Številka pogodbe:

Z4-1876

Oddelek:

Oddelek za živilstvo

Tip projekta:

ARRS

Vrsta projekta:

Podoktorski projekti

Vloga na projektu:

Vodilni

Financiranje:

Trajanje:

01.05.2020 - 30.06.2022

Vrednost projekta skupaj:

1.00 FTE

Vodja projekta na BF:

Kovačec Eva

VSEBINSKI OPIS PROJEKTA

Znanstveno ozadje: Biofilmi so v zadnjih letih postali osrednji predmet raziskav na področju mikrobiologije, medicine, kmetijstva in sistemske biologije, saj je tvorba biofilma najpogostejše večcelično obnašanje bakterij v naravi. Mikrobna socialnost je lahko kooperativna ali kompetitivna, zaradi česar se lahko spremeni obseg in funkcija biofilmov, tako kvalitativno kot kvantitativno. Vpliv socialnih interakcij na prostorsko razporeditev in mehanske lastnosti biofilmov je ključnega pomena za razumevanje fizikalne stabilnosti biofilmov, za izboljšanje postopkov čiščenja ali za razvoj boljših metod zdravljenja. Probiotični dodatki, ki vsebujejo bakterije iz rodu Bacillus sp. postajajo vedno bolj priljubljeni, saj izražajo dober potencial za boj proti enteropatogenom (npr. Salmonella) in za izboljšanje rasti, preživetja in zdravstvenega stanja živali. Kljub temu, da so probiotiki iz rodu Bacillus že v uporabi, ne razumemo dobro mehanizmov, ki jim omogočajo, da postanejo učinkoviti probiotiki. Namen tega projekta je raziskati kompetitivne mehanizme med bakterijama Bacillus subtilis in Salmonella enterica z obravnavanjem fitnesa, adhezije, prostorskega razporejanja in mehanskih sprememb v mešanih biofilmih. Poleg omenjenega bomo raziskali tudi molekularne mehanizme, ki so morda v ozadju interakcij. Glavni poudarek tega projekta bo na dveh vrstah socialnih interakcij: interferenčni kompeticiji in sorodstvenem razlikovanju (SR). SR je fascinantno socialno vedenje sevov B. subtilis, ki se različno obnašajo do bolj ali manj sorodnih sevov. Kljub temu ni znano, kako SR med sevi B. subtilis vpliva na interakcije B. subtilis - S. enterica in njihov soobstoj v mešanih biofilmih in ravno to vprašanje bo obravnavano v tem projektu. Poleg tega bakterije v večvrstnih biofilmih izražajo posebnosti v fiziologiji, povezane s povečano toleranco na/odpornostjo proti protimikrobnim sredstvom, in v projektu načrtujemo raziskovanje vloge SR v njej.

Opredelitev problema: V EU so izbruhi zaradi bakterije Salmonella ponovno v porastu, pri čemer je bakterija S. enterica povzročila enega od šestih izbruhov bolezni v letu 2016, ki se prenašajo s hrano. Intenzivna uporaba antibiotikov je vodila v razvoj večkratno odpornih sevov, ki so nedovzetni za najpogosteje uporabljene antibiotike, kar predstavlja potrebo za razvoj alternativnih protimikrobnih snovi, kot so npr. probiotiki. Med bacilli vrsta B. subtilis proizvaja največje število znanih antibiotikov s 4–5% njenega genoma dodeljenega za proizvodnjo protimikrobnih učinkovin. Spore bakterije B. subtilis zmanjšajo okužbe z bakterijo S. enterica pri perutnini, kar je že dolgo poznano. Vendar manjkajo podatki o molekularnih mehanizmih, ki poganjajo ta dvoboj. Na podlagi našega pregleda literature sklepamo, da mehanizmi njunih interakcij v mešanih biofilmih še niso bili preučeni. Prav tako še ni v celoti znano, zakaj imajo večvrstni biofilmi povečano toleranco na protimikrobna sredstva. Da bi preučili učinke socialnih interakcij na protimikrobno toleranco in mehanizme, ki so podlaga za leto, bomo preizkusili različne protimikrobne spojine (antibiotike in razkužila) na mešanih biofilmih bakterij Bacillus – Salmonella.

