Zakład Biochemii Drobnoustrojów

 


W Zakładzie pracuje 6 niezależnych grup badawczych realizujących następujące tematy:

  1. Fizjologiczna, biochemiczna i genomiczna analiza bakterii mlekowych (w szczególności Lactococcus lactis) w zakresie: regulacji katabolizmu laktozy i beta-glukozydów, charakterystyki pul genów plazmidowych, identyfikacji i charakterystyki bakteriofagów L. lactis oraz mechanizmów oporności na antybiotyki bakterii mlekowych (grupa prof. dr hab. J. Bardowskiego);
  2. Postgenomiczna analiza plazmidów o szerokim spektrum gospodarzy, w szczególności funkcjonalna i molekularna charakterystyka mechanizmów replikacyjnych, stabilizacyjnych, koniugacyjnych i sieci regulacyjnej integrującej wszystkie funkcje plazmidowe (grupy prof. G. Jagura-Burdzy i dr. I. Kern-Zdanowicz);
  3. Mechanizmy odpowiedzialne za segregację chromosomów bakteryjnych, w szczególności rola białek Par i ich partnerów komórkowych w oportunistycznym patogenie Pseudomonas aeruginosa (grupa prof. G. Jagura Burdzy);
  4. Strukturalna i funkcjonalna genomika bakteriofagów z: mechanizmy interakcji fag-gospodarz, mechanizmy aktywnej partycji profagów o charakterze plazmidów (grupa dr. hab. M. Łobockiej).
  5. Podstawy genetyczne, biochemiczne i regulacyjne bakteryjnych procesów asymilacji siarki, w szczególnosci mechanizmy regulacji transkrypcyjnej genów związanych z metabolizmem siarki u E. coli i Burkholderia cenocepacia (grupa prof. M. Hryniewicz).
  6. Struktura i mikroorganiczna bioróżnorodność biofilmów występujących naturalnie w środowiskach zanieczyszczonych związkami arsenu (grupa dr U. Zielenkiewicz)

 


 

 

Analiza funkcjonalna genów wybranych plazmidów pochodzących z bakterii o znaczeniu klinicznym

 Kierownik Zespołu: dr Izabela Kern-Zdanowicz

Zespół: dr Michał Dmowski

Zajmujemy się analizą funkcjonalną genów wybranych plazmidów pochodzących z bakterii o znaczeniu klinicznym (T27).
Plazmid pSM19035 (ok.29kb) pochodzi ze Streptococcus pyogenes, niesie oporność na erytromycynę (ermB), ulega replikacji w komórkach bakterii Gram dodatnich o niskiej zawartości par G+C w chromosomalnym DNA. W komórce gospodarza ma 5-8 kopii. Plazmid pSM19035 jest stabilnie utrzymywany w populacji bakterii. Stabilność segregacyjną wyższą niż wynikająca z losowego rozdziału cząsteczek do komórek potomnych zapewniają badane przez nas systemy aktywnej partycji (geny δ i ω) oraz posegregacyjnego zabijania komórek bezplazmidowych (geny ω-ε-ζ), oba odbiegające swą organizacją genetyczną od wszystkich do tej pory opisanych.
Interesują nas również plazmidy pochodzące z klinicznych szczepów Enterobacteriaceae; do tej pory ustaliliśmy sekwencję nukleotydową dwóch plazmidów: pCTX-M3 ( Acc. No. AF550415) i p1658/97 ( Acc. No. AF550679).
Plazmid pCTX-M3 (89kb) wyizolowany z Citrobacter freundii to plazmid o szerokim spektrum gospodarza (grupa IncL/M), wektor dla genu blaCTX-M-3, najbardziej rozpowszechnionego w Polsce wariantu genu β-laktamazy o rozszerzonym spektrum działania (ESBL). Plazmid ten niesie również bardzo sprawny system koniugacyjny.
Plazmid p1658/97 (125kb) o dwóch replikonach, IncFII i IncFIB, wyizolowany z klinicznego szczepu Escherichia coli, niesie gen oporności kodujący ESBL typu SHV-5, ponadto geny oporności na praktycznie wszystkie stosowane w terapiach antybiotyki aminoglikozydowe. W plazmidzie rejon o wielkości 8,8kb zawierający gen blaSHV-5, a ograniczony sekwencjami IS26, ulega multiplikacji nawet do 11 kopii. Oczywiście skutkuje to znacznym zwiększeniem oporności gospodarza tego plazmidu na antybiotyki β-laktamowe.
Inne interesujące nas plazmidy, zostały wybrane po przeszukaniu kolekcji szczepów Enterobacteriaceae zgromadzonej w Narodowym Instytucie Leków w Warszawie – poszukujemy nowych typów replikonów związanych z rozprzestrzenianiem się w środowisku klinicznym genów kodujących β-laktamazy różnych typów.

