Eksperimentalna evolucija mikroorganizmov

Eksperimentalna evolucija omogoča preučevanje evolucijskih sprememb znotraj eksperimentalnih populacij, ki nastanejo kot posledica selekcijskega pritisk, ki ga naloži raziskovalec. Že desetletja nam eksperimentalna evolucija omogoča manipuliranje z mikrobi in raziskovanje dolgoročne dinamike v mikrobnih populacijah. Metodo so uporabljali pri različnih modelnih mikroorganizmih, kot so kvasovke, glive, bakterije ali fagi. Omogoča preverjanje hipotez  vezanih na temeljna biološka vprašanja: kako se razvija večceličnost? Kako se mikrobi prilagajajo abiotskemu ali biotskemu stresu, življenju v biofilmih ali nestabilnemu okolju? Kako se paraziti prilagajajo novemu gostitelju in obratno?

V okviru predmeta se bo doktorski študent naučil osnovnih principov eksperimentalne evolucije mikrobov v teoriji in praksi. V teoretičnem delu se bo študent seznanil z temeljno literaturo ter dodatno izbrano znanstveno publicistiko, ki je lahko vezana na doktorsko temo. Kandidat se bo lahko pridružil tedenskim srečanjem  katedre »Journal Club«, kjer bo predstavil eno izbrano publikacijo. Ta bo služila kot izhodna točka za praktični del predmeta.

V praktičnem delu bo študent oblikoval evolucijski eksperiment, ki bo obravnaval raziskovalno vprašanje po lastni izbiri, lahko tudi vezano na tematiko doktorske disertacije. Končno temo bo izbral v dogovoru z nosilko predmeta in po potrebi tudi po dogovoru z mentorjem študenta. 

Med posvetovanjem bo predavatelj podal povratne informacije o eksperimentalnim načrtu: tip selekcijskega pritiska, število populacij, število prenosov in pogostost vzorčenja/arhiviranja ter fenotipske analize za primerjavo razvitih populacij/izolatov s prednikom. Študent izvaja eksperiment sam, možna pa so dodatna posvetovanja med in po eksperimentalnem delu, kjer predavatelj poda povratno informacijo o rezultatih.

Eksperiment se lahko izvaja v laboratoriju mentorja in po potrebi in dogovoru tudi v laboratoriju nosilke predmeta.

Ob koncu predmeta študent odda kratko pisno poročilo in predstavi rezultate na raziskovalnem seminarju.

*predmet ne zajema genomske analize evolviranih izolatov in mehanizmov molekularne evolucije

Doktorski študent spozna možne aplikacije eksperimentalne evolucije in lahko postavi lasten eksperiment vezan na doktorsko nalogo.

Študent se nauči načrtovati in izvesti eksperiment ter kritično analizirati podatke.

Analiza raziskovalnega članka po izboru študenta in nosilke predmeta, javno nastopanje v okviru raziskovalnih srečan, ki jih organizira nosilka predmeta.

Eksperimentalni načrt (pripravi študent), komentarje (nosilka predmeta), prilagojen načrt (študent).

Evolucijski eksperiment in analiza rezultatov (študent) in diskusija z  nosilko predmeta.

Razumevanje osnovnih načel eksperimentalne evolucije.

Sposobnost uporabe exp. evolucije kot metode za testiranje določenih raziskovalnih vprašanj/hipotez.

1. Gallegos-Monterrosa R, Nordgaard Christensen M, Barchewitz T, Koppenhöfer S, Priyadarshini B, Bálint B, Maróti G, Kempen PJ, Dragoš A, Kovács ÁT. 2021. Impact of Rap-Phr system abundance on adaptation of Bacillus subtilis. Communications biology 13;4(1):468 doi: 10.1038/s42003-021-01983-9

2. Dragoš A., Priyadarshini B., Hasan Z., Lenz-Strube M., Kempen PJ., Maróti G., Kaspar C., Bose B., Burton BM., Bischofs IB., Kovács AT. 2020. Pervasive prophage recombination occurs during evolution of spore-forming Bacilli. ISME J, doi: 10.1038/s41396-020-00854-1

3. Martin M, Dragoš A, Otto SB, Schäfer D, Brix S, Maróti G, Kovács ÁT. 2020. Cheaters shape the evolution of phenotypic heterogeneity in Bacillus subtilis biofilms. The ISME journal 14 (9), 2302-2312

4. Dragoš A., Kovács ÁT. 2019. Evolved biofilm: review on the experimental evolution studies of Bacillus subtilis pellicles. Journal of Molecular Biology, doi: 10.1016/j.jmb.2019.02.005

5. Dragoš A., Martin M., Falcón García C.,Kricks L., Pausch P., Heimerl T., Bálint B., Maróti G., Bange G., López D., Lieleg O., Kovács ÁT. 2018. Collapse of genetic division of labor and evolution of autonomy in pellicle biofilms. Nature Microbiology 3: 1451–1460

6. Dragoš A., Lakshmanan N., Martin M., Bálint B., Maróti G., Falcon Garcia C., Lieleg O., Kovács ÁT. 2018. Evolution of exploitative interactions during diversification in Bacillus subtilis biofilms. FEMS Microbiology Ecology, doi.org/10.1093/femsec/fix155

7. Martin M.*, Dragoš A.*, Hölscher T.*, Maróti G., Bálint B., Westermann M., Kovács ÁT. 2017. De novo evolved interference competition promotes the spread of biofilm defectors. Nature Communications, doi: 10.1038/ncomms15127

Kawecki et al., 2012, Trends in Ecology & Evolution doi: 10.1016/j.tree2012.06.001

Dragoš & Kovács, 2019, Journal of Molecular Biology doi: 10.1016/j.jmb.2019.02.005

Dodatna literatura izbrana v povezavi z izbranim eksperimentom /

Additional literature will be selected in connection to  eksperimental design