Cilji predlaganega projekta: Glavni cilj projekta je raziskati medvrstne socialne interakcije med bakterijama B. subtilis in S. enterica, s poudarkom na vlogi antagonističnih faktorjev bakterije B. subtilis in komponent zunajceličnega matriksa v kompeticiji, adheziji, prostorskem razporejanju in mehanskih lastnostih mešanih biofilmov iz obeh vrst. Poleg tega navdušujoče odkritje sorodstvenega razlikovanja med sevi B. subtilis še ni bilo nikoli obravnavano v situaciji z več vrstami. V projektu želimo uporabiti modelni sistem, ki posnema pogoje človeškega črevesnega epitelija, kar nam bo omogočilo raziskati interakcije bakterij B. subtilis - S. enterica v bolj realističnih razmerah. Raziskava protimikrobne občutljivosti mešanih biofilmov bo razkrila, ali ima bakterija B. subtilis negativen učinek na tvorbo biofilma bakterije S. enterica in je zato lahko koristna bakterija pri njeni odstranitvi.


FAZE PROJEKTA IN NJIHOVA REALIZACIJA

DS1: Fitnes in molekularni mehanizmi, ki vodijo kompetitivne interakcije med bakterijama Bacillus in Salmonella (M1-12)

Cilj DS1 je razkriti molekularne mehanizme interakcij med B. subtilis in S. enterica in posledice teh interakcij (stresni odziv/občutljivost na antibiotik). Raziskali bomo ali imajo večvrstni biofilmi spremenjeno dovzetnost za protimikrobna sredstva v primerjavi z enovrstnimi biofilmi. Testirali bomo dovzetnost mešanih biofilmov, ki so sestavljeni iz bakterij S. enterica in B. subtilis. V nadaljevanju bomo dodali bolj ali manj sorodne seve B. subtilis, saj nedavno objavljena literature predlaga, da genska raznolikost povečuje toleranco mikrobnih združb na protimikrobna sredstva.

DS2. Raziskave adhezije, prostorske razporeditve in mehanskih lastnosti večvrstnih biofilmov (M 10-16)

V tem DS bomo preverjali ali interferenčna kompeticija spodbuja prostorsko razporeditev obeh vrst v korist probiotični bakteriji. Obenem bomo preverili vpliv interakcij na adhezijo in ali mešanje dveh vrst vpliva na viskoelastične lastnosti biofilma. Za spremljanje rasti biofilma in dinamike rojenja ter lokalizacijo/ločevanje vsake vrste v enovrstnem in večvrstnem biofilmu v daljšem časovnem obdobju bomo uporabili fluorescenčni stereomikroskop.

DS3. Raziskave vloge sorodstvenega razlikovanja med B. subtilis na interakcijo z bakterijo Salmonella (M 18-24)

Cilj DS3 je razkriti vlogo sorodstvenega razlikovanja in njegov potencialni učinek na kompetitivnost bakterije B. subtilis proti bakteriji S. enterica. V tem DS bomo preverjali ali je zaradi vložka energije v boj med manj sorodnimi sevi B. subtilis, mešanica manj sorodnih sevov slabše kompetitivna proti bakteriji S. enterica v primerjavi z mešanico bolj sorodnih sevov. Ocenili bomo segregacijo sevov/vrst in hitrost kolonizacije površine agarja, kar nam bo dalo nov vpogled v površinsko kolonizacijo heterogenih mikrobnih združb. Obenem bomo razkrili ali sodelujoče/antagonistične interakcije med sevi B. subtilis vplivajo na njihovo skupno učinkovitost proti bakteriji S. enterica.

SICRIS povezava