Az Aspergillus nidulans és az Aspergillus fumigatus stresszválaszainak jellemzése  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »
 

Projekt adatai

  
azonosító
112181
típus K
Vezető kutató Emri Tamás
magyar cím Az Aspergillus nidulans és az Aspergillus fumigatus stresszválaszainak jellemzése
Angol cím Characterization of stress response elements in Aspergillus nidulans and Aspergillus fumigatus
magyar kulcsszavak Aspergillus nidulans, Aspergillus fumigatus, oxidatív stressz, szénéhezés, szénforrás limitáció, glutation anyagcsere
angol kulcsszavak Aspergillus nidulans, Aspergillus fumigatus, oxidative stress, carbon starvation, carbon limitation, glutathione metabolism
megadott besorolás
Mikrobiológia: virológia, bakteriológia, parazitológia, mikológia (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)100 %
zsűri Sejt- és Fejlődésbiológia
Kutatóhely TTK Molekuláris Biotechnológiai és Mikrobiológiai Tanszék (Debreceni Egyetem)
résztvevők Antal Károly
Gazdag Zoltán
Hádáné dr. Birkó Zsuzsanna
Keserű Judit
Kurucz Vivien
Leiter Éva
Máthéné Szigeti Zsuzsa
Orosz Erzsébet
Pfliegler Valter Péter
Pócsi István
Pusztahelyi Tünde
Spitzmüller Zsolt
Szemán-Nagy Gábor
Vig Ildikó
projekt kezdete 2015-01-01
projekt vége 2019-12-31
aktuális összeg (MFt) 36.718
FTE (kutatóév egyenérték) 16.02
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A szénforrás limitáció (azaz az a körülmény, amikor a tápközegben lévő szénforrás mennyisége és/vagy minősége nem elegendő a tenyészet intenzív vegetatív növekedésének fenntartásához) egy olyan stressz a gombák számára, amellyel a természetes élőhelyükön (humán patogén fajok esetében az emberi szervezetben is) és az iparban egyaránt gyakran szembesülnek. A szénforrás limitáció indukálja a gombák aszexuális és szexuális differenciációját, extracelluláris hidroláz- és szekunder metabolit termelését, ezáltal befolyásolja gyakorlati felhasználásukat és patogenitásukat is. A project célja a szénforrás limitált Aspergillus nidulans (mint modell organizmus) és Aspergillus fumigatus (mint humán patogén gombafaj) tenyészetek jellegzetes fiziológiájának megismerése. Nagy hangsúlyt fektetünk a szénforrás limitált tenyészetek intenzív szekréciója és fokozott stressz toleranciája molekuláris hátterének feltérképezésére. Céljaink elérése érdekében a genomika és a proteomika által nyújtott lehetőségeket szeretnék kombinálni és kiegészíteni a mikrobiális fiziológiai ma már klasszikusnak számító módszereivel (qRT-PCR, deléciós mutánsok vizsgálata, metabolit koncentrációkban, enzimaktivitásokban, morfológiában tapasztalt változások meghatározása). Vizsgálataink segítenek megérteni az Aspergillus fumigatus patogenitásának hátterét, a fonalas gombák intenzív szekréciójának jelentőségét. Az elért új eredmények előmozdíthatják a gombák ökológiájának és evolúcióbiológiájának kutatását, de alapját képezhetik későbbi innovációs kutatásoknak és ipari fejlesztéseknek is (pl. ipari törzsek nemesítése, heterológ expressziós rendszerek fejlesztése, új típusú antifungális stratégiák kifejlesztése).

