Domů Projekty Publikace
1. Detekce, identifikace a charakterizace potravinářsky významných mikroorganismů a mikrobiomu potravin
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. Při řešení této problematiky používáme jak klasické kultivační metody včetně ISO metod, tak vhodné molekulárně-biologické metody (end-point PCR, qPCR, MALDI-TOF MS, Sangerovo sekvenování, masivní paralelní sekvenování).
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Studium vlivu protektivních mikrobiálních kultur na mikrobiom potravin
Podpora:
- Spolupráce s průmyslovými partnery
- MZE QJ1210300 - Systémy jištění kvality a bezpečnosti mlékárenských výrobků vhodnými metodami aplikovatelnými v praxi (2012-2016)
- MZE QL24010251 Nature in Cheese - Komplexní mikrobiota sýrů – nové metody hodnocení jejího složení a bezpečnosti pro následné využití v technologii sýrů (2024-2028)
2. 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
- Vliv experimentálních podmínek na výsledky kvantifikace biofilmu
- Vliv antimikrobiálních látek na transkripci genů významných pro tvorbu biofilmu
Podpora:
- VIGA projekty
3. 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.)
- ARG Tech (2020-2023) - Technologie pro odstranění genů antibiotické rezistence z čistírenských kalů aplikovaných v zemědělství TAČR SS01020112
- Česká platforma antibiotické rezistence (CZEPAR) (https://czepar.vscht.cz/czepar)
- EU4 Health project-EU-WISH (Wastewater Integrated Surveillance for Public Health) (2023-2026) (https://www.eu-wish.eu/)
4. Analýza bakteriomu aktivovaného kalu metodou nanopórového sekvenování
Bakteriom aktivovaného kalu je velmi různorodý, kdy některé bakteriální druhy, obvykle velmi obtížně kultivovatelné či dosud nekultivované, jsou však technologicky nežádoucí a problematické pro správný průběh čištění. Metodami pro jejich stanovení jsou proto mikroskopická analýza či různé molekulárně-biologické metody. Nově zaváděná metoda nanopórového sekvenování amplikonů 16S rRNA a metagenomové DNA je velmi vhodná, neboť při příznivé ceně a při provedení vhodném pro běžnou laboratorní praxi, umožňuje jak celkovou analýzu bakteriomu izolované DNA, tak získání informace o četnosti cílových technologicky problematických druhů.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Zavedení a využití moderní metody nanopórového sekvenování pro detekci a kvantifikaci technologicky nežádoucích bakteriálních druhů obsažených v aktivovaném kalu s cílem stanovit a optimalizovat kroky vedoucí ke zlepšení procesu čištění odpadních vod
Podpora:
- 2. VS SIGMA DC2 TQ03000804 NASEK - Využití nanopórového sekvenování bakteriomu aktivovaného kalu pro řízení procesu čištění odpadních vod (2024-2025)
5. 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:
- VIGA projekty
6. 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
- Každoroční finanční podpora MŽP
7. 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) QK23020101: Komplexní laboratorní strategie pro identifikaci druhů hmyzu určeného k lidské spotřebě a produkci zpracované živočišné bílkoviny, autentikace potravin na jeho bázi
- MZE QK1910231 - Nové přístupy k průkazu falšování rybího masa pomocí genomové DNA
- MZe (NAZV) QJ1530272 - Komplexní strategie pro efektivní odhalování falšování potravin v řetězci (provo)výroba-spotřebitel
8. Interakce nanovlákenných materiálů s 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 patogenních i prospěšných 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 morfologie a struktury nefunkcionalizovaných nanomateriálů na růst bakterií, tvorbu biofilmu a retenci vybraných klinických a potravních patogenů a biotechnologicky významných mikroorganismů
- Aplikace nanovláken do potravinových obalů a jejich vliv na potravinovou mikrobiotu
- Vývoj antibakteriálních nanovlákenných chirurgických nití za účelem snížení rizika nozokomiálních nákaz
- Vliv nanovláken na růst a transkripci vybraných genů Staphylococcus aureus/ Cutibacterium acnes
Podpora:
