Struktura, funkcjonowanie i regulacja genów metabolizmu cukrów …. Aleksandrzak... ·...
Transcript of Struktura, funkcjonowanie i regulacja genów metabolizmu cukrów …. Aleksandrzak... ·...
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
1
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk
Struktura, funkcjonowanie i regulacja genów metabolizmu
cukrów u bakterii fermentacji mlekowej ze szczególnym
uwzględnieniem katabolizmu laktozy i celobiozy u
Lactococcus lactis.
AUTOREFERAT
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
2
1. Imię i Nazwisko: Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk
2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe/ artystyczne – z podaniem nazwy, miejsca i roku ich
uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej.
2004 Doktor Nauk Biologicznych w zakresie biochemii (z wyróżnieniem)
Instytut Biochemii i Biofizyki, Polska Akademia Nauk, Warszawa
Tytuł rozprawy doktorskiej: „Lactose and -glucosides catabolism in Lactococcus lactis –
biochemistry and genetic regulation.”
Promotor: Prof. dr hab. Jacek Bardowski
1997 Magister biologii, specjalizacja biologia molekularna
Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego
Tytuł pracy magisterskiej: „Nowe geny katabolizmu laktozy u Lacococcus lactis.”
Promotor: Prof. dr hab. Andrzej Jerzmanowski
3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych/ artystycznych.
05/2005 - obecnie IBB PAN na stanowisku asystenta w Zakładzie Biochemii Drobnoustrojów
04/2004 - 04/2005 IBB PAN na stanowisku biologa w Zakładzie Biochemii Drobnoustrojów
4. Wskazanie osiągnięcia* wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach
naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. 2016 r. poz. 882 ze
zm. w Dz. U. z 2016 r. poz. 1311.):
IF, impact factor podano dla pięciu lat (IF5) oraz dla roku publikacji, z wyjątkiem najnowszych prac,
dla których podano IF z roku 2016.
a) tytuł osiągnięcia naukowego/artystycznego:
Struktura, funkcjonowanie i regulacja genów metabolizmu cukrów u bakterii fermentacji mlekowej
ze szczególnym uwzględnieniem katabolizmu laktozy i celobiozy u Lactococcus lactis.
b) publikacje wchodzące w skład osiągnięcia naukowego; * - autor korespondencyjny
Na osiągnięcie naukowe składa się cykl siedmiu prac eksperymentalnych, dwóch monografii
naukowych oraz jednego doniesienia konferencyjnego. * - autor korespondencyjny. Przy
wydawnictwach konferencyjnych pominięto IF czasopisma (zgodnie z Oświadczeniem Ministra Nauki
I Szkolnictwa Wyższego w sprawie naruszania zasad dobrej praktyki naukowej przy stosowaniu
bibliometrycznego wskaźnika impact factor do oceny dorobku jednostek naukowych z 11.07.2008).
1. Tymoszewska A, Diep DB, Wirtek P, Aleksandrzak-Piekarczyk T*
The non-lantibiotic bacteriocin Garvicin Q targets Man-PTS in a broad spectrum of
sensitive bacterial genera.
Scientific Reports. 2017. 7:8359
IF2016: 4,259; IF5: 5,525; Liczba cytowań: 0
2. Aleksandrzak-Piekarczyk T*, Stasiak-Różańska L, Cieśla J, Bardowski J
ClaR – a novel key regulator of cellobiose and lactose metabolism in Lactococcus lactis
IL1403.
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
3
Applied Microbiology and Biotechnology. 2015. 99(1):337-47
IF2015: 3,376; IF5: 3,882; Liczba cytowań: 4
3. Koryszewska-Baginska A, Bardowski J, Aleksandrzak-Piekarczyk T*
Genome sequence of the probiotic strain Lactobacillus rhamnosus (formerly Lactobacillus
casei) LOCK908.
Genome Announcements. 2014. Feb 20:2(1)
Brak IF; Liczba cytowań: brak czasopisma w bazie WoS Core Collection
4. Aleksandrzak-Piekarczyk T*, Koryszewska-Baginska A, Bardowski J
Genome sequence of the probiotic strain Lactobacillus rhamnosus (formerly Lactobacillus
casei) LOCK900.
Genome Announcements. 2013. Aug 15;1(4)
Brak IF; Liczba cytowań: brak cytowań czasopisma w bazie WoS Core Collection
5. Koryszewska-Baginska A, Aleksandrzak-Piekarczyk T, Bardowski J
Complete genome sequence of the probiotic strain Lactobacillus casei (formerly
Lactobacillus paracasei) LOCK919.
Genome Announcements. 2013. 26(1):5
Brak IF; Liczba cytowań: brak cytowań czasopisma w bazie WoS Core Collection
6. Aleksandrzak-Piekarczyk T*, Polak J, Jezierska B, Renault P, Bardowski J
Genetic characterization of the CcpA-dependent, cellobiose-specific PTS system
comprising CelB, PtcB and PtcA that transports lactose in Lactococcus lactis IL1403.
International Journal of Food Microbiology. 2011. 145:186-194
IF2011: 3,327; IF5: 4,198; Liczba cytowań: 20
7. Aleksandrzak-Piekarczyk T, Kok J, Renault P, Bardowski J
Alternative lactose catabolic pathway in Lactococcus lactis IL1403
Applied Environmental Microbiology. 2005. 71(10):6060-6069.
IF2005: 3,818; IF5: 4,303; Liczba cytowań: 20
Prace monograficzne (rozdziały w książkach):
8. Kowalczyk M, Mayo B, Fernández M, Aleksandrzak-Piekarczyk T*
Updates on Metabolism in Lactic Acid Bacteria in Light of “Omic” Technologies.
In: Biotechnology of Lactic Acid Bacteria - second edition. Mozzi F, Raya RR and Vignolo
GM (eds). 2016.
Liczba cytowań: 2
9. Aleksandrzak-Piekarczyk T*
Lactose and β-Glucosides metabolism and its regulation in Lactococcus lactis: A review.
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
4
In: J. Marcelino Kongo (ed.). Lactic Acid Bacteria - R & D for Food, Health and Livestock
Purposes. 2013.
Recenzowane doniesienia konferencyjne:
10. Szatraj K, Bardowski J, Aleksandrzak-Piekarczyk T*
The hypothetical YugA protein is involved in the positive regulation of galactose and
maltose assimilation in L. lactis IL1403.
New Biotechnology. 2016. 3: S211-S211. DOI: 10.1016/j.nbt.2016.06.1449
c) omówienie celu naukowego/artystycznego ww. pracy/prac i osiągniętych wyników wraz
z omówieniem ich ewentualnego wykorzystania. Publikacje wchodzące w skład osiągnięcia
wyróżniono niebieskim drukiem.
Bakterie mlekowe – LAB (ang. lactic acid bacteria) to heterogenna grupa
mikroorganizmów, których wspólną cechą jest zdolność do przeprowadzania procesu
fermentacji mlekowej, czyli fermentacji różnych węglowodanów z wytworzeniem kwasu
mlekowego, jako głównego produktu. Do tej fizjologicznej grupy bakterii zalicza się Gram-
dodatnie, niesporulujące ziarenkowce lub pałeczki, obejmujące takie rodzaje, jak
Carnobacterium, Enterococcus, Lactococcus, Lactobacillus, Leuconostoc, Streptococcus
Tetragenococcus, Vagococcus i Weissella (Stiles and Holzapfel, 1997).