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Az Aspergillus nemzetségbe számos nagy gyakorlati jelentőségű (pl. a fermentációs ipar által használt, vagy mikotoxin termelése, illetve növény és humán patogén volta miatt jelentős) faj tartozik. E gombák viselkedését alapvetően meghatározza a szénforrás mennyisége és minősége. Szénforrás limitált körülmények között megváltozik - többek között - a gombák szekréciós aktivitása, stressz toleranciája, metabolikus aktivitása, ami hatással van patogenitásukra és ipari felhasználásukra is. A jelen projektben két ismert Aspergillus faj, az Aspergillus nidulans, mint modell organizmus és az Aspergillus fumigatus, mint humán patogén gomba szénforrás limitált tenyészeteit tanulmányozzuk. Az alábbi kérdésekre keressük a választ: Hogyan alkalmazkodnak a gombák a szénforrás limitáció okozta stresszhez? Milyen folyamatok vezetnek a szénforrás limitált tenyészetek intenzív szekréciójához és szekunder metabolit termeléséhez? Hogyan befolyásolja a szénforrás limitáció a gombák oxidatív stressz toleranciáját? Mi a szerepe az AtfA transzkripciós faktornak ebben a folyamatban? Van-e összefüggés a glutation anyagcserében szénforrás limitáció hatására végbemenő változások és a tenyészetek megnövekedett stressz toleranciája, fehérje szekréciója és metabolikus aktivitása között? E kérdések megválaszolása segíthet megérteni az Aspergillus fumigatus humán patogén voltának hátterét és az Aspergillusok szénforrás limitált körülmények között mutatott intenzív fehérje szekréciójának és metabolit termelésének molekuláris okait.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A projektben egy elméleti (A. nidulans) és egy gyakorlati (A. fumigatus) szempontból jelentős gombafajt vizsgálunk. A vizsgálat középpontjában a szénforrás limitáció áll, hiszen bár a gombák a természetben, az iparban és az emberi szervezetben is gyakran szembesülnek ezzel a stresszel, a legtöbb vizsgálatot gyors növekedést biztosító tápközegekben végezték eddig. A tervezett vizsgálatok újszerűsége a projekt holisztikus szemléletéből és az alapkérdések komplex megközelítésből fakad: Nem egy-egy kiragadott jelenséget, hanem a szénforrás limitációra adott stresszválasz egészét szeretnénk tanulmányozni. Ez a megközelítési mód lehetővé teszi, hogy feltárjuk e tenyészetekben zajló fiziológiai folyamatok közötti kapcsolatokat, és az ezeket szabályozó jelátviteli útvonalakat is. Az alkalmazni kívánt módszerek sokfélesége lehetővé teszi, hogy a „klasszikus” módszerek segítségével igazoljuk, értelmezzük a transcriptomban és a secretomban bekövetkezett változásokat, ugyanakkor a transcriptom és secretom vizsgálatok értékes adatokat szolgáltatnak a szénforrás limitációra adott stresszválasz molekuláris hátterének megismeréséhez. A tervezett vizsgálatok segítenek megérteni: Hogyan alkalmazkodnak a gombák a folyamatosan változó környezetükhöz? Mi az oka az Aspergillusokra jellemző intenzív fehérje szekréciónak? Hogyan szabályozódik e gombákban a fehérje szekréció és a szekunder metabolit termelés? Milyen folyamatok segítik az A. fumigatus patogenezisét? Az Aspergillusok által szekretált fehérjék és szekunder metabolitok gyakorlati jelentősége igen szerteágazó: Számos képviselőjük jól eladható ipari termék és meghatározzák a gombák biokontroll ágensként való felhasználását is. Egyes szekretált enzimek, mint virulencia faktorok fontosak, de befolyásolják a gombák heterológ szekrécióját és morfológiáját is. A tervezett vizsgálatok eredményei ezért kiindulópontként szolgálhatnak későbbi innovatív fejlesztések és alkalmazott kutatások számára. Az összegyűjtött adatok lehetővé tehetik, hogy befolyásoljuk a szénforrás limitált tenyészetek morfológiáját és fiziológiáját ipari körülmények között; új heterológ expressziós platformokat fejlesszünk ki és hozzájárulhat új antifungális stratégiák kidolgozásához is.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Az Aspergillus nemzetségbe számos nagy gyakorlati jelentőségű (pl. a fermentációs ipar által használt, vagy mikotoxin termelése, illetve növény és humán patogén volta miatt jelentős) faj tartozik. E gombák viselkedését alapvetően meghatározza a szénforrás mennyisége és minősége. A vizsgálat középpontjában a szénforrás limitáció áll, hiszen bár a gombák a természetben, az iparban és az emberi szervezetben is gyakran szembesülnek ezzel a stresszel, a legtöbb vizsgálatot gyors növekedést biztosító tápközegekben végezték eddig. Szénforrás limitált körülmények között megváltozik - többek között - a gombák szekréciós aktivitása, stressz toleranciája, metabolikus aktivitása, ami hatással van patogenitásukra és ipari felhasználásukra is. A projekt keretében az alábbi kérdésekre keressük a választ: Hogyan alkalmazkodnak a gombák a folyamatosan változó környezetükhöz? Mi az oka az Aspergillusokra jellemző intenzív fehérje szekréciónak? Hogyan szabályozódik e gombákban a fehérje szekréció és a szekunder metabolit termelés? Milyen folyamatok segítik az A. fumigatus patogenezisét? A tervezett vizsgálatok eredményei kiindulópontként szolgálhatnak későbbi innovatív fejlesztések és alkalmazott kutatások számára. Az összegyűjtött adatok lehetővé tehetik, hogy befolyásoljuk a szénforrás limitált tenyészetek morfológiáját és fiziológiáját ipari körülmények között; humán terápiás fehérjék előállítása céljából új heterológ expressziós platformokat fejlesszünk ki és hozzájárulhat új antifungális stratégiák kidolgozásához is.