Wydział Biologii i Ochrony Środowiska | Faculty of Biology and Environmental Protection

Zmiany strukturalne i funkcjonalne błon erytrocytów człowieka oraz białka modelowego albuminy narażonych na działanie nanocząstek polistyrenu o różnych średnicach (in vitro)

Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT

Zmiany strukturalne i funkcjonalne błon erytrocytów człowieka oraz białka modelowego albuminy narażonych na działanie nanocząstek polistyrenu o różnych średnicach (in vitro) Płuciennik, Kamil Plastics present in the environment undergo gradual degradation under the influence of physical and chemical factors into particles of increasingly smaller sizes, including microplastics with a diameter of < 5000 µm, and subsequently nanoparticles with a diameter of < 0.1 µm. These particles represent a significant source of exposure for living organisms. In recent years, an increasing amount of data has confirmed the presence of plastic particles in the human body, including in the blood, indicating the need to determine their potential impact on specific components of this tissue. Of particular importance is polystyrene, one of the most widely used plastics, whose particles have also been detected in human blood. The aim of this doctoral dissertation was to evaluate the effect of non-functionalized polystyrene nanoparticles (PS-NPs) of various diameters (~30 nm, ~45 nm, and ~70 nm) on the structure and function of the human erythrocyte membrane and albumin, the primary plasma protein. The results showed that PS-NPs, even at concentrations observed in the human body, interact directly with erythrocytes, leading to cell membrane stiffening and alterations in their rheological properties, while at a higher concentration of 100 µg/mL they also induce hemolysis. At the same time, the tested nanoparticles were not found to enhance the production of reactive oxygen species, induce oxidative stress, or activate erythroptosis, i.e., programmed erythrocyte death. Furthermore, the formation of a hard protein corona on the surface of the tested PS-NPs and changes in the secondary structure of human albumin were demonstrated. These observations suggest that polystyrene nanoparticles may affect the physiological functions of plasma albumin, and that modified albumin may indirectly exacerbate disturbances in the rheological properties of erythrocytes and potentiate the effects of PS-NPs under in vivo conditions.; Tworzywa sztuczne obecne w środowisku ulegają pod wpływem czynników fizycznych i chemicznych stopniowej degradacji do cząstek o coraz mniejszych rozmiarach, w tym mikroplastików o średnicy < 5000 µm, a następnie nanocząstek o średnicy < 0,1 µm. Cząstki te stanowią istotny czynnik narażenia organizmów żywych. W ostatnich latach coraz więcej danych potwierdza obecność cząstek plastiku w organizmie człowieka, również we krwi, co wskazuje na konieczność określenia ich potencjalnego wpływu na poszczególne składniki tej tkanki. Szczególne znaczenie ma polistyren, należący do najpowszechniej stosowanych tworzyw sztucznych, którego cząstki wykryto także we krwi człowieka. Celem niniejszej rozprawy doktorskiej była ocena wpływu niefunkcjonalizowanych nanocząstek polistyrenu (PS-NPs) o różnych średnicach (~30 nm, ~45 nm i ~70 nm) na strukturę i funkcję błony erytrocytów człowieka oraz albuminy, będącej głównym białkiem osocza. Uzyskane wyniki wykazały, że PS-NPs już w zakresie stężeń obserwowanych w organizmie człowieka oddziałują bezpośrednio z erytrocytami, prowadząc do usztywnienia błony komórkowej oraz zaburzeń ich właściwości reologicznych, natomiast przy wyższym stężeniu 100 µg/mL wywołują także hemolizę. Jednocześnie nie stwierdzono, aby badane nanocząstki nasilały wytwarzanie reaktywnych form tlenu, indukowały stres oksydacyjny lub aktywowały eryptozę, czyli programowaną śmierć erytrocytów. Ponadto wykazano tworzenie się twardej korony białkowej na powierzchni badanych PS-NPs oraz zmiany w strukturze drugorzędowej albuminy ludzkiej. Obserwacje te sugerują, że nanocząstki polistyrenu mogą wpływać na fizjologiczne funkcje albuminy osocza, a zmodyfikowana albumina może pośrednio nasilać zaburzenia właściwości reologicznych erytrocytów oraz potęgować skutki działania PS-NPs w warunkach in vivo.