- PO, OP PIK APLIKACE, CZ.01.1.02/0.0/0.0/16_084/0009936 - Aplikace nanovláken v potravinářských obalech
9. 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 RNA SARS-CoV-2 a viru opičích neštovic (Mpox) ve vodách a kalech
- Detekce RNA ptačí chřipky
- MZE (NAZV) QL24010383: Včasné odhalení zdrojů nákazy ptačí chřipky pomocí detekce virových částic v environmentálních vzorcích
- TA ČR SS01020112 - Technologie pro odstranění genů antibiotické resistence z čistírenských kalů aplikovaných v zemědělství
10. Interakce grafenu a kompozitních materiálů s obsahem grafenu s mikroorganismy
V posledních desetiletích poutají pozornost základního i aplikovaného výzkumu grafenové materiály, jež kromě schopnosti zlepšovat fyzikální a chemické vlastnosti jiných matric vykazují i slibné antimikrobiální účinky. Dosud není zcela známo, jakými mechanismy grafen na mikrobiální buňky působí a jak se svými účinky liší různé formy grafenu. V rámci výzkumu ve spolupráci s Ústavem anorganické chemie na VŠCHT se zabýváme vlivem grafenových materiálů na růst a tvorbu biofilmu biotechnologicky významných mikroorganismů a mikrobiálních společenstev. Součástí výzkumu je i hodnocení genotoxicity. Do testování jsou zahrnuty grafenové materiály různých prostorových konformací: 1D (nanotrubičky), 2D (např. grafen, grafenoxid) a 3D (kompozity a nanovlákna s obsahem 1D a 2D materiálů). Ke studiu interakcí mezi mikroorganismy a grafenovými materiály využíváme jak klasické mikrobiologické metody, tak i molekulárně-biologické metody a mikroskopické metody, zejména skenovací elektronovou mikroskopii a konfokální laserovou skenovací mikroskopii.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Vliv grafenových materiálů na růst a tvorbu biofilmu vybraných mikroorganismů
- In vitro a in vivo genotoxicita grafenových materiálů
Podpora:
- OP JAK CZ.02.01.01/00/22_008/0004631 Materiály a technologie pro udržitelný rozvoj (MATUR)
11. způsoby biologické ochrany brambor
Využití antimikrobiální aktivity bakterií a plísní je jednou z možných cest biologické ochrany brambor před účinkem pektinolytických bakterií (Pectobacterium spp. a Dickeya spp.) způsobujících měkkou hnilobu hlíz. Mezi producenty antimikrobiálních molekul patří nejčastěji zástupci rodů Pseudomonas, Bacillus, Serratia, Lactobacillus či Lactococcus. Tyto bakterie jsou schopny produkovat širokou škálu látek s antimikrobiálním účinkem, jako jsou peroxid vodíku, antibiotika, bakteriociny, siderofory, či různé těkavé organické sloučeniny. Je známo, že některé bakterie mohou inaktivovat také signální molekuly v procesu quorum-sening, a tak ovlivňovat expresi faktorů virulence fytopategonních bakterií. Jedná se především o bakterie náležící do rodů Delftia, Ochrobactrum, Bacillus a Rhodococcus.
Strategii hledání vhodného bioagens lze velmi zjednodušeně shrnout do následujících kroků: (i) izolace mikrobiální populace; (ii) ověření antimikrobiální aktivity na cílové fytopatogeny v laboratorních podmínkách; (iii) vyřazení izolátů s vlastní pektinolytickou aktivitou. Po tomto základním screeningu pak následují experimenty zaměřené na sledování účinku biogens přímo na hlízách brambor ve skleníkových podmínkách a následně i poloprovozech.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Izolace půdní mikrobiální populace z lokalit v ČR
- Ověření antimikrobiální aktivity na cílové fytopatogeny
- Stanovení pektinolytické aktivity
- Identifikace izolátů plísní a bakterií (morfologie, biochemické testy, MALDI-TOF, sekvenace vhodných lokusů DNA)
Podpora:
- QL24010148 alternativní způsoby biologické ochrany bramboru za využití bioagens a látek přírodního původu
12. 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:
- Projekt TA ČR č. TN02000044 – BIOCIRKL – Biorafinace a cirkulární ekonomika pro udržitelnost
13. Studium endofytních mikroorganismů
