Ερευνητικό Έργο

Συνοπτική Ανάλυση
Τα ερευνητικά μου ενδιαφέροντα αφορούν σε θέματα της Γενικής και Εφαρμοσμένης Μικροβιολογίας, Μικροβιακής Οικολογίας και Βιοτεχνολογίας.  Το ενδιαφέρον μου για τους μικροοργανισμούς ξεκινά από την εποχή της Διπλωματικής μου Εργασίας με θέμα «Συστηματική και οικολογική μελέτη των φωτοσυνθετικών και μη θειοβακτηρίων εκ ρυπαινομένων βιότοπων». Κατά τη διάρκεια της Διδακτορικής μου Διατριβής, έμαθα να χρησιμοποιώ με ευχέρεια την τεχνική των συνεχών καλλιεργειών σε βιοαντιδραστήρα μεγέθους 2 L έως 5 L και να εφαρμόζω σ’ αυτό το σύστημα τα μαθηματικά βιολογικά πρότυπα της αύξησης των μικροοργανισμών.  Έχοντας λοιπόν ως εργαλείο τον βιοαντιδραστήρα συνεχούς καλλιέργειας, αρχικά η ερευνητική μου δραστηριότητα εστιάσθηκε στη μελέτη της κινητικής της αύξησης και φυσιολογίας μικροβιακών ομάδων όπως κυανοβακτηρίων, βακτηρίων, ακτινοβακτηρίων, ζυμών και άλλων μυκητιακών στελεχών.
Ειδικότερα, κατά την περίοδο 1975-1979 και στα πλαίσια της Διδακτορικής μου Διατριβής, μελετήθηκε η φυσιολογία του κυανοβακτηρίου Anacystis nidulans σε συνεχείς καλλιέργειες έχοντας ως παράγοντα ελέγχου της αύξησης την πηγή ενέργειας (το φως) ή την πηγή άνθρακα (CO2). Μέχρι τότε είχε αποδειχθεί ότι τα κυανοβακτήρια δεν ήταν ικανά να ρυθμίζουν τη συμπεριφορά των ενζύμων τους στο επίπεδο της μεταγραφής, γεγονός που ίσχυε μόνο για τα άλλα βακτήρια. Το κυανοβακτήριο A. nidulans, το οποίο για πρώτη φορά μελετήθηκε σε συνεχείς καλλιέργειες, έδειξε ότι ήταν ικανό, τουλάχιστον ως ένα βαθμό, να κάνει μεταγραφικό έλεγχο σε κάποια ένζυμα και κυρίως στην καρβοξυλάση της 1,5 – διφωσφορικής ριβουλόζης.
Ακολούθησε ένα μεταβατικό στάδιο προσαρμογής (περίοδος 1980-1987) σε καινούργιο εργασιακό χώρο (παντελής έλλειψη υποδομής στο εργαστήριο Μικροβιολογίας και έλλειψη ουσιαστικής χρηματικής ενίσχυσης).  Κατά την περίοδο αυτή, ο Καθηγητής Κ. Μητράκος και ο Επικ. Καθηγητής Σ. Μαράκης μου πρόσφεραν την ευκαιρία να εφαρμόσω τις μεθόδους και τεχνικές, στις οποίες είχα εκπαιδευτεί στο Πανεπιστήμιο του Warwick, συνεργαζόμενη σε δικά τους ερευνητικά ενδιαφέροντα, τα οποία αφορούσαν στη μελέτη της αύξησης ζυμών σε κλειστά  συστήματα καλλιεργειών.  Αυτή η προσέγγιση μου έδωσε την ευκαιρία να μελετήσω άλλους μικροοργανισμούς στα ανοικτά συστήματα καλλιέργειας και να διευρύνω τις γνώσεις μου.