Są wszechobecne w wielu bogatych w składniki odżywcze środowiskach, takich jak
mleko, mięso, materiał roślinny, a niektóre z nich są stałymi lub czasowymi mieszkańcami
przewodu pokarmowego ssaków i innych organizmów. Ze względu na ich zróżnicowany
potencjał metaboliczny obejmujący m.in. zdolność do katabolizowania różnych źródeł węgla z
wytworzeniem kwasu mlekowego, hydrolizy białek oraz produkcji związków aromatycznych,
bakterie mlekowe są stosowane jako kultury starterowe w różnych procesach fermentacji
żywności. Znaczenie LAB dla przemysłu spożywczego i społeczeństwa można docenić na
podstawie szacunków, że około 8,5 miliarda kg fermentowanego mleka jest rocznie
wytwarzanych w Europie, co prowadzi do spożycia przez ludzi 8,5 × 1020 LAB (Franz et al.,
2010).
Zrozumienie mechanizmów metabolizmu węglowodanów i ich regulacji w komórkach
LAB ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia ich ekologii i ewolucji, a także racjonalnego
doboru szczepów o znaczeniu przemysłowym i ukierunkowanej modyfikacji właściwości tych
mikroorganizmów dla celów biotechnologicznych.
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
5
Pierwszym etapem metabolizmu węglowodanów jest zazwyczaj ich transport do
komórki. W przypadku bakterii, dyfuzja prosta lub ułatwiona mają dużo mniejsze znaczenie
niż transport aktywny, w obrębie którego wyróżniamy transport pierwotny, wtórny oraz
translokację grupową. W każdym z tych procesów przemieszczenie zachodzi wbrew
gradientowi stężeń transportowanych związków, z nakładem energii i udziałem białka
transportowego (permeazy).
Motorem napędowym transportu pierwotnego jest przekształcanie energii świetlnej
lub chemicznej (np. zmagazynowanej w ATP lub innych związkach wysokoenergetycznych) w
elektrochemiczną.
Transport wtórny napędzany działaniem siły protonomotorycznej. Ze względu na
funkcję białka transportującego wyróżnia się uniport, symport i antyport. Uniport to system
transportu, w którym do wnętrza komórki przenoszone są cząsteczki tylko jednego typu. W
symporcie dochodzi do przenoszenia dwóch (lub więcej) rodzajów cząsteczek w jednym
kierunku – elektrochemiczny gradient jednej cząsteczki (zazwyczaj protonu lub Na+),
wykorzystywany jest do transportu innej. W antyporcie następuje równoczesne
przemieszczanie dwóch cząsteczek w przeciwnych kierunkach (Poolman and Konings, 1993).
Ostatni rodzaj transportu ma zupełnie inny charakter. Translokacja grupowa
związana jest z chemiczną modyfikacją substratu podczas przechodzenia przez błonę
cytoplazmatyczną. Przykład takiego transportu to system fosfotransferazy zależny od
fosfoenolopirogronianu (PTS:PEP). Jest to prawdopodobnie najbardziej korzystny pod
względem bioenergetycznym system transportu występujący u bakterii. Cukier ulega
przeniesieniu przez błonę komórkową i jednoczesnej fosforylacji. Źródłem energii i zarazem
dawcą grupy fosforanowej jest jedna cząsteczka PEP (Poolman, 1993). Reszta fosforanowa z
PEP przenoszona jest przez kolejne białka: EI, HPr, EII (EIIA, EIIB), a następnie przekazywana
do ostatecznego akceptora – cukru połączonego z permeazą (EIIC) (Lorca et al., 2015).
Podstawowe składniki systemu PTS – EI i HPr - są strukturalnie identyczne u wszystkich
zbadanych mikroorganizmów i występują w cytoplazmie. Białko EII ma zmienną strukturę w
różnego typu systemach PTS. Zazwyczaj składa się z trzech podjednostek (EIIA, EIIB, EIIC), które
mogą występować pojedynczo lub łączyć się po dwie, w każdej możliwej kombinacji, lub po
trzy. Białko EIIC (permeaza) zakotwiczone jest w błonie komórkowej i umożliwia specyficzny
transport węglowodanów (Postma et al., 1993). Obecnie znanych jest sześć różnych grup
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
6
enzymu EII, które uczestniczą w transporcie i fosforylacji wielu monosacharydów,
disacharydów i glukozydów (Saier, 2000).
Większość mikroorganizmów zaadaptowała się do wzrostu w środowisku mleka
poprzez nabycie zdolności do wykorzystywania jako źródła węgla najłatwiej dostępnego tam
cukru, laktozy. Ten disacharyd, zbudowany z D-galaktozy i D-glukozy połączonych wiązaniem
β-1,4-glikozydowym, występuje w mleku ssaków (Fox and McSweeney, 1998). Ze względu na
znaczną wydajność i ekonomiczne znaczenie jego fermentacji, wiele badań skupiło się na
wykorzystaniu laktozy przez LAB. U bakterii mlekowych efektywne wykorzystanie laktozy jako
źródła węgla związane jest z obecnością odpowiednich genów, kodujących poszczególne
enzymy laktozo-specyficznego systemu PTS:PEP oraz szlaku tagatozo-6-fosforanowego. W
transporcie laktozy do komórki bakteryjnej może uczestniczyć kilka systemów, takich jak
fosfotransferaza specyficzna dla laktozy (lac-PTS), systemy zależne od białka ABC i wtórne
transportery, takie jak antyportery laktozo-galaktozowe i symportery laktozo-H+ (de Vos i
Vaughan, 1994). Podczas gdy transport laktozy zależny od białka ABC został zidentyfikowany
tylko w nienależącej do grupy LAB Gram-ujemnej bakterii Agrobacterium radiobacter
(Williams et al., 1992), systemy lac-PTS, jak również wtórne systemy transportu laktozy zostały
opisane w wielu gatunkach LAB.
Lac-PTS ma bardzo wysokie powinowactwo do laktozy i jest bioenergetycznie
najbardziej wydajnym systemem transportu, ponieważ jedna cząsteczka tego cukru jest
przemieszczana i fosforylowana na jednym etapie, kosztem pojedynczej cząsteczki ATP. Po
translokacji przez lac-PTS, ufosforylowana laktoza jest hydrolizowana przez P-β-galaktozydazę
do glukozy i galaktozy-6-P. Podczas gdy po fosforylacji przez glukokinazę glukoza wchodzi do
szlaku glikolitycznego (szlak Embden-Meyerhof-Parnas; EMP), galaktoza-6-P jest
metabolizowana w szlaku D-tagatozo-6-P (Tag-6-P). Jego działanie warunkuje obecność trzech
enzymów: (i) izomerazy galaktozy-6-P (LacAB); (ii) kinazy tagatozo-6-P (LacC); i (iii) aldolazy
tagatozo-1,6-difosforanowej (LacD). Otrzymane trifosforany (aldehyd 3-P-glicerynowy i P-
dihydroksyaceton) są następnie metabolizowane w szlaku EMP. Operony zaangażowane w tę
szybką homofermentację laktozy są zwykle zlokalizowane w plazmidach (plazmidy lac), a
oprócz genów kodujących P-β-galaktozydazę i białka systemu lac-PTS, zawierają geny
kodujące enzymy szlaku tagatozowego. Ich transkrypcja jest regulowana przez różne
represory transkrypcji, przy czym w L. lactis tagatozo-6-P jest induktorem (van Rooijen et al.,
1991). Uważa się, że opisana zdolność do szybkiej fermentacji laktozy, charakterystyczna dla
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
7
szczepów mlecznych, została wtórnie nabyta przez szczepy roślinne typu dzikiego, w wyniku
ich adaptacji do środowiska mlecznego (Kelly et al., 2010).
