= Napovedovanje patogenosti in perzistence bakterij Listeria monocytogenes na osnovi značilnosti njihovih biofilmov in surfaktoma s pomočjo strojnega učenja =
[[https://www.ijs.si/ijsw/ARRSProjekti/2022|Nazaj na seznam za leto 2022]]

----
=== Oznaka in naziv projekta ===
J4-4555 Napovedovanje patogenosti in perzistence bakterij Listeria monocytogenes na osnovi značilnosti njihovih biofilmov in surfaktoma s pomočjo strojnega učenja<<BR>>
J4-4555 Exploring the biofilm phenotype and surfactome of Listeria monocytogenes to predict its persistence and pathogenicity potential using machine learning<<BR>>

=== Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev ===
{{https://www.ijs.si/ijsw/ARRSProjekti/SeznamARRSProjekti?action=AttachFile&do=get&target=ARRS_logotip.jpg|© Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije|height="150",width="349"}}

=== Projektna skupina ===
Vodja projekta: Jerica Sabotič 

'''Sodelujoče raziskovalne organizacije: '''[[https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/20096|Povezava na SICRIS]]

'''Sestava projektne skupine: '''[[https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/20096|Povezava na SICRIS]]


=== Vsebinski opis projekta ===
Predlagani projekt obravnava bakterijske nalezljive bolezni kot globalno grožnjo za zdravje, saj se osredotoča na zoonozo listeriozo, ki je povezana z najvišjo stopnjo umrljivosti v EU in naraščajočo razširjenostjo. Povzročajo jo bakterije ''Listeria monocytogenes'', ki se prenašajo z uživanjem kontaminirane hrane. Bakterije L. monocytogenes so sposobne rasti v neugodnih kislih, slanih in hladnih razmerah, zato uspešno preživijo tudi na živilih in materialih v proizvodnji hrane. Redno jih najdemo na že pripravljeni hrani, mesu in mlečnih izdelkih, surovi zelenjavi in sadju. Perzistenco bakterij L. monocytogenes, najverjetneje omogočajo obstojni biofilmi. Bakterije L. monocytogenes lahko znotraj biofilma v okolju preživijo in ohranijo visok potencial patogenosti, kar je razvidno iz več let trajajočih izbruhov v EU. Značilnosti, povezane z mehanizmi prilagoditve, ki omogočajo obstojnost biofilma in večji potencial patogenosti, kar vodi do izbruhov, pa so večinoma neznane. V predlaganem projektu bomo za reševanje tega vprašanja vpeljali uporabo strojnega učenja, ki bo omogočilo raziskavo fenotipa biofilma ter povezavo le-tega s površinskimi molekularnimi markerji in potencialom patogenosti. 

Raziskali bomo značilnosti fenotipov biofilmov različnih sevov ''L. monocytogenes'' (DS1), gojenih na različnih površinah in z različnimi viri hranil (DS2). Poseben poudarek bo na ovrednotenju razlik med živalskimi in rastlinskimi viri ter na primerjavi patogenih in nepatogenih sevov. Nato bomo ovrednotili vpliv hranil na metabolom, surfaktom in glikom bakterij ''L. monocytogenes'' (DS3), ter pri tem izpostavili molekularne markerje različnih fenotipov biofilma. Nadalje bomo raziskali njihovo sposobnost za adhezijo in invazijo v sesalske celice, ter s tem ocenili njihov potencial patogenosti (DS4). Istočasno bomo razvijali orodja za analizo slik biofilmov z obogatenimi podatki (DS1 in DS2) in orodja za multimodalno učenje s podatki na ravni omike (DS3). Podatke o potencialu patogenosti bomo uporabili za oceno potencialne računalniške predvidljivosti patogenosti seva na podlagi predhodno identificiranih molekularnih markerjev (DS4). Poglobljeno razumevanje značilnosti biofilmov ''L. monocytogenes'' bo osnova predlogu novih učinkovitih strategij nadzora in preprečevanja izbruhov listerioze. 

