Základný výskum
Štruktúra a funkcia Mgm101 z C. parapsilosis

Autori: Pevala, V., Kutejová, E., Kunová, N., Bellová, J., Bauer, J.A.,

Kvasinka C. parapsilosis má lineárny mitochondriálny genóm. Na jeho stabilizácii a replikácii sa podieľa viacero proteínov. V našej práci sme študovali proteín CpMgm101 a ukázali sme, že tento proteín má duálnu lokalizáciu, nachádza sa v mitochondriách aj v jadre. CpMgm101 je asociovaný s mitochondriálnym nukleoidom a viaže sa na širokú škálu DNA štruktúr. Na základe meraní SAXS proteín tvorí trimér v tvare C. Pomocou elektrónovej mikroskopie sme ukázali, že Mgm101 vytvára kruhové štruktúry na prečnievajúcich telomerických koncoch mitochondriálnej DNA. DNA väzbové aktivity CpMgm101 spolu s rekombinačnými vlastnosťami naznačujú, že Mgm101 sa podieľa na rôznych procesoch spojených s replikáciou mitochondriálneho genómu a stabilizácii jeho telomér.


Projekty:

1. VEGA 2/0113/14 ATP-závislé proteázy a homeostáza mitochondrií (ATP-dependent proteases and mitochondrial homeostasis)
2. VEGA 2/0122/11 Proteínové komplexy mitochondriálneho nukleoidu (Mitochondrial nucleoid protein complexes)
3. APVV-0123-10 Molekulárna architektúra, dynamika a evolúcia chromozómov v mitochondriách kvasiniek (Molecular architecture, dynamics and evolution of chromosomes in yeast mitochondria)
4. MVTS-1520 INSTRUCT

Publikácie:
PEVALA, V. - TRUBAN, D. - BAUER, J. - KOŠTAN, J. - KUNOVÁ, N. - BELLOVÁ, J. - BRANDSTETTER, M. - MARINI, V. - KREJČÍ, L. - TOMÁŠKA, L. - NOSEK, J. - KUTEJOVÁ, E. The structure and DNA-binding properties of Mgm101 from a yeast with a linear mitochondrial genome. In Nucleic acids research, 2016, vol. 44, no. 5, p. 2227-2239. (2015: 9.202 - IF, Q1 - JCR, 7.358 - SJR, Q1 - SJR)
 
 

Základný výskum
Asymetrické bunkové delenie v baciloch a v klostrídiách

Autori: Barák, I., Muchová, K., Chromíková, Z., Krascsenitsová, E., Labajová, N., Makroczyová, J.

Delenie buniek Escherichia coli a Bacillus subtilis patrí k najdôkladnejšie študovaným procesom bunkového delenia. Okrem vegetatívnej, stredovej deliacej prepážky, B. subtilis je schopný vytvoriť aj asymetricky lokalizovanú prepážku. Zatiaľ však nie je známe ako je toto miesto delenia rozpoznávané deliacim aparátom. Toto polárne delenie buniek je prvým jasným morfologickým znakom sporulácie B. subtilis. SpoIIE je jediný sporulačne-špecifický proteín, ktorého delécia alebo mutácie vedú k zmenám ultraštruktúry asymetrického septa. V našej práci sme ukázali, že tento proteín je v priamom kontakte s proteínom RodZ a týmto spôsobom s celým cytoskeletárnym aparátom bunky.

Dôležitou súčasťou regulácie vegetatívneho a aj sporulačného delenia je Min sytém. V našej ďalšej práci sme ukázali po prvýkrát, že Min systém z Clostridium difficile po prenesení do buniek B. subtilis osciluje. Oscilácia Min systému v klostrídiach má pravdepodobne  za následok vznik koncentračného gradientu inhibítora bunkového delenia, podobne ako je tomu v E. coli.

