Mamy przyjemność poinformować, że dr Karolina Furtak uzyskała finansowanie projektu pt. ”Bakteryjne egzopolimery (EPS) jako strategia przetrwania w stresujących środowiskach i szansa na poprawę jakości gleb (hElPStress)” w ramach konkursu Sonata 20 Narodowego Centrum Nauki (NCN).
Numer projektu: 2024/55/D/ST10/02064
Akronim pojektu: hElPStress
Wysokość finansowania: 1 560 807 PLN
Kierownik projektu: dr Karolina Furtak
Okres realizacji: 36 miesięcy
Skład konsorcjum: Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy (IUNG-PIB), Uniwersytet Warszawski (UW), Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej (UMCS) w Lublinie
Lista rankingowa konkursu:
Streszczenie projektu
Rockström i współaut. (2009) określili dziewięć granic planetarnych określających progi dla bezpiecznego funkcjonowania człowieka w świecie jaki dzisiaj znamy. Granice te dotyczą: zmian klimatu, utraty bioróżnorodności, cyklu obiegu azotu i fosforu, niszczenia bariery ozonowej, zanieczyszczenie atmosfery, zakwaszenia oceanów, zużycia wody pitnej, zmian w użytkowaniu gruntów, zanieczyszczeń chemicznych. Większość tych granic dotyczy środowiska glebowego. Gleba, a zwłaszcza jej żyzność i produktywność, odgrywają w tym procesie ogromną rolę. Zawartość materii organicznej oraz skład i liczebność mikroorganizmów glebowych to najważniejsze czynniki wpływające na rozwój roślin. Na środowisko glebowe oraz procesy w niej zachodzące ma wpływ wiele czynników środowiskowych – naturalnych i antropogenicznych. Szacuje się, że około 33% gleb na świecie jest zdegradowanych. Unia Europejska postuluje w Misji Glebowej by do roku 2050 wszystkie gleby w Europie zostały zrekultywowane i były zdrowe. Osiągnięcie tego celu wymaga wzmożonych prac naukowców i rolników. Egzopolimery (EPS) to polimery złożone głównie z polisacharydów, białek strukturalnych, enzymów, kwasów nukleinowych, lipidów, wydzielane przez mikroorganizmy na zewnątrz komórek. EPS-y są produkowane przez bakterie, cyjanobakterie, drożdże, protisty. Mają śluzową konsystencję i pełnią szereg funkcji, np. pomagają mikroorganizmom w tworzeniu kolonii oraz przywieraniu do powierzchni. Większość właściwości, jakie przypisuj się EPS-om jest związana z ochroną produkujących je mikroorganizmów, co potwierdza wzmożona produkcja tych związków w odpowiedzi na stresy środowiskowe (np. susza, wysoka temperatura, zasolenie). Potwierdzono produkcję EPS przez bakterie m.in. z rodzaju Pseudomonas, które wykazują również szereg innych właściwości bakterii promujących wzrost roślin (PGPB), takich jak: produkcja sideroforów i zwiększona aktywność produkcji ACC. Jedną z poznanych i obiecujących funkcji EPS-ów jest zdolność do agregacji cząstek glebowych, co wpływa bezpośrednio na strukturę gleby, co ma znaczenie w przypadku stresu związanego z niedoborem wody. Chociaż potencjał EPS-ów w ochronie komórek bakteryjnych jest znany, to ich rola w środowisku glebowym nie została dokładnie zbadana. W dodatku, najlepiej poznanymi EPS-ami są te, pozyskane z bakterii morskich bądź bakterii kwasu mlekowego, które w glebie albo nie występują, albo stanowią niewielki odsetek populacji. Jednocześnie wiadomo, że bakterie produkują EPS-y w odpowiedzi na stres środowiskowy. Co w takim razie z bakteriami glebowymi, których środowisko zostało zanieczyszczone bądź zmodyfikowane w niekorzystny sposób? Czy wydzielają EPS-y jako mechanizm obronny? Czy te EPS-y wspierają tylko te bakterie, czy mogą przysłużyć się całej społeczności i innym komponentom środowiska glebowego? Głównym celem proponowanego projektu jest sprawdzenie, czy bakterie glebowe pochodzące z gleb poddanych różnego rodzaju stresowi (m.in. susza, zalanie, zasolenie, zanieczyszczenie WWA) produkują EPS-y w odpowiedzi na niekorzystne warunki środowiska oraz czy te związki mogą wspomóc środowisko glebowe. Sprawdzimy, czy egzopolimery pochodzenia bakteryjnego mogą zwiększyć stabilność gleby, jej zasobność w wodę oraz uczestniczyć w procesie bioremediacji. W trakcie realizacji projektu zaplanowano także sprawdzenie wpływu EPS-ów na kondycję i wzrost roślin. Realizacja projektu pozwoli odpowiedzieć na pytanie czy w każdy stres mobilizuje bakterie glebowe do produkcji EPS-ów oraz czy tą strategię przetrwania można wykorzystać w celu rekultywacji zestresowanych gleb, tak cennych dla współczesnego rolnictwa.
