Projekti / Programi
Ekologija in produkcija mikotoksinov pri glivah rodu Wallemia, kontaminantah sladke in slane hrane
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.00 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B230 |
Biomedicinske vede |
Mikrobiologija, bakteriologija, virologija, mikologija |
Wallemia, halofilne glive, hrana, mikotoksini, kompatibilni topljenci, konzerviranje hrane, sol, sladkor, med, taksonomija, fiziologija, biokemija, diferencialno izražanje genov, celična stena, plazemska membrana
Raziskovalci (14)
Organizacije (3)
Povzetek
Prijavitelji projekta od leta 2000 dalje kot prvi opisujejo in karakterizirajo vrste gliv, ki uspevajo v izjemno slanih naravnih okoljih po celem svetu. Le malokatere vrste gliv lahko rastejo in uspevajo pri zelo visokih koncentracijah soli ali sladkorja (t.j. pri zelo nizki vodni aktivnosti). Rod Wallemia je en od teh ekstremofilnih evkariontov, ki tudi naseljujejo soline in slana jezera širom po svetu. Wallemia sebi je bila dolgo znana le kot pomembne kontaminant hrane. Vendar pa so prijavitelji projekta l. 2007 objavili, da W. sebi v resnici predstavljajo tri popolnoma ločene vrste: W. sebi, W. muriae in W. ichthyophag. Slednja je najbolj ekstremofilen evkariont od vseh, ki lahko prenesejo visoko slanost. Prijavitelji so odkrili, da vse tri vrste rodu Wallemia sintetizirajo toksin z izjemno močno hemolitično aktivnostjo. Njegovo sintezo stimulirajo visoke koncentracije soli. Ta toksin morda je ali pa ni enak že opisanemu toksinu W. sebi, valeminolu, za katerega pa način delovanja še ni znan. Sol in sladkor namenjena konzerviranju hrane lahko vsebujeta Wallemia spp. in tako znižujeta kvaliteto in varnost (slovenske) hrane. Glavni deli in naloge predlaganega projekta torej so: 1. identificirati habitate in ekologijo treh vrst rodu Wallemia, vključno z njihovim pojavljanjem na hrani. 2.določiti katere toksine proizvaja katera od treh vrst in pri katerih pogojih. Ti rezultati bodo pomagali živilski industriji pri vzdrževanju visokih standardov in pri razvoju ali predvidevanju novih testnih metod. Poleg tega se bodo za toksine morda našle zanimive možnosti uporabe v medicinskih raziskavah. 3.Preučevati genetske in fiziološke parametre, ki omogočajo vrstam prilagoditev na skrajnostne pogoje, predvsem na nivoju celične stene, membrane in produkcije mikotoksinov. Ti rezultati lahko pripomorejo pri vzgoji ali izboljšanju industrijsko pomebnih sevov kvasovk kot tudi agronomsko pomembnih rastlin, ki bodo bolje prilagojene na rast pri pogojih nizke vodne aktivnosti.
Pomen za razvoj znanosti
Glivni rod Wallemia je do leta 2005 obsegal eno samo vrsto, W. sebi, ki je bila znana kot kontaminant hrane, konzervirane z visokimi koncentracijami soli ali sladkorja, in kot povzročitelj pljučnega alergičnega obolenja, znanega kot bolezen kmetov. L. 2005 smo opisali tri vrste: W. sebi, W. muriae in W. ichthyophaga ter razrešili filogenetsko pozicijo rodu, kar je omogočilo v okviru projekta preučevanje naravne ekologije posamezne vrste in povezavo s kontaminacijo hrane. Za znanost posebej pomembno je odkritje, da sevi doslej izjemno redke vrste W. ichthyophaga naseljujejo vodo, bogato z MgCl2, ki je do zdaj veljala za »sterilno« okolje. Sevi so ekstremno kaofilni, saj rastejo celo na gojiščih z 2.3 M MgCl2. Pred tem odkritjem so bile znane le posamezne vrste bakterij, sposobne rasti na 1.5 M MgCl2. Ugotovili smo tudi, da hrane ne okužujejo tri že znane vrste rodu Wallemia, temveč še neopisan kompleks vrst W. aff. sebi. Našli smo tudi novo vrsto Wallemia sp., ki filogenetsko predstavlja vezni člen med W. ichthyophaga in bolj sorodnima vrstama W. sebi in W. muriae.