Inna strategia metabolizmu laktozy przez LAB związana jest z jej pobieraniem przy
udziale wtórnych systemów transportu. Systemy te przenoszą laktozę w postaci
nieufosforylowanej przez specyficzne permeazy należące do podrodziny LacS (nr TC 2.A.2.2.3)
z rodziny GPH (2.A.2 - glycoside-pentoside-hexuronide). W zależności od gatunku bakterii,
LacS może pośredniczyć w sprzężonym z H+ symporcie laktozy lub w antyporcie laktozy z
galaktozą. Wewnątrz komórki laktoza jest hydrolizowana przez β-galaktozydazę (David et al.,
1992; Vaughan et al., 1996), w wyniku czego powstaje glukoza i galaktoza. Glukoza jest
następnie metabolizowana w szlaku glikolitycznym, podczas gdy galaktoza ulega przemianom
różnymi drogami w zależności od konkretnej LAB. I tak, niektóre termofilne LAB (np.
Lactobacillus bulgaricus i Streptococcus thermophilus) eksportują powstałą z laktozy galaktozę
na zewnątrz komórki, inne LAB (np. Lactobacillus helveticus, Leuconostoc lactis i Streptococcus
salivarius) metabolizują ten cukier w szlaku Leloir’a (de Vos, 1996; Poolman, 1993; Vaughan
et al., 2001). Szlak ten był jednym z pierwszych odkrytych centralnych szlaków metabolicznych
i została opisana przez L. F. Leloir’a i współpracowników na początku lat 50. XX wieku.
Obejmuje ona kluczowy enzym galaktokinazę (GalK), urydylotransferazę galaktozo-1-
fosforanową (GalT) oraz 4-epimerazę UDP-galaktozową (GalE), które biorą udział w konwersji
galaktozy do glukozo-1-P. Wytworzony glukozo-1-P, po konwersji do glukozo-6-P przez
fosfoglukomutazę, wchodzi do szlaku glikolitycznego. Epimeraza-1-aldozy, (mutarotaza;
GalM), jest dodatkowym, enzymem niezbędnym do szybkiego metabolizmu galaktozy
(Bouffard et al., 1994), który katalizuje interkonwersję α- i β-anomerów galaktozy.
Prowadzone przez naszą grupę badawczą poszukiwania genów kodujących wtórne
systemy transportu galaktozy wśród szczepów L. lactis wykazały ich niską reprezentację,
ponieważ zostały zidentyfikowane tylko w genomach pochodzenia mlecznego szczepu IL1403
(Aleksandrzak-Piekarczyk et al., 2018; Bolotin et al., 2001; Szatraj et al., 2016;), nie-mlecznego
NCDO2054 (Vaughan et al., 1998) i izolowanego z kiełków fasoli KF147 (Siezen et al., 2010).
Co godne uwagi, oprócz genów transportu i metabolizmu galaktozy (szlak Leloir’a), szczepy te
zawierają geny potrzebne do asymilacji laktozy, takie jak lacZ (β-galaktozydaza) i lacA
(acetylotransferaza tiogalaktozydu), tworząc tzw. operon gal-lac. Bezpośrednio powyżej
wspomnianych genów wymaganych do hydrolizy laktozy i późniejszej konwersji galaktozy, ale
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
8
w ramach wspólnego operonu, znajduje się gen kodujący permeazę LacS. Wszystkie te geny
tworzą tzw. system permeazy-β-galaktozydazy.
Fakt odnalezienia pełnego system metabolizmu laktozy (permeazy-β-galaktozydazy)
w genomie L. lactis IL1403 (Aleksandrzak-Piekarczyk et al., 2018; Szatraj et al., 2016) był
zaskakujący i wydał mi się niezmiernie interesującą obserwacją. Ten modelowy szczep,
powszechnie wykorzystywany w badaniach nad LAB, został otrzymany po usunięciu wszystkich
plazmidów ze szczepu L. lactis IL594. Ze względu na fakt, że pozbawiono go plazmidu
niosącego geny kodujące białka systemu lac-PTS oraz szlaku tagatozowego, powszechnie
uważa się go za szczep laktozo-negatywny. W naszych badaniach okazało się jednak, że IL1403
zaczyna powoli rosnąć w pożywce zawierającej laktozę, jako jedyne źródło węgla, ale dopiero
po około 40 godzinach inkubacji (Aleksandrzak-Piekarczyk et al., 2005). Postawiłam dwie
hipotezy na temat przyczyn tej niewydajnej asymilacji laktozy: (i) mało wydajny transport
laktozy z powodu niskiego powinowactwa LacS do laktozy i/lub (ii) nieefektywna hydroliza
laktozy z powodu niskiej funkcjonalności β-galaktozydazy. Przeprowadzone analizy wskazały,
iż gen lacS z L. lactis IL1403 wykazuje bardzo wysokie podobieństwo do galP z laktozo-
ujemnego szczepu L. lactis MG1363. Obydwie permeazy, kodowane przez w/w geny, należą
do tej samej podrodziny (TC # 2.A.2.2.3), która obejmuje transportery specyficzne dla
transportu galaktozy, w przeciwieństwie do permeaz LacS, które należą innej podrodziny (TC
# 2.A.2.2.1) i mają udowodnioną rolę w wydajnym pobieraniu laktozy. Brak zaangażowania
LacS w transport laktozy potwierdza fakt, że mutacja w lacS miała niewielki wpływ na
asymilację laktozy przez L. lactis IL1403 (Aleksandrzak-Piekarczyk i wsp., 2005). Kolejną
przyczyną niewydajnego wzrostu na laktozie, pomimo posiadania pełnego układu permeaza-
β-galaktozydaza i aktywnego szlaku Leloir’a, mogła być niska aktywność enzymu β-
galaktozydazy. Przeprowadzona przeze mnie analiza porównawcza białek LacZ z L. lactis
IL1403 i ze szczepu NCDO2054, w którym ten enzym posiada znaczną aktywność, wykazała
wysokie podobieństwo obu sekwencji aminokwasowych (Aleksandrzak-Piekarczyk i wsp.,
2005). Jednakże badania wskazują, że pomimo tak wysokiego podobieństwa na poziomie
sekwencji aminokwasowych, gen lacZ z L. lactis IL1403 może ulegać niewydajnej ekspresji lub
jego produkt białkowy, enzym, może być bardzo słabo aktywny/nieaktywny, ponieważ ten
szczep nie wykazuje aktywności β-galaktozydazy (Aleksandrzak-Piekarczyk i wsp., 2005). Idąc
tym tropem wykazaliśmy, że komplementacja w L. lactis IL1403 w układzie in trans
chromosomalnego lacZ przez gen kodujący aktywną β-galaktozydazę nie poprawiła
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
9
wydajności asymilacji laktozy. Taki wynik wskazuje, iż brak aktywności β-galaktozydazy nie jest
jedyną przeszkodą w zdolności szczepu do wydajnego fermentowania laktozy i dodatkowo
wspiera hipotezę, iż pierwotną przyczyną braku wydajnego wykorzystania laktozy jest
galaktozo-specyficzna permeaza LacS, która wykazuje nikłe powinowactwo do laktozy i
funkcjonuje głównie jako transporter galaktozy (Aleksandrzak-Piekarczyk, 2013).
