Projekti / Programi
Molekularno-biološke raziskave mikroorganizmov
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.05.00 |
Naravoslovje |
Biokemija in molekularna biologija |
|
| 3.01.00 |
Medicina |
Mikrobiologija in imunologija |
|
| 4.06.00 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B230 |
Biomedicinske vede |
Mikrobiologija, bakteriologija, virologija, mikologija |
Bakterije, arheje, glive, rezistenca, virulenca, genetski mehanizmi, antibiotiki, halocini, membrana, transport, plazmidi, regulacija izražanja genov, biosinteza, transformacija, konjugacija, evolucija, halofili, psihrofili
Raziskovalci (8)
Organizacije (1)
Povzetek
Mikroorganizmi so najuspešnejši organizmi zaradi izredne metabolne raznolikosti ter uspešnega tekmovanja za hranila in prostor. V ta namen: 1. sintetizirajo antibiotike, 2. razvijajo obrambe pred antibiotiki in 3. naseljujejo ekstremna okolja.
1. Mikroorganizmi so povzročitelji številnih obolenj vendar izzovejo bolezen samo v kolikor premagajo obrambne mehanizme gostitelja, uspešno tekmujejo z drugimi mikroorganizmi in se širijo v gostitelju. Na infektivni proces lahko delujemo tako, da preprečimo sintezo virulenčnih dejavnikov, vendar je za to nujno razumevanje mehanizmov uravnave njihove sinteze.
Kolicini so bakteriocini, ki jih sintetizirajo sevi vrste Escherichia coli in delujejo proti občutljivim celicam iste ali sorodnih vrst. Za sintezo kolicina K, so odgovorni trije tesno povezani geni. So antibiotiki ozkega območja delovanja, ki uničijo enteropatogene ne pa ostale mikrobne flore. Cilji in predvideni rezultati so razumevanje izražanja kolicina K kot osnove za bolj učinkovito produkcijo bakteriocinov, ki bi jih uporabili v terapevtske namene kakor tudi kot model za razjasnitev mehanizmov uravnavanja virulenčnih dejavnikov bakterij.
2. Mikroorganizmi so v okolju uspešni tudi zaradi sposobnosti obrambe pred protimikrobnimi spojinami. Primer obrambe proti bakteriocinom je transporter Bcr iz bakterije Bacillus licheniformis, ki omogoča mnogim bakterijam rezistenco proti peptidnemu antibiotiku bacitracinu. Spada med ABC transporterje, ki so bodisi specifični za določeno snov (npr. antibiotik) ali pa nespecifični, tim. "multidrug resistance" proteini. Eden slednjih je P-glikoprotein pri človeku, ki igra pomembno vlogo pri rezistenci rakastih celic proti kemoterapevtikom. Zanimivo je, da sta rezistenca (proti bacitracinu) in občutljivost (za detergente) pri celicah z bacitracinskim prenašalcem in pri človeških celicah s P-glikoproteinom, povezana pojava. Od proteinov, ki sestavljajo bacitracinski transporter je ključen transmembranski protein BcrC. Ugotovili smo sorodnost s proteinsko naddružino PAP2 ter domnevni fosfatazni mehanizem delovanja. Kaže, da ima ta protein pri bakerijah ključno vlogo, saj se sevov s popolnoma nefunkcionalnim proteinom ni dalo izolirati. Poglavitno vprašanje, na katerega bomo skušali odgovoriti je - pri katerem.
3. Med skrajnostna okolja, ki jih naseljujejo skoraj izključno mikroorganizmi, sodijo okolja z nizko temperaturo in visoko koncentracijo NaCl. Glive so bile doslej v takih naravnih okoljih neznane. V vodah Sečoveljskih solin smo kot prvi odkrili ekstremofilne glive, ki smo jih nato zasledili še v izjemno slanih vodah treh celin. Raziskavam halofilnih gliv se je pred kratkim pridružilo še proučevanje gliv v izjemno hladnem okolju Arktike in preučevanje ekstremno halofilnih arhej.
