Geomikrobiologia podziemnych środowisk kopalnianych monokliny przedsudeckiej i skały osadowej Kupferschiefer

Zespół:

Renata Matlakowska
Agnieszka Daszczyńska
Agnieszka Włodarczyk
Robert Stasiuk
Pola Łomża

Marta Iwańska

Opis

W wyniku działalności górniczej prowadzonej od lat 60. XX wieku na obszarze monokliny przedsudeckiej powstało unikalne środowisko podziemne. Na głębokości ok. 300–1200 m zlokalizowanych jest kilkadziesiąt tysięcy kilometrów korytarzy stanowiących trzy kopalnie miedzi – Lubin, Polkowice-Sieroszowice i Rudna (KGHM Polska Miedź S.A.). Jest to jedno z największych środowisk podziemnych na świecie.

 

Celem naszych badań jest m.in.

  • poznanie różnorodności taksonomicznej mikrobiocenoz zasiedlających środowisko podziemne, w tym mikroorganizmów litobiontycznych – dotychczas zidentyfikowaliśmy 25 typów bakterii, dwa typy archeonów oraz dwa typy grzybów;
  • poznanie strategii fizjologicznych i metabolicznych mikroorganizmów – dominująca grupa pokarmowa to heterotrofy, w tym chemoorgano- oraz chemolitotrofy; ale zidentyfikowaliśmy także mikroorganizmy chemolitoautotroficzne, oraz fototrofy oksy- i anoksygenne; metanotrofy, metanogeny, bakterie siarkowe, bakterie żelazowe, bakterie redukujące siarczany, denitryfikatory.
  • poznanie roli mikrobiocenoz w przemianach biogeochemicznych organicznych i nieorganicznych związków kopalnego węgla oraz związków siarki i azotu oraz zrozumienie ich roli w przemianach biogeochemicznych kształtujących podziemną litosferę, hydrosferę, a także atmosferę.
  • poznanie interakcji międzygatunkowych w obrębie mikrobiocenoz podziemnych;
  • poznanie budowy zewnątrzkomórkowej macierzy i struktur błonowych, a także opisanie ich roli w przemianach biogeochemicznych;
  • identyfikacja czynników enzymatycznych i nieenzymatycznych kluczowych w procesach biowietrzenia kopalnej materii organicznej i nieorganicznej oraz opisanie szlaków biochemicznych tych procesów; dotychczas wykazaliśmy, że aktywność metaboliczna mikroorganizmów powoduje bioutlenienie kerogenu oraz bioutlenienie minerałów siarczkowych; w wyniku tych procesów powstaje szereg utlenionych związków organicznych i nieorganicznych; wśród nich są produkty degradacji węglowodorów alifatycznych i aromatycznych, takie jak alkohole, kwasy, ketony, aldehydy oraz wtórne związki nieorganiczne, w tym liczne biominerały (m.in. siarczany); część z tych związków ulega mobilizacji do wód podziemnych, część immobilizacji w formie osadów naskalnych.
  • poznanie potencjału biotechnologicznego podziemnych mikrobiocenoz.

W naszych badaniach wykorzystujemy metody metaanalizy, takie jak metagenomika, metaproteomika oraz metabolomika, a także standardowe metody i techniki stosowane w geologii oraz chemii organicznej i nieorganicznej.

Prowadzimy badania terenowe oraz laboratoryjne.

Współpracujemy z KGHM Polska Miedź S.A., Instytutem Biochemii i Biofizyki PAN, Państwowym Instytutem Geologicznym (PIG-PIB) oraz Wydziałem Chemii UW.

Wybrane publikacje:

  1. Włodarczyk A., Lirski M., Fogtman A., Koblowska M., Bidziński G., Matlakowska R. (2018). The oxidative metabolism of fossil hydrocarbons and sulfide minerals by the lithobiontic microbial community inhabiting deep subterrestrial Kupferschiefer black shale. Frontiers in Microbiology, Evidence of metabolism and metabolic potential in the terrestrial deep subsurface biosphere. DOI: 10.3389/fmicb.2018.00972.
  2. Włodarczyk A., Matlakowska R. 2017. Mikrobiologiczne procesy utleniania kopalnej materii organicznej miedzionośnego łupka bitumicznego Kupferschiefer (monoklina przedsudecka). Monografia Łupek miedzionośny III, Kowalczuk PB, Drzymała J. (red) WGGG PWr, Wrocław, 19-40.
  3. Bąkowska A., Karlicki M., Włodarczyk A., Matlakowska R. 2017. Geomikrobiologia podziemnych środowisk kopalnianych monokliny przedsudeckiej. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 469, 201-2016.
  4. Stasiuk, R., Włodarczyk, A., Karcz, P., Janas, M., Skłodowska, A., Matlakowska R. 2017. Bacterial weathering of fossil organic matter and organic carbon mobilization from subterrestrial Kupferschiefer black shale – long-term laboratory studies. Environmental Microbiology Reports, doi: 10.1111/1758-2229.12559.
  5. Włodarczyk A., Szymańska A., Bąkowska A., Skłodowska A., Matlakowska R. 2017. Extracellular membrane structures – a component of the epilithic biofilm on the Kupferschiefer black shale. Geomicrobiology J. doi.org/10.1080/01490451.2016.1163625
  6. Włodarczyk A., Szymańska A., Skłodowska A., Matlakowska R. 2016. Determination of factors responsible for the bioweathering of copper minerals from organic-rich copper-bearing Kupferschiefer black shale. Chemosphere 148, 416-425

