Centrum Algatech

Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i. - vědecké pracoviště Třeboň

Laboratoř buněčných cyklů řas

Úvodní stránka => Laboratoř buněčných cyklů řas => Výzkum

Základní výzkum

Přesuny mezi různými teplotami

Průběh buněčného cyklu u zelených řas dělících se mnohonásobným štěpením je, za jinak neomezených podmínek, ovlivněn rychlostí růstu danou kombinací intenzity světla a teploty. Světelná intenzita má převážně trofický efekt, takže při vyšší (nepoškozující) světelné intenzitě a při delším trvání světla buňky vyprodukují více dceřiných buněk. Naproti tomu vliv teploty je rozmanitější, jak ukázaly naše pokusy s kulturami zelené řasy Desmodesmus quadricauda kultivovanými při 20 °C nebo 30 °C a přesouvané mezi těmito dvěma teplotami. Trvání buněčného cyklu v buňkách pěstovaných při nepřetržitém osvětlení bylo více než dvojnásobné při 20 °C ve srovnání s 30 °C, což naznačuje, že bylo dáno přímo rychlostí růstu bez teplotní kompenzace buněčného cyklu. Pro pokusy s přesuny byly buňky pěstované při obou teplotách přeneseny do tmy, aby se zabránilo dalšímu růstu, a kultivovány při stejné nebo jiné teplotě. Po přesunu na nižší teplotu buňky vytvořily méně jader a dceřiných buněk a ne všechny buňky byly schopny dokončit buněčný cyklus a zůstaly vícejaderné. Naopak, buňky přenesené do tmy na vyšší teplotu se rozdělily rychleji a na více dceřiných buněk než kontrolní buňky. Tyto rozdíly korelovaly s posuny v předchozí aktivitě CDK, což naznačuje, že průchod buněčným cyklem nesouvisí s rychlostí růstu nebo velikostí buňky, ale koreluje s aktivitou CDK. To poněkud překvapivě naznačuje, že neexistuje žádné přímé propojení mezi růstem a průchodem buněčným cyklem a tyto dva procesy pouze korelují za stabilních podmínek.

Publikace:

Zachleder, V.; Ivanov, I.; Vítová, M.; Bišová, K. Effects of cyclin-dependent kinase activity on the coordination of growth and the cell cycle in green algae at different temperatures. Journal of Experimental Botany 2019, 70, 845-858

Supra-optimální teplota

Teplota je jedním z nejdůležitějších faktorů ovlivňujících růst a dělení řas. Vysoké teploty inhibují buněčný cyklus u Chlamydomonas reinhardtii a Parachlorella kessleri. Při 39 °C je v synchronizovaných kulturách jaderné a buněčné dělení zcela blokováno, zatímco replikace DNA je jen částečně narušena. Naproti tomu růst (objem buněk, sušina, celkový protein a RNA) není ovlivněn a škrob se hromadí ve velmi vysokém množství. Zastavení buněčného cyklu není způsobeno nedostatkem cyklin-dependentní kinázové aktivity, ale blokádou následných procesů. Tento přístup lze použít pro cílenou akumulaci škrobu u Chlamydomonas reinhardtii i Parachlorella kessleri.

Publikace:

Zachleder, V.; Ivanov, I.; Vítová, M.; Bišová, K. Cell cycle arrest by supraoptimal temperature in the alga Chlamydomonas reinhardtii. Cells 2019, 8, 1237-1257

Ivanov, I.N.; Zachleder, V.; Vítová, M.; Barbosa, M.J.; Bišová, K. Starch production in Chlamydomonas reinhardtii through supraoptimal temperature in a pilot-scale photobioreactor. Cells 2021, 10

Zachleder, V.; Kselíková, V.; Ivanov, I.N.; Bialevich, V.; Vítová, M.; Ota, S.; Takeshita, T.; Kawano, S.; Bišová, K. Supra-optimal temperature: An efficient approach for overaccumulation of starch in the green alga Parachlorella kessleri. Cells 2021, 10, 1806