Halofilne in psihrofilne glive so dragocen vir novih biotehnoloških produktov s posebnimi lastnostmi in edinstveni modeli za raziskave prilagoditev biomolekul in celic na ekstremne pogoje. Izolirane glive bomo klasično in molekularno identificirali, s poudarkom na opisu za znanost novih vrst in filogenetski klasifikaciji. Na nivoju fizioloških raziskav se bomo osredotočili na prilagoditve na nivoju celične stene in genske uravnave melaninske sinteze, lipidne sestave membran, njene fluidnosti in udeležbe raftov, produkcijo kompatibilnih topljencev pri pogojih visoke slanosti in nizkih temperatur in koncentracije ionov v citoplazmi v odvisnosti od delovanja membranskih ionskih črpalk.
Tudi halofilne arheje so pomembni producenti biološko aktivnih snovi, saj imajo njihovi halocini potencialno klinično in biotehnološko uporabnost. Preučevali bomo različne halocine na proteinskem in genetskem nivoju. Po osamitvi halofilnih arhej bomo z biokemijsko in filogenetsko analizo ovrednotili izolirane seve ter določili producente halocinov. Halocine bomo biokemijsko karakterizirali. S študijem interakcij halocinov z lipidnimi membranami bomo poskušali razjasniti mehanizem delovanja halocinov.
Pomen za razvoj znanosti
Kolicini so antibiotiki ozkega območja delovanja in zanimivi kot potencialne protimikrobne substance, ki uničijo enteropatogene ne pa ostalo mikrobno floro prebavnega trakta. Uničenje normalne mikrobne flore z antibiotiki širokega območja delovanja lahko vodi k psevdomembranoznemu kolitisu. Razumevanje izražanja kolicina K je osnova za bolj učinkovito produkcijo bakteriocinov, katere bi uporabili v terapevtske namene. Sinteza kolicinov je povezana s sekundarnim metabolizmom bakterij. Ta metabolizem je odgovoren za najrazličnejše procese pri bakterijah, od sinteze antibiotikov in izločanja različnih proteinov do sporulacije. Poglobljeno znanje o regulaciji sinteze kolicinov bi omogočilo učinkovitejšo izrabo bakterij v farmacevtske namene. V zadnjem času so postale raziskave ekstremofilov prednostna tema različnih raziskovalnih programov, ki jih financirata ES in biotehnološka industrija. Raziskave so zbrane okoli treh glavnih tem, halofilov, psihrofilov in termofilov ter alkalofilov in acidofilov. Interdisciplinarni raziskovalni pristop se odvija na treh nivojih in sicer izolacija/taksonomija, fiziologija/biokemija in molekularna biologija/genetika. Področja posebnega zanimanja veljajo mehanizmom, ki imajo biotehnološki potencijal Progresivna salinizacija tal na področjih, ki so zaradi globalnega segrevanja in posledično večje aridnosti namakana, predstavlja enega od glavnih agronomskih problemov po celem svetu. Na račun tega v svetovnem merilu izgubimo 50% umetno namaknih površin, kar pomeni 10 miljonov hektarjev poljedelskih površin letno. Zaradi tega trenda so naše raziskave pomemben prispevek k razumevanju halofilnih mehanizmov tako v smislu povečanja tolerance na sol pri agronomsko pomembnih rastlinah, kot tudi desalinizacije tal s pomočjo bio- ali fitoremediacije. Pomemben korak v to smer je razumevanje mehanizmov tolerance na sol, zlasti pri evkariontskih halofilnih organizmih. Taksonomske analize vodijo do izbora primernih ekstremofilnih modelnih organizmov, ki jih proučujejo na različnih nivojih tudi raziskovalci na drugih inštitucijah, kot je npr. Inštitut za biokemijo MF (prof. dr. Ana Plemenitaš). Informacije o strukturi in mehanizmu delovanja arheocinov bodo omogočile klinikom, da ugotovijo, kateri arheocin bi imel primerne farmacevtske učinke.
Pomen za razvoj Slovenije
Uvedba novih tehnik na področju genetike bakteirj in taksonomije gliv kot so profili sekundarnih metabolitov in molekularne analize določenih delov rDNA oz. genomske DNA z namenom identifikacije organizmov, pomembno prispeva k razvoju na slabo zastopanem področju taksonomije gliv in iskanja novih protimikrobnih učinkovin v slovenskem prostoru. Sodelujemo pri upravljanju krajinarskega parka Sečovlje, ki ima zaradi naših raziskav tudi pravno določilo o zaščiti mikrobne diverzitete v aktivnem delu solin, kar je bilo sprejeto na nivoju Ministrstva za okolje in prostor.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
