Věda a výzkum

Výzkumná skupina Environmentální biotechnologie

doc. Ing. Martin Mandl, CSc.

Vedoucí skupiny

Kontakt


Vzdělání

  • 1998 – docent Biochemie, PřF MU
    • Metabolismus bakterie Thiobacillus ferrooxidans v biotechnologii a ekologii
  • 1992 – CSc., Chemicko-technologická fakulta, STU Bratislava
  • 1978 – Ing., Biochemická technologie, Chemicko-technologická fakulta, STU Bratislava


Pedagogická činnost

  • C7872 Aplikovaná biostatistika
  • C6211 Biotechnologie
  • C8111 Bioinženýrství
  • CDB a CA Oborový seminář z biochemie
  • C9320 Metody biochemického výzkumu
  • C7877 Praxe z biotechnologie

Univerzitní aktivity

  • Garant magisterského programu Biotechnologie
  • Člen Oborové rady a Oborové komise Biochemie
  • Člen Programové rady pro biochemické obory
  • Člen Volební a mandátové komise ASMU

Mimouniverzitní aktivity

  • Čestný člen stálého výboru „International Biohydrometallurgy Symposium
  • Člen Rady Biotechnologické společnosti v ČR
  • Člen Československé společnosti mikrobiologické

Akademické stáže

  • INRA (Francie) – 2013, 2015, 2017
  • Delft University of Technology (Nizozemí) – 1995

Oblast výzkumu

Naše výzkumné cíle se zabývají studiem chemolithotrofních acidofilních bakterií a jejich role v oxidaci sulfidových minerálů. Tyto bakterie se používají v biohydrometalurgii ke získávání cenných kovů z chudých rud a koncentrátů (Obr. 1). Nejdříve dochází k bio-extrakci kovů z minerálů a poté k jejich separaci z kyselého loužicího roztoku, nejčastěji elektrolýzou po jejich extrakci organickým rozpouštědlem a re-extrakci do vody. Vedle průmyslových procesů vede spontánní abiotická i biotická oxidace sulfidových minerálů v opuštěných dolech a důlních odpadech ke tvorbě kyseliny sírové a mobilizaci toxických kovů s negativním dopadem na životní prostředí.

Kromě teoretického studia biochemických mechanismů bakteriální oxidace anorganických substrátů se naše výzkumné cíle týkají i aplikovaných environmentálních studií v postižených oblastech po klasické těžbě s nedokonalou revitalizací krajiny. Podílíme se na vývoji a optimalizaci inovativních energeticky nenáročných bioloužicích procesů šetrných k přírodnímu prostředí, jako jsou např. postupy pro získávání cenných kovů ze sekundárních zdrojů – elektroodpad a produkty spalování městského a průmyslového odpadu (popel a struska).

Hlavní cíle výzkumu

  • Molekulární detekce acidofilních sirných bakterií
  • Kinetika bioprocesů
  • Studium bakteriálního metabolismu pomocí omických metod
  • Charakterizace enzymů zapojených do biologického loužení
  • Genetické inženýrství bioloužicích mikroorganismů
  • Bioloužení sulfidových a jiných odpadů


Obr. 1 | Bioloužení sulfidových minerálů pomocí acidofilních chemolithotrofních mikroorganismů (A). Energetický metabolismus modelové acidofilní chemolithotrofní bakterie Acidithiobacillus ferrooxidans v aerobním a anaerobním prostředí (B).

Členové skupiny

  • Mgr. Jiří Kučera, Ph.D. – lektor II a manažer pro koordinaci a správu projektů – MUNI | WOS | RG

  • Doktorandi:  Mgr. Martin Gajdošík
  • Diplomanti:   Bc. Sabina Fronková, Bc. Jana Podivínská, Bc. Jakub Svinka, Bc. Marek Šťavík
  • Bakalářští studenti: Jiří Doseděl, Matěj Masař, Daniel Solčiansky 
  • Laborantka: Hedvika Říčánková

  • Absolventi doktorského studia: Dr. Pavla Češková, Dr. Iva Bartáková, Dr. Jiří Kučera, Dr. Blanka Pokorná-Omesová, Dr. Eva Pakostová, Dr. Jitka Kašparovská, Dr. Šárka Bořilová.