Projekty badawcze:

2009-2012
Analiza funkcjonalna regionów centromerowych oraz zakresu gospodarza systemu partycyjnego plazmidu pSM19035 ze Steptococcus pyogenes (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
2007-2010 Ruchome elementy genetyczne bakterii - analiza molekularna i wykorzystanie do konstrukcji narzędzi dla przemysłu biotechnologicznego (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
2007-2008 Molekularna analiza interakcji białek partycyjnych Delta i Omega ze streptokokowego plazmidu pSM19035 (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)

Wybrane publikacje:

  1. Baraniak A., Izdebski R., Herda M., Fiett J., Hryniewicz W., Gniadkowski M., Kern-Zdanowicz I., Filczak K., Łopaciuk U. Emergence of Klebsiella pneumoniae ST258 with KPC-2 in Poland. Antimicrob Agents Chemother. (2009) 53: 4565-4567
  2. Hrabák J., Empel J., Bergerová T., Fajfrlík K., Urbásková P., Kern-Zdanowicz I., Hryniewicz W., Gniadkowski M.  International clones of Klebsiella pneumoniae and Escherichia coli with extended-spectrum beta-lactamases in a Czech hospital. J. Clin. Microbiol. (2009) 47: 3353-3357
  3. Gołębiewski M., Kern-Zdanowicz I., Zienkiewicz M., Adamczyk M., Żylinska J., Baraniak A., Gniadkowski M., Bardowski J., Cegłowski P. Complete nucleotide sequence of the pCTX-M3 plasmid and its involvement in spread of the extended-spectrum β-lactamase (ESBL) gene blaCTX-M-3. Antimicrob. Agents Chemother. (2007) 51: 3789-3795
  4. Zienkiewicz M., Kern-Zdanowicz I., Gołębiewski M., Żylińska J., Mieczkowski P., Gniadkowski M., Bardowski J., Cegłowski P. Mosaic structure of p1658/97, a 125- kilobase plasmid harbouring an active amplicon with the extended-spectrum β-lactamase gene blaSHV-5. Antimicrob. Agents Chemother. (2007) 51: 1164-1171
  5. Livermore D.M., Canton R., Gniadkowski M., Nordmann P., Rossolini G.M., Arlet G., Ayala J., Coque T.M., Kern-Zdanowicz I., Luzzaro F., Poirel L., Woodford N. CTX-M: changing the face of ESBLs in Europe. J. Antimicrob. Chemother. (2007) 59: 165-174
  6. Dmowski M., Sitkiewicz I., Cegłowski P. Characterization of a novel partition system encoded by the delta and omega genes from the streptococcal plasmid pSM19035. J. Bacteriol. (2006) 188: 4362-4372
  7. Nowakowska B., Kern-Zdanowicz I., Zielenkiewicz U., Cegłowski P. Characterization of Bacillus subtilis clones surviving overproduction of Zeta, a pSM19035 plasmid-encoded toxin. Acta Biochim. Polon. (2005) 52: 99–107

Mechanizmy aktywnej segregacji niskopiowego plazmidu P1 do komórek potomnych w czasie podziału komórkowego

Kierownik Zespołu: doc. dr hab. Małgorzata Łobocka
Zespół:

 

Projekty badawcze:

 

Wybrane publikacje:

 

Więcej informacji: http://fagoland.ibb.waw.pl:8080/BBBN/Phagen/polski

 


Biologia plazmidów koniugacyjnych o szerokim spectrum gospodarzy i segregacja chromosomów u Pseudomonas aeruginosa

Kierownik Zespołu: prof. dr hab. Grażyna Jagura-Burdzy

Zespół: dr Aneta Bartosik, dr Anna Kulińska, dr Jolanta Mierzejewska, mgr Krzysztof Głąbski (doktorant), mgr Magda Kusiak (doktorantka), mgr Jolanta Szarlak (doktorantka), mgr Marta Warsińska (doktorantka), mgr Aleksandra Markowska

 

Dwa tematy są w centrum zainteresowań grupy badawczej:

  1. Postgenomiczna analiza plazmidów koniugacyjnych o szerokim spektrum gospodarzy, w szczególności charakterystyka mechanizmów odpowiedzialnych za stabilne dziedziczenie i sieć regulacyjna integrująca funkcje plazmidowe.

    Nasze badania plazmidów IncP-1 o szerokim spektrum gospodarzy wykazały istnienie bardzo skomplikowanej sieci regulatorowej kontrolującej replikację, mechanizmy stabilizacyjne i system koniugacyjny. Postulowaliśmy, że wielowarstwowa sieć regulatorowa z wieloma represorami transkrypcji (globalnymi i wyspecjalizowanymi) i nakładające się regulony są głównie odpowiedzialne za wyjątkowe zdolności adaptacyjne tych plazmidów. Ostatnio wykazaliśmy, że koniugacyjny plazmid RA3 z grupy IncU (wyizolowany pierwotnie z patogena ryb Aeromonas hydrophila) też wykazuje bardzo szerokie spektrum gospodarzy (α-, β-, γ-proteobacteria). Sekwencjonowanie genomu RA3 (45.9 kb, DQ401103) zainicjowało postgenomiczną analizę systemów replikacji, stabilnego dziedziczenia i koniugacji i regulacji tego plazmidu. Systemy te zdolne do funkcjonowania w odległych filogenetycznie gospodarzach są ko-ordynowane przez bardzo prostą (w przeciwieństwie do plazmidów IncP-1) sieć regulacyjną, która dodatkowo wydaje się przełączać procesy wertykalnego i horyzontalnego rozprzestrzeniania się plazmidu.
  2. Mechanizmy odpowiedzialne za segregację (partycję) genomów bakteryjnych, molekularna charakterystyka białek Par i identyfikacja ich komórkowych partnerów

    Poprzednio wykazaliśmy istotną rolę białek ParA i ParB (homologów białek partycyjnych plazmidów niskokopijnych) w segregacji chromosomów u Pseudomonas aeruginosa (pałeczki ropy błękitnej), fakultatywnego patogena pacjentów z obniżoną opornością. Białka Par uczestniczą też w innych procesach komórkowych jak wzrost, podział komórkowy i ruchliwość niezbędna do tworzenia biofilmów. Analiza proteomiczna (żele 2D i iTRAQ) potwierdziła plejotropowy charakter mutacji w genach par P. aeruginosa. Złożony fenotyp mutantów par czy nadmiaru białek Par wynika prawdopodobnie z zaburzeń interakcji z różnymi partnerami komórkowymi.  

