Cztery granty OPUS 26 przyznane dla UPWr

Granty OPUS, przyznawane przez Narodowe Centrum Nauki, są znaczącym wsparciem dla innowacyjnych projektów badawczych w Polsce. Projekty, w które zaangażowani są naukowcy z UPWr dotyczą m.in. zagadnień takich jak zrównoważona produkcja biopaliw, gospodarka o obiegu zamkniętym czy remediacja wody.

Biopaliwa z biomasy ligninocelulozowej

Dr hab. Adam Dobrowolski z Pracowni dla Zrównoważonego Biorozwoju w Instytucie Biologii Środowiskowej zyskał wsparcie finansowe w wysokości 1 729 560 zł na projekt badawczy dotyczący fizjologii drożdży Yarrowia lipolytica. Celem badań jest wykorzystanie biomasy ligninocelulozowej jako alternatywnego źródła węgla do biosyntezy lipidów, które mogą być użyte do produkcji biopaliw.

– W 2022 roku liczba ludności na świecie przekroczyła 8 miliardów. W obliczu tego, rośnie zapotrzebowanie na żywność, energię i wodę pitną, co stawia przed nami ogromne wyzwania. Malejące zasoby paliw kopalnych oraz wynikające z tego problemy gospodarcze i geopolityczne zmuszają nas do poszukiwania zrównoważonych alternatyw. Biopaliwa, szczególnie te produkowane z mikroorganizmów, są jednym z rozwiązań, które mogą przyczynić się do ochrony środowiska bez obniżania jakości życia – tłumaczy dr hab. Adam Dobrowolski.

Drożdże Y. lipolytica wyróżniają się zdolnością do produkcji lipidów, które mogą być wykorzystane do produkcji biopaliw. Aczkolwiek, jak każdy organizm heterotroficzny, drożdże te potrzebują źródła węgla i energii. Stosowanie jako substratu np. glukozy, jest kosztowne, co ogranicza przemysłowe zastosowanie. Projekt ma na celu wykorzystanie odpadowej biomasy roślinnej, bogatej w węgiel organiczny, jako „pożywienia" dla drożdży.

Zanim jednak możliwe będzie przemysłowe wykorzystanie tego pomysłu, konieczne jest zbadanie fizjologii tych drożdży i zmodyfikowanie ich genetycznie w taki sposób, aby proces produkcji biopaliw spełniał wymogi wydajności, ekologii i ekonomii. Dzięki zaawansowanym narzędziom molekularnym możliwe jest wprowadzenie modyfikacji genetycznych, które pozwolą drożdżom asymilować niedostępne dotąd źródła węgla oraz tolerować stresujące warunki środowiskowe.

Projekt dr. hab. Adama Dobrowolskiego wpisuje się w działania na rzecz zrównoważonego rozwoju, który ma kluczowe znaczenie dla naszej przyszłości. Dzięki biologii syntetycznej i badaniom nad metabolizmem podstawowym, możliwe będzie stworzenie „biologicznej fabryki", która wykorzysta odpadową biomasę roślinną do produkcji wartościowych substancji chemicznych, takich jak biopaliwa.

Heksokinaza i metabolizm w gospodarce obiegu zamkniętego

Projekt prof. Zbigniewa Lazara, który otrzymał dofinansowanie w wysokości 2 227 200 zł, skupia się na badaniu heksokinazy – białka, które łączy metabolizm węgla i azotu w drożdżach Yarrowia lipolytica. 

Gospodarka o obiegu zamkniętym, której celem jest minimalizowanie ilości odpadów poprzez wykorzystywanie ich jako surowców, zyskuje coraz większe znaczenie na całym świecie. Drożdże Y. lipolytica, ze względu na swoje zdolności metaboliczne, są idealnymi kandydatami do realizacji tego typu procesów.

Gatunek Y. lipolytica, który ma duży potencjał do szerokiego wykorzystywania w przemyśle do produkcji m.in. kwasów organicznych, takich jak kwas cytrynowy i α-ketoglutarowy, zamienników cukru dla diabetyków, takich jak erytrytol czy lipidów, które mogą być stosowane do produkcji biopaliw. Co więcej, drożdże te potrafią wykorzystywać odpadowe źródła węgla, takie jak glicerol, który jest produktem ubocznym w produkcji biodiesla. To unikalne preferowanie glicerolu nad glukozą czyni je szczególnie atrakcyjnymi dla przemysłu.

