Biologijos (N 010) mokslo kryptis

Kasmet Europos Sąjungoje pranešama apie daugiau kaip 1000 žmonių užsikrėtimo per maistą plintančiomis parazitinėmis infekcijomis atvejų. Per maistą plintančių parazitinių infekcijų poveikis žmonių sveikatai labai skiriasi priklausomai nuo parazito rūšies – nuo lengvo negalavimo iki sunkios ligos ir galbūt mirties. Plėšrieji žinduoliai yra plačiai paplitę Europoje ir yra daugybės parazitų šeimininkai. Apskaičiuota, kad plėšrieji žinduoliai yra maždaug 43 % žmogaus infekcijų sukėlėjų šeimininkai, imlūs įvairiems patogeniniams mikroparazitams. Ekologiniai veiksniai kartu su aplinkos pokyčiais, daugiausia atsirandančiais dėl žmogaus veiklos, gali padidinti parazitų plitimo riziką tarp laukinės gamtos, naminių gyvūnų ir žmonių. Todėl per maistą plintančių parazitų kontrolė yra vienas iš svarbiausių kokybės vertinimo prioritetų skerdyklose ir maisto įmonėse, o plėšrūnų vaidmuo kaip šių parazitų potencialių šeimininkų gali padėti suprasti infekcijų plitimo kelius ir jų kontrolės priemones.

Dėl savo mitybos įpročių, plėšrūnai tampa šeimininkais daugeliui parazitinių grupių, kurios daugiausia yra pavojingos žmonėms. Kadangi dauguma laukinių plėšrūnų vis dažniau apsilanko žmonių gyvenamose teritorijose bei kontaktuoja su naminiais gyvūnais, atsiranda didelė įvairių parazitų protrūkių tikimybė.  Naminės katės ir laukiniai katinių šeimos žinduoliai yra svarbūs Sarcocystis, Toxoplasma protistų ir Toxocara nematodų šeimininkai. Toxoplama gondii yra visame pasaulyje labai svarbus ir plačiai ištirtas zoonotinis patogenas, tačiau pastaruoju metu Lietuvoje moklsiniai šio patogeno tyrimo, kurio galutiniai šeimininkai – katiniai, beveik nevykdomi. Pasauliniu mastu vis dar trūksta tyrimų, kurių metu būtų įvertintas T. gondii paplitimo mastas laukinių katinių šeimos plėšrūnų mėginiuose. Toksokorozė yra gerai žinoma zoonotinė liga, kurią sukelia Toxocara nematodai, o daugiausia ja suserga vaikai, užsikrėsdami per nešvarias rankas, valgydami neplautus vaisius, daržoves. Katės platina Toxocara cati ir Toxascaris leonina, o šių parazitų paplitimas miesto aplinkoje Lietuvoje nėra išsamiai tyrinėtas.

Laukinių ir naminių katinių šeimos plėšrūnų vaidmuo platinant Sarcocystis, Toxoplasma ir Toxocara parazitus

Ieškant šių parazitų numatoma tirti paprastųjų lūšių (Lynx lynx), Ispaninių lūšių (Lynx pardinus) ir naminių kačių mėginius. Pažymėtina mėginių įvairovė, bus tiriami Lietuvoje paplitusių paprastųjų lūšių žarnynų ir ekskrementų mėginiai, naminių kačių ekskrementų mėginiai, aplinkos mėginiai surinkti prie Vilniaus mieste benamių kačių šėrimo vietų įkurtų žiemos namelių, surinkti prie vaikų žaidimo aikštelių ir smėlio dėžėse.  Taip pat bendradarbiaujant su Iberijos mokslininkais bus analizuojami DNR mėginiai išskirti iš Ispaninių lūšių ekskrementų. Paprastųjų lūšių mėginiai bus surinkti bendradarbiaujant su Gamtos tyrimų centro Žinduolių ekologijos mokslininkais. Paprastųjų lūšių raumenų žarnynų mėginiai bus surinkti bendradarbiaujant su Tado Ivanausko zoologijos muziejumi – nacionaline institucija, atsakinga už rastų negyvų ir sužeistų laukinių gyvūnų stebėjimą. Parazitai bus izoliuojami ir koncentroujami taikant tradicinius morfologinius-parazitologinius metodus. Tiriamų parazitų rūšys ir jų pasiskirstymas bus atskleidžiamas naudojant DNR analizės metodus ir bioinformatinę analizę. Gauti rezultatai bus naudingi vertinant žmogui ir naminiams gyvūnams svarbių parazitinių pirmuonių paplitimą gamtinėje ir miesto aplinkoje. Aprašytų tyrimų pagrindu planuojama išspausdinti 4-5 mokslinius straipsnius.

