Věda a výzkum

Skupina biochemie denitrifikačních bakterií

Prof. RNDr. Igor Kučera, DrSc. 

Vedoucí skupiny


2. podlaží, kancelář 234

ikucera@chemi.muni.cz

549 49 5392


Vzdělání

  • 1998 – profesor biochemie, PřF MU
  • 1992 – docent biochemie, PřF MU - Habilitační práce: Oxid dusnatý v denitrifikační dráze bakterie 

    Paracoccus denitrificans

  • 1990 DrSc. biochemie, ČSAV - Disertační práce: Regulace denitrifikačních pochodů u bakterie Paracoccus denitrificans
  • 1979 – RNDr. biochemie, PřF UJEP - Rigorózní práce : Reakce katalysované alkoholdehydrogenasou v přítomnosti dvou substrátů a koenzymu - analytická aplikace a kinetika


Členové skupiny

Mgr. Vojtěch Sedláček, Ph.D.
Mgr. Martin Kryl (doktorand)
Mgr. Ivo Fukala (doktorand)


Oblasti výzkumu a používané metody

Denitrifikace je anaerobní respirační pochod uskutečňovaný mikroorganismy, které jsou schopny místo kyslíku využívat jako alternativní akceptory elektronů kyslíkaté sloučeniny dusíku. Při denitrifikaci jsou oxoanionty dusičnan a dusitan přeměňovány na didusík a v menší míře na oxid dusný, jenž působí jako účinný skleníkový plyn a narušuje ochrannou ozonovou vrstvu. My pracujeme s bakterií Paracoccus denitrificans jako s modelovým denitrifikujícím organismem. Tato bakterie normálně obývá ekosystémy jako půda, voda a čistírenské kaly. Aerobně rostoucí buňky mají respirační řetězec, blízce připomínající respirační řetězec mitochondrií přítomností respiračních komplexů I – IV a homologu ubichinonu s deseti izoprenovými zbytky v postranním řetězci (UQ-10). Protože není schopna fermentovat, bakterie získává za anaerobiózy energii denitrifikací. V ytváří čtyři enzymy (nitrátreduktasu, nitritreduktasu a reduktasy oxidu dusnatého a dusného), které katalyzují postupnou redukci běžně přítomného dusičnanu až na plynný didusík . V naší skupině studujeme  dynamiku  těchto  pochodů  a její změny po vystavení buněk různým vnějším faktorům, jako např. inhibičně působícím látkám nebo generátorům oxidačního stresu. K tomuto účelu nově zavádíme metodu monitorování rozpuštěných plynů a těkavých látek pomocí hmotnostní spektrometrie s membránovým vstupem (MIMS - membrane inlet mass spectrometry).

V poslední době se ukázalo, že v metabolismu studované bakterie mohou hrát úlohu jisté enzymy,  které využívají jako kofaktoru flavinmononukleotid (FMN). Jejich obsah v buňce se zvyšuje např. při oxidačním stresu nebo  při limitaci sulfátem. Izolované proteiny charakterizujeme pomocí enzymové kinetiky a vazebných studií; v několika případech se nám již podařilo stanovit jejich krystalovou strukturu. Měřím také hladiny mRNA a proteinů za různých fyziologických stavů a zkoumáme fenotypové projevy vyřazení ( knockoutu ) příslušných genů. Zabýváme se i možnostmi praktického využití bakteriálních flavoenzymů (viz publikace o stanovení methanolu ve směsi s ethanolem).

Zahraniční stáže studentů

  • Vojtěch Sedláček, Pavel Bouchal: Vrije Universiteit, Amsterdam, Netherlands (Rob van Spanning)
  • Lenka Otradovcová: (Åsa Frostegård)

Vybrané publikace

  • SEDLÁČEK, Vojtěch a Igor KUČERA. Functional and mechanistic characterization of an atypical flavin reductase encoded by the pden_5119 gene in Paracoccus denitrificans . Molecular Microbiology , HOBOKEN: WILEY, 2019, roč. 112, č. 1, s. 166-183.

  • SEDLÁČEK, Vojtěch a Igor KUČERA. Arginine 95 is important for recruiting superoxide to the active site of the FerB flavoenzyme of Paracoccus denitrificans. FEBS Letters , Wiley, 2019, roč. 593, č. 7, s. 697-702.

  • KUČERA, Igor a Vojtěch SEDLÁČEK. An Enzymatic Method for Methanol Quantification in Methanol/Ethanol Mixtures with a Microtiter Plate Fluorometer . Food Analytical Methods, New York: Springer , 2017, roč. 10, č. 5, s. 1301-1307.

  • SEDLÁČEK, Vojtěch, Tomáš KLUMPLER, Jaromír MAREK a Igor KUČERA. Biochemical properties and crystal structure of the flavin reductase FerA from Paracoccus denitrificans . Microbiological Research, ELSEVIER GMBH, URBAN & FISCHER VERLAG, 2016, roč. 188, č. 1, s. 9-22.

  • PERNIKÁŘOVÁ, Vendula, Vojtěch SEDLÁČEK, David POTĚŠIL, Iva PROCHÁZKOVÁ, Zbyněk ZDRÁHAL, Pavel BOUCHAL a Igor KUČERA. Proteomic responses to a methyl viologen-induced oxidative stress in the wild type and FerB mutant strains of Paracoccus denitrificans. Journal of Proteomics, Amsterdam: ELSEVIER SCIENCE BV, 2015, roč. 125, July, s. 68-75.

  • SEDLÁČEK, Vojtěch, Nikola PTÁČKOVÁ, Petra REJMONTOVÁ a Igor KUČERA. The flavoprotein FerB of Paracoccus denitrificans binds to membranes, reduces ubiquinone and superoxide, and acts as in vivo antioxidant. FEBS Journal, WILEY-BLACKWELL, 2015, roč. 282, č. 2, s. 283-296.

  • SEDLÁČEK, Vojtěch, Tomáš KLUMPLER, Jaromír MAREK a Igor KUČERA. The Structural and Functional Basis of Catalysis Mediated by NAD(P)H:acceptor Oxidoreductase (FerB) of Paracoccus denitrificans. PLOS ONE, Public Library of Science, 2014, roč. 9, č. 5, s. 1-13.