Katedra Mikrobiologii

For English version click here

Badania w Katedrze Mikrobiologii UMK mają charakter multidyscyplinarny i obejmują 5 głównych obszarów zainteresowania: interakcje mikroorganizm – gospodarz roślinny, mikrobiologia stosowana i biotechnologia, ekologia i fizjologia mikroorganizmów, mikrobiologia molekularna oraz bioinformatyka / -omika. W naszych laboratoriach pracujemy z bakteriami, grzybami i wirusami roślinnymi.

W Katedrze Mikrobiologii realizowane są następujące tematy badawcze:

1.  Identyfikacja symbiontów mykoryzowych i badanie ich potencjału w poprawie wzrostu roślin

Mykoryza jest mutualistyczną symbiozą tworzoną pomiędzy grzybami a korzeniami roślin. Grzyby mykoryzowe dostarczają gospodarzowi roślinnemu fosfor i inne związki mineralne oraz wodę, podczas gdy grzyb korzysta z cukrów wytwarzanych przez roślinę w procesie fotosyntezy. Mykoryza występuje na korzeniach około 80% roślin naczyniowych. Ze względu na sposób wnikania grzyba do rośliny wyróżnia się dwa główne typy mykoryzy: endomykoryzę i ektomykoryzę. W przypadku endomykoryzy, np. mykoryzy arbuskularno-wezikularnej, strzępki grzyba wnikają do wnętrza komórek korzeniowych tworząc arbuskule i wezikule. Grzyby ektomykoryzowe tworzą tzw. mufkę grzybniową na zewnątrz korzenia i sieć Hartiga pomiędzy komórkami kory pierwotnej. Badania prowadzone w Katedrze Mikrobiologii dotyczą obserwacji symbiontów mykoryzowych w warunkach naturalnych ekosystemów leśnych, jak i wpływu inokulacji tymi grzybami na wzrost i tolerancję stresów abiotycznych, np. zasolenie, przez gospodarza roślinnego. Ponadto, nasze badania dotyczą analizy zbiorowisk tych grzybów pod względem taksonomicznym i funkcjonalnym.

2. Charakterystyka endofitów ze środowisk ekstremalnych i ich rola w ulepszaniu upraw

Endofity to organizmy należące do grzybów i bakterii, które bytują w i pomiędzy komórkami roślin. Interakcja jaką nawiązują z rośliną waha się od symbiotycznej do neutralnej. Ze wszystkich roślin na świecie tylko kilka gatunków roślin jest badanych pod kątem endofitów. Stąd też możliwość znalezienia nowych i interesujących endofitów wśród niezliczonych gatunków roślin jest ogromna. Celem naszych badań jest zbadanie w jaki sposób i dlaczego mikrobiomy endofityczne roślin tak bardzo się od siebie różnią. Nasze kluczowe pytania to: (i) Jakie czynniki środowiskowe determinują te różnice i jakie są konsekwencje dla ekosystemu? (ii) Dlaczego ta różnorodność istnieje i od czego zależy. Niektóre endofity wytwarzają niezwykle cenne substancje organiczne, które mogą stanowić olbrzymi potencjał w rozwiązywaniu nie tylko problemów związanych z chorobami roślin ale również ludzi i zwierząt.

3. Gatunki promieniowców ze środowisk ekstremalnych i ich potencjał aplikacyjny

Promieniowce to bakterie, które powszechnie zasiedlają środowisko glebowe. Ta zróżnicowana grupa bakterii ma duże zdolności przystosowawcze do różnych środowisk, co szczególnie zwraca uwagę naukowców, ponieważ daje możliwość pozyskania nowych metabolitów mogących pomóc w rozwiązaniu wielu problemów związanych ze zwalczaniem opornych szczepów mikroorganizmów, czy w prowadzeniu zrównoważonego rolnictwa.  Promieniowce, które zasiedlają powszechne dobrze zbadane środowiska są już dobrze poznane. Ostatnio uwagę zwrócono ku takim, które zasiedlają środowiska ekstremalne i mogą być niezwykle bogatym i dotąd nieodkrytym źródłem nowych związków bioaktywnych o potencjalnym zastosowaniu w medycynie, rolnictwie czy środowisku.

4. Badania interakcji między wirusami i roślinnymi mikroorganizmami symbiotycznymi zasiedlającymi tego samego żywiciela

Wirusy roślinne są wewnątrzkomórkowymi fitopatogenami porażającymi wiele różnych gatunków roślin, również uprawnych. Wirusy transmitowane są pomiędzy roślinami głównie za pośrednictwem wektorów zwierzęcych (np. owadów, nicieni, roztoczy). Ponadto wykazano, że dodatkowym źródłem infekcji może być sok komórkowy, do wymiany którego dochodzi podczas uszkodzenia tkanek roślinnych. Symptomy chorób roślinnych o podłożu wirusowym są bardzo zróżnicowane, jednak najczęściej obejmują one żółknięcie, występowanie mozaikowatych lub nekrotycznych plam, zaburzenia wzrostu oraz wykształcanie anormalnych owoców. Porażenia wirusowe powodują ogromne straty ekonomiczne w produkcji roślinnej, wynikające z obniżenia plonowania roślin oraz pogarszania jakości zbiorów. Prowadzone przez nas badania dotyczą interakcji pomiędzy wirusami a mikroorganizmami będącymi symbiontami roślin. Symbionty zasiedlając gospodarza roślinnego zapewniają mu szereg korzyści, w tym polepszają kondycję rośliny oraz regulują jej mechanizmy obrony przed patogenami. W związku z tym nasze zainteresowania koncentrują się wokół możliwości wykorzystania symbiontów w charakterze czynników bio-ochronnych przed wirusami. Badamy mechanizmy łagodzenia stresu biotycznego u roślin, które indukowane są przez symbiozę.

