Laborator aplikované mikrobiální ekologie Ondřeje Uhlíka

Obor mikrobiální ekologie se zaměřuje na studium interakcí mikroorganismů s ostatními složkami jejich přirozeného prostředí a na důsledky těchto interakcí pro fungování ekosystémů.

Metabolická aktivita mikroorganismů je zároveň zásadní pro fungování všech známých ekosystémů v biosféře. Obrovská diverzita v říši mikroorganismů je nejen fascinující, ale také je klíčem k tomu, abychom porozuměli evoluci mikroorganismů a mechanismům, díky kterým se mikroorganismy přizpůsobují podmínkám životního prostředí.

Výzkumné zaměření laboratoře

Zkoumáme interakce rostlin a mikroorganismů. Během evoluce se mezi rostlinami a mikroorganismy vytvořila celá řada interakcí, které jsou dnes esenciální nejen pro jejich existenci, ale pro fungování celé biosféry.

Neméně důležité je pro nás i porozumět interakcím mezi mikroorganismy a rostlinami. Proto se v našem výzkumu zabýváme studiem mechanismů, jak rostliny prostřednictvím sekundárních metabolitů utvářejí a ovlivňují strukturu mikrobiálních komunit v půdě a jakým způsobem takto ovlivňují schopnost bakterií degradovat polutanty v životním prostředí. V opačném směru těchto interakcí zkoumáme, jak rhizosferní mikroorganismy podporují růst jejich rostlinných partnerů a nakolik osidlují jejich vnitřní prostředí, tzv. endosféru.

Výsledky našeho základního výzkumu tak mají přesah i do aplikační sféry, např. identifikujeme metabolicky aktivní mikrobiální populace v kontextu jejich životního prostředí bez potřeby kultivace.

Čtěte také: Laboratoře a kvalita ovzduší

Sekundární metabolity rostlin a půdní mikroorganismy

Jedním z příkladů je rozklad organické hmoty rostlinného původu půdními mikroorganismy. Pro půdní ekologii se zdají být velmi důležité sekundární metabolity rostlin - jednak mohou pro některé heteroorganotrofní populace sloužit jako zdroj uhlíku a energie, ale jednak mohou působit antimikrobiálně či narušovat bakteriální signalizaci.

Z těchto důvodů je jedním z našich hlavních výzkumných záměrů ověření hypotézy, že sekundární metabolity rostlin patří mezi dominantní faktory zodpovědné za kontrolu struktury a metabolické aktivity půdních mikrobiálních komunit. Diverzita struktur sekundárních metabolitů může být mj. důsledkem neustávajícího zápasu rostlin s herbivory a patogeny. Koktejl těchto sloučenin má ale zároveň přímý vliv na půdní mikrobiální populace, které byly nucené si vyvinout mechanismy degradace či detoxikace těchto látek.

Nabízí se tedy hypotéza, že enzymy, které byly do nedávné minulosti považovány za prostředek k degradaci antropogenních organických polutantů, mohou ve skutečnosti být původně určeny k degradaci/detoxikaci sekundárních metabolitů rostlin a k degradaci antropogenních sloučenin jsou využívány druhotně díky své široké substrátové specificitě. Zároveň je naší hypotézou, že mikroorganismy disponující těmito enzymy v důsledku dlouhodobé symbiózy v průběhu evoluce svou metabolickou aktivitou přispívají k podpoře růstu rostlin (tzv.

Mikrobiální ekologie unikátních biotopů

Zabýváme se mikrobiální ekologií geologicky unikátních biotopů. V České republice se vyskytuje velké množství minerálních pramenů, z nichž například horké, radonové a solné prameny představují unikátní ekologická stanoviště. Vzhledem k extrémnímu charakteru prostředí těchto biotopů a jejich dlouhodobé izolovanosti od vnějších vlivů lze předpokládat i přítomnost fylogeneticky a metabolicky unikátních mikrobiálních společenstev.