Metodiky

  • Kultivace a produkce – bioprocesy zprostředkované bakteriemi a kvasinkami vedené v různých laboratorních zařízeních (CelCulture CO2 ESCO), až po úroveň bioreaktorů (Labfors 5, Techfors, Biostat B-DCU).
  • Biochemické metody – izolace, separace, purifikace a identifikace biomolekul (ultrafiltrace, ultracentrifugace Beckman-Coulter Optima XPN-90, 1-D a 2-D gelová elektroforéza, ÄKTA pure 25 M FPLC, Agilent HPLC), enzymová kinetika (UV/VIS spektrofotometrie).
  • Molekulárně-biologické metody a metody genetického inženýrství – PCR, qPCR, RT-qPCR, hybridizace, imunodetekce, analýza fragmentů, sekvenování, klonování, transformace, mutageneze, protein-proteinové interakce.
  • Omické metody – genomika a transkriptomika (NGS), proteomika a metabolomika (UHPLC-MS/MS).
  • Biotechnologické metody – heterologní exprese proteinů (Escherichia coli, Pichia pastoris), bioloužení.

Mezinárodní a tuzemská spolupráce

  • Department of Microbiology, Ohio State University, USA – Olli H. Tuovinen
  • School of Natural Sciences, Bangor University, UK – D. Barrie Johnson
  • Laboratory of Microbial Ecophysiology, Fundación Ciencia & Vida, Chile – Raquel Quatrini
  • Institute of Life Sciences, TU Bergakademie, Německo – Sabrina Hedrich
  • Institute of Environmental Biotechnology, BOKU, Rakousko – Georg Gübitz
  • Centre of Sport, Exercise and Life Sciences, Coventry University, UK – Eva Pakostová
  • K1-MET GmbH, Rakousko

  • Proteomika CEITEC, Masarykova univerzita – Zbyněk Zdráhal
  • Ústav geologických věd, Masarykova univerzita – Josef Zeman
  • Ústav chemie, Masarykova univerzita – Tomáš Vaculovič
  • Ústav biochemie, Masarykova univerzita – Pavel Bouchal a Jan Lochman
  • Stomatologická klinika – Masarykova univerzita – Petra Bořilová Linhartová
  • Energetická agentura Vysočiny

Vybrané výzkumné projekty

  • Inovativní technologie recyklace popelů a strusek ( ATCZ183) Období řešení: 9/2018–8/2021, EU INTERREG V-A Rakousko-ČR. Předmětem projektu je vývoj a optimalizace postupu bioloužení, který umožňuje inovativní, šetrné a nízkoenergetické opětovné získání kovů z druhotných surovin.

Přehled všech aktuálních a dokončených projektů je na stránkách MUNI.

Vybrané publikace

Přehled všech publikací lze dohledat na stránkách MUNI.

  • Kremser K, Thallner S, Strbik D, Spiess S, Kučera J, Vaculovič T, Všianský D, Haberbauer M, Mandl M, Guebitz G (2021). Leachability of metals from waste incineration residues by iron- and sulfur-oxidizing bacteria. JOURNAL OF ENVIRONMENTAL MANAGEMENT. doi:10.1016/j.jenvman.2020.111734

  • Kučera J, Lochman J, Bouchal P, Pakostová E, Mikulášek K, Hedrich S, Janiczek O, Mandl M, Johnson DB (2020). A model of aerobic and anaerobic metabolism of hydrogen in the extremophile Acidithiobacillus ferrooxidans. FRONTIERS IN MICROBIOLOGY. doi:10.3389/fmicb.2020.610836

  • Bořilová Š, Mandl M, Zeman J, Kučera J, Pakostová E, Janiczek O, Tuovinen HO (2018). Can sulfate be the first dominant aqueous sulfur species formed in the oxidation of pyrite by Acidithiobacillus ferrooxidans? FRONTIERS IN MICROBIOLOGY. doi:10.3389/fmicb.2018.03134

  • Kučera J, Pakostová E, Lochman J, Janiczek O, Mandl M (2016). Are there multiple mechanisms of anaerobic sulfur oxidation with ferric iron in Acidithiobacillus ferrooxidans? RESEARCH IN MICROBIOLOGY. doi:10.1016/j.resmic.2016.02.004

  • Kučera J, Šedo O, Potěšil D, Janiczek O, Zdráhal Z, Mandl M (2016). Comparative proteomic analysis of sulfur-oxidizing Acidithiobacillus ferrooxidans CCM 4253 cultures having lost the ability to couple anaerobic elemental sulfur oxidation with ferric iron reduction. RESEARCH IN MICROBIOLOGY. doi:10.1016/j.resmic.2016.06.009

  • Mandl M, Pakostová E, Poskerová L (2014). Critical values of the volumetric oxygen transfer coefficient and oxygen concentration that prevent oxygen limitation in ferrous iron and elemental sulfur oxidation by Acidithiobacillus ferrooxidans. HYDROMETALLURGY. doi:10.1016/j.hydromet.2014.09.009