  Obecnie realizowane projekty:

  1. Poszukiwanie partnerów białek Par w proteomie P. aeruginosa różnymi metodami.
    Skonstruowano bibliotekę genomową P. aeruginosa w wektorze systemu dwuhybrydowego BACTH. Trwa przeszukiwanie biblioteki. Stosujemy metodę współoczyszczania na kolumnach powinowactwa i immunoprecypitację usieciowanych uprzednio białek komórkowych przy użyciu przeciwciał anty-ParB/ anty-ParA. Wybrane białka partnerskie będą analizowane pod względem interakcji z białkami Par in vitro i ustalona będzie ich rola in vivo w procesach segregacji chromosomów, podziału komórkowego czy ruchliwości.
  2. Postgenomiczna analiza plazmidu RA3 z grupy IncU.
    Analiza systemów replikacyjnych i stabilizacyjnych jest kontynuowana. Molekularna analiza modułu replikacyjnego wykazała istnienie obwodu regulacyjnego złożonego z autorepresorów białkowych i antysensownego RNA. Minireplikon RA3 (3.4 kb) został genetycznie zmodyfikowany aby stać się perfekcyjnym narzędziem dla biotechnologii: mimo niskiej liczby kopii jest wyjątkowo stabilny w szerokim spektrum gospodarzy. Rozpoczęto systematyczną analizę funkcjonalno-molekularną modułu koniugacyjnego. Rola poszczególnych elementów sieci regulacyjnej będzie analizowana na poziomie całego plazmidu. Aspekt biotechnologicznego zastosowania modułów funkcjonalnych plazmidu RA3 jest kontynuowany. 
  3. Analiza nowych replikonów plazmidowych z klinicznych szczepów Pseudomonas.
    Trwają badania klinicznej kolekcji szczepów Pseudomonas pod względem obecności nowych replikonów i stabilizacyjnych kaset. Replikony majace potencjalne zastosowanie biotechnologiczne będą sekwencjonowane i analizowane n apoziomie molekularnym.

Projekty badawcze:

2008-2011 Segregacja chromosomów u Pseudomonas aeruginosa - rola ParA, ParB I wybranych białek gospodarza w tym procesie (Ministerswo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
2007-2010 Ruchome elementy genetyczne bakterii - analiza molekularna i wykorzystanie do konstrukcji narzędzi dla przemysłu biotechnologicznego (Ministerswo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
2007-2009 Poszukiwanie partnerów komórkowych białek ParA and ParB u Pseudomonas aeruginosa (Ministerswo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)

Wybrane publikacje:

  1. Bartosik A.A., Mierzejewska J., Thomas C.M., Jagura-Burdzy G. ParB deficiency in Pseudomonas aeruginosa destabilises ParA partner and affects a variety of physiological parameters. Microbiology (2009) 155: 1080-1092
  2. Kulińska A., Czeredys M., Hayes F., Jagura-Burdzy G. Genomic and functional characterization of the modular broad-host-range RA3 plasmid, the archetype of the IncU group. Appl. Environ. Microbiol. (2008) 74: 4119-32
  3. Lasocki K., Bartosik A.A., Mierzejewska J., Thomas C.M., Jagura-Burdzy G. Deletion of the parA (soj) homologue in Pseudomonas aeruginosa causes ParB instability and affects growth rate, chromosome segregation, and motility. J. Bacteriol. (2007) 189: 5762-72
  4. Mierzejewska J., Kulińska A., Jagura-Burdzy G. Functional analysis of replication and stability regions of broad-host-range conjugative plasmid CTX-M3 from the IncL/M incompatibility group. Plasmid (2007) 57: 95-107
  5. Adamczyk M., Dolowy P., Jonczyk M., Thomas C.M., Jagura-Burdzy G. The kfrA gene is the first in a tricistronic operon required for survival of IncP-1 plasmid R751. Microbiology (2006) 152: 1621-1637
  6. Bartosik A.A., Jagura-Burdzy G. Bacterial chromosome segregation. Acta Biochimica Polonica (2005) 52: 1-34 
  7. Bartosik A.A., Lasocki K., Mierzejewska J., Thomas C.M.,  Jagura-Burdzy G. ParB of Pseudomonas aeruginosa: interactions with its partner ParA, its target parS and specific effects on bacterial growth. J. Bacteriol. (2004) 186: 6983-6998



Biologia molekularna, metabolizm i aplikacje bakterii mlekowych

Kierownik Zespołu: prof. dr hab. Jacek Bardowski
Zespół: dr Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk, dr Magdalena Kowalczyk, dr Agnieszka Szczepańska, dr Katarzyna Szatraj, mgr inż. Joanna Żylińska, mgr Roman Krzysztof Górecki (doktorant), mgr Anna Koryszewska-Bagińska (doktorantka), mgr Joanna Życka-Krzesińska (doktorantka), mgr inż. Wiktoria Łabudzka (doktorantka)

 