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Carbon limitation – a phenomenon when the quantity and/or quality of carbon sources are not suitable for maintaining intensive vegetative growth - is one of the most common stresses during the life cycles of fungi in natural (in case of human pathogen species even in the human body) and industrial circumstances as well. Carbon limitation induces asexual and sexual differentiation, production of extracellular hydrolases and secondary metabolites and therefore influences their pathogenesis and their industrial application as well. The main goal of this project is elucidating the physiology of carbon limited cultures of Aspergillus nidulans (as model organism) and Aspergillus fumigatus (as a human pathogen species). We would like to understand the molecular background of intensive secretion and enhanced stress tolerance typical for carbon limited cultures. We wish to combine the “omics” techniques (genomics and proteomics) with the “classical” physiological experiments based on qRT-PCR, gene deletions and determination of the changes in metabolite concentrations, enzyme activities and morphology. Our experiments let us gain insights into the pathogenesis of Aspergillus fumigatus and the intensive secretion of filamentous fungi. These data can promote studies on ecology and evolutionary biology of fungi and support applied researches and inventions (e.g. development of new antifungal strategies and new heterologue expression platforms, improvement of industrial strains) in the future.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Several important filamentous fungi belong to the aspergilli including plant and human pathogen species, mycotoxin producing species or strains used in the fermentation industry. The quality and quantity of the available carbon sources highly influence the behavior of these fungi. Carbon limited conditions alter e.g. their protein secretion, stress tolerance, secondary metabolit production and as a consequence influence their pathogenicity and their application in the industry. In this project, we wish to study the carbon limited cultures of Aspergillus nidulans as a model organism and Aspergillus fumigatus as a human pathogen species. We aim to answer the following questions: How do fungi adapt to carbon limitation stress? What is the molecular and physiological background of the intensive protein secretion and secondary metabolit production of the carbon limited cultures? How does carbon limitation stress influence the oxidative stress response of fungi? What is the role of the AtfA transcriptional factor in it? What kinds of connections exist between the altered glutathione metabolism and the enhanced stress tolerance, protein secretion and metabolic activity induced by carbon limitation? Answering these questions help us to understand the reasons of pathogenicity of Aspergillus fumigatus and the molecular background of intensive protein secretion and secondary metabolit production observed in carbon limited cultures.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
We wish to study a theoretically (A. nidulans) and a practically (A. fumigatus) important species in this project. The main goal of this study is to understand the carbon limitation stress response of fungi. Fungi frequently have to cope with this stress in natural (even in the human body) and in industrial conditions. In contrast, the majority of the studies have been carried out among fast growing conditions. The novelty of the planned experiments is based on the followings: Holistic approach – we investigate not only one chosen phenomenon but we wish to study the whole carbon limitation stress response in its complexity. This approach can help to elucidate the orchestration of the different physiological events in the stress response and to understand their regulation. Complex methodology – The so-called „classical” methods help to justify and understand the transcriptom and secretom data, while the „omics” methods support data for understanding the molecular background of the observed physiological changes. The planned experiments would gain insights into the following topics: How fungi are able to adapt to their continuously changing environment? What is the reason of the intensive protein secretion of aspergilli? How protein secretion and secondary metabolite production are regulated? Which properties help the pathogenesis of A. fumigatus? Extracellular proteins and secondary metabolites of aspergilli have great practical significance: many of them are produced for practical utilization and they determine the applicability of strains in biocontrol. Certain secreted proteins are important as virulence factors in human pathogens or influence the heterologue protein secretion and the morphology of strains. Therefore, this project can support applied research and inventions in the future. The collected data can let us influence the morphology and physiology of strains in the industry, improve heterologue expression platforms and develop new antifungal strategies.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Several important filamentous fungi belong to the aspergilli including plant and human pathogen and mycotoxin producing species as well as strains used in the fermentation industry. The quality and quantity of the available carbon sources highly influence the behavior of these fungi. The main goal of this study is to understand the carbon limitation stress response of fungi. Fungi frequently have to cope with this stress in natural conditions, in the industry and even in the human body. In contrast, the majority of studies have been carried out among fast growing conditions. Carbon limited conditions alter e.g. fungal protein secretion, stress tolerance, secondary metabolit production and as a consequence influence their pathogenicity and their application in the industry. The planned experiments would gain insights into the following topics: How fungi are able to adapt to their continuously changing environment? What is the reason of the intensive protein secretion of aspergilli? How protein secretion and secondary metabolite production are regulated? Which properties help the pathogenesis of A. fumigatus? This project can support applied research and inventions in the future. The collected data can let us control the morphology and physiology of strains in the industry, improve heterologue expression platforms to produce human therapeutic proteins and develop new antifungal strategies.