Poza środowiskiem mleka, powierzchnie roślin i fermentujący materiał roślinny są
również ważnymi ekosystemami zajmowanymi przez LAB. Postuluje się nawet, że rośliny
stanowią pierwotne środowisko bytowania tej grupy bakterii, z którego zasiedliły wtórnie inne
biotopy takie jak mleko i przewody pokarmowe różnych organizmów.
W porównaniu do środowiska mleka, materiał roślinny różni się bardzo pod
względem składu chemicznego, wykazując na przykład znacznie niższe stężenie białka i szerszą
dostępność węglowodanów innych niż laktoza. Wśród nich wyróżnia się m. in. cukry należące
do β-glukozydów (cząsteczek składających się z dwóch jednostek połączonych wiązaniem β-
1,4-glukozydowym) np. arbutyna, celobioza, eskulina i salicyna. Zdolność roślinnych szczepów
L. lactis do wykorzystania tak dużej różnorodności węglowodanów roślinnych znajduje
odzwierciedlenie w ich genomach i zdolnościach fermentacji cukrów. Porównanie laktokoków
związanych ze środowiskami mleka z roślinnymi wskazuje, że te ostatnie mają większą liczbę
genów zaangażowanych w transport i hydrolizę węglowodanów, co powoduje ich zwiększoną
zdolność do fermentacji cukrów (Siezen et al., 2008). Wykazaliśmy, że L. lactis IL1403 może
wykorzystywać szeroki zakres β-glukozydów (Aleksandrzak-Piekarczyk et al., 2011).
Przeprowadzona analiza funkcji genów chromosomalnych tego szczepu wskazała, że potencjał
katabolizmu tych cukrów może być niesiony przez przynajmniej pięć genów lub operonów,
które kodują permeazy EIIC β-glukozydo-specyficznych systemów PTS, zaangażowanych w
transport β-glukozydów. Dwa z nich kodują trójkomponentowe EIIABC PTS (PtbA i YedF),
kolejne trzy to pojedyncze permeazy EIIC (CelB, PtcC i YidB). Ponadto, spośród grupy białek
uczestniczących w fosforylacji β-glukozydów zidentyfikowano jeden składnik EIIA (PtcA) i
jeden składnik EIIB (PtcB). CelB, PtcA, PtcB, PtcC i YidB należą do rodziny Lac (TC nr 4.A.3),
która obejmuje kilka transporterów laktozy z bakterii Gram-dodatnich, jak również E. coli.
Udział permeaz CelB i PtcC w transporcie celobiozy został eksperymentalnie przez nas
potwierdzony w L. lactis IL1403 (Rys. 1; Aleksandrzak-Piekarczyk i wsp., 2011). Chociaż L. lactis
IL1403 ma tak dużą liczbę systemów PTS specyficznych dla β -glukozydów, CelB jest jedyną
permeazą niezbędną w internalizacji celobiozy, podczas gdy PtcC, wydaje się nie uczestniczyć
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
10
w transporcie tego, jak i innych cukrów (Aleksandrzak-Piekarczyk i wsp., 2011).
Przeprowadzone przez nas badania ekspresji ptcC wskazały na brak jego transkrypcji, co może
stanowić powód braku zaangażowania tego genu w metabolizm cukrów. Z drugiej strony
wykazaliśmy, że składniki EIIAB, mianowicie PtcA i PtcB, są bardziej uniwersalne, uczestnicząc
w metabolizmie licznych cukrów (arbutyna, celobioza, glukoza, salicyna) w L. lactis IL1403
(Aleksandrzak-Piekarczyk i in. , 2011). Z kolei białko EIIABC PtbA bierze udział w transporcie
arbutyny, eskuliny i salicyny, ale nie wykazuje powinowactwa do celobiozy u L. lactis IL1403
(Rys. 1). Wykazaliśmy, że w tym szczepie inaktywacja genu ptbA doprowadziła do poważnych
defektów wzrostu w podłożu suplementowanym każdym z tych trzech cukrów (Aleksandrzak-
Piekarczyk, 2013).
Istotne siedlisko zamieszkiwane przez LAB stanowią przewody pokarmowe zwierząt.
Spośród grupy bakterii fermentacji mlekowej, w jelitach stałymi rezydentami są szczepy
bakterii należących do rodzaju Lactobacillus. Pomimo specyficznych warunków tego
środowiska odnośnie zawartości substancji odżywczych (w dużej części łatwo wchłanialne
substancje proste) wydaje się, iż rezydenci nie utracili możliwości katabolizmu β-glukozydów.
W ramach badań prowadzonych na trzech szczepach LAB pochodzenia jelitowego uzyskaliśmy
pełne sekwencje genomowe szczepów należących do gatunków Lactobacillus casei i
Lactobacillus rhamnosus (Aleksandrzak-Piekarczyk et al., 2013; Koryszewska-Baginska et al.,
2013; Koryszewska-Baginska et al., 2014). Przeprowadzona analiza otrzymanych sekwencji
genomowych ukierunkowana na identyfikację genów systemów PTS zaangażowanych w
transport β-glukozydów wskazuje na obecność w tych szczepach aż od 8 do 10 specyficznych
dla β-glukozydów permeaz EIIC. Analizy innych sekwencji szczepów jelitowych i innego
pochodzenia szczepów Lactobacillus casei i Lactobacillus rhamnosus zdeponowanych w
GenBanku wskazują na podobną reprezentację tych genów. Odmienną sytuację
zaobserwowaliśmy analizując zsekwencjonowany przez nas genom (nieopublikowane dane)
innego gatunku LAB – Lactobacillus salivarius. W genomie tej bakterii, jak i genomach innych
szczepów tego gatunku zdeponowanych w GenBanku, zidentyfikowaliśmy tylko jedną
specyficzną dla β-glukozydów permeazę EIIC. Zatem, w przypadku Lactobacillus casei i
Lactobacillus rhamnosus tak duża liczba β-glukozydo-specyficznych permeaz może sugerować,
że gatunki te są raczej stabilnymi rezydentami obfitujących w te cukry materiału roślinnego,
natomiast przewody pokarmowe zasiedlają tylko czasowo. Z drugiej strony redukcja liczby
transporterów β-glukozydów u Lactobacillus salivarius może sugerować, że u tego gatunku w
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
11
wyniku przystosowania się do zamieszkiwanej przez niego niszy, nastąpiła redukcja zdolności
do katabolizmu tych cukrów.
Po translokacji przez błonę komórkową przy udziale PTS, P-β-glukozyd jest
hydrolizowany przez P-β-glukozydazę do glukozy i glukozy-6-P lub odpowiedniego aglikonu
(Tobisch i wsp., 1997). Istnieje wiele genów kodujących P-β-glukozydazy, obecnych w
chromosomach szczepów bakterii fermentacji mlekowej, zwłaszcza tych bytujących na
roślinach. Ich duża liczba jest prawdopodobnie wynikiem adaptacji tych bakterii do życia na
roślinach obfitujących w β-glukozydy, z których wtórnie zasiedliły przewody pokarmowe
zwierząt i mleko. W genomie L. lactis IL1403 zidentyfikowano sześć genów kodujących β-
glukozydazy, z czego dwa kodują P-β-glukozydazy specyficzne wobec ufosforylowanych β-
glukozydów, czyli takich, które do komórki zostały przetransportowane za pomocą systemu
PTS, lub ufosforylowane wewnątrz komórki za pomocą odpowiednich enzymów.