Jednym z największych wyzwań w procesach biotechnologicznych jest adaptacja mikroorganizmów do zmieniających się warunków środowiskowych. Prof. Lazar koncentruje się na zrozumieniu mechanizmów regulujących metabolizm drożdży Y. lipolytica, co pozwoli na ich bardziej efektywne wykorzystanie w przemyśle.

– Heksokinaza, enzym odpowiedzialny za włączanie cukrów do metabolizmu, jest białkiem zaliczanym do tzw. moonlighting proteins, które posiadają co najmniej dwie różne funkcje. Drugą z aktywności tego białka jest jego kluczowa rola w regulacji metabolizmu, zwłaszcza w mechanizmie Represji Katabolicznej Węglem (CCR). Co więcej, nasze badania wskazują, że heksokinaza odgrywa również znaczącą rolę w Represji Katabolicznej Azotem (NCR). Chcemy zbadać, jak heksokinaza wpływa na metabolizm drożdży Y. lipolytica, szczególnie w kontekście niskich stężeń azotu, który to warunek jest konieczny w procesach biosyntezy kwasu cytrynowego czy lipidów, a w których ekspresja genu kodującego heksokinazę jest bardzo wysoka. Analiza sekwencji promotorowej tego genu i struktury samej heksokinazy może dostarczyć nowych informacji o jej funkcji regulatorowej – tłumaczy prof. Lazar.

Poznanie mechanizmów regulacyjnych pozwoli na bardziej efektywne wykorzystanie drożdży Y. lipolytica w gospodarce o obiegu zamkniętym, przekształcając odpady przemysłowe w produkty cenne dla przemysłu spożywczego, farmaceutycznego czy paliwowego.

Biopolimerowe materiały do remediacji wody

Dr hab. Tomasz Janek prowadzi projekt badawczy dotyczący uzdatniania wody z wykorzystaniem biosurfaktantów i metalotionein unieruchomionych w bakteryjnej celulozie i mikrokapsułkach alginianowych. Projekt uzyskał dofinansowanie w wysokości 1 483 520 zł i ma na celu opracowanie innowacyjnych materiałów do usuwania metali ciężkich i syntetycznych związków organicznych z wody.

Zanieczyszczenia metalami ciężkimi i syntetycznymi związkami organicznymi są poważnym problemem dla zdrowia ludzkiego i środowiska. Obecnie stosowane metody uzdatniania wody, choć skuteczne, nie eliminują wszystkich zanieczyszczeń. Nawet minimalne stężenia tych substancji mogą wywoływać katastrofalne skutki, dlatego konieczne jest opracowanie nowych, bardziej efektywnych technologii oczyszczania wody.

Projekt dr. hab. Janka zakłada wykorzystanie biopolimerów złożonych z biosurfaktantów i metalotionein unieruchomionych w bakteryjnej celulozie i mikrokapsułkach alginianowych. Biosurfaktanty, takie jak lipopeptydy produkowane przez bakterie Bacillus subtilis i Pseudomonas fluorescens, charakteryzują się wysoką biodegradowalnością i niską toksycznością. Te innowacyjne biomateriały immobilizowane biosurfaktantami i metalotioneinami mają potencjał do skutecznego usuwania metali ciężkich i związków organicznych z wody.

– Badania będą obejmować charakterystykę modyfikowanych hydrożeli oraz ich właściwości adsorpcyjne. Projekt przewiduje również korelację wyników eksperymentalnych z wynikami symulacji metodą dynamiki molekularnej. Dodatkowo, badana będzie toksyczność modyfikowanych biopolimerów względem zdrowych komórek fibroblastów czy keratynocytów, co pozwoli na ocenę ich bezpieczeństwa w praktycznym zastosowaniu – opowiada naukowiec.

Zastosowanie biosurfaktantów i metalotionein unieruchomionych w bakteryjnej celulozie i mikrokapsułkach alginianowych może stanowić bardziej ekologiczną i ekonomiczną alternatywę dla obecnie stosowanych syntetycznych hydrożeli poliakrylowych. Projekt dr. hab. Janka ma potencjał nie tylko do rozwiązania problemu zanieczyszczenia wody, ale także do stworzenia podstaw dla dalszych badań i rozwoju nowoczesnych metod uzdatniania wody.