 

Zárójelentés

  
kutatási eredmények (magyarul)
Vizsgálataink középpontjában az Aspergillus nidulans (mikológiai modellorganizmus) és az Aspergillus fumigatus (humánpatogén gomba) szén-stresszválaszának és a kombinatórikus stresszválaszának transzkriptomikai eszközökkel történő megismerése állt. Legfontosabb megállapításaink az alábbiak voltak: Az extracelluláris enzimek szekréciója központi eleme az A. nidulans szén-stresszre adott korai stresszválaszának. Feltehetően az ezen enzimek által felszabadított tápanyagoktól függ, hogy milyen módon változik meg a transzkriptom szénforrás limitáció alatt, illetve, hogy kialakul-e a szénéhezésre jellemző stresszválasz. Az A. fumigatus vaséhezéssel kombinált oxidatív stresszre adott stresszválasza erősségében és jellegében is eltért mind a vaséhezésre, mind az oxidatív stresszre adott stresszválaszaitól. A Fe-S klaszter fehérjék szintézise kulcsfontosságúnak bizonyult a gomba számára, hogy túlélje ezt, az emberi szervezetben is előforduló kombinált stresszt. Az A. nidulans és A. fumigatus szekunder metabolit génklasztereinek transzkripciója igen komplex, stressz-függő szabályozás alatt áll. A stressz erőssége és típusa, valamint a vizsgált törzs stressz toleranciája egyaránt befolyásolja, hogy mely klaszterek fognak felül, illetve alulszabályozódni. Eredményeink potenciálisan felhasználhatóak a fermentációs iparban törzsfejlesztésre, a gyógyszeriparban új típusú antifungális szerek kifejlesztésére, valamint az élelmiszeriparban mikotoxinok képződésének visszaszorítására.
kutatási eredmények (angolul)
We aimed to study the carbon stress responses and the combinatorial stress responses of Aspergillus nidulans as a mycological model organism and Aspergillus fumigatus as a human pathogenic fungus using a transcriptomics based approach. Our main conclusions are the followings: Secretion of extracellular enzymes is a key element of the early stress response under carbon stress in A. nidulans. Compounds liberated by these enzymes can determine how the transcriptome changes under carbon limitation stress and whether the carbon starvation stress response is launched. The stress response of A. fumigatus under a combined iron starvation – oxidative stress substantially differs both in type and strength from either the iron starvation or the oxidative stress responses of this fungus. The Fe-S cluster protein biogenesis is crucial for the fungus to survive this combined stress, which commonly occurs in the human body. The transcription of secondary metabolite cluster genes is under complex, stress-dependent regulation. The type and strength of the stressor as well as the stress sensitivity of the strain highly influence which clusters will be up- or down-regulated. Our results can potentially be interesting for developing new strains in the fermentation industry, to discover new antifungal compounds in the pharmaceutical industry or to invent new strategies to prevent mycotoxin contaminations in the food industry.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=112181
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