Στη διάρκεια των οκτώ ετών, από το 1979 έως και το 1987, είχε βρεθεί από πολλούς ερευνητές ότι τα κυανοβακτήρια έχουν ένα μηχανισμό συγκέντρωσης CO2, ο οποίος επιτρέπει τη συσσώρευση  του CO2 στο εσωτερικό του κυττάρου, με αποτέλεσμα τη δημιουργία δεξαμενής CO2 μέσα στο κύτταρο, κυρίως όταν ο μικροοργανισμός αυξάνεται σε συνθήκες όπου η ποσότητα του CO2 είναι περιορισμένη.  Έτσι, κατά τη διάρκεια της εκπαιδευτικής αδείας των δύο εξαμήνων (1987-1989) στο Πανεπιστήμιο του Warwick, και σε συνεργασία με τους Καθηγητές D.P. Kelly και N.G. Carr, προσπάθησα να διερευνήσω την επίδραση της χαμηλής συγκέντρωσης CO2 στο εσωτερικό του κυττάρου, σε οργανισμούς όπως ο θειοβάκιλλος T. versutus και το κυανοβακτήριο A. nidulans και να επεκτείνω τη γνώση σχετικά με τον έλεγχο της αυτοτροφίας αυτών των ομάδων των μικροοργανισμών.  Αμφότερες οι ομάδες των μικροοργανισμών είναι σημαντικές, οι μεν θειοβάκιλλοι στο σύστημα  βιοεξυγίανσης, τα δε κυανοβακτήρια ως εργαλεία μελέτης της δράσης του ενζύμου καρβοξυλάση (RuBisCO). 
Οι πρακτικές δυσκολίες (έλλειψη οικονομικής υποστήριξης) της συνέχισης της ερευνητικής εργασίας της Διατριβής μου (βασική έρευνα) με έναν ταχύ και ικανοποιητικό ρυθμό, καθώς επίσης και η γενικότερη στροφή των ερευνητών του χώρου σε θέματα  Μικροβιολογίας Περιβάλλοντος και Μικροβιακής Βιοτεχνολογίας, έστρεψαν το ερευνητικό μου ενδιαφέρον στα εξής πεδία :
α) Στην ανάπτυξη και εφαρμογή μοριακών τεχνικών για την εκτίμηση των μικροβιακών πληθυσμών σε περιβαλλοντικά δείγματα.
β) Στη μελέτη της αύξησης και επιβίωσης των βακτηριακών πληθυσμών εδάφους (κυρίως στρεπτομυκήτων) υπό μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες.
γ)  Στην ανάπτυξη δυναμικών συστημάτων μικρόκοσμου εδάφους για τη μελέτη της οικοφυσιολογίας των μικροοργανισμών του εδάφους και της μεταφοράς γενετικού υλικού στο εδαφικό οικοσύστημα.
δ) Στη μικροβιακή αξιοποίηση διαφόρων βιομηχανικών αποβλήτων (υγρών ή στερεών) σε εργαστηριακούς βιοαντιδραστήρες κλειστού, ημιτροφοδοτούμενου ή ανοικτού συστήματος.