Genetyczna plastyczność fenotypowa kur

Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu wraz z Politechniką Bydgoską oraz Instytutem Zootechniki uzyskał finansowanie w wysokości 421 520 zł na realizację projektu dotyczącego molekularnych mechanizmów plastyczności fenotypowej rodzimych ras kur. Celem projektu jest zrozumienie genetycznych i molekularnych mechanizmów plastyczności fenotypowej rodzimych ras kur, takich jak zielononóżka kuropatwiana, leghorn, Rhode Island White i Rhode Island Red. Projekt obejmuje trzy zadania badawcze: charakterystykę genomów w warunkach homeostazy środowiskowej, badanie plastyczności fenotypowej w trudnych warunkach środowiskowych symulowanych dietą niskoenergetyczną oraz badanie plastyczności fenotypowej w odpowiedzi na infekcję patogenem środowiskowym Salmonella spp.

Plastyczność fenotypowa jest złożoną zależnością pomiędzy genotypem danego osobnika, a środowiskiem. Genotyp wykazujący dużą zmienność fenotypową w zależności od środowiska określa się mianem „plastycznego”, a ten, który wykazuje niską zmienność określa się mianem „wytrzymałego”.

Plastyczność fenotypowa to zjawisko, dzięki któremu pojedynczy genotyp jest w stanie wytworzyć wiele fenotypów w odpowiedzi na bodziec środowiskowy. Plastyczność fenotypowa jest uwarunkowana zarówno genotypem osobnika, jak też i jego mikrobiomem. Relacja pomiędzy gospodarzem i jego mikrobiomem jest dwukierunkowa – genotyp gospodarza może wpływać na skład jego mikroflory, a mikroflora przewodu pokarmowego wpływa na procesy fizjologiczne, metaboliczne i immunologiczne gospodarza.

Co więcej, plastyczność mikroflory jelitowej jest ważnym wyznacznikiem plastyczności fenotypowej osobnika. Większość badań związanych z mikrobiomem przeprowadzono na kurczętach brojlerach. Kurom nioskom poświęcano znacznie mniej uwagi. Rodzime rasy kur są znane z dobrego przystosowania do trudnych warunków środowiskowych. Nie mniej jednak nigdy nie przeanalizowano uwarunkowań genetycznych tego przystosowania jak również mechanizmów molekularnych związanych z tą adaptacją.

Wyniki projektu pomogą zrozumieć podstawowe determinanty genetyczne i transkryptomiczne zmian adaptacyjnych do różnych wyzwań środowiskowych. Projekt dostarczy cennych danych, które mogą być wykorzystane do opracowania nowych rozwiązań dla produkcji drobiarskiej, a także przyczynią się do lepszego zrozumienia plastyczności fenotypowej i roli mikrobiomu w adaptacji organizmów do zmiennych warunków środowiskowych.

Członkowie Wiodącego Zespołu Badawczego THETA – Grupa Biostatystyczna, pod kierunkiem Prof. Joanny Szydy z Katedry Genetyki, która jest koordynatorem projektu po stronie UPWr, będą w ramach projektu prowadzili analizy bioinformatyczne danych z prowadzonych eksperymentów.

• 

  Prof. Niżański ponownie przewodniczącym komitetu PAN

  Prof. Wojciech Niżański, kierownik Katedry Rozrodu z Kliniką Zwierząt Gospodarskich Wydziału Medycyny Weterynaryjnej UPWr i szef Wiodącego zespołu Badawczego Innowacyjna diagnostyka i terapia weterynaryjna (Inno-WET) został wybrany na Przewodniczącego Komitetu Nauk Weterynaryjnych i Biologii Rozrodu PAN.

• 

  UPWr w czołówce rankingu THE Impact

  Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu już po raz trzeci znalazł się w prestiżowym brytyjskim zestawieniu THE Impact, które bada, czy i w jakim stopniu uczelnie na całym świecie wdrażają ogłoszone przez ONZ w 2015 roku Cele Zrównoważonego Rozwoju.