Mendelova univerzita v Brně tento rok poprvé vyhlásila Studentskou grantovou soutěž „Igráček“, jejímž primárním cílem je zvýšení kvality výuky spojené s výzkumem v rámci doktorského studia za dvouleté finanční podpory projektů. Řešitelem studentského grantu je nejen student doktorského studijního programu, ale i jeho tým, jehož součástí jsou i mentoři z řad akademických pracovníků. Jedná se o velmi prestižní grant, v rámci kterého budou mít vítězové financovanou 10denní zahraniční stáž a obdrží i finanční ocenění. Mendelova univerzita vyhlásila celkem 4 vítězné týmy a dva z nich působí právě na Ústavu chemie a biochemie. Jedním z vítězů se stal tým Martina Říháčka z laboratoře mikrobiologie a tým OndřejPěnčíka z laboratoře mikrořas.
Martin Říháček
Zúčastnil ses se svým týmem prvního ročníku Studentské grantové soutěže Igráček, s jakým tématem jste do něj šli?
Naše práce se nazývá Multi-omics approach to study effects of agriculturally used zinc Escherichia coli: Risks assessment of bacterial resistance evolution, jejímž mentorem je naše vedoucí, Ing. Kristýna Doleželíková, Ph.D. Jedná se o práci, ve které budeme simulovat opakovanou zátěž na bakterii Escherichia coli pomocí zemědělsky využívaného zinku (oxidem zinečnatým a jeho nanočásticovou alternativou). S tímto se v běžné zemědělské praxi setkáváme při výživě selat, kdy se oxid zinečnatý používá jako profylaktické léčivo sloužící k prevenci vzniku a šíření průjmů mezi odstavenými selaty. Některé kmeny bakterie E. coli jsou právě těmito původci průjmů. Ostatní kmeny E. coli jsou prospěšné a opakovaná zátěž zinkem může vyvolat rezistenci k antibiotikům a šíření genů této rezistence dál do prostředí a finálně až k člověku, což může mít velmi vážný dopad na lidské zdraví a medicínu. Zároveň budeme pozorovat, jak se bakterie chovají po vysazení zinku, abychom zjistili, zda dochází k reverzibilním změnám v bakteriální buňce na molekulární úrovni.
Martine, pod ÚCB pracuješ na svých pracích už déle, směřoval jsi své práce vždy tímto směrem?
Já jsem na UCB začínal už s bakalářskou prací právě v laboratoři mikrobiologie, kde jsem pracoval s houbami/plísněmi, u kterých jsem zjišťoval zvyšování exprese ligninolytických enzymů způsobené přídavkem mědi pomocí molekulárních metod. Pak na inženýrském studiu jsem přešel na práci s bakteriemi, kde jsem se snažil překonat rezistenci na antibiotika jejich enkapsulací do nanomateriálů, což mě bavilo více, a proto jsem u toho zůstal. Navíc dnes je zvyšování bakteriální rezistence například na antibiotika obrovský problém, a proto je dobré se tím zabývat.
Souvisí tvá disertační práce s tématem Studentské grantové soutěže?
Moje disertační práce se bude zabývat využitím bakteriální celulózy jako nosiče pro různé antimikrobiální látky s využitím v boji proti rezistentním bakteriím a zároveň jako možná náhrada používaného zinku ve výživě hospodářských zvířat. Výsledky získané tímto projektem budou významnou oporou v pochopení mechanismu vzniku rezistence k antibiotikům vlivem právě zemědělsky používaného zinku. Pro eliminaci zinkem indukované antibiotické rezistence bakterií chci právě pracovat i na vývoji nanocelulózového nosiče alternativních léčiv, které budou z hlediska vzniku a šíření rezistence výrazně šetrnější.
Co všechno jsi musel pro soutěž udělat?
Práce navazuje na bakalářskou práci studentky Daniely Bábikové, která se v laboratoři také podílí na řešení této problematiky, kdy bylo zjištěno, že opakovaná zátěž bakterií zinkem vyvolává rezistenci bakterií k antibiotikům. Tím to všechno začalo. Nejdříve bylo potřeba nastudovat spoustu odborné literatury k tématu zabývající se využitím zinku v zemědělství jako suplementu zvířecích krmiv, vznik bakteriální rezistence na zinek a antibiotika, přenosy genů rezistence mezi bakteriemi atd. Skvělé bylo, že každý z týmu byl zapojen, a společnými silami a týmovou spoluprací jsme to dali dohromady.
Když se celý tvůj tým dozvěděl, že jste jedni z vítězů, jaká byla vaše prvotní reakce?
Když jsme se dozvěděli, že jsme získali Igráčka, tak jsme byli moooc spokojení. Odměnili jsme se skvělým dortem, který jsme hned snědli. Zároveň nás teď čeká spousta práce, při které se budeme učit nové metodiky a moderní analýzy, na což se už moc těšíme.
Ondřej Pěnčík
S jakým tématem ses Ondro zúčastnil prvního ročníku Studentské grantové soutěže Igráček?