Czynniki warunkujące występowanie poliksenicznego ektopasożyta u ptaków zasiedlających odmienne nisze ekologiczne

Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT

Czynniki warunkujące występowanie poliksenicznego ektopasożyta u ptaków zasiedlających odmienne nisze ekologiczne Janiszewska, Aleksandra Relacja żywiciel-pasożyt stanowi jeden z fundamentalnych mechanizmów kształtujących strukturę i funkcjonowanie układów biologicznych. W przypadku pasożytów poliksenicznych, takich jak wpleszcze z rodzaju Ornithomya, które mogą wykorzystywać wielu gospodarzy należących do różnych grup ekologicznych, szczególnie interesujące jest zrozumienie, jakie czynniki determinują ich obecność u konkretnych gatunków ptaków. Zmienność w częstości pasożytowania może wynikać z różnic w ekologii gospodarzy, obejmujących m.in. preferencje siedliskowe, strategie rozrodu, sposoby żerowania, wzorce migracyjne oraz czynniki klimatyczne. Rozprawa doktorska dotyczy genetycznych i ekologicznych uwarunkowań pasożytnictwa krajowych wpleszczowatych (Hippoboscidae, Diptera) zwanych także wpleszczami na ptakach w okresie migracji jesiennej. Badania koncentrowały się na analizie zróżnicowania genetycznego w zależności od gatunku żywiciela oraz czynników wpływających na ich występowanie u ptaków zasiedlających różne nisze ekologiczne. W Rozdziale I przedstawiono opracowane zestawu markerów mikrosatelitarnych, do analizy struktury populacyjnej wpleszczy, które zostały zadedykowanych bezpośrednio wpleszczom z rodzaju Ornithomya wykorzystując sekwencjonowanie Illumina Mi-seq. Rozdział II opisuje wykorzystanie tego narzędzia do zbadania, czy genetyczne zróżnicowanie poliksenicznego gatunku wpleszcza O. avicularia odpowiada preferencjom siedliskowym jego gospodarzy. Mimo różnic ekologicznych i filogenetycznych między ptakami, wykazano niski poziom różnicowania genetycznego O. avicularia, co wskazuje na silny przepływ genów pomiędzy populacjami pasożytów związanymi z różnymi żywicielami. Rozdział III analizuje czynniki warunkujące obecność wpleszczy u 157 gatunków ptaków w trakcie jesiennej migracji. Wykazano, że masa ciała żywiciela, średnie opady na terenach lęgowych, rodzaj siedliska, nisza troficzna oraz dystans migracji wpływają na prewalencję wpleszczy. Praca rzuca nowe światło na interakcje pasożyt-żywiciel, wskazując na złożone zależności ekologiczne i umiarkowaną specjalizację względem gospodarza.; The host-parasite relationship constitutes one of the fundamental mechanisms shaping the structure and functioning of biological systems. In the case of polyxenous parasites, such as louse flies of the genus Ornithomya, which can exploit multiple hosts belonging to different ecological groups, it is particularly important to understand which factors determine their presence on specific bird species. The doctoral dissertation focuses on the genetic and ecological determinants of parasitism in native louse flies (Hippoboscidae, Diptera), also known as louse flies, on birds during autumn migration. The research concentrated on analyzing genetic variation in relation to host species and factors influencing parasite occurrence in birds occupying different ecological niches. Chapter I presents the development of a set of microsatellite markers for analyzing the population structure of louse flies, specifically designed for the genus Ornithomya, using Illumina MiSeq sequencing. Chapter II describes the application of this tool to investigate whether the genetic differentiation of the polyxenous louse fly species O. avicularia corresponds to the habitat preferences of its hosts. Despite ecological and phylogenetic differences among bird species, a low level of genetic differentiation in O. avicularia was found, indicating strong gene flow between parasite populations associated with different hosts. Chapter III analyzes factors determining the presence of louse flies on 157 bird species during autumn migration. It was demonstrated that host body mass, average precipitation in breeding areas, habitat type, trophic niche, and migration distance influence louse fly prevalence.

