Vědecké zaměření

Prozkoumejte naši aktivitu v jednotlivých oblastech výzkumu:

Biofilmy

Řešitelé: prof. Ing. Jan Masák, CSc., prof. Ing. Alena Čejková, CSc., doc. Ing. Olga Maťátková, PhD., doc. Ing. Irena Kolouchová, Ph.D., Ing. Eva Vaňková, Ph.D.

Biofilmy lze definovat jako strukturované společenství mikroorganismů kolonizujících pevné abiotické povrchy, tkáně nebo fázová rozhraní, obklopená matrix (EPS, extracelulární polymerní látky) a vykazující významně odlišný fenotyp buněk. Jedná se o nejběžnější formu života mikroorganismů v přírodě. Přítomnost mikroorganismů v biofilmu je výsledkem účelového chování regulovaného na úrovni mezibuněčné komunikace založené na produkci a vnímání signálních molekul. Mikroorganismy žijící v biofilmu mají odlišný fenotyp ve srovnání s planktonní populací. Tento fenotyp je charakteristický zvýšenou odolností vůči toxickým látkám a celkově vůči vnějšímu prostředí, je provázen zvýšenou produkcí extracelulárních polymerních sloučenin, má zcela odlišný proteinový profil a s tím související změny v katabolismu i anabolismu. Schopnost tvorby biofilmu je také projevem virulence patogenních mikroorganismů. Z těchto obecných poznatků o biofilmech vycházíme při řešení následujících konkrétních témat:

• Metodologie přípravy biofilmů různých buněčných typů na různých typech nosičů a v odlišných podmínkách vnějšího prostředí, sledování vlastností vytvořených biofilmů – metabolická aktivita, celková biomasa, EPS, struktura biofilmu etc..
• Studium antibiofilmové aktivity přírodních látek, které zasahují do regulace tvorby biofilmu (interference s přirozenými signálními molekulami), respektive ovlivňují stabilitu biofilmové matrice. Využití těchto poznatků k potlačení mikrobiální kolonizace nástrojů či implantátů používaných v medicíně.
• Studium produkce faktorů virulence biofilmových i suspenzních populací, hledání možností zabránění jejich produkce pomocí přírodních látek.
• Studium vztahů mezi přítomností a koncentrací specifických signálních molekul (zejména acyl-homoserinových laktonů) a tvorbou a stabilitou bakteriálních biofilmů.
• Studium zvýšené rezistence biofilmových populací umožňujících účinný rozklad toxických látek v životním prostředí

3D zobrazení biofilmu Trichosporon cutaneum pomocí konfokální mikroskopie: kontrola (a), působení stilbenu resveratrolu o koncentraci 160 mg/L (b).

Interakce nanočástic a mikroorganismů

Řešitelé: prof. Ing. Alena Čejková, CSc., prof. Ing. Jan Masák, CSc., doc. Ing. Olga Maťátková, PhD.

Nanočástice, díky své velikosti, disponují fyzikálně-chemickými vlastnostmi, kterými se liší od příslušných makroskopických analogů. Velikost částic v rozmezí od 1 do 100 nm umožňuje relativně snadný průnik buněčnými membránami do cytosolu, kde mohou dále interagovat s buněčnými komponentami. Vysoká hodnota jejich specifického povrchu usnadňuje interakce s buněčným povrchem. Nesporná výhoda nanočástic spočívá v komplexním mechanismu jejich působení. Je zřejmé, že nanočástice interferují s více buněčnými pochody současně. Proto pravděpodobnost vývoje mikroorganismů rezistentních vůči účinkům nanočástic je velmi omezená. Pro biologické aplikace je značná pozornost věnována nanočásticím kovů a jejich oxidů.

V  souvislosti s komplexním poznáním biologického účinku nanočástic Fe⁰, Au⁰, Ag⁰   (a dalších) vůči jednobuněčným organismům (prokaryota i eukaryota) jsou řešena následující témata:

• Vliv nanočástic na populace jednobuněčných mikroorganismů je sledován na úrovni růstových charakteristik a reprodukční aktivity.
• Studium změny buněčné morfologie a cytologie v souvislosti s toxicitou nanočástic.
• Studium projevů oxidativního stresu – lipoperoxidace, karbonylace proteinů, akumulace reaktivních forem kyslíku, aktivita enzymů ochraňujících buňku před působením kyslíkových radikálů.
• Možnost ochrany buněk před toxickými účinky nanočástic aplikací přírodních látek.

Ag nanočástice vzniklé biosyntézou pomocí extraktu z odpadů získaných při zpracování révy vinné (Vitis vinifera).

Mikrobiální produkce lipidů

Řešitelé: doc. Ing. Irena Kolouchová, PhD., doc. Ing. Olga Maťátková, PhD., spolupráce: MBÚ AVČR

Mikroorganismy vytvářejí jako zásobní látky lipidy, jejichž hlavní složkou jsou triacylglyceroly (TAG). Informace o přesném složení TAG směsí je rozhodující pro pochopení jejich biosyntézy a tedy i jejich nadprodukci. Úplná charakterizace frakce TAG lipidů vyžaduje oddělení všech jednotlivých TAG a následnou kvantifikaci.