Predlagan projekt bomo izvedli v sodelovanju petih raziskovalnih skupin, ki imajo dostop do potrebne opreme in strokovnega znanja za uspešno dokončanje predlaganega projekta v treh letih. Skupina Instituta Jožef Stefan pod vodstvom dr. Jerice Sabotič bo koordinirala projekt (DS5) in nudila strokovno znanje o mikroskopiji biofilmov listerij, omskih analizah in biologiji sesalskih celic. Strokovno znanje na področju avtomatiziranega mikroskopskega slikanja bo prispevala skupina prof. Janeza Štrancarja z Oddelka za fiziko trdne snovi Instituta Jožef Stefan. Skupina Oddelka za tehnologije znanja Instituta Jožef Stefan pod vodstvom dr. Martina Breskvarja bo razvila protokole slikovne analize in pristope strojnega učenja, ki bodo omogočili visoko zmogljive analize biofilmov in molekularnih markerjev. Skupina pod vodstvom izr. prof. Anje Klančnik z Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani bo prispevala strokovno znanje o razvoju biofilma živilskih patogenih bakterij, in skupina pod vodstvom dr. Majde Golob z Veterinarske fakultete Univerze v Ljubljani bo dodala strokovno podporo glede nadzora listerioze in sekvenciranja celotnih genomov.

Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani [[http://www.sicris.si/|SICRIS]].

=== Faze projekta in opis njihove realizacije ===
'''1. Arhitektura biofilma sevov''' '''L. monocytogenes'''
Cilj prvega sklopa je analizirati arhitekturo biofilmov izbranih sevov ''L. monocytogenes'' z uporabo fluorescenčne mikroskopije in razviti komplet orodij za analizo 3D slik biofilmov. Na osnovi zbranih vpogledov se nato izbere 2 do 4 obetavne seve z najbolj zanimivimi lastnostmi. Te seve bomo nato uporabili v naslednjih delovnih sklopih.

'''2. Vpliv hranil na tvorbo biofilma bakterij L. monocytogenes'''
Namen drugega sklopa je analizirati, ali hranila, ki so na voljo med rastjo bakterij, vplivajo na kasnejšo tvorbo biofilmov na različnih površinah in kako vplivajo na fenotip biofilma. Pogoje za rast in tvorbo biofilma, ki kažejo največje razlike v fenotipu, bomo nadalje raziskali v okviru projekta s poudarkom na razlikah med substrati in hranili živalskega in rastlinskega izvora ter sevi, ki so ali niso povzročili bolezni.

'''3. Vpliv hranil na surfaktom bakterij L. monocytogenes'''
Namen tretjega sklopa je analizirati, kako izbrana hranila, prisotna med rastjo bakterij, za katere se je izkazalo, da vplivajo na fenotip biofilma, vplivajo na surfaktom listerij, s ciljem, da najdemo vzrok za spremembo fenotipa na molekularni ravni. Listerije bomo gojili v tekočem gojišču pod rastnimi pogoji, ki so pokazali največje razlike v kasnejšem fenotipu biofilma. Za te analize bomo izbrali en do dva izvlečka in dva do štiri izbrane sladkorje, s poudarkom na razlikah med substrati in hranili živalskega in rastlinskega izvora.

'''4. Vpliv hranil na virulenco bakterij L. monocytogenes'''
Namen četrtega sklopa je analizirati, kako izbrana hranila, prisotna med rastjo bakterij, vplivajo na potencial patogenosti seva. Listerije bomo gojili v tekočem gojišču pod rastnimi pogoji, ki so pokazali največje razlike v kasnejšem fenotipu biofilma, nato pa bomo ovrednotili njihov adhezijski in invazivni potencial. 


=== Bibliografske reference ===
 * [[https://bib.cobiss.net/bibliographies/si/webBiblio/bib351_20240328_101828_j4-4555.html|Reference - SICRIS]]

'''Pregledni znanstveni članek'''

SABOTIČ, Jerica, BAYRAM, Engin, JANEŽ, Nikolaja, VASQUEZ, Marlen I., et al. A guide to the use of bioassays in exploration of natural resources. Biotechnology advances. 2024, Mar-Apr; 71:108307. doi: 10.1016/j.biotechadv.2024.108307 [COBISS.SI-ID 180088579]

'''Objavljeni povzetek znanstvenega prispevka na konferenci (vabljeno predavanje)'''

JANEŽ, Nikolaja, STERNIŠA, Meta, JUG, Blaž, ZUPAN, Tanja, SEBASTIJANOVIĆ, Aleksandar, PERIŠIĆ, Milica, KARNIČAR, Katarina, TALER-VERČIČ, Ajda, TURK, Dušan, KLANČNIK, Anja, ŠTRANCAR, Janez, SABOTIČ, Jerica. Vloga mikrobne glikobiologije pri proučevanju razvoja bakterijskih biofilmov. V: KUŠAR, Darja (ur.), JAMNIKAR CIGLENEČKI, Urška (ur.). 9. kongres Slovenskega mikrobiološkega društva : knjiga povzetkov : 14.–16. februar 2024. Ljubljana: Slovensko mikrobiološko društvo, 2024. Str. 30. [COBISS.SI-ID 186070275]