Projekty:

1. VEGA-2/0009/13 Štruktúra a funkcia proteínov zúčastňujúcich sa regulácie základných bunkových procesov Bacillus subtilis (Structure and function of proteins involved in the regulation of basic cellular processes of Bacillus subtilis)
2. APVV-14-0181Vytváranie proteínových komplexov počas asymetrického bunkového delenia v sporulujúcich bunkách Bacillus subtilis (Formation of protein complexes during asymmetric cell division in sporulating Bacillus subtilis cells)

Publikácie:
MAKROCZYOVÁ, J. - JAMROŠKOVIČ, J. - KRASCSENITSOVÁ, E. - LABAJOVÁ, N. - BARÁK, I. Oscillating behavior of Clostridium difficile Min proteins in Bacillus subtilis. In MicrobiologyOpen, 2016, vol. 5, p. 387-401. (2015: 2.148 - IF, Q3 - JCR, 1.212 - SJR, Q2 - SJR)
MUCHOVÁ, K. - CHROMÍKOVÁ, Z. - BRADSHAW, N. - WILKINSON, A.J. - BARÁK, I. Morphogenic protein rodZ interacts with sporulation specific spoIIE in bacillus subtilis. In PLoS ONE, 2016, vol. 11, art. no. e0159076. (2015: 3.057 - IF, Q1 - JCR, 1.427 - SJR, Q1 - SJR)

Základný výskum
Komplexný mechanizmus regulácie biosyntetických génov antibiotika auricínu u Streptomyces aureofaciens CCM3239

Autori: Kormanec, J., Mingyár, E., Nováková, R., Bekeová, C., Fecková, Ľ.

Angucyklínové antibiotikum auricín je modifikované aminodeoxyhexózou D-forozamínom. Identifikovali a charakterizovali sme gény kódujúce biosyntetické proteíny zodpovedné za biosyntézu D-forozamínu. Rovnako sme charakterizovali ich reguláciu. Za pripojenie D-forozamínu na auricín sú unikátne zodpovedné až dve glykozyltransferázy. Charakterizáciou regulácie týchto modifikujúcich génov sme zistili, že zatiaľ čo biosyntetické gény pre výstavbu polyketidového aglykónu sú regulované sprostredníctvom dráhovo-špecifických regulátorov  Aur1P a  Aur1R, modifikujúce gény zodpovedné za finálne kroky biosyntézy D-forozamínu a jeho pripojenie sú diferenciálne regulované prostredníctvom dvoch dráhovo-špecifických regulátorov  rodiny SARP, Aur1PR3 a  Aur1PR4. Tieto gény sú rovnako aj pod diferenciálnou kontrolou regulátorov Aur1P a Aur1R. Tieto výsledky odhalili unikátny mechanizmu regulácie biosyntetických génov antibiotík na dvoch úrovniach. Gény pre polyketidové aglykónové jadro sú pod kontrolou Aur1P a  Aur1R, a modifikujúce gény pod kontrolou Aur1PR3 a Aur1PR4.


Projekty:
APVV-15-0410 - Syntetická biológia pre produkciu nových biologicky aktívnych látok u streptomycét (Synthetic biology for the production of new biologically active substances in Streptomycetes)
Publikácie:
BEKEOVÁ, C. - REHÁKOVÁ, A. - FECKOVÁ, Ľ. - VLČKOVÁ, S. - NOVÁKOVÁ, R. - MINGYAR, E. - KORMANEC, J. Characterisation of the genes involved in the biosynthesis and attachment of the aminodeoxysuga. In Applied Microbiology and Biotechnology, 2016, vol. 100, p 3177-3195. (2015: 3.376 - IF, Q2 - JCR, 1.256 - SJR, Q1 - SJR)

Základný výskum
Vysoká diverzita peroxidázových a katalázových génov objavená v genóme vláknitej pôdnej huby Chaetomium cochliodes s významným biotechnologickým potenciálom

Autori: Zámocký, M., Kamlárová, A., Chovanová, K.