W pracach grupy nad bakteriami mlekowymi w szczególności z rodzaju Lactococcus można wyróżnić kilka kierunków badawczych, które dotyczą: sprzężonego katabolizmu laktozy i β-glukozydów, wytwarzania zewnątrzkomórkowych amylaz, analizy molekularnej oporności na antybiotyki, roli adaptacyjnej plazmidowej puli genów, biologii bakteriofagów, wykorzystania bakterii mlekowych jako producentów białek heterologicznych o znaczeniu biotechnologicznym, bioróżnorodności bakterii oraz wirusów bakteryjnych.
W wyniku prowadzonych badań wykazano, że w sprzęganiu katabolizmu laktozy i celobiozy (β-glukozyd) istotną rolę pełnią dwa białka: CelB - transporter celobiozy należący do rodziny fosfotransferaz oraz CcpA – globalny regulator katabolizmu cukrów. Hipotetyczny model funkcjonowania genów zaangażowanych w ten katabolizm, jest przedmiotem dalszych pogłębionych badań. Innym, interesującym odkryciem zespołu było wykazanie, że niektóre szczepy Lactococcus, są zdolne do wytwarzania zewnątrzkomórkowych amylaz. Stwierdzono, że enzym ten jest homologiem bakteryjnych pullulanaz i kodowany jest przez gen zlokalizowany w plazmidowym DNA. Poznanie sekwencji nukleotydowych otaczających ten gen sugeruje, że ten region plazmidu ma charakter kasety adaptacyjnej. Badania nad pullulanazą, w tym stworzenie wektora sekrecyjnego oraz opracowanie technologii z wykorzystaniem tego enzymu, są kontynuowane. Adaptacyjna rola plazmidowej puli genowej jest przedmiotem odrębnych projektów. W dotychczasowych badaniach zsekwencjonowano DNA 7 plazmidów występujących w komórkach modelowego szczepu Lactococcus lactis IL594. Na podstawie uzyskanych informacji dokonano szeregu ciekawych obserwacji, związanych z zagadnieniami zgodności i stabilności plazmidów w komórce, obecności genów adaptacyjnych oraz horyzontalnym transferem genów. Kolejnym kierunkiem badawczym jest analiza różnorodności biologicznej dzikich szczepów bakterii. Stworzono i częściowo zanalizowano bogatą kolekcję dzikich szczepów wyizolowanych z naturalnego środowiska m.in. mleka pochodzącego z gospodarstw wiejskich. Jednocześnie, w oparciu o analizy fizjologiczne, biochemiczne, genetyczne i bioinformatyczne, prowadzone są badania nad bioróżnorodnością oraz technologiczną i probiotyczną funkcją złożonych populacji drobnoustrojów występujących w ziarnach kefirowych czy tradycyjnym polskim serze typu oscypek. Bakteriofagi wirulentne wobec Lactococcus stanowią poważny problem przemysłowy. Charakterystyka biologiczna takich fagów występujących w Polsce stanowi temat kolejnych prac zespołu. Ich celem jest stwierdzenie stopnia różnorodności biologicznej fagów, ustalenie dominujących typów fagowych, stopnia zjadliwości wobec bakterii i wejście w zagadnienia biologii molekularnej fagów. Ostatnio przedmiotem zainteresowania naszej grupy stały się bakteriocyny i substancje antybiotyczne produkowane przez bakterie mlekowe. Prowadzone są również badania dotyczące poszukiwania nowych szczepów potencjalnie probiotycznych oraz analizy mechanizmów ich probiotycznego działania.

Najważniejsze osiągnięcia poznawcze:
-    Wykrycie genu regulatorowego ccpA i wykazanie jego roli w katabolizmie laktozy i β-glukozydów u L. lactis;
-    Wykazanie, że białko CelB jest konieczne dla katabolizmu laktozy i celobiozy u L. lactis;
-    Odkrycie zdolności amylolitycznych u L. lactis i ustalenie sekwencji nukleotydowej genu kodującego pullulanazę;
-    Zsekwencjonowanie genomu bakteriofaga bIBB29
-    Zsekwencjonowanie puli genów 7 plazmidów w komórkach L. lactis IL594

 

Projekty badawcze:

 2008-2011 Centrum Biotechnologii produktów leczniczych. Pakiet innowacyjnych biofarmaceutyków dla terapii i profilaktyki ludzi i zwierząt (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
 2008-2010 Opracowanie techniki wysokowydajnej rekombinacji u Gram-dodatnich komensalnych bakterii człowieka oraz bakterii stosowanych w produkcji żywności (INRA - Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
 2007-2010 Ruchome elementy genetyczne bakterii – analiza molekularna i wykorzystanie do konstrukcji narzędzi dla przemysłu biotechnologicznego (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
 2007-2010 Identyfikacja systemów metabolicznych kodowanych na 7 plazmidach w komórkach Lactococcus lactis IL594 (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
 2007-2010 Badanie wpływu inaktywacji genów regulatorowych ccpA i yebF oraz nabycia genów zlokalizowanych na plazmidzie pIL7 na funkcje metaboliczne Lactococcus lactis w globalnym podejściu proteomicznym (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
 2008-2009 Charakterystyka funkcjonalna plazmidowych genów restrykcji i modyfikacji typu I u Lactococcus lactis IL594 (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
 2007-2009 Identyfikacja i charakterystyka białek uczestniczących w adsorpcji pomiędzy bakteriofagiem bIBB29 a bakteriami Lactococcus lactis (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
 2007-2010 Wykorzystanie bakterii mlekowych jako bioreaktorów do syntezy neuropeptydów i wywoływania tolerancji pokarmowej u szczurów z EAE (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
 2006-2009 Immunoprofilaktyka anty-Campylobacter - identyfikacja nowych antygenów, potencjalnych kandydatów do konstrukcji szczepionek oraz analiza skuteczności modulacji działania układu odpornościowego błon śluzowych (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
 2006-2009 Ziarna kefirowe jako kompleksowy ekosystem w produkcji żywności - identyfikacja różnorodności biologicznej genów, mikroorganizmów oraz substancji antybiotycznych (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
 2005-2008 Analiza funkcjonalna i rola biotechnologiczna genów regulatorowych ccpA i yebF oraz identyfikacja innych genów ważnych dla katabolizmu laktozy i β-glukozydów u Lactococcus lactis (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
 2004-2006 Assessment and Critical Evaluation of Antibiotic Resistance Transferability in Food Chain (EU FP5)
 2006-2008 Biologia i Biotechnologia Bakteriofagów (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)
 2003-2004 Express Fingerprints – Expression profiles as fingerprints for the safety evaluation of new strains, including GMOs used in bioprocessed food (EU FP6)
 2002-2005 Identyfikacja i charakterystyka molekularna występujących na terenie Polski bakteriofagów wirulentnych dla bakterii z rodzaju Lactococcus w produkcji żywności (Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego)