'''Objavljeni povzetek znanstvenega prispevka na konferenci'''

PETERNEL, Tjaša, JANEŽ, Nikolaja, STERNIŠA, Meta, JUG, Blaž, SEBASTIJANOVIĆ, Aleksandar, PERIŠIĆ, Milica, KARNIČAR, Katarina, TUMPEJ, Tadeja, TURK, Dušan, ŠTRANCAR, Janez, KLANČNIK, Anja, SABOTIČ, Jerica. Fungal lectins show antibiofilm activity against foodborne strains of ''Listeria monocytogenes'' and ''Listeria innocua''. V: SEPČIĆ, Kristina (ur.), PAVŠIČ, Miha (ur.). 15th Meeting of the Slovenian Biochemical Society with International Participation = 15. srečanje Slovenskega biokemijskega društva z mednarodno udeležbo : book of abstracts = zbornik povzetkov : Portorož, 20-23 September 2023. Slovensko biokemijsko društvo, 2023. Str. 140, p89. [COBISS.SI-ID 165933827]

PAVLINJEK, Natalija, GRANDOVEC, Eva, JUG, Blaž, JANEŽ, Nikolaja, ŠKET, Primož, PLAVEC, Janez, BERLEC, Aleš, KLANČNIK, Anja, SABOTIČ, Jerica. Optimization of the extraction of extracellular polymeric substances from lactic acid bacteria and their characterization. V: SEPČIĆ, Kristina (ur.), PAVŠIČ, Miha (ur.). 15th Meeting of the Slovenian Biochemical Society with International Participation = 15. srečanje Slovenskega biokemijskega društva z mednarodno udeležbo : book of abstracts = zbornik povzetkov : Portorož, 20-23 September 2023. Slovensko biokemijsko društvo, 2023. Str. 35, s12. [COBISS.SI-ID 165924611]

JANEŽ, Nikolaja, BELLICH, Barbara, STERNIŠA, Meta, RAVENSCROFT, Neil, KLANČNIK, Anja, CESCUTTI, Paola, SABOTIČ, Jerica. Structure of the ''Listeria innocua'' ŽM39 cell wall teichoic acid and analysis of its biosynthesis gene. V: EUROCARB : abstract book. [S. l.: s. n., 2023]. Str. p149. [COBISS.SI-ID 162552835]

'''Zaključena znanstvena zbirka raziskovalnih podatkov'''

BELLICH, Barbara, JANEŽ, Nikolaja, STERNIŠA, Meta, KLANČNIK, Anja, RAVENSCROFT, Neil, SABOTIČ, Jerica, CESCUTTI, Paola. ''Listeria innocua'' strain ZM39 chromosome (complete genome) : dostop do podatkov: NCBI Reference Sequence: NZ_CP084086. [Ljubljana: Inštitut Jožef Stefan], 2023. [COBISS.SI-ID 183495171]

'''Prispevek na konferenci brez natisa'''

SABOTIČ, Jerica. Ocean4Biotech publications : bioassays : Final Ocean4Biotech Workshop, COST Action CA18238, hybrid meeting, Riga, 7. 3. 2024. [COBISS.SI-ID 189787395]

SABOTIČ, Jerica. STSM presentation : spatial structure of complex biofilms and their eradication by lectins from natural resources : Final Ocean4Biotech Workshop, COST Action CA18238, hybrid meeting, Riga, 7. 3. 2024. [COBISS.SI-ID 189786627]

'''Mentorstva pri magistrskih delih (bolonjski študij)'''

PAVLINJEK, Natalija. Optimizacija izolacije in analiza sestave zunajceličnega matriksa bakterij ''Lactobacillus'' spp., ''Lactococcus'' spp. in ''Pseudomonas'' spp. : magistrsko delo = Isolation optimization and analysis of extracellular matrix composition of the ''Lactobacillus'' spp., ''Lactococcus'' spp. and ''Pseudomonas'' spp. : M. Sc. Thesis. Ljubljana: [N. Pavlinjek], 2023. [COBISS.SI-ID 169198083]

PESTEREAN, Maria. Modulacija adhezije bakterij ''Campylobacter'' in ''Listeria'' na modelnih površinah : magistrsko delo = Adhesion of bacteria ''Campylobacter'' and ''Listeria'' on model surfaces : M. Sc. Thesis. Ljubljana: [M. Pesterean], 2023. [COBISS.SI-ID 144942595]

----
[[https://www.ijs.si/ijsw/ARRSProjekti/2022|Nazaj na seznam za leto 2022]]