5. Biologiczna synteza nanocząstek przez mikroorganizmy

W ostatnich latach różne typy nanocząstek zostały wytworzone i znalazły zastosowanie  w wielu dziedzinach, w tym w medycynie czy rolnictwie. Nanoczastki metali i niemetali wzbudzają zainteresowanie ponieważ wykazują różną aktywność biologiczną, w tym przeciwdrobnoustrojową (np. wobec wielo-opornych szczepów bakterii) czy przeciwnowotworową. Do syntezy nanocząstek wybrano promieniowce i grzyby jako mikroorganizmy o znanej, wysokiej aktywności biologicznej, charakteryzujące się wytwarzaniem i sekrecją wielu białek i/lub metabolitów wtórnych. Biologiczna synteza (zielona synteza) nanocząstek ma przewagę nad metodami chemicznymi i fizycznymi gdyż jest ona łatwa, tania i przyjazna środowisku a wytwarzane nanocząstki opłaszczone molekułami pochodzenia naturalnego.

6.  Zastosowanie bakterii stymulujących wzrost roślin (PGPB) do zwalczania mikroorganizmów chorobotwórczych dla człowieka (HPMO, ang. Human Pathogenic Microorganisms)

HPMO charakteryzują się olbrzymimi możliwościami ułatwiającymi im przetrwanie w środowisku w którym żyją. Mają zdolność do migracji i kolonizacji różnych organów roślinnych takich jak korzenie, pędy, kwiaty i owoce. Proces mycia np. owoców może jedynie zredukować ryzyko zakażenia, dlatego głównym problemem podczas ich zwalczania jest próba ich pozbycia się również z wnętrza jadalnych organów. Do zakażenia roślin przez HPMO może dochodzić podczas ich uprawy, zbiorów, przewozu czy sprzedaży. Obserwowany od kilku lat wzrost ilości spożwanych nieprzetworzonych warzyw spowodował wzrost przypadków zachorowań powodowanych przez HPMO. Dlatego też nasze badania skupiają się na wykorzystaniu bakterii stymulujących wzrost roślin do zwalczania HPMO.

7. Badanie mikroorganizmów solubilizujących związki fosforu (PSMs)

 Mikroorganizmy solubilizujące związki fosforu (PSM, ang. Phosphate Solubilizing Microbes) to grupa mikroorganizmów zdolnych do hydrolizy organicznych i nieorganicznych nierozpuszczalnych związków fosforu do form o lepszej rozpuszczalności, które mogą być bezpośrednio asymilowane przez rośliny. Ponieważ rezerwy fosforu na naszej planecie są ograniczone, mikroorganizmy solubilizujące fosfor stały się popularnym tematem wśród naukowców z całego świata. Wykazano, że tylko ok. 30% fosforu znajdującego się w sztucznych nawozach jest przyswajane przez rośliny. Reszta fosforu zostaje szybko związana przez takie jony jak Ca, F czy Al i staje się niedostępna dla roślin, przyczyniając się do np. eutrofizacji wód powierzchniowych. Mikroorganizmy solubilizujące fosfor mogą być wykorzystywane do utrzymania znacznych ilości fosforu w ciągłym obiegu. Badania prowadzone w naszej Katedrze skupiają się na izolacji, identyfikacji oraz charakterystyce bakterii i grzybów solubilizujących związki fosforu.

8. Ocena wpływu związków przeciwbakteryjnych na bakterie

Bakteryjna adhezja jest procesem złożonym, obejmującym specyficzne i niespecyficzne oddziaływania związane z właściwościami fizykochemicznymi komórek, powierzchnią i warunkami środowiskowymi. Wiele bakterii wykazuje zdolność adhezji do powierzchni różnych materiałów. Adhezja i tarcie są blisko ze sobą powiązane i odgrywają ważną rolę w wielu procesach biologicznych. Kierunek przyłożenia siły wpływa na  podatność na zerwanie wiązań niektórych układów biologicznych z podłożem. Badając siły tarcia i siły adhezji poprzeczne do powierzchni, można uzyskać informacje, niezbędne do projektowania powierzchni antyadhezyjnych lub łatwych do czyszczenia. Odkrycie nowych środków przeciwbakteryjnych wymaga zbadania mechanizmu ich działania. Antybiotyki powodują szereg zmian morfologicznych u bakterii, które mogą modyfikować właściwości fizykochemiczne komórki, wpływając na hydrofobowość, adhezję, tworzenie biofilmu lub ruchliwość. Celem naszych badań jest określenie wpływu środków przeciwbakteryjnych na morfologię i właściwości adhezyjne bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM).