Opis projektu

Niebezpieczne zakwity wody to główny problem eutrofizacji odnotowywany od szeregu lat w skali globalnej. Sinice (cyjanobakterie) reprezentujące prokariotyczne autotrofy, są jednym z głównych komponentów zakwitów. Kosmopolityczny zasięg sinic, ich różnorodność oraz zdolność do produkcji toksyn (cyjanotoksyn) o szerokim spektrum działania (min.: mikrocystyny MSc i cylindrospermopsyna CYN – hepatotoskyny oraz anatoksyna-a ANTX-A – neurotoksyna) powoduje, iż naukowcy na całym świecie starają się opracować skuteczne metody ograniczania występowania zakwitów z udziałem sinic. Dlatego, w obecnym czasie nie wystarczy monitorowanie zaistniałego problemu, ale należy poszukać rozwiązań w celu ograniczenia niebezpieczeństwa ze strony sinic. Ważnym elementem w tym działaniu jest zrozumienie interakcji między sinicami, a innymi organizmami oraz procesów towarzyszących temu zjawisku. Do takiej wiedzy należy poznanie bakterii zdolnych do hamowania wzrostu, a także lizy komórek sinicowych, zaliczanych do bakterii algicydowych (BA). Ponieważ aktywność BA jest związana zwykle z rozpadem komórek sinicowych, w konsekwencji może dojść do szybkiego uwolnienia się do wody dużej ilości cyjanotoksyn, dlatego też, należy sprawdzić czy w/w bakterie posiadają również jednoczesną zdolność do degradacji toksyn sinicowych.

W proponowanym projekcie będą realizowane kolejne zadania badawcze:

1. Wyselekcjonowanie planktonowych szczepów BA poprzez analizę ich oddziaływania na kultury sinicowe oraz kultury zielenic;
2. Sprawdzenie specyficzności badanych BA względem różnych rodzajów/gatunków sinic oraz reprezentantów glonów – zielenic;
3. Charakterystyka taksonomiczna BA na podstawie cech morfologicznych i genetycznych;
4. Charakterystyka zmian morfologicznych, biochemicznych i genetycznych w komórkach sinic narażonych na działanie BA;
5. Ocena możliwości degradacji MCs, CYN i ANTX-a przez wyselekcjonowane bakterie;
6. Identyfikacja związków algicydowych produkowanych przez BA;
7. Ocena wrażliwości komórek sinicowych na wybrane związki produkowane przez testowane BA jako pojedyncze czynniki algicydowe oraz grupa związków o właściwościach algicydowych.

Dla realizacji badań zostanie pobrany materiał z jezior i zbiorników (rejon Polski Centralnej i Wielkopolski), w których rokrocznie obserwuje się zakwity wody z udziałem m.in. Microcystis, Planktothrix, Aphanizomenon czy Raphidiopsis. Woda będzie pobierana w celu izolacji bakterii pelagicznych o właściwościach algicydowych (BA). Następnie, w warunkach laboratoryjnych, zostanie oceniony wpływ izolatów algicydowych na wzrost i uszkodzenie komórek sinic (szczepy reprezentujące w/w rodzaje sinic) oraz zielenic (reprezentowanych przez Desmodesmus i Pseudopediastrum). Wykorzystanie sinic lub zielenic umożliwi sprawdzenie czy wyizolowane BA są swoiste dla któregoś z badanych szczepów sinic (prokariota) lub ich zakres oddziaływania jest szerszy włączając reprezentanta glonów – zielenice (eukariota). BA zostaną zidentyfikowane oraz sklasyfikowane pod kątem taksonomicznym. Zostanie zbadana odpowiedź komórkowa sinic na BA poprzez oszacowanie ekspresji wybranych genów dla oceny: pracy aparatu fotosytetycznego, możliwości uszkodzenia DNA sinic, potencjału do produkcji MCs.

Zostanie również oceniona możliwość produkcji ROS i obecności produktów tlenowej degradacji lipidów. Ponadto, kolejnym zadaniem będzie sprawdzenie czy BA mogą jednocześnie degradować toksyny inicowe: MCs, CYN lub ANTX-a. Na koniec zostanie podjęta próba potwierdzenia obecności znanych związków o działaniu algicydowym oraz próba identyfikacji nowych związków o takim działaniu (materiał pozyskany z badanych BA). Dzięki temu zostanie również oceniona możliwość toksycznego działania wybranych związków algicydowych lub grupy takich związków na komórki sinic w kontekście efektu synergistycznego lub addytywnego.

Proponowane badania z zakresu hydrobiologii/mikrobiologii środowiskowej (z udziałem metod mikroskopowych, genetycznych, biochemicznych i analitycznych) uzupełnią dość skąpą wiedzę na temat zależności między wybrana grupą bakterii o właściwościach algicydowych (BA) z jednoczesną możliwością degradacji cyjanotoksyn, a słodkowodnymi sinicami występującymi w klimacie umiarkowanym. Zrozumienie interakcji pomiędzy toksycznymi sinicami i bakteriami o charakterze algicydowym przyczyni się do uzyskania podstawowej wiedzy niezbędnej, w przyszłości, do opracowania przyjaznych dla środowiska rozwiązań biotechnologicznych w celu jeszcze lepszej ochrony ekosystemów wodnych.

więcej informacji o projekcie na stronach Narodowego Centrum Nauki – https://projekty.ncn.gov.pl/index.php?projekt_id=448091