załącznik 8 - Wydział Biologii i Ochrony Środowiska UŚ
Transkrypt
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