Klimato kaita ir aplinkos sąlygų ekstremalėjimas globaliu mastu kelia iššūkius augalų produktyvumui ir išlikimui. Dėl neįprastų temperatūros pokyčių (įskaitant staigius šalčio epizodus), sausros, dirvožemio druskingumo ir sunkiųjų metalų taršos augalai patiria abiotinį stresą, kuris mažina derlingumą ir kelia grėsmę maisto saugumui. Todėl yra svarbu gilinti žinias augalų atsparumo mechanizmo tema ir kurti inovatyvias augalų apsaugos strategijas. Augalai prisitaiko prie nepalankių aplinkos sąlygų fiziologiniais, biocheminiais ir genetiniais mechanizmais. Pastaraisiais dešimtmečiais vis daugėja tyrimų, siekiančių išsiaiškinti augalų reakcijos į abiotinį stresą mechanizmus (Rouphael, Colla, 2020). Daug dėmesio skiriama antitioksidacinės sistemos veikimo, signalinių kelių (įskaitant fitohormonų), genų raiškos ir metabolitų tyrimams (Mittler, 2017; Verma et al., 2020). Greta fundamentinių augalų streso mechanizmo tyrimų vykdoma ir intensyvi šio mechanizmo genetinių, fiziologinių, biocheminių ir agronominių modifikavimo galimybių paieška. Šiuo metu svarbu, kad priemonės būtų ne tik inovatyvios priemonės bet ir tvarios (Zhao et al., 2021; Borrelli et al., 2018).

Šio tyrimo tikslas – išanalizuoti augalų fiziologinius ir biocheminius atsakus į abiotinį stresą bei ieškoti būdų jų tolerancijai didinti. Doktorantūros studijų metu bus tiriamos molekulinės, ląstelinės ir ekofiziologinės adaptacijos, ypatingą dėmesį skiriant antioksidacinių sistemų aktyvumui, signalinių kelių reguliacijai bei inovatyvių augalų apsaugos priemonių paieškai. Tikimasi, kad tyrimų rezultatai prisidės prie fundamentinių žinių plėtros bei praktiškai pritaikomų metodų kūrimo, kurie padės užtikrinti tvarią žemdirbystę, didesnį derlių ir augalų prisitaikymą prie kintančių aplinkos sąlygų.

Numatomi tyrimai bus vykdomi kontroliuojamomis sąlygomis laboratorijoje. Modelinių nepalankių aplinkos sąlygų ir augimo reguliatorių poveikis ekonomiškai naudingų augalų funkcionavimui ir produktyvumui bus vertinamas taikant fiziologinius-biocheminius ir morfometrinius metodus.

Augalų ligų sukėlėjai (patogenai) yra vieni svarbiausių mikrobiomo komponentų, darančių didelį poveikį augaluose-šeimininkuose vykstantiems tiek ekologiniams, tiek evoliuciniams procesams. Taip pat, fitopatogeniniai mikroorganizmai (bakterijos, grybai) sukelia žymius ekonominius nuostolius daugelyje pasaulio šalių – augalų ligos lemia vidutiniškai iki 30 % pasaulinio pasėlių derliaus, tad kasmet padaromi milijardiniai nuostoliai. Todėl ypač didelis dėmesys pradėtas skirti patogeninių mikroorganizmų sąveikai su pažeidžiamais augalais. Pastarųjų metų tyrimai pasaulyje, tame tarpe ir Europoje, dabar daugiausia nukreipiami siekiant išsiaiškinti, kokie konkrečiai virulentiškumo faktoriai daro poveikį augalų sveikatai. Geresnis patogeninių mikroorganizmų turimų savybių žinojimas, populiacijos struktūros ir dinamikos supratimas gali paskatinti efektyvesnių kontrolės priemonių ir pažangesnių bei specifinių diagnostikos protokolų kūrimą.

