Základný výskum
Charakterizácia cytoskeletárneho proteínu RodZ z Bacillus subtilis

Autori: K. Muchová, Z. Chromiková, I. Barák

Najdôležitejším výsledkom riešených projektov je objasnenie úlohy RodZ proteínu v bunkách B. subtilis. Konzervatívny membránový proteín RodZ bol len nedávno identifikovaný bioinformatickými metódami vo väčšine Gram-negatívnych a Gram-pozitívnych baktérií. Cieľom našej práce bolo zistiť či v bunkách B. subtilis existuje funkčný homológ RodZ, identifikovaný pôvodne v Escherichia coli a Caulobacter crescentus, a prípadne objasniť jeho funkciu. Hlavnú úlohu pri udržaní tvaru bunky B. subtilis zohrávajú cytoskeletárne proteíny MreB, Mbl a MreBH. Tieto proteíny sú organizované do helikálnych úsekov umiestnených tesne pod cytoplazmatickou membránou. Taktiež samotná inzercia peptidoglykanu do bunkovej steny sa uskutočňuje helikálnym spôsobom. V našej práci sme zistili, že aj RodZ proteín sa v cytoplazmatickej membráne lokalizuje v helikálnych úsekoch. Tiež sme ukázali, že stabilita RodZ a jeho lokalizácia závisí od cytoskeletárneho proteínu MreB, ale nie od Mbl a MreBH. Naše analýzy ukázali, že RodZ je esenciálny proteín. Štúdium fenotypov rodZ mutantných kmeňov objasnilo úlohu RodZ v zachovaní tyčinkovitého tvaru bunky, keďže pri nízkej hladine RodZ bunky boli menšie a okrúhle. Taktiež sme identifikovali proteínových partnerov RodZ. Tento proteín priamo interaguje s cytoskeletárnymi a morfogenetickými proteínmi a je súčasťou multiproteínového komplexu, ktorý sa podieľa na organizácii proteínov syntetizujúcich peptidoglykan. Tieto naše výsledky majú dôležitý význam pre pochopenie mechanizmu zabezpečujúceho zachovanie tyčinkovitého tvaru bunky a zároveň vyvolávajú ďalšie otázky týkajúce sa regulácie, usporiadania a fungovania tohto veľkého cytoskeletárno-elongačného proteínového komplexu. Poznanie všetkých zložiek zúčastňujúcich sa syntézy bunkovej steny, ich interakcií a funkcie zostáva významnou výzvou súčasnej mikrobiológie. Získané výsledky prispejú k výskumu a cielenému dizajnu nových liečiv na ochorenia vyvolané patogénnymi baktériami.

Projekty:

1. VEGA 2/0009/13 - Štruktúra a funkcia proteínov zúčastňujúcich sa regulácie základných
2. APVV 00335-10 - Lipidické domény v bunkovom delení a programovaná bunková smrť v Bacillus subtilis

Publikácie:

1. K. Muchová, Z. Chromiková, I. Barák (2013) Control of Bacillus subtilis cell shape by RodZ. Environ Microbiol 15: 3259-71.
2. I. Barák and K. Muchova (2013) The role of lipid domains in bacterial cell processes. International Journal of Molecular Sciences 4: 4050-4065.
3. I. Barák (2013) Open questions about the function and evolution of bacterial Min systems. Front. Microbiol. 4:378.

Základný výskum
Neobvyklé vlastnosti nového angucyklínového antibiotika auricínu a komplexný mechanizmus regulácie jeho biosyntézy

Autori: J. Kormanec, R. Nováková, Ľ. Fecková, A. Reháková, E. Mingyar, P. Kutaš

Baktérie rodu Streptomyces sú hlavnými producentmi bioaktívnych prírodným látok, vrátane mnohých antibiotík. V kmeni Streptomyces aureofaciens CCM3239 sme identifikovali génový klaster aur1, ktorý bol lokalizovaný na dlhom lineárnom plazmide pSA3239. Tento klaster bol zodpovedný za produkciu nového angucyklínového antibiotika auricínu. Na rozdiel od iných antibiotických klastrov, niektoré z ornamentujúcich biosyntetických génov boli lokalizované vo vzdialenejších oblastiach od klastra aur1. Auricín bol produkovaný v úzkom intervale niekoľkých hodín po vstupe do stacionárnej fázy rastu S. aureofaciens CCM3239. Následne bol degradovaný na neaktívne metabolity. Zistili sme, že auricín je stabilný pri nízkych pH a nestabilný pri vyšších pH. Za jeho nestabilitu počas rastu S. aureofaciens CCM3239 bol zodpovedný nárast pH po produkčnej fáze. Charakterizovali sme prísne špecifickú reguláciu biosyntézy auricínu vrátane „feed-forward" a “feed-back” kontroly pomocou intermediátov auricínu za účasti mnohých regulačných génov prítomných v auricínovom klastri. Táto komplexná regulácia zabezpečuje, že auricín je produkovaný v špecifickom štádiu rastu S. aureofaciens CCM3239.

Projekty:

1. APVV-0203-11 – Molekulárne mechanizmy biosyntézy, regulácie a horizontálneho prenosu génov zodpovedných za produkciu biologicky aktívnych látok u streptomycét.

Publikácie:

1. Kutas, P., Feckova, L., Rehakova, A., Novakova, R., Homerova, D., Mingyar, E., Rezuchova, B., Sevcikova, B., Kormanec, J. (2013) Strict control of auricin production in Streptomyces aureofaciens CCM3239 involves a feedback mechanism. Appl. Microbiol. Biotechnol. 97, 2413-2421.