Preliminarno smo ugotovili, da vse tri vrste rodu Wallemia sintetizirajo neznan hemolitičen metabolit, katerega koncentracija se spreminja v odvisnosti od vodne aktivnosti okolja in je velikega pomena za zdravje ljudi oz. za živilsko predelovalno industrijo. Za znanost novo je dejstvo, da imajo povečano hemolitično aktivnost pri visoki slanosti tudi druge halofilne in halotolerantne vrste gliv, izolirane iz solin. Pri vrsti W. sebi je bila za hemolitično aktivnost odgovorna mešanica sterolov in dolgoverižnih maščobnih kislin, ki se kot detergenti vrinejo v membrane eritrocitov in jih tako hemolizirajo.
Vrsta W. ichthyophaga je najbolj halofilen evkariontski organizem opisan doslej, saj ne raste, če v gojišču ni dodane vsaj 10% NaCl, in zato predstavlja pomemben nov modelni organizem za raziskave adaptacij na življenje v izjemno slanem okolju. W. ichthyophaga se prilagaja na nivoju morfologije z rastjo v obliki meristematskih skupkov, na nivoju celične stene z izjemno odebelitvijo in večplastnostjo, na nivoju membran pa s spreminjanjem sestave in fluidnosti. Pri visokih slanostih celice W. ichthyophaga vzdržujejo nizko vsebnost intracelularnih ionov, razlike v turgorskih pritiskih pa uravnavajo s sintezo kompatibilnih topljencev, predvsem glicerola. Identificirali smo tudi določene diferencialno izražene gene, zlasti gen za encim glicerol-3-fosfat dehidrogenazo, ki s heterolognim vnosom v pivsko kvasovko bistveno poveča njeno toleranco na sol. Preučevanje ekstremofilnih adaptacij je botrovalo vključitvi v center odličnosti CipKeBip, v okviru katerega poteka kot pomemben del dejavnosti proučevanje proteinov ekstremofilnih gliv. Sodelavci projekta z BF in MF (oboje UL) smo pričeli aktivnosti, ki bodo vodile do določitve genomskega in transkriptomskega zaporedja W. ichthyophaga. To je eden od treh genomskih projektov, vodenih v naši skupini. Projekti predstavljajo prvo sekveniranje genoma katerekoli ekstremno halotolerantne ali halofilne glive v svetovnem merilu in hkrati prve projekte sekveniranja evkariontskih genomov, ki jih vodijo raziskovalci iz Slovenije. Projekt določevanja genomskega in transkriptomskega (pri treh različnih koncentracijah soli) zaporedja W. ichthyophaga poteka v sodelovanju s kitajskim inštitutom BGI. Zbrani podatki bodo s pomočjo primerjalne genomike pomagali pri razumevanju izjemne tolerance na sol pri W. ichthyophaga. Končni namen teh raziskav je pridobitev transgenih kvasovk in rastlin, prilagojenih na ozmotske (slanostne) strese. Halotolerantne kvasovke so namreč pomembne pri različnih industrijskih procesih, pri katerih so prisotne povišane koncentracije soli (npr. fermentacije v živilski industriji, produkcija bioetanola iz odpadnih surovin), halotolerantne rastline pa predstavljajo potencialno rešitev problema naraščajočega globalnega zasoljevanja kmetijskih površin.
