Лабораторія мікробної екології

Завідувач лабораторії

Козировська Наталія Олексіївна

кандидат біологічних наук,
старший науковий співробітник
Тел: (380-44) 526-55-96;
факс: (380-44) 526-07-59;
E-mail:kozyrna@ukr.net

Освіта та наукові ступені:

1971–1976 Біологічний факультет, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна

1984 Кандидатська дисертація (молекулярна біологія)

Нагороди:

1989 Грант DAAD (Німецька служба академічних обмінів)

1993 Грант Королівського товариства

2003 Золота медаль Всесвітньої організації інтелектуальної власності WIPO

Науковий напрямок:

Наукові та біотехнологічні аспекти вивчення полімікробної спільноти

Сучасні наукові дослідження:

Взаємодія мікроорганізмів з рослинами: механізми захисту рослин від біотичних та абіотичних чинників за участі ендофітних мікробних угруповань; оптимізація мінерального живлення і захисту рослин у несприятливих умовах розвитку.

Розроблено концепцію захисту рослин за участі угруповань резидентних ендофітних бактерій. Суть її полягає у тому, що рослина має, окрім власних механізмів захисту (базова та індукована стійкість), додатковий захисний резерв, який складається з латентного ендофітного мікробіому. Ефективність цього механізму залежить від пов’язаного з генотипом рослини складу ендофітів та їхньої здатністі реагувати на зовнішні чинники, тобто, переходити з латентного стану (зазвичай, нормальний стан ендофітів) в активний. Активаторами такого стану можуть бути мікроорганізми, які застосовують для обробки рослин з метою запобігання хвороб. У залежності від того, яка структура ендофітного мікробіому та його якісний склад (корисні для рослин бактерії чи латентні патогени), а також як ендофітні популяції інтегруються з інформаційним полем рослини, такою буде реакція рослини на збудника хвороби після її праймування мікробними препаратами. Концепція пояснює, чому одні й ті ж мікробні препарати для захисту по різному діють на різні види рослин і навіть сорти, і надає інструмент для селекції сортів рослин з виграшним складом ендофітних бактерій.

Рис. 1. а – Виживання рослин картоплі за умов post vitro; в - праймовані in vitro рослини; с – збільшення бактерійних операційно-виведених таксономічних одиниць в ДНК коріння картоплі після праймування (за даними 16S рДНК ПЛР/ПДTРФ (Hha І)-аналізу)
Полімікробні угруповання: комунальні взаємодії з акцентом на утворення наноцелюлозної плівки. Створення біодеградувальних композитів на основі наноцелюлози для застосування в медичній та космічній галузі.

Вперше розкрито повний мікробіом модельного об’єкту - культури комбучі методом піросеквенування ДНК. Рівень синтезу целюлозної плівки комбучі залежить від умов культивування та партнерів-дуалів в асоціації, як показують результати конструювання консорціумів. Наноцелюлозу використано для створення біодеградувальних антимікробних композитів для широкого застосування.

Рис.2. Етапи виготовлення нових композиційних наноматеріалів: вирощування біоплівки (а), очистка від бактерійних клітин (в), модифікування чистої целюлози (с) (спільні матеріали ІМБГ, ІБОНХ)
Комунікаційні ефекти позаклітинних мембранних везикул мультимікробної культури комбучі за нормальних та стресових умов.

Вплив дієти на здоров'я людини є важливою темою сучасних досліджень. Ферментовані функціональні харчові продукти створюються за участі мікробних угруповань, які забезпечують споживачів цінними метаболітами, мінералами та позаклітинними елементами, такими як мембранні везикули (Рисунок). Позаклітинні мембранні везикули (ПМВ) являють собою нанорозмірні сфери, огорнуті мембранами, які несуть молекулярні структури мембран материнських клітин. ПМВ як носії будь-якого вразливого клітинного вантажу (селективний набір мРНК, мікроРНК, ДНК, білків тощо) потенційно можуть відігравати сурогатну роль клітини, з якої вони походять. ПМВ беруть участь у спілкуванні між клітинами та функціонують на користь виживання популяцій своїх клітин. У той же час, у деяких випадках ПМВ можуть становити ризик переносу в макроорганізм змінених молекул. Мета цього дослідження полягає у визначенні комунікаційних ефектів ПМВ пробіотичних мікроорганізмів усередині угруповання та у взаємодії з макроорганізмом за нормальних та стресових умов.

Рис. 1. Позаклітинні мембранні везикули бактерійно-дріжджового угруповання комбуча (скануюча електронна мікроскопія) (А) та бактерії Komagataeibacter intermedius (трансмісійна електронна мікроскопія) (B, C). Деформування та агрегування позаклітинних мембранних везикул комбучі після перебування угруповання у космічних умовах зовні міжнародної космічної станції (D) (Kharina et al., 2015; Podolich et al., 2017).