Wykazaliśmy, że jedna z nich, P-β-glukozydaza BglS, jest odpowiedzialna za hydrolizę
celobiozy, ale nie salicyny, w L. lactis IL1403 (Rys. 1; Aleksandrzak-Piekarczyk i wsp., 2005). Z
drugiej strony, żadnej funkcji nie przypisaliśmy innej P-β-glukozydazie kodowanej przez gen
bglA tworzący jeden operon z ptcC. Mutacja bglA nie wpływała na wzrost niosącego tę mutację
szczepu L. lactis IL1403 w pożywce uzupełnionej szeroką gamą cukrów (Aleksandrzak-
Piekarczyk et al., 2015).
Białka zaangażowane w transport i hydrolizę rożnych cukrów zwykle wykazują dużą
specyficzność w stosunku do metabolizowanego substratu. Odrębne systemy dedykowane
wyłącznie laktozie, i inne dla różnych β-glukozydów, zostały opisane w literaturze naukowej
(Aleksandrzak-Piekarczyk, 2013). W trakcie prowadzonych przez nas badań
zidentyfikowaliśmy w L. lactis IL1403 unikatowy system PTS, który wykazuje powinowactwo
zarówno do celobiozy, jak i laktozy. Wykazaliśmy, że ten alternatywny, do opisanych
dotychczas, system metabolizmu laktozy stanowią produkty genów celB, ptcBA oraz bglS
wykazujące homologię odpowiednio do permeazy, przenośników grup fosforanowych i P-β-
glukozydazy. Szczegółowe badania ujawniły, że ten alternatywny system katabolizmu laktozy
jest powiązany z katabolizmem celobiozy i uwarunkowany podwójną specyficznością CelB i
BglS, które mają powinowactwo zarówno do celobiozy, jak i laktozy (Rys. 1; Aleksandrzak-
Piekarczyk i wsp., 2011). Poprzez badania funkcjonalne mutantów delecyjnych, analizy
ekspresji genów i testy enzymatyczne wskazaliśmy, że mechanizm transportu laktozy przez
CelB zależy od indukcji permeazy przez celobiozę (celobiozo-indukowalny system
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
12
metabolizmu laktozy), a z kolei hydroliza obu cukrów jest możliwa dzięki podwójnej
aktywności BglS – jako P-β-glukozydazy i P-β-galaktozydazy (Rys. 1; Aleksandrzak-Piekarczyk i
wsp., 2005; 2011). Co więcej, wykazano, że u L. lactis IL1403 ten alternatywny system
katabolizmu laktozy podlega ścisłej kontroli przez nadrzędny regulator represji katabolicznej
– białko CcpA (Rys. 1). Jest to kontrola negatywna, ponieważ inaktywacja genu ccpA prowadzi
do derepresji transkrypcji genów bglS, celB, ptcA i ptcB, znosząc represję glukozową i
umożliwiając wykorzystanie laktozy przez szczep mutanta (Aleksandrzak-Piekarczyk i wsp.,
2011). W ten sposób wykazaliśmy, że laktozo-negatywny szczep L. lactis IL1403 można jednak
zaindukować do wydajnego metabolizmu laktozy poprzez mutację genu ccpA lub dodatek
niewielkiego (indukującego) stężenia celobiozy.
W prowadzonych przez naszą grupę badawczą badaniach genów/operonów L. lactis
IL1403 zaangażowanych w metabolizm szerokiej gamy cukrów uwzględniłam również badania
mechanizmów regulujących procesy transkrypcji. W bakteriach transkrypcja może być
aktywowana lub reprymowana przez różne czynniki transkrypcyjne (TF), które rozpoznają
specyficzne elementy DNA (operatory) w regionach promotora regulowanych genów. Zbiór
genów lub operonów znajdujących się pod bezpośrednią kontrolą tego samego TF jest
zdefiniowany jako regulon. Zestaw wszystkich regulonów w pewnym organizmie tworzy
transkrypcyjną sieć regulacyjną. W ostatnich latach liczba poznanych sekwencji genomowych
LAB znacznie zwiększa się. W każdej sekwencji część genów koduje białka dedykowane
regulacji transkrypcji. Analiza zsekwencjonowanych przedstawicieli LAB wskazuje, że
zawartość TF mieści się w zakresie od około 3,5% (np. Streptococcus thermophillus,
Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus helveticus) do 7,5% (Lactobacillus plantarum) całego
proteomu. Ponadto, w obrębie genomu LAB, całkowita liczba TF zmienia się znacząco w
zależności od gatunku i waha się od około 60 (S. thermophilus i L. helveticus) do aż 240
(L. plantarum). W 30 genomach rzędu Lactobacillales, potencjalne TF przynależą do 49 rodzin
białek regulacyjnych, a około 90% z nich należy do 24 głównych rodzin z co najmniej dwoma
przedstawicielami kodowanymi w genomie. Największa liczba reprezentantów rodzin TF jest
przypisana rodzinie Xre (łącznie 298 TF). Liczba przedstawicieli rodziny Xre osiąga kilkanaście,
a nawet kilkadziesiąt na genom. Inne rodziny są znacznie słabiej reprezentowane, a te, które
mają co najmniej czterech przedstawicieli na genom, obejmują rodziny TetR, GntR, MarR,
OmpR, LacI, LysR, MerR i AraC (Kowalczyk et al., 2015; Ravcheev et al., 2013).
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
13
O ile regulacja operonu bglAH została już wcześniej opisana i udowodniono wpływ
antyterminatora transkrypcji BglR (Bardowski et al., 1994), to regulacja ekspresji genów celB,
ptcB, ptcA, bglS oraz operonu gal-lac nie była dotychczas poznana. Wyniki badań
hipotetycznego regulatora transkrypcji, białka YebF, wskazały na jego nadrzędną rolę w
celobiozo-zależnej aktywacji genów regulonu celB i bglS (Aleksandrzak-Piekarczyk i wsp.,
2011; 2015). Białku temu, ze względu na pełnioną przez niego funkcję, nadano nową nazwę,
mianowicie ClaR (Celobiose-lactose metabolism Regulator) (Aleksandrzak-Piekarczyk i wsp.,
2015). Regulator ten należy do rodziny regulatorów RpiR, która obejmuje białka wiążące
ufosforylowane cukry (Sorensen i Hove-Jensen, 1996), a poza domeną wiążącą cukier (Sugar
ISomerase domain; SIS) niesie domenę wiążącą DNA (HTH; Helix-Turn-Helix). Wykazano, że
delecja claR spowodowała całkowitą niezdolność mutanta do fermentacji celobiozy i laktozy
(Aleksandrzak-Piekarczyk i wsp., 2005; 2015). Dodatkowo, w odpowiedzi na obecność
celobiozy i ClaR, odnotowano wysoki poziom ekspresji bglS, celB i, w mniejszym stopniu, ptcA
i ptcB. Taki efekt nie był obserwowany gdy w podłożu zastosowano inny niż celobioza cukier
(np. glukoza, galaktoza) lub kiedy testowano ekspresję genów w nieobecności ClaR (w
mutancie ∆claR) (Aleksandrzak-Piekarczyk i wsp., 2015). Na podstawie otrzymanych wyników
zaproponowaliśmy model katabolizmu, w którym celobioza lub laktoza, ufosforylowane przez
PtcAB, wiążą się z domeną SIS ClaR. Takie połączenie może powodować zmianę konformacji
tego TF i umożliwić jego wiązanie z odpowiednimi regionami DNA, co efekcie skutkuje zależną
od ClaR aktywacją ekspresji genów. Stawiamy hipotezę, że poprzez ten mechanizm w
obecności celobiozy lub laktozy regulowana jest ekspresja bglS i celB (Rys. 1).
