Projekti / Programi
Mikrobiologija in biotehnologija živil in okolja
01. januar 2015
- 31. december 2021
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.00 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B230 |
Biomedicinske vede |
Mikrobiologija, bakteriologija, virologija, mikologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.04 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijska biotehnologija |
Bakterije, kvasovke, patogeni, varna in kvalitetna hrana, varnost okolja, mikrobne interakcije, signaliziranje, biofilmi, odzivi mikrobov na stres, odpornost na antibiotike, virulenca, novi antibiotiki in zdravila, mikrobne združbe, metagenomika, encimi, metabolni inženiring, boiosintezna kemija.
Raziskovalci (42)
Organizacije (2)
Povzetek
Mikroorganizmi imajo ključno vlogo pri kroženju snovi v naravnem okolju, izjemno pomembni pa so tudi v številnih gospodarskih panogah, vključno s proizvodnjo varne in kakovostne hrane. Mikrobi odločilno vplivajo na zdravje rastlin, živali in ljudi ter na številne biotehnološke procese in aplikacije. Tekom milijonov let evolucije so razvili številne mehanizme medceličnih komunikacij in mreženja, zato lahko njihovo ekologijo in evolucijo preučujemo in bolje razumemo le v kontekstu socialnih interakcij, ki so jih razvili in katerih del so. Predpostavljamo, da odzive mikrobnih celic in njihovih združb v naravnih in proizvodnih okoljih oblikujejo njihovi kompetitivni in kooperativni odnosi, ki so temelj vseh mikrobioloških aktivnosti v zunanjem okolju (npr. v tleh), v živilih in v industrijskih procesih in bioreaktorjih. Razumevanje teh procesov je nujno za zagotavljanje kakovosti tal in rastlinske proizvodnje, varnosti in kakovosti hrane ter za optimizacijo biotehnoloških aplikacij (npr. proizvodnje protimikrobnih zdravil, fermentirane hrane, biološke obdelave odpadnih voda, vrednotenje in obdelavo odpadkov itd.). Na osnovi tega sklepamo, da bo poznavanje biotskih in abiotskih mikrobnih interakcij, tako na nivoju molekul, mikrobnih celic ali kompleksnih mikrobnih združb v ekološkem in evolucijskem smislu poglobilo naše razumevanje delovanja mikroorganizmov oziroma njihovih združb. To bo imelo pomembne posledice za nadaljni razvoj strategij izkoriščanja pozitivnih in obvladovanja negativnih učinkov mikroorganizmov. Preverjanju te krovne hipoteze, ki povezuje naše raziskave, bomo posvetili 5 delovnih sklopov (DS) programa: 1. Ekologija in evolucija socialnih mikrobnih interakcij; 2. Biofilmi in mehanizmi stresnega odziva mikroorganizmov; 3. Sestava in speciacija mikrobnih združb in njihovi odzivi na okoljske spremembe; 4. Nove strategije in metode za izboljšanje varnosti in kakovosti hrane. 5. Odkrivanje in študij novih biološko aktivnih molekul za boj proti boleznim in zaščito okolja. Sodelujoče skupine BF-UL in Acies Bio so v zadnjih letih odločilno prispevale k teoretičnemu in aplikativnemu razvoju predlaganih raziskovalnih področij in bodo tudi v prihodnje komplementarno prispevale ključne raziskovalne modelne sisteme, omogočale vrhunsko raziskovalno okolje za razvoj in vzgojo mladih raziskovalcev ter zagotavljale napredek ključnih biotehnoloških procesov, ki temeljijo na uporabi mikroorganizmov. Oblikovati želimo inovativno platformo, ki bo vključevala in povezovala najnovejše dosežke bioinformatike in modeliranja z in vitro in in situ študijami za poglobljeno razumevanje mikrobnih interakcij. Na osnovi tega bomo pridobljeno znanje uporabili za učinkovitejšo aplikacijo mikrobiologije in biotehnologije v trajnostnem zagotavljanju razvoja in proizvodnje varnih, kakovostnih in obstojnih tradicionalnih in inovativnih živilskih izdelkov ter trajnostno zaščito našega okolja.
