Zunajcelične polimerne snovi kot nova tarča za preprečevanje perzistence bakterij v obliki biofilmov
Oznaka in naziv projekta
J4-60079 Zunajcelične polimerne snovi kot nova tarča za preprečevanje perzistence bakterij v obliki biofilmov
J4-60079 Targeting extracellular polymeric substances to prevent bacterial persistence in biofilms
Logotipi ARIS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: dr. Jerica Sabotič
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
Vsebinski opis projekta
Bakterijske okužbe predstavljajo resen izziv za javno zdravje v Sloveniji in Evropski uniji zaradi naraščajoče odpornosti bakterij proti antibiotikom in drugim protimikrobnim snovem, kot so razkužila. Odpornost je lahko zapisana v genomu in je trajna lastnost organizma ali pa posledica prilagoditev na okoljske strese. Kadar bakterije tvorijo združbe – biofilme in se obdajo z zunajceličnim matriksom, postanejo še posebej odporne na okoljske strese in protimikrobna sredstva. Medtem ko je o lastnostih bakterij v biofilmu že veliko znanega, o zunajceličnem matriksu, njegovi sestavi in vlogi vemo malo. Dokazi kažejo, da je ključen za pritrjevanje bakterij, zorenje združbe in preživetje bakterij, zato predstavlja zanimivo tarčo za razvoj novih pristopov v boju proti okužbam z bakterijami.
Prvi korak pri nastajanju biofilma je pritrditev planktonskih bakterij na površino. Ta začetni stik s površino poteka preko nespecifičnih interakcij, čemur sledita razmnoževanje celic in proizvodnja zunajceličnih polimernih snovi (EPS). EPS so sestavljene iz polisaharidov, beljakovin, zunajcelične DNA, lipidov in drugih snovi ter lahko predstavljajo 90 % suhe mase biofilma. Sestavine EPS so ključne za vzpostavitev zrelega biofilma in so ključnega pomena za preživetje bakterij. Na splošno je slabo opisano, katere sestavine EPS najbolj prispevajo k adheziji in zadrževanju bakterij na površinah, ki dolgoročno omogočajo perzistenco v določenem okolju. Cilj predlaganega projekta je pridobiti vpogled v vlogo pridruženih bakterij, kot so Pseudomonas sp. ali mlečnokislinske bakterije (DS1), in njihovih sestavin zunajceličnega matriksa (DS2) pri obstoju dveh pomembnih živilskih patogenov, Listeria monocytogenes in Campylobacter jejuni, da bi razvili nove strategije za njihov nadzor. Razvili bomo nova orodja za označevanje komponent EPS z lektini in določili njihove molekularne tarče (DS2). Poleg tega bomo raziskali, ali eksogeni EPS pridruženih bakterij oziroma rastlinski polisaharidi iz hrane vplivajo na proces nastajanja biofilma patogenih organizmov (DS3). Nazadnje bomo preverili, ali lahko lektine uporabimo za opredelitev EPS naravnih kompleksnih mikrobnih biofilmov, in potrdili učinke bakterijskih sestavin EPS in preostalih polisaharidov rastlinskega izvora na te naravne kompleksne biofilme (DS4). Na podlagi zbranega mehanističnega znanja bomo predlagali inovativne strategije za preprečevanje nastajanja bakterijskih biofilmov s ciljanjem njihovih EPS.
V predlaganem projektu sodeluje pet raziskovalnih skupin, katerih strokovna znanja se dopolnjujejo, kar bo omogočilo multidisciplinarne pristope za uspešno doseganje vseh ciljev projekta. Skupina z Instituta Jožef Stefan, ki jo vodi Dr. Jerica Sabotič, bo koordinirala projekt in prispevala svoje strokovno znanje na področju bakterijskih biofilmov in karakterizacije sestavin EPS. Strokovno znanje s področja avtomatizirane mikroskopije bo zagotovila skupina profesorja Janeza Štrancarja z Oddelka za fiziko kondenziranih snovi Instituta Jožef Stefan. Karakterizacijo molekularnih tarč bo podprla skupina Dr. Tine Kosjek z Oddelka za znanosti o okolju, Institut Jožef Stefan. Skupina izr. prof. Anje Klančnik z Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani bo prispevala svoje strokovno znanje o živilskih patogenih, skupina Dr. Majde Golob z Veterinarske fakultete pa bo priskrbela različne bakterijske izolate iz svoje interne zbirke ter nudila podporo pri razumevanju kompleksnosti mikrobnih skupnosti v ustreznih okoljih.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.
Faze projekta in opis njihove realizacije
DS1 Mešani biofilmi Cilj delovnega sklopa 1 je obravnavati biofilme mešanih kultur obeh modelnih patogenih vrst v prisotnosti avirulentnih vrst kot so Pseudomonas sp. in mlečnokislinskih bakterij, preveriti vpliv na rast in tvorbo biofilma ter organizacijo in arhitekturo mešanih biofilmov.