Začnu asi poněkud zeširoka a to tím, že stručně představím naši laboratoř a čím se zabýváme. Laboratoř Nanobiotechnologií rostlin a mikrořas se dělí na tři nožičky, ve kterých se zkoumají nanomateriály u rostlin a mikrořas, vesmírné zemědělství a biotechnologické využití řas a sinic. Téma se tak více méně nabízí samo, protože znečištění plasty, a to zejména nanoplasty a mikroplasty, začíná představovat vážný globální problém, u kterého stále nejsou známy všechny rizikové faktory, a který v souvislostí s pandemií jenom narostl (jednorázové pytlíky, hygienické pomůcky atd.). Co se dnes už ví je to, že nanoplasty a mikroplasty na sebe mohou vázat těžké kovy, organické polutanty a díky svému hydrofobnímu charakteru snadno pronikají do buněk. Odhaduje se také, že každý rok sní každý člověk ekvivalent jedné plastové hasičské helmy. To je poměrně dost. Na Igráčku jsme se rozhodli spojit téma ještě menších částic (tj. nanoplastů) a jejich vliv na terestrické, sladkovodní a oceánické organismy. Mezi modelovými organismy bude kukuřice a hrách, ze sinic to budou zástupci velevýznamného oceánského pikoplanktonu – rody Synechococcus a Prochlorococcus, které jsou primárními producenty kyslíku v oceánu.
Ondro, jaká byla vlastně tvá cesta na ÚCB?
Studoval jsem a vlastně pořád ještě studuji na MUNI obor Mikrobiologie a Molekulární biologie, což je v zásadě i náplň mého doktorátu tady. Na Ústav jsem se dostal vlastně čirou náhodou. Původně jsem se věnoval metagenomice antarktického permafrostu pod vedením prof. Sedláčka. Projekt nicméně nevyšel a na dalšího doktoranda nebylo místo. Tak jsem začal hledat jiné téma, které by nebylo až tak vzdálené – hledal jsem něco s důrazem na bakterie/biotechnologie/CRISPR-Cas9/enviro a narazil jsem na výzkumnou skupiny doktora Húsky na Ústavu chemie a biochemie, která dělala něco, co bylo bakteriím bližší, než jsem si původně myslel. Zároveň to bylo něco nového. Slovo dalo slovo a místo polárních bakterií se věnuji tropickým sinicím.
Využiješ nějakým způsobem získaná data z tématu Igráčku ve tvé disertační práci?
Tématem mé DP je CRISPR a biotechnologie sinic. Konkrétně jde o vývoj „chytrého“ editačního systému pro sinice, protože u sinic je ten problém, že exprese Cas9/Cas12 nukleáz je pro buňky toxická. Jiné programovatelné nukleázy jsou už „zastaralé“ a náročné na design (TALEN, meganukleázy, zinkové-prsty). Jelikož se o sinicích často mluví v souvislosti coby potravou pro astronauty, biotechnologickou produkci zajímavých látek, či ještě častěji – jako zdroj vodíku a jiných obnovitelných paliv – tak je mrzuté, že pro ně neexistuje univerzální a netoxický editační systém. Nadto je řada genů u sinic neprozkoumaných, což se týká zejména sekundárních metabolitů (možný zdroj biofarmaceutik) a sestavování tylakoidů (místo, kde probíhá fotosyntéza, kterou lze vylepšit pro lepší zachytávání CO2). Zda tento grant využiju nějakým způsobem k řešení DP. Dá se říct, že ano, ale jenom nepatrnou část – nepatrnou z hlediska rozsahu projektu. Nadto články dobře poslouží jako doklad publikační činnosti.
Co všechno vlastně tato soutěž obnášela?
Co všechno soutěž obnášela? Tak, jelikož mohu srovnávat s Phd-talentem, kterého jsme se zúčastnili s kolegyní, tak tohle mělo mnohem blíž reálné grantové žádosti, než Phd-talent. Vzhledem k tomu, že tady se hodnotí i multidisciplinarita, musely se vykomunikovat spolupráce s jinými pracovišti. Jelikož jsme, co se týče sinic a mikrořas, jediní na MENDELU, tak se logicky nabízela spolupráce ze strany rostlin. Tu máme s pracovištěm CEITEC-MENDELU a s Ústavem agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin. Sepsat ale samotný grant nebylo zas tak složité, spíše dávat pozor na to, aby tam bylo všechno podstatné a aby to bylo pochopitelné, protože jsme měli omezený rozsah. Ale ano, bylo to zhruba 14-10 dní velmi intenzivní práce a několik schůzek domluvených velmi narychlo. Jediné, s čím bude zřejmě velký problém, budou objednávky – už teď se neuvěřitelně zpožďují. A stále čekáme na experimentální organismy, které jsou v tomto grantu napsány. Nicméně pevně věřím, že grant společně zvládneme, a že to pro nás pro všechny bude cenná zkušenost.
Když ses dozvěděl, že jsi vítěz, jaká byla tvá reakce?
No… (smích) „A sakra.“ Ale o pár minut později: „Super!“
Autor článku: Lenka Svobodová
Fotografie: Veronika Pavlačková