Katedra za zoologijo in mikrobiologijo - UM Fakulteta za naravoslovje in matematiko

Katedra za zoologijo in mikrobiologijo je organizacijska enota za raziskave, prenos znanja in strokovna vprašanja na področju biologije živali, biodiverzitete in mikrobiologije.

O NAS

Poslanstvo katedre je:

razvijanje novega znanja o biologiji živali z vidika telesne organizacije, fiziologije in etologije na vseh hierarhičnih nivojih;
razvijanje novega znanja o vzorcih in procesih biodiverzitete in biogeografije živali ter njihovih ekoloških prilagoditvah na spreminjajoče se okoljske razmere;
prenos znanja z razvijanjem in izvajanjem študijskih programov na področjih Biologije, Ekologije z naravovarstvom in Izobraževalne biologije, na vseh univerzitetnih stopnjah: dodiplomski študij 1. stopnje, magistrski študij 2. stopnje in doktorski študij 3. stopnje;
prenos znanja z izvajanjem stalnega strokovnega izpopolnjevanja in vseživljenjskega učenja na strokovnih področjih biologije živali in izobraževanja učiteljev biologije in učiteljev naravoslovja;
sodelovanje v delovnih skupinah za reševanje strokovnih vprašanj na področju biologije živali in naravovarstvene problematike v okviru zasebnih, javnih in vladnih inštitucij;
sodelovanje v strokovnih društvih in v javnih diskusijah na področju biologije živali, biodiverzitete in naravovarstvene problematike;
proučevanje mikroorganizmov iz različnih naravnih in industrijskih okolij z uporabo klasičnih mikrobioloških pristopov, sodobnih molekularno-bioloških metod in bioinformatskih orodij, ki nam razkrivajo taksonomsko in presnovno raznolikost mikrobnih združb. Iz izbranih sevov bakterijskih vrst izoliramo in karakteriziramo industrijsko zanimive proizvode.
Raziskovanje delovanja celic v normalnih in patofizioloških pogojih.

V okviru Katedre za zoologijo in mikrobiologijo deluje Laboratorij za morfometrijo (spletna stran: http://morpholab.fnm.um.si/), v katerem izvajamo kvantitativne analize oblike in velikosti bioloških objektov, ki jih zajemamo s pomočjo različnih naprav in programske opreme v dvo in tridimenzionalnem prostoru. Objekti analize so različne morfološke strukture od nivoja celice, organov in celotnega organizma. Najpogosteje so to skeletni elementi kot so lobanja, spodnja čeljustnica ali zobje sesalcev, fosilni ostanki in drugi biološki objekti. Izvajamo tudi analize in vrednotenje anatomskih meritev z uporabo različnih morfometričnih pristopov in najzahtevnejših statističnih orodij. Morfološko variabilnost razlagamo z različnimi dejavniki, na primer kot posledico adaptacij na okolje in selekcijske pritiske.

Slika: 3D optični čitalnik Next Engine 3D Scanner s premično ročico MultiDrive in programsko opremo Scan Studio PRO za izdelavo in analizo 3D modelov

Morfologija, fiziologija in genomika bakterij iz različnih okoljskih niš

Bakterije so poleg virusov najbolj razširjena skupina organizmov na Zemlji. Zaradi svoje majhnosti in kratkega generacijskega časa se lahko hitro prilagajajo novim okoljskim razmeram z diverzifikacijo presnovnih poti in celičnih oblik. Identifikacija novih vrst, analiza njihovih genomov in prilagoditvenih mehanizmov so vsebine tega raziskovalnega področja.

Marič L., Cleenwerck I., Accetto T., Vandamme P., Trček J. 2020. Description of Komagataeibacter melaceti sp. nov. and Komagataeibacter melomenusus sp. nov. Isolated from Apple Cider Vinegar. Microorganisms 8(8):1178. doi: 10.3390/microorganisms8081178.
Ber P., Van Trappen S., Vandamme P., Trček J. 2017. Aeromicrobium choanae sp. nov., a Novel Actinobacterium Isolated from the Choana of a Garden Warbler. Int J Syst Evol Microbiol 67(2):357-361. doi: 10.1099/ijsem.0.001632.
Trček J., Mira N.P., Jarboe L.R. 2015. Adaptation and Tolerance of Bacteria against Acetic Acid. Appl Microbiol Biotechnol 99, 6215-6229. doi: 10.1007/s00253-015-6762-3.