Kontynuując badania nad genami regulatorowymi, zidentyfikowanymi przez nas w
genomie IL1403, postawiliśmy hipotezę, że kolejnym białkiem o istotnej funkcji w odniesieniu
do regulacji ekspresji genów zaangażowanych w metabolizm cukrów jest hipotetyczny
regulator transkrypcji YugA. Podobnie jak ClaR, regulator ten należy do rodziny RpiR i ze
wzgląd na pełnioną przez niego funkcję, nadaliśmy mu nową nazwę – GlaR (Galactose-lactose
operon Regulator). W serii różnorodnych eksperymentów, obejmujących testy wzrostowe
uzyskanego mutanta ∆glaR, analizy poziomu ekspresji genów potencjalnie regulowanych
przez GlaR oraz testy EMSA, wykazaliśmy, że białko to, poprzez wiązanie do promotora lacS
(Rys. 1), reguluje pozytywnie ekspresję genów położonego poniżej operonu gal-lac,
kodującego komponenty szlaku Leloira (galMKTE), a ponadto ekspresję genów thgA i lacZ
potencjalnie zaangażowanych w asymilację laktozy (Aleksandrzak-Piekarczyk et al., 2018;
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
14
Szatraj et al., 2016). Postulujemy, że jest to bardzo ścisła regulacja, ponieważ przy
nieobecności galaktozy (która jest induktorem tego systemu) lub/i braku funkcjonalnego GlaR
(szczep ∆glaR) ekspresja lacS jest praktycznie niewykrywalna. Kolejne geny operonu gal-lac w
pewnym stopniu uniezależniły się od tej ścisłej regulacji dzięki obecności potencjalnych
promotorów transkrypcji, które poprzedzają galM, galT, thgA i galE i nie wiążą białka
regulatorowego GlaR (Aleksandrzak-Piekarczyk et al., 2018; Szatraj et al., 2016).
Nieoczekiwanym odkryciem w badaniach nad metabolizmem cukrów było
zaobserwowanie przez nas, że system transportu mannozy, Man-PTS jest zaangażowany w
oddziaływanie bakteriocyn, czyli niskocząsteczkowych białek o przeciwbakteryjnych
właściwościach, z komórkami wrażliwych bakterii. Te obserwacje były impulsem do
zapoczątkowania nowego kierunku moich badań, jakim są bakteriocyny i molekularne
mechanizmy ich działania antybakteryjnego. Ciekawym odkryciem w ramach tych badań
wydaje się fakt, iż Man-PTS stanowi receptor dla wielu niehomologicznych i mających
odmienne spektra aktywności bakteriocyn. We wcześniejszych pracach wskazano, że składniki
tego systemu, białka EIIC i EIID, pełnią funkcję „kotwic” wiążących bakteriocyny z grupy
pediocyn i dwóch innych bakteriocyn (podobnych do laktokokcyny A; LcnA) należących do
klasy IId. (Diep et al., 2007). Wiązanie bakteriocyny powoduje prawdopodobnie zmianę
konformacji tych białek, prowadząc do otwarcia kanału i wycieku wewnątrzkomórkowych
substancji drobnocząsteczkowych, co prowadzi do śmierci komórki. W najnowszej dotyczącej
bakteriocyn pracy (Tymoszewska et al., 2017) udało nam się poszerzyć zakres tych związków
oddziałujących z Man-PTS o garwicynę Q, bakteriocynę produkowaną przez Lactococcus
garvieae (Rys. 1). Wykazaliśmy, że spektrum przeciwbakteryjnej aktywności tej bakteriocyny
oraz jej sekwencja są odmienne od wcześniej analizowanych bakteriocyn odziaływujących z
Man-PTS, co sugeruje, że sposób odziaływania bakteriocyna-receptor również jest odmienny.
W ramach tej pracy wytypowaliśmy szereg aminokwasów w Man-PTS prawdopodobnie
oddziałujących z garwicyną Q, których substytucja prowadziła do wzrostu lub całkowitej
oporności na badaną bakteriocynę. Aminokwasy te wydają się nie brać udziału w wiązaniu
pediocyn, ani LcnA-podobnych bakteriocyn (Tymoszewska i wsp., 2017).
Wyniki uzyskane przez nas w ramach badań nad bakteriocynami i Man-PTS obalają,
obowiązującą dotychczas tezę, że niehomologiczne bakteriocyny o różnych spektrach
aktywności oddziałują z odmiennymi receptorami błonowymi komórek bakterii. Postulujemy,
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
15
że odziaływanie to jest możliwe ze względu na różnice w sekwencji aminokwasowej/strukturze
Man-PTS, które decydują o selektywności wiązania określonych grup bakteriocyn.
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
16
Rysunek 1. Systemy transportu wybranych cukrów i ich regulacja u L. lactis IL1403.
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
17
Bibliografia
Aleksandrzak-Piekarczyk, T. (2013). “Lactose and β-glucosides metabolism and its regulation in Lactococcus lactis: a review,” in Lactic Acid Bacteria - R & D for Food, Health and Livestock Purposes, ed. J. M. Kongo (InTech). doi:10.5772/50889.
Aleksandrzak-Piekarczyk, T., Kok, J., Renault, P., and Bardowski, J. (2005). Alternative lactose catabolic pathway in Lactococcus lactis IL1403. Appl. Environ. Microbiol. 71, 6060–6069. doi:10.1128/AEM.71.10.6060-6069.2005.
Aleksandrzak-Piekarczyk, T., Koryszewska-Baginska, A., and Bardowski, J. (2013). Genome sequence of the probiotic strain Lactobacillus rhamnosus (formerly Lactobacillus casei) LOCK900. Genome Announc. 1, e00640-13-e00640-13. doi:10.1128/genomeA.00640-13.
Aleksandrzak-Piekarczyk, T., Polak, J., Jezierska, B., Renault, P., and Bardowski, J. (2011). Genetic characterization of the CcpA-dependent, cellobiose-specific PTS system comprising CelB, PtcB and PtcA that transports lactose in Lactococcus lactis IL1403. Int. J. Food Microbiol. 145, 186–194. doi:10.1016/j.ijfoodmicro.2010.12.011.
Aleksandrzak-Piekarczyk, T., Stasiak-Różańska, L., Cieśla, J., and Bardowski, J. (2015). ClaR—a novel key regulator of cellobiose and lactose metabolism in Lactococcus lactis IL1403. Appl. Microbiol. Biotechnol. 99, 337–347. doi:10.1007/s00253-014-6067-y.
Aleksandrzak-Piekarczyk, T., Szatraj, K., Kosiorek, K., Pietrzak, M., Oskólski, P. YugA (GlaR) – a
novel RpiR-family transcription activator of the Leloir pathway of galactose utilization in Lactococcus
lactis IL1403. (2018). W recenzji w MicrobiologyOpen.
Bolotin, A., Wincker, P., Mauger, S., Jaillon, O., Malarme, K., Weissenbach, J., et al. (2001). The complete genome sequence of the lactic acid bacterium Lactococcus lactis ssp. lactis IL1403. Genome Res. 11, 731–753. doi:10.1101/gr.169701.
Bouffard, G. G., Rudd, K. E., and Adhya, S. L. (1994). Dependence of lactose metabolism upon mutarotase encoded in the gal operon in Escherichia coli. J. Mol. Biol. 244, 269–278. doi:10.1006/jmbi.1994.1728.