  
Orosz E, van de Wiele N, Emri T, Zhou M, Robert V, de Vries RP, Pócsi I: Fungal Stress Database (FSD) - a repository of fungal stress physiological data, DATABASE-JOURNAL OF BIOLOGICAL DATABASES AND CURATION 2018: bay009, 2018
Emri T, Szarvas V, Orosz E, Antal K, Park H, Han KH, Yu JH, Pócsi I.: Core oxidative stress response in Aspergillus nidulans., BMC Genomics. 16:478, 2015
Emri T, Zalka A, Pócsi I.: Detection of Transcriptionally Active Mycotoxin Gene Clusters: DNA Microarray., Methods in Molecular Biology. 1542:345-365, 2016
an Munster, J., Burggraaf, A., Pócsi, I., Szilágyi, M., Emri, T., Ram, A.: Post-genomic Approaches to Dissect Carbon Starvation Responses in Aspergilli. In: Aspergillus and Penicillium in the Post-genomic Era., (Benoit, I., Andersen, M.R. and de Vries R.P., Eds.), Caister Academic Press, Norfolk, pp. 89-112., 2016
Bertóti R, Vasas G, Gonda S, Nguyen NM, Szőke É, Jakab Á, Pócsi I, Emri T.: Glutathine protects Candida albicans against horseradish volatile oil., Journal of Basic Microbiology 56, 1071-1079., 2016
Spitzmüller Zs, Gonda, S, Kiss-Szikszai A, Vasas G, Pócsi I, Emri T.: Characterization of extracellular γ-glutamyl transpeptidase from Aspergillus nidulans., Mycoscience, 57, 400-403, 2016
Szilágyi M, Anton F, Pócsi I, Emri T: Autolytic enzymes are responsible for increased melanization of carbon stressed Aspergillus nidulans cultures., J Basic Microbiol doi: 10.1002/JOBM.201700545, 2018
Orosz E, Antal K, Gazdag Z, Szabó Z, Han KH, Yu JH, Pócsi I, Emri T.: Transcriptome-based modeling reveals that oxidative stress induces modulation of the AtfA-dependent signaling networks in Aspergillus nidulans., Int J Genomics. 6923849. doi: 10.1155/2017/6923849, 2017
Emri T, Szarvas V, Orosz E, Antal K, Park H, Han KH, Yu JH, Pócsi I.: Core oxidative stress response in Aspergillus nidulans., BMC Genomics. 16:478, 2015
Bertóti R, Vasas G, Gonda S, Nguyen NM, Szőke É, Jakab Á, Pócsi I, Emri T.: Glutathine protects Candida albicans against horseradish volatile oil., Journal of Basic Microbiology 56, 1071-1079., 2016
Spitzmüller Zs, Gonda, S, Kiss-Szikszai A, Vasas G, Pócsi I, Emri T.: Characterization of extracellular γ-glutamyl transpeptidase from Aspergillus nidulans., Mycoscience, 57, 400-403, 2016
Orosz E, Antal K, Gazdag Z, Szabó Z, Han KH, Yu JH, Pócsi I, Emri T.: Transcriptome-based modeling reveals that oxidative stress induces modulation of the AtfA-dependent signaling networks in Aspergillus nidulans., Int J Genomics. 6923849. doi: 10.1155/2017/6923849, 2017
Antal K., Gila B.C., Pócsi I., Emri T.: General stress response or adaptation to rapid growth in Aspergillus nidulans?, FUNGAL BIOLOGY, 2019
Emri T, Vékony V, Gila B, Nagy F, Forgács K, Pócsi I: Autolytic hydrolases affect sexual and asexual development of Aspergillus nidulans, FOLIA MICROBIOLOGICA 63: (5) pp. 619-626., 2018
Emri T., Antal K., Riley R., Karányi Z., Miskei M., Orosz E., Baker S.E., Wiebenga A., de Vries R.P., Pócsi I.: Duplications and losses of genes encoding known elements of the stress defence system of the Aspergilli contribute to the evolution of these filamentous fungi but do not directly influence their environmental stress tolerance, STUDIES IN MYCOLOGY 91: pp. 23-36., 2018
Kurucz V, Krüger T, Antal K, Dietl A-M, Haas H, Pócsi I, Kniemeyer O, Emri T: Additional oxidative stress reroutes the global response of Aspergillus fumigatus to iron depletion, BMC GENOMICS 19: (1) 357, 2018
Kurucz Vivien, Kiss Beáta, Szigeti Zsuzsa M., Nagy Gábor, Orosz Erzsébet, Hargitai Zoltán, Harangi Sándor, Wiebenga Ad, de Vries Ronald P., Pócsi István, Emri Tamás: Physiological background of the remarkably high Cd 2+ tolerance of the Aspergillus fumigatus Af293 strain, JOURNAL OF BASIC MICROBIOLOGY 58: (11) pp. 957-967., 2018
Szilágyi M, Anton F, Pócsi I, Emri T: Autolytic enzymes are responsible for increased melanization of carbon stressed Aspergillus nidulans cultures, JOURNAL OF BASIC MICROBIOLOGY 58: (5) pp. 440-447., 2018




 

Projekt eseményei

  
2020-09-21 15:56:52
Résztvevők változása
2016-09-30 10:09:44
Résztvevők változása
2015-09-14 10:35:36
Résztvevők változása



vissza »