2. Novakova, R., Knirschova, R., Farkasovsky, M., Feckova, L., Rehakova, A., Mingyar, E., Kormanec, J. (2013) The gene cluster aur1for the angucycline antibiotic auricin is located on a large linear plasmid pSA3239 in Streptomyces aureofaciens CCM3239. FEMS Microbiol. Lett. 342, 130-137.

3. Rehakova, A., Novakova, Feckova, L., Mingyar, E., Kormanec, J. (2013) A gene determining a new member of the SARP-family contributes to transcription of genes for the synthesis of the angucycline polyketide auricin in Streptomyces aureofaciens CCM3239. FEMS Microbiol. Lett. 346, 45-55.

Aplikovaný výskum
Metódy na identifikáciu a prieskum mikroflóry degradujúcej textil

Autori: D. Pangallo, L. Kraková, M. Bučková, A. Puškárová

Textilné zvyšky pohrebného odevu kardinála Pazmányho, objaveného v 400 rokov uzavretej hrobke boli podrobené mikrobiologickému prieskumu. Odber vzoriek z odevu pozostával z použitia troch rôznych techník a rôznych typov kultivačných médií. Dve odlišné PCR metódy, f-ITS af-CBH, boli použité na selekciu izolátov baktérií a húb, ktoré boli následne v druhom kroku identifikované sekvenovaním úsekov 16S rRNA (baktérie) a ITS (huby). Izolovaná mikroflóra bola podrobená biodegradačným testom za účelom odhalenia ich schopnosti degradovať proteíny, keratín, celulózu a schopnosti utilizovať fibroín. Kombináciou kultivačných, molekulárnych a biodegradačných postupov bola izolovaná a charakterizovaná bakteriálna komunita zastúpená predovšetkým phylom Firmicutesa Actinobacteria. Komunita húb sa ukázala byť rôznorodejšou, spoločne s kmeňmi rodu Penicillium a Aspergillus, boli izolované kmene identifikované ako Beauveria bassiana, Eurotium cristatum, Xenochalara juniperi, Phialosimplex caninus a Myriodontium keratinophilum. Baktérie preukázali značnú schopnosť degradovať keratín a želatínu a veľká časť z nich bola schopná rásť na fibroínovom agare. Izoláty húb disponovali celulolytickou aktivitou a schopnosťou utilizovať fibroín, hoci preukazovali slabšie a pomalšie proteolytické a keratinolytické schopnosti ako ich bakteriálne náprotivky. Táto štúdia sa dá považovať na Slovensku za prvú a v celosvetovom meradle za len jednu z mála, zaoberajúcich sa biodegradáciou textilu z tak nezvyčajného prostredia akým je hrobka.

Projekty:

1. Biodegradácia prírodných a syntetických polymérov v historických a súčasných umeleckých zbierkach

Publikácie:

1. Pangallo, D., Kraková, L., Chovanová, K., Bučková, M., Puškarová, A., & Šimonovičová, A. (2013) Disclosing a crypt: Microbial diversity and degradation activity of the microflora isolated from funeral clothes of Cardinal Peter Pázmány. Microbiological Research, 168(5), 289–299.

Medzinárodné vedecké projekty
Regulácia tvorby štruktúr vyššieho poriadku septínových filamentov

Autori: M. Farkašovský, C. Patasi

Septíny sú guanin nukleotid viažúce proteíny, ktoré sa zúčastňujú v mnohých bunkových procesoch ako je cytokinéza, umiestnenie vretienka, morfogenéza a exocytóza. Mutácie v génoch týchto proteínov, alebo ich nadprodukcia sú spojené so vznikom neoplázie, neurodegeneratívnych ochorení a samčou sterilitou. Gic1p a Cdc42p v kombinácii s mnohými ďalšími faktormi ako sú druh nukleotidu naviazaného na septínoch, špecifická interakcia s lipidmi a fosforylácia, sumoylácia a acetylácia proteínov regulujú v kvasinkách zoskupovanie septínov, vytváranie prstenca a depolymerizáciu. Regulačný mechanizmus tychto procesov je zatiaľ málo známy. Pomocou elektrónovej mikroskopie a kryoelektrónovej tomografie ako aj použitím mutantov a rôzneho značenia sme objasnili štruktúrne základy interakcie septínov s Gic1p a Cdc42p. Ukázali sme priamu väzbu Cdc42p na septínové filamenty, alebo na Gic1p a to v závislosti na viazanom nukleotide. Zistili sme, že Gic1p pôsobí ako stabilizačný prvok pri tvorbe dlhých septínových filamentov. Okrem toho sme ukázali, že v neprítomnosti Gic1p, Cdc42p a vysoké koncentrácie GTP spôsobujú disociáciu septínových filamentov v rozličných polohách. Na základe naších výsledkov sme navrhli originálny mechanizmus regulácie septínových filamentov počas bunkového cyklu.

Projekty:

1. VEGA 2/0050/11 - Zmeny štruktúry septínových filamentov počas bunkového cyklu eukaryotov.

2. 3.4 -Fokoop - DEU/1133283 (Humboldtova nadácia) - Hľadanie modulátorov bunkových a proteínových aktivít v metagenóme

Publikácie:

1. Sadian Y, Gatsogiannis C, Patasi C, Hofnagel O, Goody RS, Farkasovský M, Raunser S. (2013) The role of Cdc42 and Gic1 in the regulation of septin filament formation and dissociation. Elife 28;2(0):e01085.