Τα τελευταία δεκαεπτά χρόνια (1990-2007) οι δραστηριότητές μου εστιάζονται στους εξής τομείς :
1. Στην επίβλεψη και συντονισμό της ερευνητικής μου ομάδας, η οποία απαρτίζεται  από διδάκτορες βιολόγους, υποψήφιους διδάκτορες, μεταπτυχιακούς φοιτητές του Π.Μ.Σ. «Μικροβιακή Βιοτεχνολογία» που διεξάγουν τη Διπλωματική τους Εργασία, φοιτητές προπτυχιακού επιπέδου που επίσης διεξάγουν τη Διπλωματική τους Εργασία και τεχνικό προσωπικό. Η εξειδίκευση της ερευνητικής μου ομάδας έχει δύο βασικές κατευθύνσεις:
α) Στη  μικροβιολογία του υδάτινου και εδαφικού οικοσυστήματος με ιδιαίτερη έμφαση στην in situ μελέτη των αλληλεπιδράσεων των μικροοργανισμών.  Ανάπτυξη μεθόδων για την ανίχνευση των αλληλεπιδράσεων αυτών σε εδαφικά και υδάτινα οικοσυστήματα. Χρήση σύγχρονων τεχνικών της Μοριακής Βιολογίας και Γενετικής Μηχανικής για τη μελέτη  της οικοφυσιολογίας  των μικροβιακών πληθυσμών. Στα πλαίσια αυτής της κατεύθυνσης αναπτύχθηκαν και καθιερώθηκαν:

• δυναμικό σύστημα μικρόκοσμου ως εργαλείο μελέτης μικροβιακών πληθυσμών και διαχείρισης αποβλήτων μέσω μικροβιακών ζυμώσεων,
• μέθοδοι εκτίμησης της μεταβολικής δραστηριότητας στρεπτομυκήτων (ενζυμικές ενεργότητες, εδαφική αναπνοή),
• τεχνικές που αφορούσαν στην εκχύλιση DNA από δείγματα που προέρχονται από το περιβάλλον (χώμα, θαλάσσιο νερό, πόσιμο νερό, κατεργασμένα τρόφιμα, σπόρους κλπ),
• μέθοδοι απομόνωσης πλασμιδιακού DNA ενδογενών στελεχών στρεπτομυκήτων και άλλων ενδογενών βακτηρίων,
• τεχνική εξωγενούς απομόνωσης πλασμιδίων,
• τεχνικές απομόνωσης ενδογενών βακτηριακών στελεχών (στρεπτομυκήτων και άλλων θετικών και αρνητικών κατά Gram βακτηρίων) από περιβαλλοντικά δείγματα (ρυπαινόμενες περιοχές, έδαφος, νερό, μάρμαρα, περιοχές ελεγχόμενης απόθεσης αποβλήτων, τρόφιμα κλπ),
• εφαρμογή νέων μοριακών τεχνικών, όπως η ηλεκτροφόρηση DNA σε πήκτωμα πολυακρυλαμίδης με αποδιατακτικό παράγοντα υπό κλίση (DGGE) σε ολικό προκαρυωτικό DNA από περιβαλλοντικά δείγματα, με σκοπό τη μελέτη της δομής των μικροβιακών κοινωνιών σε ακραία περιβάλλοντα, σχεδιασμός primers για ανίχνευση γονιδίων ανθεκτικότητας σε αντιβιοτικά, καθώς και ανίχνευση γονιδίων με άλλα φαινοτυπικά (γονίδια αποικοδόμησης υδρογονανθράκων) ή βιοσυνθετικά (σύνθεση τρυπτοφάνης) χαρακτηριστικά,
• το εργαστήριο χρησιμοποιεί την ομάδα μοριακών τεχνικών rep-PCR, η οποία έχει αποδειχθεί πως είναι εξαιρετικά αξιόπιστη, γρήγορη, με υψηλή διακριτική ικανότητα και επαναληψιμότητα, για τη μελέτη της ενδοειδικής ποικιλότητας των βακτηριακών στελεχών σε περιβαλλοντικά δείγματα, ακόμη και σε τρόφιμα. Έχουν αναγνωριστεί 3 οικογένειες επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών στις οποίες περιλαμβάνονται μια παλινδρομική εξωγονιδιακή αλληλουχία η REP (repetative extragenic palindrome/ REP-PCR), μια ενδογονιδιακή αλληλουχία, η ERIC (enterobacterial repetitive intergenic concensus/ ERIC-PCR) και η αλληλουχία BOX (BOX-PCR). Από την επιλεκτική ενίσχυση των περιοχών που βρίσκονται μεταξύ των στοιχείων REP, ERIC και BOX, ενισχύονται τμήματα DNA, τα οποία, όταν ηλεκτροφορηθούν σε πήκτωμα αγαρόζης και διαχωριστούν, δίνουν την εικόνα ενός ραβδωτού κώδικα (bar code), μοναδικού για κάθε στέλεχος. Αντίστοιχα, εφαρμόζεται στο εργαστήριό μας η μοριακή τυποποίηση και η ανίχνευση της ενδοειδικής ποικιλότητας μεταξύ στελεχών ζυμών με τη μέθοδο ISS-PCR.