Characteristics of Aeromonas salmonicida, a rainbow trout pathogen, and early signatures of host immune response

Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT

Characteristics of Aeromonas salmonicida, a rainbow trout pathogen, and early signatures of host immune response Strzelczyk, Joanna Rainbow trout is a key aquaculture species valued for its high nutritional content and adaptable immune system. However, intensive farming increases susceptibility to infectious diseases such as furunculosis, caused by Aeromonas salmonicida, a highly adaptable pathogen with significant genomic variability driven in part by plasmids. This variability complicates the study of its virulence and infection strategies. This study aimed to elucidate early infection mechanisms of A. salmonicida in rainbow trout using a systems biology approach, treating host and pathogen as a dynamic, interdependent system. Bacterial strains with similar genotypes but differing virulence were compared. Genomic analyses revealed that even minor sequence differences can significantly impact virulence, particularly among genes associated with infection processes. Transcriptomic analyses demonstrated that infection is governed by a complex network of interacting pathways on both the bacterial and host sides. Pathways, including arginine metabolism, iron acquisition, and flagellar regulation, contribute to infection. Both known and novel genes were implicated in early infection stages, with virulence-associated molecular patterns (VAMPs) playing a key role in immune recognition. Cellular analyses showed cytotoxic effects on erythrocytes and highlighted the importance of head kidney leukocytes in early defense. Myeloid cells were primarily responsible for pathogen recognition, while some lymphoid cells also contributed. Based on the conducted analyses, this study provides a comprehensive characterization of Aeromonas salmonicida virulence mechanisms and their dynamic interactions with the immune system of rainbow trout, highlighting the complexity of infection and adaptation processes that ultimately shape disease progression.

Charakterystyka kompleksów płytkowo-leukocytarnych i analiza ekspresji miRNA jako wskaźników stanu zapalnego i neurodegeneracji w rzutowo-remisyjnej i wtórnie postępującej postaci stwardnienia rozsianego

Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT

Charakterystyka kompleksów płytkowo-leukocytarnych i analiza ekspresji miRNA jako wskaźników stanu zapalnego i neurodegeneracji w rzutowo-remisyjnej i wtórnie postępującej postaci stwardnienia rozsianego Wasilewska, Karina Multiple sclerosis (MS) is a chronic neurodegenerative disease with an autoimmune background primarily affecting the central nervous system (CNS). The most common form of the condition is inflammatory relapsing-remitting MS (RRMS), whereas secondary progressive MS (SPMS), which typically develops after RRMS, is characterized by progressive neurodegeneration. However, recent reports indicate coexistence of inflammatory and neurodegenerative features in both phenotypes, complicating early differentiation, therapeutic decisions, and prognosis. The primary objective of the research was to identify markers enabling differentiation of disease phenotypes in patients with RRMS in remission and SPMS. In the first stage, platelet-leukocyte hetero-aggregates (PLAs) were characterized as elements linking vascular injury with inflammation. Increased leukocyte chemotaxis toward platelets and PLAs formation, predominantly involving B-cells, were demonstrated in MS. Next, screening of miRNA expression from extracellular vesicles (EVs) was conducted, followed by measurement of inflammatory cytokines and markers of neuronal/glial damage in plasma. A model combining miRNA expression with basic fibroblast growth factor achieved an AUC of 0.97, confirming its high ability to discriminate RRMS and SPMS. In the third stage, EVs presenting L1CAM, a protein used to enrich the neuronal fraction of EVs, were characterized in serum and cerebrospinal fluid to assess their usefulness as biomarkers for monitoring response to rituximab treatment, an anti-CD20 monoclonal antibody, in RRMS patients. In summary, the research expands understanding of MS pathophysiology, linking immune response with vascular injury, and identifies opportunities for non-invasive biomarkers to differentiate RRMS and SPMS as well as to monitor CNS immunopathology and treatment response.