sekvestraci uhlíku v půdě, zlepšuje vlastnosti půdy, je významným zdrojem živin, napomáhá udržovat vlhkost půdy a podporuje mikrobiální diverzitu. V rámci projektu byly využity dva odpady: bukové štěpky a zbytek po strojním oddělení kuřecího masa. V rámci projektu bude objasněn vliv aplikace biocharu v souvislostech půda-mikrobiota-rostlina, s důrazem na procesy v rhizosféře a roli endofytních mikroorganismů.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Vliv teploty pyrolýzy na fyzikálně-chemické vlastnosti biocharu
- Vliv aplikace různých dávek biocharu na změny vlastností dvou půdních typů (luvizem a hnědozem)
- Vliv aplikace různých dávek biocharu na půdní mikrobiotu, rhizosferní a endofytní mikroorganismy
Podpora:
- GAČR 19-02836S
Valorizace vedlejších živočišných produktů
Projekt je založen na spolupráci s průmyslovými partnery a jeho cílem je zhodnotit vedlejší živočišné produkty ze zpracování kuřat. Tento projekt klade velký důraz na tzv. cirkulární ekonomiku, kde je důležitá minimalizace odpadů, případně navržení způsobů jejich dalšího využití. Například jen Evropa vyprodukuje 2,5 miliardy tun odpadu ročně, přičemž zhruba 50 % skončí na skládkách nebo ve spalovnách.
Projekt je zaměřen na dva odpady ze zpracování kuřat, které mají minimální hodnotu. Peří hydrolyzujeme na rozpustné peptidy a aminokyseliny, které se dají využít například jako hnojivo, v kosmetickém průmyslu nebo jako součást živných medií. Ze zbytků po separaci masa izolujeme bioaktivní látky, jako jsou chondroitin sulfát a kyselina hyaluronová.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Optimalizace hydrolýzy - zvýšení výtěžku bioaktivních látek
- Separace chondroitin sulfátu a kyseliny hyaluronové
Podpora:
- TN010000048 - BIOCIRTECH