Metódou NGS sme kompletne osekvenovali genóm vláknitej huby Chaetomium cochliodes, ktorá je známa produkciou antibiotika chetomín a mnohých iných sekundárnych metabolitov. Naše sekvenačné analýzy jednoznačne ukazujú, že táto mezofilná huba obsahuje gény pre termostabilné bielkoviny po svojich priamych evolučných predchodcoch, ktorými boli termostabilné askomycétne huby. V genóme C. cohliodes (34,7 Mbp v 6036 kontigoch) sa vyskytuje až 20 rôznych génov pre evolučne divergentné rodiny peroxidáz a kataláz, ktoré z bunky odstraňujú reaktívne zlúčeniny kyslíka. V dvoch prípadoch sa nám podarilo dokázať, že tieto gény antioxidantov boli do hubového genómu prenesené z baktérií mechanizmom horizontálneho génového transferu (HGT). Metódou PCR v reálnom čase sme odhalili odlišný spôsob expresie jednotlivých hydroperoxidázových génov a najdôležitejšie z nich klonujeme za účelom prípravy rekombinantných antioxidantov a biokaralyzátorov pre rôzne polymerizačné reakcie.


Projekty:

1. VEGA 2/0021/14 - Fylogenomický a fyziologický výskum reakcií na oxidačný stres v termofilných a mezofilných mikroorganizmoch (Phylogenomic and physiological research of reactions to oxidative stress in thermophilic and mesophilic microorganisms)
2. APVV 14/0375 – Syntetická biológia a produkcia peroxidáz de novo (Synthetic biology and de novo production of peroxidases)

Publikácie:

1. ZÁMOCKÝ, M. - TAFER, H. - CHOVANOVÁ, K. - LOPANDIC, K. - KAMLÁROVÁ, A. - OBINGER, C. Genome sequence of the filamentous soil fungus Chaetomium cochliodes reveals abundance of genes for heme enzymes from all peroxidase and catalase superfamilies. In BMC Genomics, 2016, vol. 17, p. 763. (2015: 3.867 - IF, Q1 - JCR, 2.348 - SJR, Q1 - SJR)
2. CHOVANOVÁ, K. - ZÁMOCKÝ, M. Detection of the antibacterial effect of Chaetomium cochliodes Palliser CCM F-232 based on agar plugs and unprocessed fungal substances from cultivation media. In Biologia, 2016, vol. 71, no. 11, p. 1204—1211. (2015: 0.719 - IF, Q4 - JCR, 0.329 - SJR, Q3 - SJR)

Aplikovaný výskum
Metodologický prieskum na stanovenie mikrobiálnej komunity degradujúcej povrch albumínových fotografií a aplikácia biocídnych látok na biofilmy katakomb v Ríme

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

Za účelom nájsť vhodné postupy pre  konzervovanie predmetov nášho kultúrneho dedičstva sme vyvinuli rôzne stratégie zahrňujúce analýzy mikrobiálnych komunít albumínových fotografií a niekoľko prístupov schopných analyzovať materiálové vlastnosti. Táto štúdia je jedným z mála, ktorá analyzuje albumínové fotografie na prelome 19. a začiatku 20. storočia. Chemické zloženie albumínových fotografických vzoriek bolo hodnotené pomocou FTIR spektroskopie (z angl. Fourier transform infrared spectroscopy) a röntgenovej fluorescencie (XRF). Tieto dve neinvazívne techniky odhalili komplexnú povahu albumínových fotografií, ktoré sa skladajú zo zmesi proteínov, celulózy a soli. Mikrobiálna analýza bola vykonaná s použitím kultivačne závislých (kultivácia v rôznych médiách) a kultivačne nezávislých prístupov a SEM analýzy. Izolované mikroorganizmy boli testované za účelom sledovania ich lipolytických, proteolytických, celulolytických, ako i katalázovej a peroxidázovej schopností. Účinky biocídneho ošetrenia biofilmu boli testované v Domitilla katakombách v Ríme (Taliansko). Cieľom tohto výskumu bolo porovnať zmeny v mikrobiálnej komunite v jednom mieste katakomb Domitilla (CD15), pred a po biocídnom ošetrení (zmesou kvartérnych amóniových zlúčenín a octylisothiazolone, OIT), po dobu jedného mesiaca. Viacstupňový prístup bol použitý na základe mikroskopie, kultivačnej metódy a molekulárnej techniky (f-ITS a 16S rDNA), fenotypovej a genetickej analýzy kultivovateľných mikrobiálnych populácií. Naše výsledky zdôraznili, že biocídne ošetrenie malo nedostačujúci účinok proti siniciam, zatiaľ čo bakteriálna populácia sa kvantitatívne zväčšila, ale radikálne zmenila z hľadiska rozmanitosti. V skutočnosti, niektoré baktérie sa množili na úkor organickej hmoty uvoľnenej z mŕtvych mikroorganizmov. Ďalej naše dáta popisujú, ako mikrobiálne interakcie môžu mať rôzne reakcie v závislosti na priaznivé podmienky pre jeden druh mikroorganizmu vo vzťahu k ostatným. Táto štúdia ilustruje skutočné riziko uplatnenia biocídneho ošetrenia na mikrobiálne spoločenstvá a nutnosti podrobiť ošetrenie monitorovaniu a prehodnocovaniu.