DS2 Analiza bakterijskih zunajceličnih polimerov (EPS) Cilj delovnega sklopa 2 je karakterizacija zunajceličnih polimernih snovi (EPS) avirulentnih bakterij, kot so Pseudomonas sp. in različne mlečnokislinske bakterije, ter razvoj metodologije za selektivno označevanje bakterij v biofilmih na podlagi specifične vezave lektinov na glikoepitope v sestavinah EPS.
DS3 Vpliv EPS in ostankov polisaharidov iz živil na tvorbo biofilma Cilj delovnega sklopa 3 je oceniti vpliv EPS avirulentnih bakterij, kot so Pseudomonas fragi in različne mlečnokislinske bakterije, na adhezijo ali tvorbo biofilma patogenih modelnih bakterij Listeria in Campylobacter. Te učinke bomo primerjali z učinki ostankov živil in strukturno opredeljenih rastlinskih polisaharidov, da bi ocenili, ali lahko ostanki živil posnemajo učinke bakterijskih EPS. Poleg tega bomo primerjali učinke teh eksogenih sestavin EPS in ostankov hrane na tvorbo biofilma, opaženimi v ko-kulturah z živimi bakterijami v DS1.
DS4 Naravni kompleksni mikrobni biofilmi Cilj delovnega sklopa 4 je oceniti potencial nove metodologije, razvite v DS2, in sicer označevanju EPS s specifičnimi lektini, pri analizi kompleksnih naravnih biofilmov. Poleg tega bomo ocenili učinke EPS avirulentnih bakterij, kot so Pseudomonas fragi in različne mlečnokislinske bakterije, ter učinke izbranih ostankov živil na kompleksne mikrobne biofilme zbrane v naravnih vodnih habitatih. To bo omogočilo realen pogled na uporabnost rezultatov, pridobljenih z enostavnimi biofilmi, gojenimi v nadzorovanih laboratorijskih pogojih.
Bibliografske reference
Objavljeni znanstveni prispevek na konferenci
PAVLINJEK, Natalija, JUG, Blaž, SABOTIČ, Jerica, KLANČNIK, Anja. Optimizacija izolacije in analiza zunajceličnega matriksa bakterije Campylobacter jejuni. V: DEMŠAR, Lea (ur.), POLAK, Tomaž (ur.), BURKAN MAKIVIĆ, Lina (ur.). Kaj bomo jedli jutri - hrana v trajnostnih prehranskih sistemih. 32. Bitenčevi živilski dnevi 2025: 5. junij 2025, Ljubljana. Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo, 2025. Str. 302-305. [COBISS.SI-ID 238781699]
PESTEREAN, Maria, JUG, Blaž, SABOTIČ, Jerica, KLANČNIK, Anja. Modulacija adhezije bakterij Campylobacter in Listeria na modelnih površinah. V: DEMŠAR, Lea (ur.), POLAK, Tomaž (ur.), BURKAN MAKIVIĆ, Lina (ur.). Kaj bomo jedli jutri - hrana v trajnostnih prehranskih sistemih: 32. Bitenčevi živilski dnevi 2025: 5. junij 2025, Ljubljana. Ljubljana: Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo, 2025. Str. 312-315. [COBISS.SI-ID 238658563]
Objavljeni povzetek znanstvenega prispevka na konferenci
JANEŽ, Nikolaja, CHARNAVETS, T., MISRA, Sandeep K., SHARP, Joshua S., PETERNEL, Tjaša, SABOTIČ, Jerica. The molecular interactions underlying the antibiofilm activity of cocaprin 1 against Listeria. V: 4th MOSBRI Scientific Conference - June 10-13, 2025, Paris. Paris: Horizon, 2025. Str. 127. [COBISS.SI-ID 241902339]
Prispevek na konferenci brez natisa
SABOTIČ, Jerica. Exposure to fungal lectins impairs Listeria biofilm formation : discovery of a multifunctional peptidoglycan-binding protein : Gordon Research Conference on Glycobiology, March 23-28, 2025, Lucca, Italy. [COBISS.SI-ID 231252227]
Radijski dogodek
JANEŽ, Nikolaja (intervjuvanec), JUREČIČ, Klara (oseba, ki intervjuva). Nika Janež : Zgodba o bakterijskih skupnostih se prične s pritrjevanjem na površino : Oddaja Podobe znanja, RTV SLO, 13. 06. 2025. [COBISS.SI-ID 241892355]
Mentorstvo pri magistrskih delih (bolonjski študij)
LAISSANI, Elias Amor. Vpliv interakcije med bakterijama Campylobacter jejuni in Pseudomonas fragi na preživetje bakterij C. jejuni : magistrsko delo, Ljubljana: [E. A. Laissani], 2026. Biotehniška fakulteta, Magistrski študijski program 2. stopnje Mikrobiologija. [COBISS.SI-ID 267587331]
ADAMEK, Kaja. Ovrednotenje tvorbe biofilma in odpornosti proti antibiotikom pri bakterijah Pseudomonas spp. na molekularnem in fiziološkem nivoju : magistrsko delo. Ljubljana: [K. Adamek], 2025. Biotehniška fakulteta, Magistrski študijski program 2. stopnje Biotehnologija. [COBISS.SI-ID 242525699]