Slika 1: Bakterija Komagataeibacter melomenusus ima različne operone za sintezo nanoceluloze (Marič s sod., 2020).

Zunajcelični polisaharidi: od genov do produkta

Mikroorganizmi izločajo v svojo zunanjost različne polisaharide, ki celico zaščitijo pred izsušitvijo, pred vdorom inhibitornih substanc, jim omogočajo pritrjevanje na različne površine ali plavanje na površini tekočin. Ti zunajcelični polisaharidi pa so uporabni tudi v medicini (priprava nadomestnih tkiv, kapilar, obližev) in prehrambeni industriji (emulgatorji in stabilizatorji živil). Naše raziskave so usmerjene v izolacijo in karakterizacijo acetanov in nanoceluloze iz ocetnokislinskih bakterij ter njihovo uporabo za pripravo različnih medicinskih in živilskih proizvodov.

Gorgieva S. in Trček J. 2019. Bacterial Cellulose: Production, Modification and Perspectives in Biomedical Applications. Nanomaterials 9(10):1352. doi: 10.3390/nano9101352.
Škraban J., Cleenwerck I., Vandamme P., Fanedl L., Trček J. 2018. Genome sequences and description of novel exopolysaccharides producing species Komagataeibacter pomaceti sp. nov. and reclassification of Komagataeibacter kombuchae (Dutta and Gachhui 2007) Yamada et al., 2013 as a later heterotypic synonym of Komagataeibacter hansenii (Gosselé et al. 1983) Yamada et al., 2013. Syst Appl Microbiol 41(6):581-592. doi: 10.1016/j.syapm.2018.08.006.
Škraban J. in Trček J. 2017. Comparative genomics of Acetobacter and other acetic acid bacteria. Vir: Acetic Acid Bacteria: Fundamentals and Food Applications, str. 44-70. Editor: Ilikin Yucel Sengun, CRC Press.

Slika 2: Bakterijska vrsta Komagataeibacter melomenusus je učinkovita proizvajalka nanoceluloze (Marič s sod. 2020).

Raziskovanje delovanja celic v normalnih in patofizioloških pogojih

Skupina se ukvarja z več smermi raziskav:

Mehanizem delovanja endokrinih in eksokrinih celic trebušne slinavke: celice beta, celice alfa, duktalne celice, acinarne celice.
Mehanizem delovanja kromafinih celic nadledvične žleze:
Testiranje farmakoloških substanc, ki so kandidati za nova zdravila.
Spremembe in vzročnost sprememb endokrinih celic pri živalskih modelih sladkorne bolezni, povzročene s prehrano
Spremembe in vzročnost sprememb duktalnih celic ter njihova povezanost z endokrinimi celicami trebušne slinavke, v pogojih pankreatitisa

Tehnike, ki jih uporabljamo pri raziskovanju delovanja celic:

Konfokalno snemanje dinamike znotrajcelične koncentracije kalcija([Ca²⁺]_i).
Dolge časovne vrste omogočajo opazovanje dolgotrajne dinamike [Ca²⁺]_i, visokofrekvenčno (-50 Hz) zajemanje slik pa dobro temporalno ločljivost dinamike [Ca²⁺]_i v celicah beta.

Slika 1: Konfokalno merjenje dinamike znotrajcelične koncentracije kalcija v celicah beta. A: Kalcijeva dinamika se v Langerhansovih otočkih organizira v obliki valov, ki se širijo preko otočka. Barve označujejo časovni zamik oscilacij znotrajcelične koncentracije kalcija. B: Časovna dinamika znotrajcelične koncentracije kalcija v dveh celicah beta po draženju z 12 mM glukozo.

Metoda vpete krpice membrane (angl. patch clamp): s to metodo določimo električno dogajanje na celicah beta, nadalje lahko ovrednotimo delovanje ionskh kanalov. Metoda tesno podpira izsledke Ca meritev.

Slika 2: Dinamika membranskega potenciala celice beta med draženjem z 12 mM glukozo. Celice se ritmično aktivirajo, vidne so superponirane hitre spremembe potenciala.

ČLANI KATEDRE