Projekty:
VEGA 2/0103/14 - Ochrana našich spomienok: štúdium biodeteriorácie fotografických a kinematografických materiálov (Protection of our memories: study of biodeterioration of photographic and cinematographic materials)
Publikácie:

1. PUŠKÁROVÁ, A. - BUČKOVÁ, M. - HABALOVÁ, B. - KRAKOVÁ, L. - MAKOVÁ, A. - PANGALLO, D. Microbial communities affecting albumen photography heritage: a methodological survey. In Scientific Reports, 2016, vol. 6, no. 20810 p. 1-14. (2015: 5.228 - IF, Q1 - JCR, 2.034 - SJR, Q1 - SJR)
2. URZI, C. - DE LEO, F. - KRAKOVÁ, L. - PANGALLO, D. - BRUNO, L. Effects of biocide treatments on the biofilm community in Domitilla's catacombs in Rome. In Science of the Total Environment, 2016, vol. 572, p. 252–262. (2015: 3.976 - IF, Q1 - JCR, 1.653 - SJR, Q1 - SJR)

Aplikovaný výskum
Použitie Coomassie Brilliant Blue G250 ako senzora na detekciu proteínovej flexibility a disorderu

Autori: Juhasová, A., Baliová, M., Jurský, F.

Coomassie Briliant Blue interaguje s proteínmi a napriek závislosti tejto interakcie na aminokyselinovom zložení je jej interakcia s jednotlivými proteínmi relatívne stabilná a štandardne využívaná na kvantitatívne stanovenie proteínov nazývané Bradford Assay. V našej práci sa nám podarilo nájsť proteíny, N-terminálne úseky glycínových transportérov GlyT1 a GlyT2, vykazujúce atypickú dynamickú interakciu s Coomassie Brilliant Blue G250. Tento spôsob interakcie znemožňoval  ich stanovenie pomocou Bradfordovej metódy, kedže sa po ich počiatočnej interakcii s farbičkou typické Bradfordom využívané absorbčné maximum pri 595 nm v priebehu 15 minút postupne znižovalo a vytváralo nové absorbčné maximum pri 750 nm. Cirkulárny dichroizmus N-terminálnych úsekov ukázal, že sa jedná o tzv. disorderované proteíny, čo naznačuje že pozorované anomálie sú zrejme spôsobované neštrukturovaným charakterom s vysokou flexibilitou. Tento proces bol potláčaný fúziou N-terminálnych úsekov s GST ako aj prítomnosťou GST alebo BSA v stanovovanom roztoku, čo naznačuje, že odhalenie podobných domén v proteínoch môže byť maskované prítomnosťou iných usporiadaných proteínových domén. Avšak po subklonovaní a rekombinantnej overexpresii proteínových domén, môže spektrálna analýza ich komplexov s Coomassie Brilliant Blue poskytnúť relatívne dostupnú alternatívnu metódu na skríning proteínových domén s potenciálne disorderovaným a flexibilným charakterom.


Projekty:
VEGA  2/0086/13 - PDZ interakcie GABA transportéra GAT1 (PDZ interactions of GABA transporter GAT1)
Publikácie:
JUHÁSOVÁ, A. - BALIOVÁ, M. - JURSKÝ, F. A dynamic interaction of coomassie dye with the glycine transporters N-termini. In Protein Journal, 2016, vol. 35, p. 371–378. (2015: 1.029 - IF, Q4 - JCR, 0.411 - SJR, Q3 - SJR)

Medzinárodné vedecké projekty
Úloha N-terminálnej domény ľudskej Lon proteázy pri stabilizácii štruktúry a zachovaní aktivity

Autori: Kutejová, E., Pevala, V., Kunová, N., Ondrovičová, G., Bauer, J., Bellová, J., Ambro, Ľ.