Efekt deuteria

Nahrazení vodíku deuteriem, stabilním izotopem vodíku, vyvolává výraznou stresovou reakci v různých organismech, kde zpomaluje buněčný růst a snižuje četnost buněčného dělení. Výjimkou nejsou ani mikrořasy, včetně Chlamydomonas reinhardtii a Parachlorella kessleri. Tyto řasy se dělí násobným dělením, rostou autotrofně a mohou být synchronizovány střídáním režimů světla/tmy, což z nich činí zajímavý model pro studium účinku deuteria na růst a/nebo dělení. Synchronní kultury kultivované v růstovém médiu obsahujícím 70 nebo 90 % D₂O vykazují specifické, deuteriem indukované, posuny ve vstupu do buněčného cyklu, které nejsou v souladu se „sizer“ hypotézou o regulaci vstupu do buněčného cyklu v závislosti na velikosti buňky. Deuteriem narušený průběh buněčného cyklu v deuterovaných kulturách vede také k (nad)akumulaci škrobu a lipidů. Mikrořasy tedy mají slibný potenciál pro produkci deuterovaných organických sloučenin.

Publikace:

Kselíková, V.; Zachleder, V.; Bišová, K. To divide or not to divide? How deuterium affects growth and division of Chlamydomonas reinhardtii. Biomolecules 2021, 11

Zachleder, V.; Ivanov, I.N.; Kselíková, V.; Bialevich, V.; Vítová, M.; Ota, S.; Takeshita, T.; Kawano, S.; Bišová, K. Characterization of growth and cell cycle events as affected by light intensity in the green alga Parachlorella kessleri, as a new model for cell cycle research. Biomolecules 2021, 11, 891

Kselíková, V.; Husarčíková, K.; Mojzeš, P.; Zachleder, V.; Bišová, K. Cultivation of the microalgae Chlamydomonas reinhardtii and Desmodesmus quadricauda in highly deuterated media: Balancing the light intensity. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 2022, 10

Aplikovaný výzkum

Prvky vzácných zemin (REE)

Prvky vzácných zemin (REEs) jsou kovy, které se vyskytují pouze v malém rozsahu a obtížně se získávají. Jejich široké využití v moderních technologiích, zejména elektronickém průmyslu, potvrzuje zároveň i jejich enormní ekonomický význam. Hlavním producentem REEs je Čína s více než 90% světových zásob. V současné době má Čína téměř zajištěn monopol v těžbě a obchodu s těmito kovy. Import REEs je tak spojen s vysokým rizikem a jejich možná recyklace z průmyslového odpadu v centru zájmu. Jedna z možností recyklace REEs je pomocí mikroorganizmů. Ve spolupráci s rakouskými partnery vyvíjíme technologii na získávání REEs udržitelným a ekologickým způsobem z odpadu (např. z elektronického odpadu nebo vody) pomocí mikroorganizmů (baktérií, řas a sinic). Tento výzkum je podporován projektem REEGAIN.

Publikace:

Náhlík, V.; Zachleder, V.; Čížková, M.; Bišová, K.; Singh, A.; Mezricky, D.; Řezanka, T.; Vítová, M. Growth under different trophic regimes and synchronization of the red microalga Galdieria sulphuraria. Biomolecules 2021, 11

Čížková, M.; Mezricky, P.; Mezricky, D.; Rucki, M.; Zachleder, V.; Vítová, M. Bioaccumulation of rare earth elements from waste luminophores in the red algae, Galdieria phlegrea. Waste and Biomass Valorization 2021, 12, 3137-3146

Čížková, M.; Vítová, M.; Zachleder, V. The red microalga Galdieria as a promising organisms for applications in biotechnolgy. In Microalgae. From physiology to application., Vítová, M., Ed.; IntechOpen: London, UK, 2020; pp. 1-17

MULTI-STR3AM

Mikrořasy mají obrovský biosyntetický potenciál a jsou bohatým zdrojem lipidů, bílkovin a vysoce hodnotných sloučenin, jako jsou například pigmenty. Navzdory těmto výhodám se produkty z mikrořas kvůli technologickým souvislostem nemohou zatím stále rovnat produktům využívajícím palmový olej nebo sójové boby. Ve spolupráci s kolegy z řady dalších evropských zemí se podílíme na kultivaci mikroskopických řas s cílem nalézt nové druhy mikroorganismů, které produkují hledané cenné látky ve větším množství nebo rychleji pomocí optimalizace kultivačního postupu. Zároveň se zabýváme šlechtěním vhodných druhů mikrořas, tak abychom zlepšili jejich biotechnologické využití. Tento výzkum je podporován projektem MULTI-STR3AM.