załącznik 8 - Wydział Biologii i Ochrony Środowiska UŚ

Opis działalności badawczej wydziału w obszarze wiedzy
odpowiadającym kierunkowi studiów
BIOTECHNOLOGIA
Prace naukowe w zakresie biotechnologii roślin koncentrują się na następujących tematach
badawczych:
1. Genomika funkcjonalna roślin uprawnych i modelowych.
Prowadzone badania mają na celu identyfikację i określenie roli genów związanych
z wybranymi procesami rozwojowymi roślin oraz genów kontrolujących reakcję roślin na
stresy abiotyczne. Podstawowymi obiektami badań są gatunek uprawny (Hordeum vulgare)
oraz modelowy (Arabidopsis thaliana). U H. vulgare badania dotyczą identyfikacji i
charakterystyki działania genów: (1) kontrolujących rozwój systemu korzeniowego, ze
szczególnym uwzględnieniem włośników; (2) związanych z metabolizmem brassinosteroidów
i strigolaktanów w aspekcie ich roli w rozwoju pędu; (3) związanych z reakcję roślin na stresy
abiotyczne ze szczególnym uwzględnieniem stresu niedoboru wody; (4) odpowiedzialnych za
procesy naprawy DNA. Prowadzone są także prace nad określeniem epigenetycznych
mechanizmów zachodzących u roślin uprawnych po ekspozycji na warunki stresowe, w
szczególności na stres suszy. Odrębnym przedmiotem badań jest proces regeneracji roślin w
kulturze in vitro, badany u A. thaliana w aspekcie identyfikacji kluczowych genów, w tym
kodujących czynniki transkrypcyjne i miRNA, determinujących plastyczność rozwojową
roślin, a u H. vulgare w aspekcie identyfikacji egzo- i endogennych czynników wpływających
na efektywność procesu embriogenezy w kulturze izolowanych mikrospor.
W badaniach wykorzystuje się następujące metody badawcze:
♦ cytometrię przepływową i obrazową;
♦ techniki cytogenetyki molekularnej, m. in. fluorescencyjną hybrydyzację DNA-DNA in
situ;
♦ testy genotoksyczności (TUNEL, kometowy);
♦ techniki obrazowania 3D z wykorzystaniem mikroskopii konfokalnej i zaawansowanych
metod cyfrowej obróbki obrazu;
♦ transmisyjną i skaningową mikroskopię elektronową;
♦ markery molekularne (AFLP, SSR, SNP);
♦ klonowanie i sekwencjonowanie i DNA, w tym sekwencjonowanie z wykorzystaniem NGS;
♦ analizy transkryptomów z wykorzystaniem mikromacierzy DNA, subtraktywnej
hybrydyzacji cDNA, Real-Time qPCR;
♦ metody analizy różnicowej proteomów;
♦ strategię TILLING;
♦ techniki bioinformatyczne;
♦ techniki kultur in vitro roślin, kultury pylnikowe, kultury izolowanych mikrospor i kultury
protoplastów;
♦ techniki transformacji genetycznej z wykorzystaniem Agrobacterium;
♦ klasyczne pomiary elektrofizjologiczne; pomiary techniką patch clamp; komórkową sondę
ciśnieniową;
♦ badania tensometryczne z wykorzystaniem testów reologicznych;
♦ modelowanie komputerowe wzrostu i rozwoju organów roślin z zastosowaniem metody
tensora wzrostu w ujęciu biomechanicznym z wykorzystaniem metod numerycznych.
Prace naukowe w zakresie biotechnologii środowiskowej koncentrują się na następujących
tematach badawczych:
1. Wykorzystanie wyselekcjonowanych drobnoustrojów do poprawy efektywności
biodegradacji wybranych związków aromatycznych.
Badania te obejmują poznanie metabolicznych własności bakterii odpowiedzialnych za proces
ich degradacji oraz mechanizmów enzymatycznej i genetycznej regulacji tych
procesów. Celem tych badań jest opracowanie szczepionki, która zastosowana zostanie w
bioremediacji gleb zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi. Ważnym aspektem
tych badań jest wykorzystaniem biochemicznych i molekularnych markerów komórkowych
do monitorowania przeżywalności wprowadzonych szczepów oraz ich wpływu na zespoły
autochtonicznych mikroorganizmów.
2. Rozkład folii polietylenowych modyfikowanych polimerami naturalnymi (skrobia) lub
syntetycznymi (poliestry) przez bakterie i grzyby mikroskopowe.
Jako modele badawcze stosowane są różne rodzaje czystego polietylenu oraz polietylenu
modyfikowanego skrobią lub poliestrami. W badaniach wykorzystywane są mikroorganizmy
izolowane z różnych środowisk, jak i szczepy muzealne. Prowadzone od kilku lat badania
mają na celu opracowanie biologicznych metod degradacji folii z zastosowaniem
kompostowania.
3. Wykorzystanie immobilizowanych konsorcjów bakterii nitryfikacyjnych do
konstrukcji bioindykatora zanieczyszczeń środowiska wodnego.
4. Wykorzystanie biologicznych metod oczyszczania środowisk zdegradowanych.
Badanie te koncentrują się na zastosowaniu fitoekstrakcji, fitostabilizacji i fitodegradacji do
rekultywacji środowisk zanieczyszczonych metalami ciężkimi i substancjami
ropopochodnymi. Ponadto, prowadzone są badania nad remediacją gleb zanieczyszczonych
związkami fenolowymi z wykorzystaniem bioaugmentacji szczepami bakterii z rodzaju
Pseudomonas. Realizacja tego tematu badawczego obejmuje także wykorzystanie
ryzosferowych i endofitycznych bakterii, jako narzędzi do zwiększania efektywności
biologicznych metod oczyszczania skażonych środowisk. W ramach tych badań prowadzony
jest skrinning mikroorganizmów wykazujących cechy bakterii promujących wzrost roślin oraz
zdolnych do rozkładu węglowodorów i/lub produkcji biosurfaktantów.
5. Wykorzystanie biomarkerów w procesach remediacji zanieczyszczonych środowisk.
W tym temacie badawczym analizowane są mechanizmy detoksykacyjne i procesy
bioeliminacji czynników szkodliwych. Poszukiwane są skuteczne metody dla oceny stresu
oksydacyjnego powodowanego różnymi szkodliwymi substancjami. Ilościowa i jakościowa
analiza zmian apoptotycznych i/lub nekrotycznych w komórkach wybranych narządów
oceniana jest na podstawie wielkości zmian potencjałów mitochondrialnych, poziomu kaspaz,
zmian asymetrii błony komórkowe, defragmentacji DNA, oksydacyjnych uszkodzeń białek i
DNA oraz zmian stężenia ATP, wolnych rodników, w tym produktów peroksydacji lipidów.
Badania obejmują także procesy immunologiczne i ochronną rolę płynów ustrojowych w
warunkach stresu oksydacyjnego. Analizowana jest lokalizacja neuropeptydów w strukturach
układu nerwowego w warunkach stresu środowiskowego. Prowadzone są prace dotyczące
wykorzystania biomarkerów w ocenie skutków remediacji zanieczyszczonych środowisk.
Analizowana jest wrażliwość zwierząt glebowych na działanie substancji ropopochodnych z
uwzględnieniem skutków bioremediacji gleb zanieczyszczonych tymi substancjami. Badania
tego obszaru dotyczą także czynnej ochrony gatunkowej z wykorzystaniem metod biologii
molekularnej, np. w zakresie restytucji i reintrodukcji niepylaka apollo (Parnassius apollo).
6. Aspekty neutralizacji ksenobiotyków na poziomie układu pokarmowego zwierząt.
Badania te dotyczą roli struktur układu pokarmowego w procesach neutralizacji
ksenobiotyków, analizowane są zależności roślina żywicielska – roślinożerca, wiążące
budowę i funkcje przewodu pokarmowego z żerowaniem na roślinnych hyperakumulatorach
metali, a także możliwości wykorzystania naturalnych inhibitorów enzymów trawiennych w
kontroli populacji owadzich szkodników upraw u szkodliwych gatunków inwazyjnych, jak
stonka kukurydziana (Diabrotica virgifera), szrotówek (Cameraria ohridella) czy sówka
(Spodoptera exigua). Badane są zależności między funkcją trawienną przewodu
pokarmowego owadów (głównie szkodników roślinnych) a stanem jego mikroflory, i
aktywnością neuropeptydów, in vitro i in vivo. Badane są także zmiany degeneracyjne w
komórkach gruczołów jelita środkowego u behawioralnie i fizjologicznie zróżnicowanych
gatunków pająków.
7. Wykorzystanie biopestycydów i inne możliwości kontroli liczebności gatunków
szkodliwych.
Badania te koncentrują się na rozpoznawaniu systemów obronnych zwierzęcia w warunkach
oddziaływania biopestycydów, w oparciu o badania procesów metabolizmu glutationu oraz
enzymów I i II fazy detoksykacji z w tkankach o różnej wrażliwości. Analizowane są
wzajemne relacje między naturalnymi i antropogennymi stresorami. W badaniach
weryfikujemy czy i w jakim stopniu rodzaj zastosowanych stresorów (naturalne:
niska/wysoka temperatura, niedobór pokarmu; antropogeniczne: metale ciężkie, pestycydy)
oraz ich nasilenie (ekspozycja długo- i krótkoterminowa) indukują zmiany degeneracyjne
(apoptoza, autofagia, nekroza) w komórkach gruczołu jelita środkowego z uwzględnieniem
różnych poziomów organizacji komórkowej.
W badaniach wykorzystuje się następujące metody badawcze:
♦ klasyczne metody hodowli mikroorganizmów na podłożach mikrobiologicznych;
♦ hodowle ciągle w fermentorach, złoża biologiczne
♦ metody mikroskopowe: tradycyjna, fluorescencyjna konfokalna, transmisyjna i skaningowa
mikroskopia elektronowa;
♦ spektrometrię absorbcji atomowej (AAS);
♦ chromatografię cieczową, cienkowarstwową i gazową do badań związków lipidowych oraz
metabolitów pośrednich w rozkładzie węglowodorów;
♦ markery molekularne;
♦ molekularne i biochemiczne metody oceny bioróżnorodności zespołów mikroorganizmów
glebowych (DGGE, BIOLOGâ);
♦ testy toksyczności, genotoksyczności i uszkodzeń oksydacyjnych DNA;
♦ spektrofotometrię UV-VIS i spektrofluorymetrię;
♦ cytometrię obrazową;
♦ biosensory do detekcji zanieczyszczeń w wodzie;♦
♦ technikę PCR;
♦ metody elektroforetyczne;
♦ sekwencjonowanie i klonowanie DNA;
♦ badania struktury białek enzymatycznych;
♦ ELISA, Western Blotting;
♦ techniki bioinformatyczne