Augalų ligas sukeliantys patogenai pastaraisiais metais Lietuvoje tiriami fragmentiškai, tyrimų atliekama per mažai. Tačiau jie yra svarbūs epidemiologine prasme – tyrimai suteiktų naujos informacijos apie sukėlėjų paplitimą Lietuvoje, o plačiau žvelgiant – ir Europoje. Geresnis patogeninių mikroorganizmų populiacijų struktūros ir dinamikos supratimas galėtų paskatinti efektyvesnių kontrolės priemonių ir pažangesnių bei specifinių diagnostikos protokolų kūrimą. Numatomo darbo tyrimų tikslas – naudojant molekulinės biologijos metodus identifikuoti ir genetiškai apibūdinti ligų sukėlėją(-us) augaluose-šeimininkuose, įvertinti jų virulentiškumo faktorius.

Šis darbas prisidėtų įgyvendinant 2022–2026 m. Gamtos tyrimų centro mokslinių tyrimų ir eksperimentinės plėtros programą „Kenksmingų medžiagų, patogenų ir nepalankių veiksnių sklaida besikeičiančioje aplinkoje rizikos vertinimo ir aplinkos kokybės gerinimo kontekste (TARŠA)“.

Klimato kaitos sąlygojamų veiksnių poveikis Žemės organizmų funkcionavimui ir ekosistemų būklei yra šiuo metu globaliai aktuali tema. Manoma, kad klimato kaita sukelia dažnesnius ekstremalius reiškinius, įskaitant gausius kritulius, stiprų vėją, karščio bangas ir sausras, galinčius sutrikdyti augalų augimą ir padaryti augalus pažeidžiamesnius. Klimato kaitos tyrimai rodo, kad daugelis augalų ateityje patirs didesnį stresą ir bus mažiau produktyvūs. Prognozuojama, kad karštais auginimo sezonais žemės ūkio augalų derlius gali sumažėti keliomis dešimtimis procentų. Todėl augalų reakcijos į besikeičiančias sąlygas ištyrimas svarbus ne tik fundamentine, bet ir praktine prasme.

Tyrimais yra parodyta, kad aukštesnė nei įprasta temperatūra lemia fiziologinius ir morfologinius augalo pokyčius. Ji paspartina augalų gyvenimo ciklą, augalai subręsta greičiau, todėl kinta fotosintezės intensyvumas ir mažėja derlius. Klimato kaitos poveikyje keičiantis augalų konkurencinėms sąlygoms iškyla būtinybė stiprinti žemės ūkio augalų gyvybines galias. Trūksta informacijos, kaip stresinės sąlygos paveiks augalų fiziologines reakcijas ir kokios draugiškos aplinkai priemonės gali būti naudingos žalingam poveikiui reproduktyvių organų formavimuisi sumažinti.

Tyrimai bus vykdomi natūraliomis lauko sąlygomis ir modelinėmis sąlygomis laboratorijoje. Žemės ūkio augalų produktyvumą nulemiančių procesų valdymo priemonių paieškai bus naudojami biostimuliatoriai. Modelinių klimato kaitos sąlygų ir biostimuliatorių poveikis ekonomiškai naudingų augalų funkcionavimui ir produktyvumui bus vertinamas taikant fiziologinius-biocheminius ir morfometrinius metodus. Prognozuojamų klimato sąlygų modeliavimas leis tirti galimą poveikį išteklių tvarumui bei atlikti priemonių jo apsaugai paiešką.

Numatomas doktoranto dalyvavimas tarptautiniuose mokslo renginiuose, kursuose, mokymuose. Darbo rezultatai bus viešinami tarptautinėse mokslinėse konferencijose ir publikuojami mokslo žurnaluose referuojamuose Clarivate Analytics Web of Science (CA WoS).