Projekti / Programi
Glicerolni kanal za osmoadaptacijo pri halofilni glivi Hortaea werneckii
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.00 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T490 |
Tehnološke vede |
Biotehnologija |
halofilne glive, vodno-glicerolni kanal, karakterizacija, funkcionalna komplementacija, osmoadaptacija, transport glicerola
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
20395 |
dr. Tina Kogej |
Biokemija in molekularna biologija |
Vodja |
2008 - 2010 |
63 |
Organizacije (1)
Povzetek
Halofilna črna kvasovka Hortaea werneckii je prevladujoči evkariontski mikroorganizem v hiperslani vodi v solarnih solinah. Prvič je bila izolirana iz Sečoveljskih solin v Sloveniji. Kasneje je njena izolacija iz različnih solin po svetu potrdila, da H. werneckii živi v izjemno slani vodi. Na visok osmotski pritisk se prilagaja s kopičenjem osmolitov, predvsem glicerola. Hipoosmotske šoke preživi s hitrim sproščanjem glicerola, možno da skozi transmembranski kanal, ortologen vodno-glicerolnemu kanalu Fps1p pri Saccharomyces cerevisiae. V projektu predlagam, da bi identificirala in okarakterizirala glicerolni kanal pri halofilni glivi H. werneckii, odgovoren za hitro sproščanje glicerola med prilagajanjem na hipoosmotski šok. Uporabila bom pomnoževanje PCR z začetnimi oligonukleotidi, oblikovanimi za pomnoževanje ohranjenih značilnih proteinskih zaporedij glivnih ortologov Fps1p. Tako bom pomnožila del gena za glicerolni kanal, ki ga bom uporabila za sondo pri pregledovanju genomske knjižnice H. werneckii. Manjkajoče dele zaporedja gena bom pomnožila s pomikanjem začetnih oligonukleotidov in s hitrim kloniranjem koncev cDNA. Zaporedje bom okarakterizirala in ga primerjala z drugimi glicerolnimi kanali z molekulskim modeliranjem. Delovanje glicerolnega kanala bom analizirala z vnosom kloniranega gena v mutante S. cerevisiae z okvaro glicerolnega kanala Fps1p. Za razliko od celic divjega tipa take mutante ne preživijo hipoosmotskega šoka. Po funkcionalni komplementaciji (delujoč vnešeni gen) naj bi imele transformirane celice podoben fenotip kot celice divjega tipa. Identifikacija in karakterizacija glicerolnega kanala iz halofilne kvasovke bo prinesla pomembno znanje o zgradbi in delovanju glicerolnih kanalov, ki sodelujejo pri osmoadaptaciji, in bi lahko imela tudi industrijski pomen.
Pomen za razvoj znanosti
Boljše poznavanje pretoka glicerola preko plazemske membrane in metabolizma glicerola lahko pomaga pri razkrivanju mehanizmov celične homeostaze, poleg tega pa lahko prispeva k izboljšanju biotehnoloških procesov, saj se glicerol uporablja industriji, terapevtsko in v diagnostiki. Glicerol trenutno proizvajajo v velikih količinah kot stranski produkt procesa razgradnje trigliceridov na glicerol in maščobne kisline in proizvodnje biogoriva. Po pričakovanjih bo uporaba biogoriva v prihodnosti narasla zaradi okoljske politike EU. Povečanje proizvodnje biogoriva je povzročilo prenatrpanost trga z glicerolom, zaradi česar je precej upadla njegova tržna vrednost. Trenutno je glicerol v prebitku, v bližnji prihodnosti pa bi lahko celo postal problematičen odpadek. V preteklem desetletju so zato pospešili raziskave kemijskih in biotehnoloških procesov za predelavo glicerola v kemikalije z dodano vrednostjo. Problem predelave glicerola pa je privzem glicerola v celice, saj vsi industrijsko uporabni mikroorganizmi nimajo glicerolnih transporterjev.