Mnoho druhů řas a sinic má schopnost produkovat značné množství (například 20 až 50% sušiny) triacylglycerolů jako zásobní lipidy. Mikroorganismy, které jsou adaptované na nízké nebo vysoké teploty mají také značný potenciál v biotechnologiích, protože akumulují velká množství lipidů, jsou schopny efektivně regulovat složení lipidů a upravit fluiditu membrán.

Oleogenní bakterie, které produkují mikrobiální lipidy ve vysokém množství, jsou schopny akumulovat TAG v nedostatku N-zdroje a je možné je kultivovat na neobvyklých zdrojích uhlíku. Lipokiny jsou mastné kyseliny s množstvím pozitivních účinků na lidské zdraví. Důležitým lipokinem je kyselina palmitolejová (9-16: 1), která přispívá, například ke zmírnění zánětlivých onemocnění, ochraně kardiovaskulárního systému, a inhibici nádorových onemocnění. Kvasinky patří mezi atraktivní zdroje palmitolejové kyseliny a jiných prospěšných mastných kyselin, které se nacházejí v buňkách kvasinek buď jako polárních lipidů, např fosfolipidů nebo glykolipidy, nebo jako neutrální lipidy, tj triacylglyceroly.

• Možnosti produkce mikrobiálních lipidů kvasinkami, bakteriemi, řasami
• Možnosti produkce esenciálních mastných kyselin mikroorganismy
• Produkce specifických mastných kyselin pro využití v medicíně a kosmetickém průmyslu
• Možnost produkce biodieselu pomocí kvasinek
• Studium lipidů extrémofilních mikroorganismů

Vitis vinifera

Řešitelé: doc. Ing. Irena Kolouchová, PhD., doc. Ing. Olga Maťátková, PhD., prof. Ing. Alena Čejková, CSc., spolupráce: EPS biotechnology s.r.o., Vinné sklepy Kutná Hora s.r.o., Vinselekt Michlovský a.s., Nové Vinařství a.s.

Réva vinná (Vitis vinifera) patří mezi kulturní plodiny a byla domestikována jako jedna z prvních ovocných plodin. Používá se jak pro přímou konzumaci, tak i pro výrobu hrozinek a ke zpracování ve vinařském průmyslu. Vinná réva je bohatým zdrojem antioxidantů a polyfenolových látek.

Fyziologický stav révy vinné je ovlivněn mnoha faktory, mezi které patří zejména klimatické podmínky (biotický a abiotický stres) v daném roce a způsoby ošetřování révy. Všechny tyto faktory mají vliv na zdravotní stav révy, který v důsledku ovlivňuje i výnos hroznů a jsou s ním spjaté i změny v obsahu antioxidantů. Na stresové působení réva reaguje různými mechanismy, mezi které patří i syntéza a transport antioxidantů, ale také produkcí sekundárních metabolitů, které jsou syntetizovány nejen révou, ale i její endofytní mikroflorou. Fyziologický stav révy je ovlivňován i používanými postřiky ve vinohradnictví, kde je stále častěji kladen důraz na používání přírodních preparátů k ochraně révy a životního prostředí.

Technologie výroby vín patří mezi tradiční biotechnologie, které byly využívány již od starověku. Ale také v nich se mění biotechnologické přístupy a možnosti a to nejen s rozvojem technologie zpracování hroznů nebo filtrace, ale také z pohledu nabídky kvasinkových kmenů pro kvašení moštu. 

V posledních letech také narůstá zájem výrobců potravin o navýšení výživově prospěšných látek v jejich produktech. Mezi tuto skupinu látek patří i polyfenolové antioxidanty, mezi které se řadí i resveratrol. Limitujícím faktorem příjmu polyfenolových látek je biodostupnost, která často souvisí s jejich omezenou rozpustností ve vodných roztocích. Mezi zajímavé zdroje polyfenolových antioxidantů patří víno. Z důvodů legislativních požadavků je k navýšení obsahu výživově prospěšných látek možné použít jen úpravu technologie výroby. 

Vývoj nových technologií výroby vín se zvýšeným obsahem biologicky aktivních látek

• Vývoj technologií výroby nízkoalkoholických a nealkoholických vinných nápojů s biologicky aktivními látkami a antioxidanty
• Možnosti využití vinařského odpadu jako zdroje biologicky aktivních látek
• Nové způsoby ochrany révy v organickém zemědělství
• Nové technologie výroby vinných nápojů
• Změny v zastoupení endofytní populace v révě v průběhu vegetačního roku a jako odpověď na stresové působení
• Biotechnologicky využitelné produkty metabolismu endofytních plísní révy

Technologie destilátů

Řešitelé: doc. Ing. Irena Kolouchová, PhD., doc. Ing. Olga Maťátková, PhD.

Výroba ovocných destilátů patří mezi tradiční biotechnologie. Stejně jako výroba vína jsou ovocné destiláty vyráběny již od starověku. V současné době se mění pohled na tradiční výrobu, zejména se stále více používají čisté kultury kvasinek pro zakvašení rmutu. Správnou technologií kvašení ovoce a jeho následné destilace může být dosaženo nejen špičkové kvality destilátu, ale i zvýšení výtěžnosti produkce.

• Vliv úpravy technologie kvašení a destilace na analytickou a senzorickou kvalitu destilátů