Z důvodu stále rostoucí světové populace je vyvíjen tlak na dostatečnou a stabilní zemědělskou produkci. Pěstování plodin je značně limitováno nepříznivými podmínkami životního prostředí, škůdci a chorobami, které jsou v současné době navíc umocněny klimatickými změnami. Pro zajištění dostatečné výnosnosti zemědělských plodin se tak využívají pesticidy. Aplikace těchto chemických látek je sice velmi účinná, je však spojena s mnoha úskalími týkající se udržitelnosti tohoto systému pěstování rostlin. Pesticidy jsou chemické látky, které mají nežádoucí dopad na životní prostředí včetně člověka. Novodobé trendy zemědělství se tak snaží o omezení použití pesticidů a nalézání nových a ekologických řešení problému ochrany zemědělské úrody. Endofyty se díky produkci různých enzymů a jiných biologicky aktivních látek stávají důležitým prvkem v oblasti biotechnologických aplikací. Již dnes se využívají v zemědělství, lékařství, potravinářství, kosmetickém průmyslu, ale užitečné mohou být i v dalších oborech.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Izolace a identifikace endofytních mikroorganismů
- Charakterizace jejich biochemických aktivit
- Aplikační pokusy na rostlinách
Podpora:
- Projekt TA ČR č. TN02000044 – BIOCIRKL – Biorafinace a cirkulární ekonomika pro udržitelnost
14. Cirkulární ekonomika – příprava biobetonu
Pařížská klimatická dohoda a Zelená dohoda pro Evropu představují v současné době klíčové snahy o snížení emisí skleníkových plynů, včetně oxidu uhličitého. Mezi hlavní producenty patří stavební průmysl, kdy značná část CO2 je produkována při výrobě portlandského cementu, využívaného pro produkci betonu. Jednou z možností, jak snížit výrobu cementu je zavedení recyklace odpadního stavebního materiálu. Naše skupina se zabývá recyklací jemně drceného odpadního betonu, který vzniká při demolicích, a současně využívá mikroorganismy, které jsou schopné srážet uhličitan vápenatý (MICP - mikrobiálně indukované srážení uhličitanu vápenatého). Mikroorganismy jsou za specifických podmínek schopné tvořit různé struktury krystalů CaCO3, které spojují částice odpadního betonu, a vytváří se tak opět pevný, kompozitní vzorek, tzv. biobeton. Vzniklé kompozitní vzorky biobetonu jsou analyzovány z hlediska strukturních a mechanických vlastností ve spolupráci s Fakultou stavební, ČVUT. Díky této technologii lze nejen redukovat emise CO2, ale zároveň využívat odpadní stavební materiál. Nicméně, jednou z překážek převedení této technologie do průmyslového měřítka je cena celého procesu, jejíž významnou část tvoří náklady na komerční kultivační média. Proto je jedním z našich cílů nahrazení komerčních kultivačních médií alternativními zdroji živin, například vedlejšími produkty z drůbežářského nebo pivovarnického průmyslu.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Ověření schopnosti srážet uhličitan vápenatý u prokaryotních (bakterie) a eukaryotních (plísně) mikroorganismů
- Modifikace postupů přípravy kompozitních vzorků s cílem vylepšit jejich mechanické vlastnosti, například přídavkem přírodních materiálů
- Izolace a identifikace nových mikroorganismů se schopností srážet uhličitan vápenatý z různých environmentálních nik, například z Koněpruských vápencových jeskyní
- Analýza složení mikrobiálních komunit v prostředích, kde probíhá tvorba uhličitanu vápenatého
- Nahrazení komerčních růstových médií levnějšími alternativami připravenými z vedlejších živočišných produktů a optimalizace jejich přípravy
- Komplexní analýza získaných kompozitních vzorků biobetonu − SEM, XRD, EDS, mechanické vlastnosti (tuhost, pevnost)
- Zhodnocení uhlíkové stopy a celkové LCA (Life-Cycle Assessment) analýzy k vyhodnocení dopadů na životní prostředí
- GAČR 22-02702S: Mikrobiologicky indukované srážení kalcitu při recyklaci betonu pro produkci materiálů se zápornou uhlíkovou stopou
- Národní centrum kompetence, TAČR TN02000044: „Biorafinace a cirkulární ekonomika pro udržitelnost“
15. Biodeteriorace kulturních památek