Title: Bacterial exopolymers (EPS) as a survival strategy in stressful environments and an opportunity to improve soil quality (hElPStress)
Summary
Soil, especially its fertility and productivity, plays a huge role in this process. The organic matter content and the composition and abundance of soil microorganisms are the most important factors influencing plant development. The soil environment and soil processes are influenced by many environmental factors – natural and anthropogenic. It is estimated that approximately 33% of the world’s soils are degraded. One of the most important tasks of agriculture is to produce enough food for the ever-expanding human population on Earth. Caring for the soil gives agricultural producers the opportunity to use it in multi-year cycles, guaranteeing high yields of the desired quality. However, maintaining the soil in a state of high culture and suitable fertility for the crops grown requires production that respects the natural resources of the environment. The Soil Strategy 2030 aims for all EU soil ecosystems to be healthy and able to provide key services by 2050, as well as reducing soil pollution to levels safe for human health. Achieving these targets may be possible through the introduction of sustainable farming practices, including the use of natural formulations to promote plant growth and improve soil quality to reduce the use of mineral compounds. Exopolymers (EPS) are polymers composed mainly of polysaccharides, structural proteins, enzymes, nucleic acids, lipids, secreted by microorganisms outside of cells. EPSs are produced by bacteria, cyanobacteria, yeast, protists. They have a mucilaginous consistency and perform a number of functions, such as helping microorganisms to form colonies and adhere to surfaces. Most of the properties attributed to EPS are related to the protection of the microorganisms that produce them, as evidenced by the increased production of these compounds in response to environmental stresses (e.g. drought, high temperature, salinity). The production of EPS by bacteria of the genus Pseudomonas, among others, has been confirmed, and they also exhibit a number of other plant growth-promoting bacterial (PGPB) properties, such as siderophore production and increased ACC production activity. One of the known and promising functions of EPSs is their ability to aggregate soil particles, directly affecting soil structure, which is important in the case of water shortage stress. Although the potential of EPSs in protecting bacterial cells is known, their role in the soil environment has not been thoroughly investigated. In addition, the best-known EPS are those derived from marine bacteria or lactic acid bacteria, which are either absent from the soil or represent a small percentage of the population. At the same time, bacteria are known to produce EPS in response to environmental stress. What, then, of soil bacteria whose environment has been contaminated or modified in an unfavourable way? Do they secrete EPSs as a defence mechanism? Do these EPSs support only these bacteria, or can they benefit the whole community and other components of the soil environment? The main objective of the proposed project is to test whether soil bacteria from soils subjected to different types of stress (including drought, flooding, salinity, PAH contamination) produce EPSs in response to adverse environmental conditions, and whether these compounds can support the soil environment. We will test whether exopolymers of bacterial origin can increase soil stability, water abundance and participate in the bioremediation process. The project also plans to test the effects of EPS on plant health and growth. The project will answer whether any stress mobilises soil bacteria to produce EPS, and whether this survival strategy can be used to remediate stressed soils, so valuable to modern agriculture.