Patenty:

  1. Udzielone 3 patenty przez Urząd Patentowy RP, w dniu 30 czerwca 2005:
    Patent Nr 189088 „Nowy szczep i sposób otrzymywania nowego szczepu”
    Patent Nr 189089 „Sposób wytwarzania enzymu amylolitycznego”
    Patent Nr 189090 „Nowy plazmid oraz sposób jego wytwarzania”
  2. Udzielone 6 patentów przez Urząd Patentowy RP, w dniu 22 grudnia 2006:
    Patent P-339113 „Nowy szczep bakteryjny Lactococcus lactis i sposób jego wytwarzania”
    Patent P-339114 „Sposób fermentacji laktozy przez bakterie Lactococcus lactis, zwłaszcza bezplazmidowe”
    Patent P-339115 „Nowy zmutowany gen regulatorowy ccpA”
    Patent P-346746 „Sposób jednoczesnego wytwarzania biomasy bakteryjnej i enzymów amylolitycznych”
    Patent P-346747 „Sposób jednoczesnego wytwarzania biomasy bakteryjnej i kwasu mlekowego”
    Patent P-348789 „Gen plazmidowy, sposób otrzymywania tego genu, kodowany przez ten gen enzym amylolityczny, oraz jego zastosowanie”
  3. 1 patent międzynarodowy  (ogłoszony w dniu 20  marca 2005, udzielony w 2008  roku):
    Patent europejski - EP 1 409 689
    Patent USA - US 7,417,135 „Nowy gen, sposób otrzymywania tego genu, kodowany przez ten gen enzym amylolityczny oraz jego zastosowanie”

Wybrane publikacje:

  1. Bogusławska D.M., Życka-Krzesińska J., Wilcks A., Bardowski J.K. Intra- and interspecies conjugal transfer of Tn916-like elements from Lactococcus lactis in vitro and in vivo. Appl. Environ. Microbiol. (2009) 75: 6352-6360
  2. Hejnowicz M.S., Gołębiewski M., Bardowski J. Analysis of the complete genome sequence of the lactococcal bacteriophage bIBB29. Int. J. Food Microbiol. (2009) 131: 52-61
  3. Domig K.J., Mayrhofer S., Huys G., Tosi L., Danielsen M., Mayo B., Axelsson L., Korhonen J.M., Egervärn M., Bardowski J.K., Saarela M., Morelli L., Kneifel W. The ace-art database – antibiotic susceptibility of lactic acid bacteria and bifidobacteria in relation to their biological, geographical and chronological origin. International Journal of Probiotic and Prebiotics (2008) 3: 281-286
  4. Hoek van A.H.A.M., Margolles A., Domig K.J., Korhonen J.M., Życka-Krzesińska J., Bardowski J.K., Danielsen M., Huys G.,  Morelli L., Aarts H.J.M. Molecular assessment of erythromycin and tetracycline antibiotic resistance genes in lactic acid bacteria and bifidobacteria and their relation to the observed resistance. International Journal of Probiotic and Prebiotics (2008) 3: 271-280
  5. Flórez A.B., Tosi L., Danielsen M., von Wright A., Bardowski J., Morelli L., Mayo B. Resitance-susceptibility profiles of Lactococcus lactis and Streptococcus thermophilus strains to eight antibiotics and proposition of new cut-offs. International Journal of Probiotic and Prebiotics (2008) 3: 249-256
  6. JankowskaA., Wrzesinski M., Laubitz D., Kazimierczak W., Skrzypek H., Bardowski J., Zabielski R., Grzesiuk E. Intestinal MMC-related electric fields and pancreatic juice control the adhesion of Gram-positive and Gram-negative bacteria to the gut epithelium - in vitro study. J. Physiol. Pharmacol. (2008) 59: 795-810
  7. Lampkowska J., Feld L., Monaghan A., Toomey N., Schjørring S., Jacobsen B., van der Voet H., Andersen S.R., Bolton D., Aarts H., Krogfelt K.A., Wilcks A., Bardowski J. A standardized conjugation protocol to assess antibiotic resistance transfer between lactococcal species. Int J Food Microbiol. (2008) 127(1-2): 172-5
  8. Kowalczyk M., Cocaign-Bousquet M., Loubiere P., Bardowski J. Identification and Functional Characterization of Cellobiose and Lactose Transport Systems in Lactococcus lactis IL1403. Arch Microbiol. (2008) 189(3): 187-96
  9. Golebiewski M., Kern-Zdanowicz I., Zienkiewicz M., Adamczyk M., Zylinska J., Baraniak A., Gniadkowski M., Bardowski J., Ceglowski P. Complete nucleotide sequence of the pCTX-M3 plasmid and its involvement in spread of the extended-spectrum {beta}-lactamase (ESBL) gene blaCTX-M-3. Antimicrob Agents Chemother. (2007) 13:
  10. Florez A.B., Danielsen M., Korhonen J., Zycka J., von Wright A., Bardowski J., Mayo B. Antibiotic survey of Lactococcus lactis strains to six antibiotics by Etest, and establishment of new susceptibility-resistance cut-off values. J. Dairy Res. (2007) 30: 1-7
  11. Kowalczyk M., Bardowski J. Regulation of sugar catabolism in Lactococcus lactis. Critical Reviews in Microbiology (2007) 33: 1–13
  12. Loll B., Kowalczyk M., Alings C., Chieduch A., Bardowski J., Saenger W., Biesiadka J. Crystal structure of transcription regulator CcpA of Lactococcus lactis. Acta Crystallographica Section D (2007) 63: 431-436
  13. Kowalczyk M., Borcz B., Płochocka D., Bardowski J. Specific and unspecific binding of CcpA from Lactococcus lactis IL1403. Acta Biochimica Polonica (2007) 54: 71-78
  14. Szczepańska A., Bidnenko E., Płochocka D., McGovern S., Ehrlich S.D., Bardowski J., Polard P., Chopin M.-C. A distinct single-stranded DNA-binding protein encoded by the Lactococcus lactis bacteriophage bIL67. Virology (2007) 363: 104-112
  15. Szczepańska A., Hejnowicz M., Bardowski J. Biodiversity of Lactococcus lactis bacteriophages in Polish dairy environment. Acta Biochim. Polon. (2007) 54: 151-158
  16. Zienkiewicz M., Kern-Zdanowicz I., Golebiewski M., Zylinska J., Mieczkowski P., Gniadkowski M., Bardowski J., Ceglowski P. Mosaic structure of p1658/97, a 125-kilobase plasmid harbouring an active amplicon with the extended-spectrum {beta}-lactamase gene blaSHV-5. Antimicrob Agents Chemother. (2007) 51: 1164-1171
  17. Aleksandrzak-Piekarczyk T., Kok J., Renault P., Bardowski J. Alternative Lactose Catabolic Pathway in Lactococcus lactis IL1403. Appl. Environ. Microbiol. (2005) 71: 6060-6069
  18. Hejnowicz M.S., Bardowski J. Phage infections of mesophilic bacterial strains from the genus of Lactococcus in dairy industry. (in polish). Przegląd Mleczarski (2005) 7:4-7
  19. Doman-Pytka M., Bardowski J. Pullulan degrading enzymes of bacterial origin. Critical Reviews in Microbiology (2004) 30(2): 107-121
  20. Doman-Pytka M., Renault P., Bardowski J. Gene-cassette for adaptation of Lactococcus lactis to plant environment. Lait (2004) 84: 33-37
  21. Kowalczyk M., Bardowski J. Overproduction and purification of the CcpA protein from Lactococcus lactis. Acta Biochimica Polonica (2003) 50: 455-459
  22. Chopin A., Bardowski J., Raya R., Ehrlich S.D. La régulation génétique dans Lactococcus lactis: le modčle de la biosynthčse du tryptophane. Le Lait (1993) 73: 119‑126
  23. Godon J.‑J., Delorme C., Bardowski J., Chopin M.-C., Ehrlich S.D., Renault P. Gene inactivation in Lactococcus lactis: Branched‑chain amino acid biosynthesis. J. Bacteriol. (1993) 175: 4383‑4390
  24. Raya R.R., Bardowski J., Ehrlich S.D., Chopin A. Transcription of the trp biosythetic genes in Lactococcus lactis subsp. lactis. FEMS Microbiol. Rev. (1993) 12: P30
  25. Bardowski J., Ehrlich S.D., Chopin A. A regulatory protein in Lactococcus lactis subsp. lactis belongs to the BglG family of RNA‑binding transcription antiterminators. FEMS Microbiol. Rev. (1993) 12: P30
  26. Bardowski J., Ehrlich S.D., Chopin A. Tryptophan biosythesis genes in Lactococcus lactis subsp. lactis. J. Bacteriol. (1992) 174: 6563‑6570

Identyfikacja i charakterystyka mikroorganizmów potencjalnie użytecznych w bioremediacji

Kierownik Zespołu: dr Urszula Zielenkiewicz
Zespół: dr Iwona Brzozowska, dr Anna Muszewska, mgr Joanna Klim, mgr Tomasz Walter


Badania prowadzone w naszej grupie skupiają się na następujących obszarach:

 

  • zastosowanie bakteryjnych systemów toksyna-antytoksyna (TA) dla opracowania innowacyjnej terapii antybiotykooporności bakterii
  • genomika porównawcza i ewolucyjna oraz charakterystyka funkcjonalna populacji mikroorganizmów wybranych środowisk oraz wyspecjalizowanych konsorcjów
  • izolacja i identyfikacja szczepów bakterii środowiskowych; charakterystyka wybranych szczepów

 

Systemy toksyna-antytoksyna (TA) są szeroko rozpowszechnione w genomach organizmów prokariotycznych. Ich aktywacja, np. w warunkach stresu, powoduje zahamowanie wzrostu, wykształcanie komórek „persisters” lub śmierć komórek. Kodowane w plazmidach przyczyniają się do efektywnego dziedziczenia plazmidów w populacji bakterii, często niosących geny oporności na antybiotyki. W ostatnim czasie przywoływane są jako potencjalni kandydaci do opracowania celowanych leków antybakteryjnych, innych niż powszechnie stosowane i coraz mniej skuteczne antybiotyki.
Wiedza zgromadzona w wyniku wieloletnich badań systemu TA ε/ζ (Streptococcus pyogenes i pokrewne patogenne szczepy bakterii gram-dodatnich), pozwoliła nam opracować test (test polaryzacji fluorescencji - FP assay) z użyciem białka Epsilon kompleksu εζ pozwalający oceniać skuteczność cząsteczek jako inhibitorów oddziaływań białko-białko. Test ten wykorzystujemy obecnie do poszukiwań takich cząsteczek mogących mieć zastosowanie w opracowaniu terapii klinicznych szczepów bakteryjnych niosących plazmidy oporności na antybiotyki.