Předměty kulturního dědictví nesou cenné informace o vývoji naší společnosti od dávných dob až po současnost. Bohužel však běžně podléhají biodeterioraci, což jsou nežádoucí změny způsobené činností organismů, převážně mikroorganismů. Tento proces způsobuje nevratné poškození předmětů kulturního dědictví, a tím i nevyčíslitelné ztráty informací. Je proto důležité předcházet mikrobiální kontaminaci kulturních památek ukládáním ve vhodných klimatických podmínkách. V případě, že jsou sbírky již kontaminovány, je nezbytné mikroorganismy identifikovat a odstranit. Naše pracovní skupina se zaměřuje na identifikaci mikrobiálních populací na různých typech kulturních památek, zejména fotografiích a knihách, ale také v ovzduší, protože právě mikroorganismy v ovzduší jsou považovány za jednu z hlavních příčin kontaminace kulturních památek. Pro identifikaci využíváme jak na kultivaci závislý přístup s využitím MALDI-TOF MS či Sangerova sekvenování, při kterém je kladen důraz na zachycení co největší diverzity, tak na kultivaci nezávislý přístup s využitím amplikonového sekvenování metodou Illumina MiSeq, založeného jak na izolaci DNA, tak RNA. Důležitou součástí našeho výzkumu je testování enzymových aktivit, což nám umožňuje sledovat biodeteriorační potenciál izolátů a také testování rezistence mikrobiálních izolátů vůči dezinfekčním prostředkům. Tento komplexní přístup nám umožňuje přispívat k ochraně kulturního dědictví před destrukcí způsobenou mikrobiální činností.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Monitorování mikrobiální kontaminace historických knih, fotografií a filmových pásek v depozitářích ČR
- Vývoj šetrné metodiky odběru a izolace bakterií, kvasinek a plísní z kulturních památek
- Identifikace a charakterizace bakteriálních kmenů kontaminujících fotografické a kinematografické materiály
- Identifikace a charakterizace vláknitých mikromycet izolovaných z archivních materiálů
- Srovnání způsobu identifikace izolátů tradičními kultivačními a sekvenačními metodami
- Testování rezistence mikrobiálních izolátů k dezinfekčním prostředkům
Podpora (konec prosinec 2022):
- NAKI II (grant. Č. DG18P02OVV062): Biodiverzita černobílých fotografických a kinematografických materiálů v archivních fondech a metody jejich dezinfekce
16. Faktory ovlivňující půdní ekosystém
Touto tématikou se naše vědecká skupina začala zabývat v roce 2015, v rámci spolupráce s ČZU s Fakultou agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů. V současné době je kladen velký důraz na udržitelné zemědělství a zároveň na maximální produktivitu rostlin, což ovlivňuje především kvalita půdy. Při našem výzkumu sledujeme jak různé agronomické postupy ovlivňují půdní ekosystém. Jednou z těchto strategií je aplikace hnojiv, jako jsou odpadní čistírenské kaly, statková hnojiva nebo minerální hnojiva. Aplikace těchto hnojiv probíhala na čtyřech stanovištích v České republice již od roku 1996 a jednotlivé lokality se lišily nejen fyzikálně-chemickými parametry půdy, ale i klimatickými podmínkami. Nicméně, tato strategie může ovlivnit půdu nejen pozitivně, ale i negativně, například zvýšeným výskytem nežádoucích patogenních mikroorganismů nebo zvýšením různých typů genů rezistence k antibiotikům. Další možností, jak zlepšit kvalitu půdy je pomocí přídavku biocharu, což je uhlíkatý materiál, který vzniká pyrolýzou 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 typy odpadů: bukové štěpky a zbytek po strojním oddělení kuřecího masa, které byly připraveny za dvou různých pyrolyzačních teplot. Půdní ekosystém může být ovlivněn také přítomností různých typů polutantů, které bývají často přítomny nejen v odpadních čistírenských kalech nebo statkových hnojivech, ale tyto polutanty se mohou v nízkých koncentracích vyskytovat rovněž ve vodách využívaných k zálivce rostlin.
Konkrétní témata, která v rámci projektu řešíme:
- Vliv přídavku různých typů hnojiv a biocharu na:
- změny v mikrobiálních komunitách v půdě, v rhizosféře a na endofytní populace rostlin
- půdní mikrobiální aktivity
- přítomnost patogenních mikroorganismů
- změny v mikrobiálních komunitách v půdě, v rhizosféře a na endofytní populace rostlin
Podpora:
- GAČR 16-07441S, GAČR 19-02836S