Lon proteáza je veľmi dôležitou súčasťou mitochondrií. Podieľa sa na zachovaní homeostázy a stabilizácii mitochondriálnej DNA. Zmenená hladina tejto proteázy vedie k závažným ochoreniam ako sú myopatie a rakovina. V spolupráci s 1. Lékařskou fakultou UK v Prahe sme pomocou kryoelektrónovej mikroskopie ukázali, že ľudská Lon proteáza má jedinečnú štruktúru, v ktorej proteolytická a ATP-ázová doména (AP doména) tvoria hexamérny barel, kým N-terminálna doména tvorí trimér diméru. V prítomnosti nehydrolyzovateľného analógu ATP (AMP-PNP) AP doména tvorí uzavretú štruktúru spolu s N-terminálnou doménou. Väzba ADP má za následok zmenu štruktúry ako AP domény tak N-terminálnej domény. Zistili sme, že strata 156 aminokyselín z N-konca má za následok nestabilitu štruktúry a stratu aktivity enzýmu. N-terminálna doména je preto esenciálna ako pre samotnú štruktúru Lon proteázy tak pre jej aktivitu.


Projekty:

1. VEGA 2/0113/14 ATP-závislé proteázy a homeostáza mitochondrií (ATP-dependent proteases and mitochondrial homeostasis)
2. APVV-0123-10 Molekulárna architektúra, dynamika a evolúcia chromozómov v mitochondriách kvasiniek (Molecular architecture, dynamics and evolution of chromosomes in yeast mitochondria)
3. CZ.1.05/1.1.00/02.0109 Project BIOCEV

Publikácie:
KEREICHE, S. - KOVÁČIK, L. - BEDNÁR, J. - PEVALA, V. - KUNOVÁ, N. - ONDROVIČOVÁ, G. - BAUER, J. - AMBRO, Ľ. - BELLOVÁ, J. - KUTEJOVÁ, E. - RAŠKA, I. The N-terminal domain plays a crucial role in the structure of a full-length human mitochondrial Lon protease. In Scientific Reports, 2016, vol. 6, no. 33631, p. 1-10. (2015: 5.228 - IF, Q1 - JCR, 2.034 - SJR, Q1 - SJR)

Medzinárodné vedecké projekty
Variabilita dipikolíniovej kyseliny a vápnika v kmeňoch klostrídií.

Autori: Barák, I., Jamroškovič, J., Chromíková, Z.

Bakteriálne spóry sú nesmierne rezistentné k účinkom rôznych enviromentálnych podmienok ako vysoká teplota, sucho a chemické oxidačné činidlá. Spóry sú obalené niekoľkými vrstvami proteínov a peptidoglykánu, ktoré obaľujú stred bunky s DNA s veľkým obsahom vápnika a dipikolíniovej kyseliny (DPA). V rámci tohto projektu sa nám podarilo pomocou nových spektroskopických a elektrón mikroskopických metód ukázať heterogenitu obsahu DPA a vápnika  v rôznych kmeňoch klostrídií, ale ukázať aj heterogenitu v rámci tej istej populácie buniek.


Projekty:
Scopes – Swiss National Foundation (IZ73Z0_152527 / 1) - Úloha homeostázy kovov, ich redukcia a sporulácia v rezistencii Gram-pozitívnych baktériách (The role of metal homeostasis, reduction and sporulation in resistance of Gram-positive bacteria)
Publikácie:
JAMROŠKOVIČ, J. - CHROMÍKOVÁ, Z. - LIST, C. - BÁRTOVÁ, B. - BARÁK, I. - BERNIER-LATMANI, R. Variability in DPA and Calcium Content in the Spores of Clostridium Species. In Frontiers in Microbiology, 2016, vol. 7, p. 1791. (2015: 4.165 - IF, Q1 - JCR, 1.869 - SJR, Q1 - SJR)