Projekti / Programi
Preučevanje mikrobioma kraških podzemnih voda z novejšimi pristopi v metagenomiki
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.05.00 |
Naravoslovje |
Biokemija in molekularna biologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B230 |
Biomedicinske vede |
Mikrobiologija, bakteriologija, virologija, mikologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.06 |
Naravoslovne vede |
Biologija |
podzemne vode, metagenomika, nove tehnologije določanja nukleotidnega zaporedja, genomika ene celice
Raziskovalci (13)
Organizacije (2)
Povzetek
Kar petindevetdeset odstotkov svetovnih zalog tekoče sladke vode najdemo pod zemeljskim površjem. Ta največji kopenski sladkovodni biom je iz mikrobiološkega stališča skoraj neraziskan. Podzemne vode Slovenije zagotavljajo pitno vodo več kot polovici prebivalstva. Kvaliteto teh vodnih virov in morebitno prisotnost patogenih mikroorganizmov še ne spremljamo ustrezno. Posledično imamo tudi zelo malo informacij o sestavi in strukturi prokariontskih združb, ki podzemne vode naseljujejo. Pričujoči predlog projekta si prizadeva postaviti temelje nadaljnjim mikrobiološkim in ekološkim študijam podzemnih voda. V okviru projekta bomo identificirali tiste kraške podzemne vode, ki kažejo minimalen vpliv človeka, in v katerih še najdemo izvirno mikrobioto. Sestavo teh prokariontskih združb bomo opisali z uporabo novejših pristopov v metagenomiki. Nedotaknjenim podzemnim vodam bomo v obdobju enega leta sledili tako, da jih bomo vzorčili v rednih časovnih obdobjih in vzporedno pripravili knjižnice fragmentov metagenomske DNA ter fozmidne knjižnice. Celice, ki so v vodnih vzorcih suspendirane, bomo ločili od celic, vezanih na delce. Nadalje bomo celice ločili po velikosti tako, da bomo vodne vzorce filtrirali skozi filtre različnega premera por. S takšnim načrtom raziskave pričakujemo, da bomo pridobili informacije o vseh pripadnikih mikrobnih združb, vključno z velikokrat spregledanimi bakteriofagi in ultramikrobakterijami. Pričakujemo, da bo analiza metagenomskih knjižnic ovrednotila bogatost/pestrost združbe in njen genetski potencial, pa tudi da bo opredelila mikroorganizme, ki so za delovanje ekosistema posebej pomembni ali posebno razširjeni. V nadaljevanju projekta smo si zastavili cilj, da bomo o ekološko pomemnih mikroorganizmih izvedeli čim več. Zato bomo (i) analizirali daljše odseke genoma, ki jih bomo zajeli v vključkih fozmidnih knjižnic; (ii) načrtno osamiti mikroorganizme na osnovi informacij iz metagenomskih knjižnic ter (iii) pridobili zaporedje genoma s tehnikami genomike ene celice.
Pomen za razvoj znanosti
V okviru projekta smo uporabili metagenomiko za opis strukture in sestave mikrobnih združb podzemnih kraških voda. Projekt izdatno prispeva k razvoju znanosti že z izbiro habitata, saj je večina dosedanjih raziskav bila izpeljana v manjšem obsegu in se je osredotočala pretežno na kontaminirane vode. Dodatno je zanimiva izbira tega habitata, torej tistih voda, ki niso bile podvržene človekovemu vplivu in so ohranjene v »prvotni« obliki. Število takšnih habitatov se v Evropi in v svetu vztrajno zmanjšuje zaradi vedno večjega vpliva človeka na okolje. Poznavanje sestave in strukture prvotnih mikrobnih združb pa je nujno, če naj bi razumeli odzive mikrobnih populacij na spremembe okolja, ki jih povzroča človek. Zato so zbirke biomase, vzorcev DNA, metagenomske knjižnice neprecenljivega pomena ne samo za znanost o okolju, temveč tudi za prihodnost biotehnologije. K slednjemu področju prispevamo z odkrivanjem novih genov, ki jih lahko uporabimo v prehranski, farmacevtski in kemijski industriji. Rekonstrukcija draft genomov na podlagi metagenomskih zaporedij nam tako pokaže presenetljivo genetsko in genomsko pestrost v tako oligotrofnih in hladnih vodah, hkrati pa kaže, kako je moč z uporabo novejših tehnologij sekvenciranja pridobiti obsežen vpogled v nihanja skupin funkcionalnih genov mikroorganizmov ter na tej podlagi sklepati o njihovem pretežnem metabolizmu. Preizkušene eksperimentalne in analitične metode so sedaj na voljo za razširjeno uporabo s strani drugih zainteresiranih raziskovalcev.
Pomen za razvoj Slovenije
Temeljne raziskave imajo redkeje neposreden učinek na gospodarstvo. Pojavljanje številnih bolezni je pogojeno z okoljem. Metagenomske zbirke tako predstavljajo trajen vir podatkov za študije možnih patogenov, njihovih mehanizmov preživetja v okolju in mehanizmov patogeneze, ki jih lahko študiramo na podlagi velikega obsega sekvenc pridobljenih v tem projektu. Znanje o metagenomskih tehnikah in bioinformatiki smo prav tako že prenesli tudi na študente in mlade znanstvenike v okviru magistrskih ter podoktorskih projektov. Pomembno je izpostaviti, da je večina metagenomskih zbirk javne narave in je raziskovalcem prosto dostopna. Popularizacija metagenomike lahko pripelje do razvoja malih podjetij, posvečenim iskanju genov, ki so zanimivi za industrijo in tako prispeva k razvoju lokalne ekonomije. Pričakujemo, da bo projekt prispeval k vzpostavitvi meril za varovanje mikrobiote podzemnih voda in s tem pospešil sodelovanje znanstvenikov in organov, ki nadzorujejo kvaliteto vode. Hkrati pa uporabljani pristop kaže, da je sestav vseh uporabljenih analitskih metod v tem projektu moč uporabiti za rutinsko pregledovanje in kontroliranje kakovosti pitne vode v Sloveniji. S tem ,da smo celoten projekt izvedli v okviru slovenskih javnih raziskovalnih organizacij, kjer smo morali premagati marsikatero institucionalno oviro, pričakujemo, da bo raziskava pozitivno vplivala na razvoj metagenomike v Sloveniji. Četudi se veliko število slovenskih znanstvenikov poslužuje metagenomskega pristopa v okviru svojih študij, ga ne izvajajo v celoti. Pogosto se zanašajo na sodelovanje s tujimi laboratoriji, ki bodisi pripravijo, bodisi analizirajo metagenomske knjižnice. Poleg tega v Sloveniji še nismo izvajali poglobljenih raziskav, ki vključujejo okoljske ultramikrobakterije. V sklopu našega projekta smo uspeli povezati slovenske strokovnjake s področja metagenomike, bioinformatike ter statistike, ki lahko tovrstne raziskave izpeljejo v celoti na domačem ozemlju.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