Membranski transport predstavlja enega izmed temeljnih procesov v celicah, pri katerem imajo glavno vlogo proteini. Proteinski kanalčki predstavljajo močno selektivne difuzne poti, ki jih uravnavajo dejavniki okolja, proteinski transporterji pa predstavljajo usmerjen, energetsko potraten transport, pri katerem se porablja energija. Karakterizacija in identifikacija glicerolnih transporterjev je pomembna in večih razlogov: (i) pomaga pri našem razumevanju osmoadaptacije halofilne kvasovke, novega modelnega organizma za raziskave osmoadaptacije, in tako predstavlja splošni napredek znanja, (ii) lahko bi omogočila boljšo izrabo viška glicerola, ki nastaja v proizvodnji biogoriva, z vnosom gena za glicerolni transporter v industrijsko uporabne mikroorganizme, s katerimi bi predelovali odpadni glicerol v kemikalije z dodano vrednostjo.
Pomen za razvoj Slovenije
Pred l. 1997 halofilne glive niso bile znane. Izjemno slana voda v delujočem delu Sečoveljskih solin je edino okolje v Sloveniji, ki je naravna ekološka niša halofilne črne kvasovke H. werneckii in še nekaterih drugih halotolerantnih in halofilnih vrst gliv. Čeprav so bile halofilne glive prvič odkrite prav v Sloveniji, sedaj vemo, da predstavljajo pomemben, integralni del mikrobnih solinskih združb po celem svetu. Raziskave mikroorganizmov iz tega edinstvenega okolja so pomembne za proizvajalce soli, saj so Sečoveljske soline del krajinskega parka in eden naših najdragocenejših naravnih in kulturnih spomenikov. Raziskave mikroorganizmov iz tega ekstremnega okolja in njihovo boljše poznavanje bodo morda posredno pripomogli k zaščiti tega okolja in s tem k zaščiti njegove biodiverzitete.
Raziskave ekstremofilnih evkariontskih mikroorganizmov dajejo nova temeljna znanja o življenju. Preučitev mehanizmov prilagajanja na slanost pri mikroorganizmih, ki so bili osamljeni iz našega okolja, je zato posebnega pomena za Slovenijo. Raziskave halofilnih gliv v Sečoveljskih solinah in njihove vključenosti v mikrobno združbo so se začele pred desetletjem v raziskovalni skupini prof. dr. Nine Gunde-Cimerman na Biotehniški fakulteti Univerze v Ljubljani, ki je vodilna raziskovalna skupina v svetu na področju raziskav halofilnih gliv. Končni cilj raziskav halofilnih evkariontskih mikroorganizmov je uporaba tega znanja za premagovanje problema pridelave kulturnih rastlin na področjih, kjer je zemlja zasoljena zaradi namakanja. Predlagani projekt je pomemben zaradi splošnega napredka znanja v Sloveniji in zaradi integracije slovenskih znanstvenikov v evropske in druge raziskave halofilnih mikroorganizmov, ki so sicer v glavnem posvečene prokariontskim mikroorganizmom.
Pomembnost raziskav evkariontskih halofilov odseva v številnih skupnih znanstvenih publikacijah skupine prof. dr. Nine Gunde-Cimerman z vodilnimi znanstveniki na tem področju. Decembra 2008 je raziskovalna skupina objavila 4 izvirne znanstvene članke v tematski številki vodilne mikološke revije Studies in Mycology, med drugim 2 o modelni halofili črni kvasovki Hortaea werneckii. Maja 2010 je raziskovalna skupina, v kateri deluje vodja projekta, organizirala mednarodno srečanje strokovne skupine za črne kvasovke ISHAM, kar je priznanje za slovensko znanost. Rezultati raziskovalnega projekta so bili predstavljeni mednarodni javnosti na konferencah, objavljeni pa bodo tudi v obliki članka.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
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