Środowiska silnie skażone substancjami chemicznymi stanowią nisze ekologiczne, w których mikroorganizmy mogą wykształcać mechanizmy pozwalające im na degradację tych związków, a tym samym mogą być źródłem organizmów potencjalnie użytecznych w bioremediacji lub innych gałęziach przemysłu. Wyizolowaliśmy kilkaset różnych szczepów ze środowisk skażonych metalami ciężkimi, z terenów byłych kopalni złota i arsenu oraz uranu. Niektóre z nich (szczególnie z grupy promieniowców) wykazują właściwości antybakteryjne i/lub antygrzybowe, mogą więc potencjalnie być źródłem nowych substancji leczniczych.

Większość mikroorganizmów występuje w naturze w formie biofilmów: zorganizowanej wielokomórkowej i wielogatunkowej społeczności mikroorganizmów przylegających do powierzchni, zazwyczaj zanurzonych w tzw. macierzy zewnątrzkomórkowej.

W naszej pracy skupiamy się nad strukturą i bioróżnorodnością naturalnie tworzących się biofilmów oraz konsorcjów mikroorganizmów selekcjonowanych w określonych warunkach fizyko-chemicznych. Przykładem takich konsorcjów są badane przez nas wyselekcjonowane populacje mikroorganizmów litoautotroficznych efektywnych w procesach bioługowania uranu oraz wyspecjalizowane populacje wytwarzające wodór i metan. Opracowany w IBB przez zespół dr. hab. A. Sikory w skali laboratoryjnej układ dwuetapowy efektywnej produkcji wodoru i następczo metanu został wykorzystany do budowy prototypowej instalacji w skali ułamkowej na terenie Cukrowni Dobrzelin. Obecnie, system ten jest przekształcany do skali półtechnicznej.

W badaniach metagenomicznych populacji mikroorganizmów wykorzystujemy  następujące techniki: powielanie i klonowanie genów 16S rRNA, polimorfizm konformacji pojedynczych nici kwasów nukleinowych (MSSCP) oraz wysokowydajne sekwencjonowanie fragmentów losowych połączone z filogenetyczną i statystyczną analizą uzyskanych sekwencji.

Saccharomyces cerevisiae jest najlepiej scharakteryzowanym pod względem genetycznym mikroorganizmem eukariotycznym, a o interakcjach genetycznych w genomie wiemy najwięcej z badań przeprowadzonych na tym gatunku. Szczegółowa analiza tzw. modułów funkcjonalnych, czyli grupy genów, które uczestniczą w tym samym procesie biologicznym (np. transporcie, ścieżkach sygnałowych itp.) pomiędzy którymi zachodzą interakcje genetyczne pozwoli stwierdzić, czy owe moduły mają wspólną ścieżkę ewolucyjną i w jakim stopniu dochodzi do oddziaływań pomiędzy składającymi się na nie genami. Jest to kwestia istotna dla zrozumienia natury procesów ewolucyjnych nie tylko u drożdży, ale także w genomie człowieka. Możliwe, że badanie modułów funkcjonalnych pozwoli na ujawnienie jeszcze nieznanych nauce procesów i mechanizmów.


Obecnie realizowane projekty:

  1.  
    1. Opracowanie inhibitorów oddziaływań białko-białko dla układu modelowego ε/ζ;
    2. Kompleksowe wielkoskalowe badania mikrobiologicznego wytwarzania wodoru i metanu; analizy metagenomiczne, metatranskryptomiczne i proteomiczne;
    3. Ewolucja „w próbówce” - eksperymentalna ewolucja drożdży w długoterminowych hodowlach ciągłych  we własnoręcznie skonstruowanym chemostacie – szczegółowa analiza ewolucji tzw. modułów funkcjonalnych;
    4. Dr Anna Muszewska prowadzi badania dotyczące i) genomiki porównawczej grzybów ii) patogenności grzybów i bakterii iii) transpozonów u grzybów iv) ewolucji i ekologii grzybów z perspektywy genomu. Kieruje projektem SONATA 2012/07/D/NZ2/04286;
    5. Analizy metagenomiczne bioróżnorodności mikrobiologicznej ww środowisk, ze szczególnym uwzględnieniem biofilmu naskalnego z kopalni złota w Złotym Stoku;
    6. Izolacja i identyfikacja mikroorganizmów z różnych środowisk, m in. terenów pokopalnianych (Złoty Stok, Kowary), składowisk odpadów przemysłowych, gleb rolniczych, zabytkowych tkanin jedwabnych i bioreaktorów biotechnologicznych;
    7. Sekwencjonowanie i analizy genomów wybranych bakterii.