David, S., Stevens, H., van Riel, M., Simons, G., and de Vos, W. M. (1992). Leuconostoc lactis beta-galactosidase is encoded by two overlapping genes. J. Bacteriol. 174, 4475–4481.
de Vos, W. M. (1996). Metabolic engineering of sugar catabolism in lactic acid bacteria. Antonie Van Leeuwenhoek 70, 223–242.
Diep, D. B., Skaugen, M., Salehian, Z., Holo, H., and Nes, I. F. (2007). Common mechanisms of target cell recognition and immunity for class II bacteriocins. Proc. Natl. Acad. Sci. 104, 2384–2389. doi:10.1073/pnas.0608775104.
Fox, P. F., and McSweeney, P. L. H. (1998). Dairy chemistry and biochemistry. 1st ed. London ; New York: Blackie Academic & Professional.
Franz, C. M. A. P., Cho, G.-S., Holzapfel, W. H., and Glvez, A. (2010). “Safety of Lactic Acid Bacteria,” in Biotechnology of Lactic Acid Bacteria, eds. F. Mozzi, R. R. Raya, and G. M. Vignolo (Oxford, UK: Wiley-Blackwell), 341–359. doi:10.1002/9780813820866.ch19.
Kelly, W. J., Ward, L. J. H., and Leahy, S. C. (2010). Chromosomal diversity in Lactococcus lactis and the origin of dairy starter cultures. Genome Biol. Evol. doi:10.1093/gbe/evq056.
Koryszewska-Baginska, A., Aleksandrzak-Piekarczyk, T., and Bardowski, J. (2013). Complete genome sequence of the probiotic strain Lactobacillus casei (formerly Lactobacillus paracasei) LOCK919. Genome Announc. 1, e00758-13-e00758-13. doi:10.1128/genomeA.00758-13.
Koryszewska-Baginska, A., Bardowski, J., and Aleksandrzak-Piekarczyk, T. (2014). Genome sequence of the probiotic strain Lactobacillus rhamnosus (formerly Lactobacillus casei) LOCK908. Genome Announc. 2, e00120-14-e00120-14. doi:10.1128/genomeA.00120-14.
Kowalczyk, M., Mayo, B., Fernández, M., and Aleksandrzak-Piekarczyk, T. (2015). “Updates on metabolism in lactic acid bacteria in light of ‘omic’ technologies,” in Biotechnology of Lactic Acid Bacteria, eds. F. Mozzi, R. R. Raya, and G. M. Vignolo (Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd), 1–24. doi:10.1002/9781118868386.ch1.
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
18
Lorca, G. L., Twiddy, T. A., and Saier, M. H. (2015). “Lactic acid bacteria: comparative genomic analyses of transport systems,” in Biotechnology of Lactic Acid Bacteria, eds. F. Mozzi, R. R. Raya, and G. M. Vignolo (Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd), 55–79. doi:10.1002/9781118868386.ch4.
Poolman, B. (1993). Energy transduction in lactic acid bacteria. FEMS Microbiol. Rev. 12, 125–147.
Poolman, B., and Konings, W. N. (1993). Secondary solute transport in bacteria. Biochim. Biophys. Acta BBA - Bioenerg. 1183, 5–39. doi:10.1016/0005-2728(93)90003-X.
Postma, P. W., Lengeler, J. W., and Jacobson, G. R. (1993). Phosphoenolpyruvate:carbohydrate phosphotransferase systems of bacteria. Microbiol. Rev. 57, 543–594.
Ravcheev, D. A., Best, A. A., Sernova, N. V., Kazanov, M. D., Novichkov, P. S., and Rodionov, D. A. (2013). Genomic reconstruction of transcriptional regulatory networks in lactic acid bacteria. BMC Genomics 14, 94. doi:10.1186/1471-2164-14-94.
Saier, M. H. (2000). Families of transmembrane sugar transport proteins. Mol. Microbiol. 35, 699–710.
Siezen, R. J., Bayjanov, J., Renckens, B., Wels, M., van Hijum, S. A. F. T., Molenaar, D., et al. (2010). Complete genome sequence of Lactococcus lactis subsp. lactis KF147, a plant-associated lactic acid bacterium. J. Bacteriol. 192, 2649–2650. doi:10.1128/JB.00276-10.
Siezen, R. J., Starrenburg, M. J. C., Boekhorst, J., Renckens, B., Molenaar, D., and van Hylckama Vlieg, J. E. T. (2008). Genome-scale genotype-phenotype matching of two Lactococcus lactis isolates from plants identifies mechanisms of adaptation to the plant niche. Appl. Environ. Microbiol. 74, 424–436. doi:10.1128/AEM.01850-07.
Stiles, M. E., and Holzapfel, W. H. (1997). Lactic acid bacteria of foods and their current
taxonomy. Int. J. Food Microbiol. 36, 1–29.
Szatraj, K., Bardowski, J., Aleksandrzak-Piekarczyk, T. (2016) The hypothetical YugA protein is
involved in the positive regulation of galactose and maltose assimilation in L. lactis IL1403. New
Biotechnology. 3: S211-S211. DOI: 10.1016/j.nbt.2016.06.1449.
Tymoszewska, A., Diep, D. B., Wirtek, P., and Aleksandrzak-Piekarczyk, T. (2017). The non-lantibiotic bacteriocin garvicin Q targets Man-PTS in a broad spectrum of sensitive bacterial genera. Sci. Rep. 7. doi:10.1038/s41598-017-09102-7.
van Rooijen, R. J., van Schalkwijk, S., and de Vos, W. M. (1991). Molecular cloning, characterization, and nucleotide sequence of the tagatose 6-phosphate pathway gene cluster of the lactose operon of Lactococcus lactis. J. Biol. Chem. 266, 7176–7181.
Vaughan, E. E., David, S., and de Vos, W. M. (1996). The lactose transporter in Leuconostoc lactis is a new member of the LacS subfamily of galactoside-pentose-hexuronide translocators. Appl. Environ. Microbiol. 62, 1574–1582.
Vaughan, E. E., Pridmore, R. D., and Mollet, B. (1998). Transcriptional regulation and evolution of lactose genes in the galactose-lactose operon of Lactococcus lactis NCDO2054. J. Bacteriol. 180, 4893–4902.
Vaughan, E. E., van den Bogaard, P. T. C., Catzeddu, P., Kuipers, O. P., and de Vos, W. M. (2001). Activation of silent gal genes in the lac-gal regulon of Streptococcus thermophilus. J. Bacteriol. 183, 1184–1194. doi:10.1128/JB.183.4.1184-1194.2001.
Williams, S. G., Greenwood, J. A., and Jones, C. W. (1992). Molecular analysis of the lac operon encoding the binding-protein-dependent lactose transport system and beta-galactosidase in Agrobacterium radiobacter. Mol. Microbiol. 6, 1755–1768.
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
19
5. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo - badawczych.
5.1. Prace opublikowane po uzyskaniu stopnia doktora (w spisie nie uwzględniono prac
wchodzących w skład osiągnięcia naukowego):
Dla publikacji podano pięcioletni IF. * - autor korespondencyjny. Przy wydawnictwach
konferencyjnych pominięto IF czasopisma (zgodnie z Oświadczeniem Ministra Nauki I Szkolnictwa
Wyższego w sprawie naruszania zasad dobrej praktyki naukowej przy stosowaniu bibliometrycznego
wskaźnika impact factor do oceny dorobku jednostek naukowych z 11.07.2008)
1. Aleksandrzak-Piekarczyk T, Puzia W, Żylińska J, Cieśla J, Gulewicz KA, Bardowski JK,
Górecki RK
Potential of Lactobacillus plantarum IBB3036 and Lactobacillus salivarius IBB3154 to
persistence in chicken after in ovo delivery.
