Laboratoř aplikované biologie

Personální obsazení

• prof. Ing. Jan Masák, CSc.
• prof. Ing. Alena Čejková, CSc.
• prof. Ing. Irena Jarošová (Kolouchová), Ph.D.
• doc. Ing. Olga Maťátková, Ph.D.
• Ing. Markéta Kulišová, Ph.D.
• Ing. Dominik Maršík, Ph.D.
• Ing. Jana Michailidu, Ph.D.

Biofilmy

Řešitelé: prof. Ing. Jan Masák, CSc., prof. Ing. Alena Čejková, CSc., doc. Ing. Olga Maťátková, Ph.D., prof. Ing. Irena Jarošová (Kolouchová), 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.

Rostlinné extrakty, biostimulanty a sekundární metabolity

Řešitelé: Ing. Jana Michailidu, Ph.D., doc. Ing. Olga Maťátková, Ph.D.

Rostliny a houby jsou bohatým zdrojem biologicky aktivních látek. Rostlinné extrakty studujeme jako celek, sledujeme jejich antimikrobiální a antibiofilmové účinky a využíváme je při zelené biosyntéze nanočástic kovů. Na rostlinách hodnotíme účinky biostimulantů nedestruktivními metodami, včetně multispektrální analýzy a 3D skenování. U hub se zaměřujeme na produkci sekundárních metabolitů a možnosti jejího ovlivnění. Pomocí genomových analýz (genome mining) vyhledáváme biosyntetické genové klastry odpovědné za tvorbu bioaktivních látek.

• Antimikrobiální a antibiofilmové účinky rostlinných extraktů.
• Rostlinné biostimulanty a jejich vliv na růst a fyziologický stav rostlin.
• Produkce sekundárních metabolitů hub a její ovlivnění.
• Genome mining biosyntetických genových klastrů.

Réva vinná

Řešitelé: prof. Ing. Irena Jarošová (Kolouchová), Ph.D., doc. Ing. Olga Maťátková, Ph.D., 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

Mikrobiální produkce lipidů

Řešitelé: prof. Ing. Irena Jarošová (Kolouchová), Ph.D., doc. Ing. Olga Maťátková, Ph.D.
Spolupráce: MBÚ AV ČR

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 polární lipidy, např. fosfolipidy 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