Українські проекти:

Проекти Національної академії наук України:

  • 2018-2022 проект: "Доведення концепції створення постбіотиків для профілактики розладів здоров’я космонавтів" за Цільовою комплексною програмою НАН України з наукових космічних досліджень"
  • 2015-2016 N 49 проект: “Гідрогелеві перев’язувальні матеріали на основі наноцелюлози бактерій для лікування опіків і ранових поверхонь”
  • 2014-2017 проект: "Експеримент «BIOMEX» на міжнародній космічній станції" за Цільовою комплексною програмою НАН України з наукових космічних досліджень
  • 2012–2016 N 47 проект: “Участь у міжнародному експерименті BIOMEX”
  • 2009 N 44 проект: “Системна біотехнологія захисту картоплі та молекулярна діагностика фітопатогенів картоплі”

Проекти МОН України:

  • 2009–2010 M/431 українсько-німецький проект: “Вивчення модельних організмів для використання на місячній базі”

Міжнародні гранти:

  • 5th Framework Programme (FP5) Project: “The use of mycorrhizal fungi in phytoremediation projects”
  • BMBF (German Federal Ministry of Education and Research) Project: “Biological and Mars Experiment (BIOMEX)”
  • COST (European Cooperation in Science and Technology) Action FA1103 Project: “Endophytes in Biotechnology and Agriculture”
  • STCU (Science and Technology Center in Ukraine) N16 Project: “Molecular interactions between bacteria under microgravity”

Співробітництво:

українські організації:

  • Iнститут біології, Київський національний університет імені Тараса Шевченка
  • Інститут фізики НАН України
  • Інститут біохімії НАН України
  • Інститут біоорганічної хімії і нафтохімії НАН України
  • Інститут мікробіології і вірусології НАН України
  • Інститут еволюційної екології НАН України
  • ТОВ Наномедтех

зарубіжні організації:

  • ESA (Департамент підтримки наукових досліджень), ESTEC/SCI-PD, Нордвейк, Нідерланди,
  • Університет м. Оулу, Фінляндія,
  • Інститут планетних досліджень, Берлін, Німеччина,
  • Інститут ядерних досліджень, Університет м. Белград, Республіка Сербія,
  • Університет м.Преторія, Південно-Африканська Республіка

Вибрані публікації:

  1. Orlovska I.V., Yakovenko I.O., Haidak A.H., Zmejkoski D.Z., Kozyrovska N.O. Regenerative medicine advanced therapy for the non-healing cutaneous wound. Biopolymers and Cell. – 2018. – 34 ( 3): P 171–195 doi:http://dx.doi.org/10.7124/bc.000979
  2. Zmejkoski D., Spasojević D., Orlovska I., Kozyrovska N., Soković M., Glamočlija J., Dmitrović S., Matović B., Tasić N., Maksimović V., Sosnin M., Radotić K. Bacterial cellulose-lignin composite hydrogel as a promising agent in chronic wound healing. Int J Biol Macromol. – 2018. – 18(Pt A):494-503. doi:10.1016/j.ijbiomac.2018.06.067
  3. S.Rogalsky, Jean-François Bardeaub, Stanislav Makhno, Natalia Babkina, Oksana Tarasyuk, Tetiana Cherniavska, Iryna Orlovska, Natalia Kozyrovska, Olexander Brovko. New proton conducting membrane based on bacterial cellulose/polyaniline nanocomposite film impregnated with guanidinium-based ionic liquid. Polymer, 2018,142:183-195.
  4. Podolich O, Zaets I, Kukharenko O, Orlovska I, Reva O, Khirunenko L, Sosnin M, Haidak A, Shpylova S, Rohutskyy I, Kharina A, Skoryk М, Kremenskoy M, Klymchuk D, Demets R, de Vera JP, Kozyrovska N. The First Space-Related Study of a Kombucha Multimicrobial Cellulose-Forming Community: Preparatory Laboratory Experiments. Orig Life Evol Biosph, 2017, 47(2):169-185.
  5. Podolich O, Zaets I, Kukharenko O, Orlovska I, Reva O, Khirunenko L, Sosnin M, Haidak A, Shpylova S, Rabbow E, Skoryk M, Kremenskoy M, Demets R, Kozyrovska N, de Vera JP. Kombucha Multimicrobial Community under Simulated Spaceflight and Martian Conditions. Astrobiology, 2017, 17(5):459-469.
  6. O. Podolich, I. Zaets, O. Kukharenko, I. Orlovska, O. Reva, J.-P. deVera, N. Kozyrovska et al. The First Space-Related Study of a KombuchaMultimicrobial Cellulose-Forming Community: Preparatory Laboratory Experiments. Origins of Life and Evolution of Biospheres. March 2016. DOI: 10.1007/s11084-016-9483-4.
  7. I. Ye. Zaets, O. V. Podolich, O. N. Reva, N. O. Kozyrovska. DNA metabarcoding of microbial communities for healthcare. Biopolymers and Cell. 2016, 32(1): 3–8.
  8. Janne Koskimäki, Marena Kajula, Juho Hokkanen, Emmi-LeenaIhantola, Jong HKim, Heidi Hautajärvi, Elina Hankala, Marko Suokas, Johanna Pohjanen, Olga Podolich, Natalia Kozyrovska, et al. Methyl-esterified 3-hydroxybutyrateoligomersprotectbacteria from hydroxyl radicals. Nat Chem Biol. 2016 May;12(5):332-338.
  9. Podolich O, Ardanov P, Zaets I, Pirttilä AM, Kozyrovska N. Reviving of the endophytic bacterial community as a putative mechanism of plant resistance. Plant and Soil. 2015, 388(1-2):367-377.
  10. Reva ON, Zaets IЕ, Ovcharenko LP, Kukharenko OE, Shpylova SP, Podolich OV, de Vera J-P, Kozyrovska NO. Metabarcoding of the kombucha microbial community grown in different microenvironments. AMB Express. 2015, 5(1):35. doi: 10.1186/s13568-015-0124-5
  11. Kharina A, Podolich O, Faidiuk Iu, Zaika S, Haidak A, Kukharenko O, Zaets I, Tovkach F, Reva O, Kremenskoy M, Kozyrovska N. Temperate bacteriophages collected by outer membrane vesicles in Komagataeibacter intermediu. J Basic Microbiol. 2015, 55(4):509-513.
  12. Ardanov P, Lyastchenko S, Karppinen K, Häggman H, Kozyrovska N, Pirttilä AM. Effects of Methylobacterium sp. on emergence, yield, and disease prevalence in three cultivars of potato (Solanum tuberosum L.) were associated with the shift in endophytic microbial community. Plant and Soil. 2015, 5:1-12.
  13. Zaets I, Podolich O, Kukharenko O, Orlovska I, Haidak A, Shpylova S, Khirunenko L, Rogutskyy I, Reva O, Rabbow E, de Vera J-PP, Demets R, Kozyrovska N. Pre-flight kombucha samples testing before exposition outboard the International Space Station. Космічна наука і технологія. 2015, 21(3):54-58.
  14. Kukharenko O, Jean-François Bardeau, Zaets I, et al. Promising low cost antimicrobial composite material based on bacterial cellulose and polyhexamethylene guanidine hydrochloride. European Polymer Journal. 2014;60:247-254.
  15. Zaets I, Kukharenko O, Podolich O, et al. Bacterial cellulose may provide the microbial-life biosignature in the rock records. Adv Space Res. 2014;53(5):828-835.
  16. Podolich O, Ardanov P, Zaets I, et al. Reviving of the endophytic bacterial community as a putative mechanism of plant resistance. Plant Soil. 2014; DOI 10.1007/s11104-014-2235-1
  17. Kozyrovska NO. Crosstalk between endophytes and the plant host within informationprocessing networks. Biopolym. Cell. 2013; 29(3):234–43. doi: 10.7124/bc.00081D
  18. Ardanov P, Sessitsch A, Huggman H, Kozyrovska N, Pirttila AM. Methylobacteriuminduced endophyte community changes correspond with protection of plants against pathogen attack. PLoS ONE. 2012; 7:e46802. doi:10.1371/journal.pone.0046802
  19. Kozyrovska N, Reva O, Goginyan V, de Vera JP. Kombucha microbiome as a probiotic: a view from the perspective of postgenomics and synthetic ecology. Biopolym. Cell. 2012; 28(2):103–10. doi:10.7124/bc.000034
  20. Zaets I, Kozyrovska N, Heavy metal resistance in Plants: a putative role of endophytic Bacteria In: A. Zaidi et al. (eds.), Toxicity of heavy metals to legumes and bioremediation. SpringerVerlag, Wien 2012. doi: 10.1007/978-3-7091-0730-0_12
  21. Zaetz I, Burlak O, Rogutskyy I. et al. Bioaugmentation strategy of growing plants for lunar bases. Adv. Space Res. 2011; 47: 1071–8. doi: 10.1016/j.asr.2010.11.014
  22. Ardanov P, Ovcharenko L, Zaets I, Kozyrovska N, Pirttila AM Endophytic bacteria enhancing growth and disease resistance of potato (Solanum tuberosum L.). Biocontrol. 2011; 56 (1):43–9.
  23. Burlak O, Lar O, Rogutskyy IS, et al. A bacterial consortium alleviating a lowdose gamma irradiation effect in kalanchoe plantlets. Space Sci. Technol. 2010; 1:32–40.
  24. Podolich O, Laschevskyy V, Ovcharenko L, Kozyrovska N, Pirttila AM. Methylobacterium sp. resides in unculturable state in potato tissues in vitro and becomes culturable after induction by Pseudomonas fluorescens IMGB163. J. Appl. Microbiol. 2009; 116: 728–32. doi:10.1111/j.1365-2672.2008.03951.x