Ačkoliv jsou mnohé podobné prameny považovány za kulturní dědictví především pro své léčivé účinky (v České republice například léčivé prameny v Jáchymově, Karlových Varech či Luhačovicích), mikrobiální osídlení těchto ekosystémů zůstává prakticky nepopsáno. Jedním z výzkumných cílů naší laboratoře je podrobná charakterizace mikrobiálních společenstev pramenů karlovarských a jáchymovských, a to jak z hlediska jejich diverzity, ekofyziologie, tak i funkčního potenciálu. Výsledky tohoto výzkumu rozšiřují neustále rostoucí strom života o nové větve.

Čtěte také: Zaměření laboratoře na vektory a patogeny

Geotermálně vyhřívaná podzemní voda přitahuje pozornost mikrobiologů již desítky let díky svým unikátním chemickým a termálním profilům. Analýzy těchto jedinečných ekosystémů identifikovaly mnoho nových větví ve fylogenetickém stromu života jak bakteriálního, tak archaeálního původu. Přestože se v západních Čechách nachází mnoho léčivých termálních pramenů, které jsou považovány za národní poklad, jejich mikrobiální život zůstává prakticky neprozkoumaný. Naše předběžné analýzy odhalily obrovskou mikrobiální diverzitu těchto jedinečných ekosystémů, daleko za očekáváním, pokud jde o fylogenetickou i funkční/metabolickou novost.

Používané metody

Mikroorganismy, jejichž aktivita je klíčová pro určitou bio(geo)chemickou funkci v ekosystému, nejsou mnohdy v komunitě příliš hojně zastoupené. Proto používáme techniky mikrobiální ekologie, které umožňují příslušné ekosystémové funkci přiřadit její původce, např. stable isotope probing či epicPCR.

V neposlední řadě jsme si vědomi důležitosti čisté kultury v mikrobiologii. Proto se snažíme modifikovat standartní extrakční a kultivační postupy tak, abychom zvýšili účinnost izolace mikroorganismů z půdy, vody, rostlinné endosféry a jiných matric. Docilujeme toho buď použitím různých resuscitačních faktorů a signálních molekul a/nebo během kultivace lépe napodobujeme podmínky přirozeného prostředí mikroorganismů.

Pro řešení našich projektů využíváme moderní metody založené (nejen) na analýze nukleových kyselin, jako je metamikrobiomika a metagenomika, či značení stabilními isotopy, ale také modifikované přístupy ke kultivaci mikroorganismů.

Aktuální projekty

• European Commission Grant 101060625, NYMPHE, New system-driven bioremediation of polluted habitats and environment.
• GAČR 25-15226S, Skryté klenoty mikrobiální diverzity: Geotermálně ohřívané podzemní vody jako zdroj fylogeneticky nových a metabolicky vzácných prokaryot.
• GAČR 22-00132S, Život na rozhraní: ekologie mikroorganismů asociovaných s rostlinami.
• GAČR 22-00150S, Kdo je ten zodpovědný? Propojení přeměny organochlorových sloučenin s konkrétními bakteriálními populacemi.
• GACŘ 23-06568S (ve spolupráci s PřF UK), Dynamika a údržba genomů v jednoduchých a homogenních přirozených komunitách prokaryot.
• GAČR 20-00291S, Ekologické funkce půdních mikroorganismů ovlivňované sekundárními metabolity rostlin.
• MŠMT ČR LTAUSA19013 ve spolupráci s University of Alaska Fairbanks, AK, USA, Mikrobiální kometabolismus: Propagace biodegradace polutantů.
• MŠMT ČR LTAUSA19028 ve spolupráci s US Geological Survey, Menlo Park, CA, USA, Mikrobiomy vybraných extrémních biotopů - jejich fylogenetická diversita a funkční potenciál.
• GAČR 18-00036S, Ekologie extrémofilních mikroorganismů ve vodách kulturně významných českých pramenů.

Jsme tým mladých přátelských entuziastických vědeckých pracovníků a studentů pracujících s velkým nasazením.

Čtěte také: Environmentální chemie a vybavení laboratoří

tags: #laborator #aplikovne #mikrobialni #ekologie #ondrej #uhlik

Oblíbené příspěvky:

• Vliv Bedřicha Moldana na ochranu ovzduší
• Více o studijním programu Sociální a Kulturní Ekologie
• Cíle nulových emisí ve Velké Británii
• Potenciál OZE
• Cesta k harmonii a zdraví