Pomen za razvoj znanosti
Mikroorganizmi so najpomembnejši prebivalci našega planeta, ki vplivajo na vse nivoje človekovega življenja. Cilji programa P4-116 so vezani na raziskave mikroorganizmov in njihove vloge pri zagotvaljanju varne hrane, zdravega okolja in novih biotehnološko zanimivih bioloških učinkovin (antibiotikov, imunomudolatorjev, encimov, polimerov).Program je skozi usmerjenost v mikrobiologijo in biotehnologijo tesno vezan na prioritete Horizont 2020 in ključen za razvoj slovenske znanosti. Z uporabo “state of the art” raziskovalne tehnologije pa posega v sam vrh svetovne znanosti. Na kratko, pomen programa za razvoj znanosti temelji na novi paradigmi vezani na spoznanja, da mikroorganizmi živijo v kompleksnih združbah, katerih sestava in funkcija je odvisna predvsem od socialnih odnosov mikrobnih celic ter njihove sposobnosti prilagajanja na fizikalno-kemične spremembe okolja. Pogled na mikrobne združbe s stališča socialne evolucije je nov in bo močno vplival na spoznanja o mikroorganizmih v naslednjih desetih letih. Ker smo edini v Sloveniji in med vodilnimi v svetu, ki preučujejmo mikrobe iz socialnega vidika že več let, verjamemo, da bodo našibodoči rezultati izredno zanimivi za široko znanstveno skupnost. To potrjuje naša nedavna objava te tematike vprestižni reviji PNAS. Medcelične interakcije med mikroorganizmi so še posebej močnev biofilmih, kjer so celice ovite v polimerni matriks (EPS). Struktura EPS je le deloma poznana, praktično nič pa ne vemo o nanometrski prostorski strukturiranosti EPS in njenem vplivu na difuzijo signalnih in drugih molekul ter na odzive mikroorganizmov. V programu bomo nadaljevali z dololočanjem strukturiranosti in dinamike EPS na nanometrski skali, kar je unikatno v svetovnem merilu in zato še posebej inovativno. Poleg tega bomo vrednotili odpornost/odziv mikroorganizmov v biofilmih na spojine rastlinskega izvora, kar je glede na znano povišano odpornost mikrobov v biofilmih izredno pomembno. Spoznanja o temeljnih procesih sodelovanja in kompeticije med mikroroganizmi bomo uporabilia kontrolo patogenih mikroorganizmov v agroživilski industrij in pri proučevanju konkretnih biotehnoloških procesov (npr. fermentacija mošta, pospeševanje rasti rastlin) in zi. Zato bomo v programu znotraj celotne proizvodne verige pridobivanja hrane preverjali nove postopke uporabo bakteriofagov, bioaktivnih spojin in probiotikov za modulacijo mikrobiološke aktivnosti in zmanjšanja škodljive mikrobne obremnjenosti v perutninskih in pekovskih izdelkih. Poudarek bo nastresnih odzivih mikrobov, kjer bomo spremljali odzive na nivoju enega gena/proteina/signala; na nivoju globalnega odziva populacije s tehnologijo omik; ter sflurescenčno/konfokalno mikroskopijo odzive na nivoju posamezne mikrobne celice v populaciji in tudi prostorsko. Zgoraj našteti “state of the art” pristopi bodo zagotovili spoznanja o fiziologiji mikrobov in o njihovih koristnih (biološke čistilne naprave) ali zelo škodljivih (npr. obraščanje površin katetrov) biofilmih. Le v ZDA biofilmi povzročajo škodo v obsegu 500 miljard dolarjev letno. Poleg komercialnega pomena to področje predstavlja izrazit znanstveni izziv, ki bo tesno vezan tudi na raziskave mikrobnih združb v naravnih in procesnih okoljih. Uporaba molekularnih, od gojenja mikroorganizmov neodvsinih tehnologij, kot je npr. metagenomika, bo zagotovila poglobljeno razumevanje ekoloških zakonitosti in izolacijo