Pomen za razvoj Slovenije
V prihodnjih letih bo najverjetneje prišlo do klimatskih sprememb, ki bodo vodile k povišanim temperaturam, suši, posledičnemu namakanju in zasoljevanju prsti. Kmetijske površine različnih področij sveta, ki se nahajajo v toplejšem podnebnem pasu, so vsak dan bolj zasoljene (npr. Indija, Kitajska), s spremembo klime pa lahko pričakujemo zasoljevanje tudi v zmernih podnebnih pasovih, vključno s Slovenijo. Raziskave prilagoditev halofilnih gliv so pomembne za razvoj tolerance na povečano slanost in sušo industrijsko pomembnih kvasovk in rastlin, prinesle bodo tudi pomembne nove informacije in znanje. Pomen tega področja je razviden tudi iz podpisa skupnega projekta med Slovenijo in Kitajsko (BGI inštitut), v okviru katerega bo poteklo prvo sekveniranje genoma katerekoli halofilne glive v svetovnem merilu in hkrati prvi projekt sekveniranja evkariontskih genomov, ki ga vodijo raziskovalci iz Slovenije. Zbrani podatki bodo s pomočjo primerjalne genomike pomagali pri razumevanju izjemne tolerance na sol pri W. ichthyophaga. Pomen raziskav ekstremofilnih gliv za razvoj Slovenije je bil dodatno potrjen z vključitvijo v novo ustanovljeni Center odličnosti za integrirane pristope v kemiji in biologiji proteinov CipKeBIP, kjer je ena od treh glavnih usmeritev preučevanje proteinov ekstremofilnih mikroorganizmov, in z organizacijo dveh mednarodnih srečanj: Black yeast conference pod okriljem ISHAM maja 2010 v Ljubljani in 4th Polar and Alpine Microbiology Conference septembra 2011 v Ljubljani. Aktualnost raziskav ekstremofilnih gliv izpričuje tudi dejstvo, da so bili rezultati projekta predstavljeni na različnih mednarodnih forumih in konferencah, v obliki vabljenih plenarnih predavanj (5), vabljenih predavanj (5) in postrov (2), ki so vsi promovirali dosežke slovenske znanosti.
Sevi gliv (60), ki so bili izolirani tekom raziskave, so bili vključeni v gensko banko ekstremofilnih gliv (EX) v okviru Infrastrukturnega centra Mycosmo. Z vključitvijo v gensko banko so sevi iz težko dostopnih ekoloških niš gensko banko pomembno obogatili in postali na razpolago tako domači kot tuji znanstveni srenji in industriji. Pomemben dosežek predstavljajo novi izolati doslej izjemno redke vrste W. ichthyophaga in odkritje novih vrst znotraj rodu Wallemia. Ker so glive rodu Wallemia mikotoksične kontaminante hrane, konzervirane z visokimi koncentracijami soli in sladkorja, je ugotovitev, da hrano okužujejo doslej neopisane vrste, še zlasti pomembna. Sevi teh novih vrst so zaenkrat shranjeni izključno v slovenski genski banki EX. Preliminarna ugotovitev, da tri opisane vrste rodu Wallemia sintetizirajo hemolitičen metabolit, je pomembna za slovensko in mednarodno živilsko industrijo, ki se srečuje z omenjenimi kontaminacijami. Prisotnost tega metabolita je bila tekom projekta ugotovljena tudi pri drugih halofilnih in halotolerantnih glivah, ki prav tako okužujejo hrano in izgleda predstavlja prilagoditev gliv na rast pri slanih pogojih.
V okviru projekta so se izobraževali mladi raziskovalci, sodelovali pa so tudi diplomanti. Iz tematike projekta sta bila v lanskem letu zaključena dva doktorata (dr. Cene Gostinčar in dr. Marjetka Kralj Kunčič) ter štiri diplome. Trenutno še poteka delo na eni doktorski disertaciji, ki bo zaključena v letu 2011. Sodelavci projekta so znanje prenesli tudi študentom pri predavanjih različnih predmetov na Univerzi v Ljubljani, saj je več sodelavcev projekta habilitiranih in sodeluje pri pedagoških procesih različnih študijskih smeri.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