• μέθοδοι ανίχνευσης γενετικά τροποποιημένων τροφίμων *

β) Στην κινητική της αύξησης των μικροοργανισμών, όχι μόνο σε κλειστά αλλά κυρίως σε ανοικτά συστήματα καλλιεργειών, σε υγρές ή στερεές ζυμώσεις.  Η ομάδα αυτή σε συνεργασία τόσο με άλλες ερευνητικές ομάδες της ελληνικής και της διεθνούς ακαδημαϊκής κοινότητας, όσο και με ιδιωτικούς φορείς όπως οι βιομηχανίες τροφίμων, ασχολείται με τη βιοτεχνολογική αξιοποίηση βιομηχανικών αποβλήτων μέσω μικροβιακών ζυμώσεων για παραγωγή μεταβολιτών, ενζύμων και άλλων ουσιών με εμπορικό και ερευνητικό ενδιαφέρον. Γίνεται χρήση επιλεγμένων μικροβιακών στελεχών. Στον ερευνητικό αυτόν τομέα εμπλέκονται και τα ερευνητικά ενδιαφέροντα του Λέκτορα κ. Δ. Χατζηνικολάου, με την ερευνητική ομάδα του οποίου υπάρχει στενή συνεργασία.
2. Στην ανάπτυξη και διατήρηση των ερευνητικών συνεργασιών με άλλα ιδρύματα ή φορείς της χώρας μας και του εξωτερικού.  Ήδη υπάρχει ουσιαστική συνεργασία με τα Πανεπιστήμια του Warwick, Reading και Portsmouth, Newcastle και Ιmperial College στη Μεγάλη Βρετανία, το Πανεπιστήμιο Computense της Μαδρίτης στην Ισπανία, το Αγροτικό Πανεπιστήμιο του Wageningen στην Ολλανδία, το Ερευνητικό κέντρο FBRCAF του Braunschweig και το Πανεπιστήμιο του Osnabruck, του Tübingen και του Groningen στη Γερμανία, το Ινστιτούτο Δημόσιας Υγιεινής στις Βρυξέλλες, το Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας Κρήτης, το Τμήμα Βιολογίας του Πανεπιστημίου της Κρήτης, τα Τμήματα Χημείας των Πανεπιστημίων της Αθήνας, Ιωαννίνων και Θεσσαλονίκης, το Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ), το Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών, το Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο Αθηνών, το εργαστήριο Γενετικής του Τμήματος Βιολογίας του Ε.Κ.Π.Α. και τον Τομέα Φαρμακογνωσίας του Τμήματος Φαρμακευτικής του Ε.Κ.Π.Α.
3. Στην ανάπτυξη συνεργασίας με διάφορες εταιρείες και βιομηχανίες για την παραγωγή βιοτεχνολογικών προϊόντων (βλέπε Επιστημονικές Συνεργασίες με βιομηχανίες και άλλους κρατικούς ή ιδιωτικούς φορείς, σελ. 36).
4. Στη δημιουργία και συντήρηση μίας συλλογής μικροβιακών ενδογενών προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών στελεχών από διάφορα οικοσυστήματα του ελληνικού χώρου, τα οποία θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως εργαλεία βιοτεχνολογίας.
5. Τέλος, στη συνεχή προσπάθεια διατήρησης της ερευνητικής μου ομάδας και χρηματοδότησης όλων των παραπάνω τομέων έρευνας κάνοντας αρκετές αιτήσεις επιστημονικών προτάσεων κάθε χρόνο σε πολλούς φορείς χρηματοδότησης (όπως ΓΓΕΤ, Υπουργεία, Βιομηχανίες, Ευρωπαϊκή Ένωση κ.λ.π.).

by NetPath Holistic Technology Solutions