Microbiologyopen. 2018. W druku.
IF5: 2,747/Liczba cytowań: 0
2. Kobierecka PA, Wyszyńska AK, Aleksandrzak-Piekarczyk T, Kuczkowski M, Tuzimek A,
Piotrowska W, Górecki A, Adamska I, Wieliczko A, Bardowski J, Jagusztyn-Krynicka EK
In vitro characteristics of Lactobacillus spp. strains isolated from the chicken digestive
tract and their role in the inhibition of Campylobacter colonization.
MicrobiologyOpen. 2017. 6(5)
IF5: 2,747/Liczba cytowań: 0
3. Ovchinnikov KV, Kristiansen PE, Straume D, Jensen MS, Aleksandrzak-Piekarczyk T,
Nes IF, Diep DB
The leaderless bacteriocin enterocin K1 is highly potent against Enterococcus faecium: a
study on structure, target spectrum and receptor.
Frontiers in Microbiology. 2017. 8:774
IF5: 4,526/Liczba cytowań: 0
4. Aleksandrzak-Piekarczyk T*, Koryszewska-Bagińska A, Grynberg M, Nowak A,
Cukrowska B, Kozakova H, Bardowski J
Genomic and functional characterization of the unusual pLOCK 0919 plasmid harboring the
spaCBA pili cluster in Lactobacillus casei LOCK 0919.
Genome Biology and Evolution. 2016. 8 (4)
IF5: 4,257/Liczba cytowań: 4
5. Kozakova H, Schwarzer M, Tuckova L, Srutkova D, Czarnowska E, Rosiak I, Hudcovic T,
Schabussova I, Hermanova P, Zakostelska Z, Aleksandrzak-Piekarczyk T, Koryszewska-
Baginska A, Tlaskalova-Hogenova H, Cukrowska B
Colonization of germ-free mice with a mixture of three lactobacillus strains enhances the
integrity of gut mucosa and ameliorates allergic sensitization.
Cellular & Molecular Immunology. 2016. 13:251–262
Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
20
IF5: 5,897/Liczba cytowań: 24
6. Radziwill-Bienkowska JM, Doan Thanh Lam Le, Szczesny P, Duviau M-P, Aleksandrzak-
Piekarczyk T, Bardowski J, Loubière P, Mercier-Bonin M, Kowalczyk M
Adhesion of the genome-sequenced Lactococcus lactis subsp. cremoris IBB477 strain is
mediated by specific molecular determinants.
Applied Microbiology and Biotechnology. 2016. 100(22):9605-9617
IF5: 3,882/Liczba cytowań: 8
7. Pawłowska J, Aleksandrzak-Piekarczyk T, Banach A, Kiersztyn B, Muszewska A, Serewa
L, Szatraj K, Wrzosek M
Preliminary studies on the evolution of carbon assimilation abilities within Mucorales.
Fungal Biology. 2016. 120(5):752-63
IF5: 2,282/Liczba cytowań: 2
8. Gawor J, Grzesiak J, Sasin-Kurowska J, Borsuk P, Gromadka R, Górniak D, Świątecki A,
Aleksandrzak-Piekarczyk T, Zdanowski MK
Evidence of adaptation, niche separation and microevolution within the genus
Polaromonas on Arctic and Antarctic glacial surfaces.
Extremophiles. 2016. 20: 403
IF5: 2,486/Liczba cytowań: 5
9. Grzesiak J, Górniak D, Świątecki A, Aleksandrzak-Piekarczyk T, Szatraj K, Zdanowski M
Microbial community development on the surface of Hans and Werenskiold Glaciers
(Svalbard, Arctic): a comparison.
Extremophiles; 2015. Springer; Volume 19, Issue 5, pp 885–897
IF5: 2,486/Liczba cytowań: 18
10. Grzesiak, J, Zdanowski, MK, Górniak D. Świątecki A. Aleksandrzak-Piekarczyk T, Szatraj
K., Sasin-Kurowska J., Nieckarz M
Microbial community changes along the Ecology Glacier ablation zone (King George Island,
Antarctica.). Polar Biology. 2015. 38: 2069
IF5: 1,917/Liczba cytowań: 4
11. Zycka-Krzesinska J, Boguslawska J, Aleksandrzak-Piekarczyk T, Jopek J, Bardowski J
Identification and characterization of tetracycline resistance in Lactococcus lactis isolated
from Polish raw milk and fermented artisanal products.
International Journal of Food Microbiology. 2015. 211(15):134–141
IF5: 4,198/Liczba cytowań: 8
Tamara Aleksa ndrzak-Pieka rczyk Załącznik nr 2 Autoreferat w języku polskim
L2.. Uzelac G, Kojic M, Lozo J, Aleksandrzak-Piekarczyk T, Gabrielsen C, Kristensen T, NesF, Diep B, Topisirovic L
A Zn-dependent metallopeptidase is responsible for sensitivity to LsbB, a class ll leaderlessbacteriocin of Lactococcus lactis subsp. loctis BGMN1-5.Journal of Bacteriology. 2013. 195{2a):56t4-2t.lFs: 2,936/Liczba cytowań: 22
prace monograficzne (rozdziałv w książkach):
13. Aleksandrzak-Piekarczyk T, Kowalczyk M, BardowskiJKBacteriocins - aIternatives to antibiotics.
Chapter in: Biotechnology and Animal Food Quality, Part lll, Biotechnology and Quality ofAnimal Products, (p.160). 2013. Peter Chrenek et al., Slovak University of Agriculture in
Nitra, Animal Production Research Centre Nitra, |SBN 978-80-552-0965-4, p.99-108.
1-4. Mayo B, Aleksandrzak-Piekarczyk T, Fernóndez M, Kowalczyk M, Alvarez-Martin and
BardowskiJ
Updates in the Metabolism of Lactic Acid Bacteria.
ln: Biotechnology of Lactic Acid Bacteria. Mozzi F, Raya RR and Vignolo GM (eds). BlackwellPublishing, San Miguel de Tucumón, Argentina. 2010. pages: 3-33.
Ręcenzowane doniesienia konferencvine:15. Szatraj K, Bardowski j, Aleksandrzak-Pie.karczvk T*
YebF (ClaR) - a novel positive regulator and its role in the regulation of the celB, ptcB, ptcAand bglS lactose and cellobiose assimilation genes in Lactococcus lactis lL1403.FEBS JOURNAL. 2012. ż79|1l: ?82-ż82
16. Koryszewska-Baginska,Ą BardowskiJ,Aleksandrzak-PiekarczvkT*The analysis of putative antiallergic potential of three lactobacillus strains in the globalphenotypic approach.FEBS JOURNAL. 2012. 279{ 1}: 108-109
5.2. Prace opublikowane przed uzyskaniem stopnia doktora:
1. Aleksandrzak T, Kowalczyk M, Kok J, Bardowski J
Regulation of carbon catabolism in Lactococcus lactis.ln: S. Bielecki, J.Tramper, J.Polak {eds.}- Food BiotechnologyProgress in Biotechnology; 2000; !7:61-66Liczba cytowań :7
21,
Dr Ta ma ra Aleksand rza k-Pi ek