želenih biotehnološko pomembnih genetskih zapisov iz okolja (npr. genov, ki kodirajo zanimive encime, biosintezne lokuse). V laboratoriju znamo gojiti le 1-5% vseh mikroorganizmov, zato ti pristopi v agroživilstvu predstavljajo prvovrsten raziskovalni izziv in so ključni za boljšezagotavljanje varne, stabilne in visokokvalitetne hrane ter pot do novih biološko aktivnih spojin in encimov pomembnih v medicini (antibitioki), industriji (biosintezni procesi, biogoriva), okolju (odstranjevanje onesnažil). Optimizacija njihove sinteze in aktivnosti je vezana na razumevanje ekologije mikrob
Pomen za razvoj Slovenije
Naša programska skupina izvaja temeljne in aplikativne raziskave na področju živilstva, farmacevtske biotehnologije, razvoja industrijskih bioprocesov in okoljske tehnologije. Vsa navedena področja so ključnega pomena za družbo (varnost živil, razvoj novih zdravil, razvoj novih okolju prijaznih tehnologij in procesov ter varstvo okolja), hkrati pa doprinašajo k povečanju konkurenčnosti slovenskega biogospodarstva (kjer deluje nekaj največjih delodajalcev z najvišjo dodano vrednostjo v državi) ter tudi sicer za trajnostno in na znanju temelječe gospodarstvo v Sloveniji in Evropi. Prav tako se tematika raziskovalnega dela programske skupine popolnoma sklada s slovensko strategijo pametne specializacije na področju hrane, zdravja in okolja.
Obsežno raziskovalno sodelovanje z industrijskimi partnerji in javnimi institucijami jasno kaže na to, da so raziskave programske skupine izjemnega tako ekonomskega kot javnega pomena. Raziskovalci iz naše programske skupine tesno sodelujejo z vodilnimi slovenskimi industrijskimi partnerji, kot so farmacevtske družbe Krka, Lek (Sandoz) in Medis, družbe iz živilske industrije Ljubljanske mlekarne, Mlekarne Celeia, Panvita, Mlinotest in Vitiva, tovarna kemičnih izdelkov TKI Hrastnik, Centralna čistilna naprava Domžale-Kamnik in mnoge druge, tudi vodilne multinacionalne korporacije s tega področja. Ena izmed glavnih prioritet programske skupine bo tako utrjevanje in širitev tovrstnega industrijskega sodelovanja z namenom povečanja konkurenčnosti slovenskega gospodarstva.
Rezultati dela programske skupine bodo omogočili tudi ustvarjanje nove intelektualne lastnine, ki jo bomo zaščitili z mednarodnimi patentnimi prijavami. To bo še dodatno povečalo konkurenčnost in mednarodno prepoznavnost programske skupine, še posebej industrijskega partnerja ACIES BIO (SME), ki je že mednarodno uveljavljeno na področju razvoja, zaščite intelektualne lastnine in komercializacije inovativnih tehnologij. Podjetje tudi zaposluje mnoge mlade znastvenike, ki so v preteklosti sodelovali pri znanstveno-raziskovalni dejavnosti te programske skupine.
Aktualne in aplikativne raziskave programske skupine bodo tako občutno doprinesle k zaposljivosti mladih znanstvenikov. Pridobljeno znanje in dosežki bodo na voljo širši javnosti, predvsem dodiplomskim in podiplomskim študentom v Sloveniji in drugod, kar bo povečalo motivacijo mlajših generacij študentov, da se odločijo za karierno pot na področju farmacevtske biotehnologije. Programska skupina je bila v preteklosti izjemno dejavna pri organizaciji lokalnih in mednarodnih znanstvenih, pa tudi ne-znanstvenih konferenc in s to tradicijo nameravamo nadaljevali tudi v prihodnje ter s tem doprinesti k promociji Slovenije in slovenske znanosti v svetu.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