Projekty badawcze:

2016-2019
„Innowacyjna instalacja produkująca wodór i metan metodą mikrobiologiczną z odpadów i produktów ubocznych przemysłu cukrowniczego wraz z zastosowaniami otrzymywanych gazów i zapewnieniem samowystarczalności energetycznej oczyszczalni ścieków w cukrowni” konsorcjum naukowe, koordynator: IBB PAN,A. Sikora (NCBiR)
2015-2018
„Ewolucyjne podejście do funkcjonalnej analizy  genomów”,  kierownik dr hab. S. Kaczanowski
2013-2015
„Alternatywna mikrobiologiczna metoda produkcji wodoru i metanu na drodze fermentacji (skala ułamkowa)” (kierowniczka  dr hab. A. Sikora)
2014-2015 „Metagenomy glebowe wskaźnikiemdegradacji bioróżnorodności mikroorganizmów w glebach użytkowanych rolniczo na Lubelszczyźnie”, współpraca z KUL
2011-2014 "Podstawy zabezpieczenia potrzeb paliwowych polskiej energetyki jądrowej; konsorcjum naukowe", koordynator: UW, strategiczny; w ramach projektu  "Technologie wspomagające rozwój bezpiecznej energetyki jądrowej" (NCBiR)
2017-2013 „Program niezbędnego rozpoznania warunków konserwatorsko-biologicznych oraz prac konserwatorsko-chemicznych wraz z oceną zagrożeń deterioracyjnych wybranych sal ekspozycyjnych Muzeum Pałacu w Wilanowie” projektu pt:Rewitalizacja i digitalizacja XVII-towiecznego zespołu pałacowo-ogrodowego w Wilanowie (UE, MSiDN)
2019-2011 Analiza metagenomiczna zespołu bakterii prowadzących fermentacje wodorowe w hodowli ciągłej na substratach odpadowych oraz ilościowe i jakościowe oznaczenia końcowych niegazowych produktów fermentacji (MNiSW)
2005-2008 Utylizacja odpadów przemysłu mineralnego z zastosowaniem metod biotechnologicznych oraz stworzenie banku mikroorganizmów potencjalnie  użytecznych w biometalurgii (MNiSW)

Wybrane publikacje:

  1. Brzozowska I., Bogdanowicz A., Szczęsny P., Zielenkiewicz U., Laudy A. (2017) Evaluation of bacterial diversity on historical silk velvet textiles from the Museum of King John III’s Palace at Wilanów, Poland. Int. Biodeter. Biodegrad. (ahead of pub)
  2. Teixeira MM., Moreno LF., Stielow BJ., Muszewska A. et al., (2017) Exploring the genomic diversity of black yeasts and relatives (Chaetothyriales, Ascomycota). Studies in Mycology
  3. Fernández-Bachiller MI., Brzozowska I., Odolczyk N., Zielenkiewicz U., Zielenkiewicz P., Rademann J.(2016) Mapping Protein–Protein Interactions of the Resistance-Related Bacterial Zeta Toxin-Epsilon Antitoxin Complex (ε2ζ2) with High Affinity Peptide Ligands Using Fluorescence Polarization. Toxins 8, doi:10.3390/toxins8070222
  4. Wolińska A., Kuźniar A., Zielenkiewicz U., Izak D., Banach A., Stępniewska Z., Błaszczyk M. (2016) Metagenomic analysis of some potential nitrogen-fixing bacteria in arable soils at different formation processes. Microbial Ecology,  DOI 10.1007/s00248-016-0837-2
  5. Nguyen K., Sreelatha A., Durrant E., Lopez-Garrido J., Muszewska A. et al., (2016) Phosphorylation of spore coat proteins by a family of atypical protein kinases. Proc Natl Acad Sci USA 113(25):E3482-91.
  6. Tomczyk-Żak K.Zielenkiewicz U. (2015) Microbial diversity in caves. Geomicrobiol. J. DOI 10.1080/01490451.2014.1003341.
  7. Chojnacka A., Szczęsny P., Błaszczyk M.K., Zielenkiewicz U., Detman A., Salamon A. and Sikora A. (2015) Noteworthy Facts about a Methane-Producing Microbial Community Processing Acidic Effluent from Sugar Beet Molasses Fermentation. PLOSONE 10.1371/journal.pone.0128008.
  8. Brzozowska I. and Zielenkiewicz U. (2014) The ClpXP protease is responsible for the degradation of the Epsilon antidote to the Zeta toxin of the streptococcal pSM19035 plasmid. J.Biol.Chem. 289: 7514-7523
  9. Tomczyk-Żak K., Kaczanowski S., Drewniak  Ł., Dmoch Ł., Sklodowska A., Zielenkiewicz U. (2013) Bacteria diversity and arsenic mobilization in rock biofilm from an ancient gold and arsenic mine. SciTotEnv,  461-462: 330-340.
  10. Brzozowska I. and Zielenkiewicz U. (2013) Regulation of toxin-antitoxin systems by proteolysis. Plasmid 70: 33-41.
  11. Brzozowska I., Brzozowska K., Zielenkiewicz U. (2012) Functioning of the TA cassette of  streptococcal plasmid pSM19035 in various Gram-positive bacteria. Plasmid 68: 51-60.
  12. Chojnacka A., Błaszczyk M.K., Szczęsny P., Nowak K., Sumińska M., Tomczyk-Żak K., Zielenkiewicz U., Sikora A. (2011) Comparative analysis of hydrogen-producing bacterial biofilms and granular sludge formed in continuous cultures of fermentative bacteria. Bioresource Technology 102 (21):10057-10064. 
  13. Muszewska A., Hoffman-Sommer M., Grynberg M. (2011) LTR retrotransposons in fungi. PloSone doi.org/10.1371/journal.pone.0029425
  14. Muszewska A., Taylor J., Szczesny P., Grynberg M. (2011) Independent Subtilases Expansions in Fungi Associated with Animals. Molecular Biology and Evolution 28(12):3395-404.