Wybrane doniesienia konferencyjne:

  1. Bąkowska A., Karlicki M., Włodarczyk A., Matlakowska R. 2017. Geomikrobiologia podziemnych środowisk kopalnianych monokliny przedsudeckiej. Konferencja jubileuszowa z okazji 60-lecia odkrycia złoża rud miedzi na monoklinie przedsudeckiej. 60 lat doświadczeń inspiracją do nowych wyzwań, Lubin.
  2. Włodarczyk A., Matlakowska R. 2016. Epilithic biofilm on the ancient subsurface Kupferschiefer black shale (Poland) – the underground field studies. Biofilms 7. Porto.
  3. Bąkowska A., Włodarczyk A., Karlicki M., Maciszewski K., Matlakowska R.. Extracellular matrix-associated proteins of microbial mats and their role in the underground environment. Biofilms 7. Porto.
  4. Matlakowska R. 2015. Biological factors responsible for the weathering of copper minerals from organic-rich Kupferschiefer black shale – implications for biohydrometalurgy. 66 Freiberger Forschungsforum Berg- und Hüttenmännischer Tag, Innovative Ressources – Technologies – Biohydrometallurgy. Freiberg.
  5. Karlicki M., Maciszewski K., Bąkowska A., Włodarczyk A., Matlakowska R. 2015. Geomicrobiology of deep subsurface copper mines of Fore-Sudetic Monocline and North-Sudetic Trough – field studies. International Symposium on Environmental Biogeochemistry, Piran.
  6. Włodarczyk A., Ignatenko A., Matlakowska R., 2015. Microbial weathering of Kupferschiefer black shale organic matter – studies in underground mine. International Symposium on Environmental Biogeochemistry, Piran.

Projekty badawcze:

  1. Projekt badawczy OPUS – NCN (2012/07/B/NZ8/01904), Biogeochemiczne transformacje polimetalicznych łupków bitumicznych Kupferschiefer (monoklina przedsudecka) przez mikroorganizmy autochtoniczne – detekcja i identyfikacja długoterminowych procesów w podziemnym środowisku kopalnianym, Kierownik – R. Matlakowska, 2013-2016.
  2. Projekt badawczy MNISW (N N304 068635), Procesy biotransformacji związków metaloporfirynowych przez mikroorganizmy zasiedlające miedzionośne łupki bitumiczne monokliny przedsudeckiej, Kierownik – R. Matlakowska, 2008-2011.

Prace doktorskie:

  1. Agnieszka Włodarczyk – Bakteryjne procesy utleniania kopalnych węglowodorów i ich znaczenie w przemianach kerogenu i bituminu łupków miedzionośnych z monokliny przedsudeckiej

Prace dyplomowe:

  1. Aleksandra Pieńkowska, 2017.  Bakteryjne procesy redystrybucji pierwiastków ziem rzadkich w podziemnym środowisku kopalnianym Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego (praca licencjacka)
  2. Agnieszka Bąkowska, 2017. Budowa proteomiczna i potencjalna rola macierzy zewnątrzkomórkowej maty mikrobiologicznej zdominowanej przez neutrofilne bakterie siarkowe (kopalnia miedzi Polkowice-Sieroszowice) (praca magisterska)
  3. Michał Karlicki, 2017. Genetyczna struktura i potencjał chemolitotroficzny maty mikrobiologicznej (kopalnia miedzi Polkowice-Sieroszowice) – charakterystyka przy pomocy najnowocześniejszych technik analiz metagenomu (praca magisterska)
  4. Kacper Maciszewski, 2017, Multitroficzny zespół mikroorganizmów i jego rola w przemianach nieorganicznych związków siarki w środowisku podziemnym (kopalnia Polkowice-Sieroszowice) (praca magisterska)
  5. Katarzyna Sala, 2014. Bezkontaktowe biowietrzenie polimetalicznego łupka bitumicznego Kupferschiefer (monoklina przedsudecka, Polska) (praca magisterska)
  6.  Agata Szymańska, 2014. Kolonizacja łupka bitumicznego Kupferschiefer przez mikroorganizmy autochtoniczne – długoterminowe badania laboratoryjne (praca magisterska)