Laboratorium Fotosyntezy i Paliw Słonecznych

Profil

dr hab. Joanna Kargul, prof. ucz.
e-mail: j.kargul@cent.uw.edu.pl
telefon: +48 22 55 43760
pokój: 02.171/ 02.130
ORCID: 0000-0003-1410-1905
SCOPUS ID: 6506590384

W Laboratorium Fotosyntezy i Paliw Słonecznych prowadzimy zaawansowane badania biochemiczne, biofizyczne i elektochemiczne nad pierwotnymi procesami konwersji energii słonecznej w wysokostabilinych makromolekularnych kompleksach pigmentowo-bialkowych: fotosystemie I (PSI) i fotosystemie II (PSII). Głównym celem tych fundamentalych badań jest określeniem molekularnych mechanizmów fotoprotekcji aparatu fotosyntetycznego w modelowych ekstremofilnych mikroalgach (C. merolae, T. elongatus itp.) poddanych działaniu ekstremalnych bodźców środowiskowych.

Równolegle, zajmujemy się konstrukcją fotoogniw paliwowych zbudowanych z biologicznych i biomimetycznych katalizatorów do utleniania wody i wytwarzania tzw. paliw słonecznych (wodoru i odnawialnych paliw węglowych) pod wpływem absorpcji światła widzialnego. Prace te mają charakter wysoce interdyscyplinarny i prowadzone są w ramach międzynarodowych konsorcjów EuroSolarFuels/Solarfueltandem (lata 2011-2014) oraz PolTur/GraphESol (lata 2016-obecnie) zrzeszających czołowe laboratoria naturalnej i sztucznej fotosyntezy. Używamy metod biochemicznych (AEC, IMAC, SEC, BN-PAGE, Western blotting, frakcjonowanie na gradientach sukrozowych itp.), biologii molekularnej, spektroskopii absorpcyjnej i fluorescencyjnej, bioinformatyki, elektrochemii oraz metod inżynierii materiałowej do syntezy substratów elektrodowych o ściśle określonej nanoarchitekturze.

Kierownik

Kierownik Laboratorium Paliw Słonecznych w Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego. Tytuł doktora nauk biologicznych uzyskała w 1999 r. na Uniwersytecie w Warwick w Wielkiej Brytanii. Jej badania podoktorskie prowadzone w grupie Jamesa Barbera w Imperial College London w Wielkiej Brytanii doprowadziły do odkrycia nowych molekularnych mechanizmów adaptacji fotosyntezy do zmieniającego się środowiska (np. analiza molekularnych składników przejść stanowych) i udoskonalenia struktury krystalograficznej kompleksu PSII ewoluującego tlen. Habilitacja w 2009 roku na Uniwersytecie Warszawskim (UW). Od 2011 roku profesor nadzwyczajny po założeniu niezależnej grupy badawczej na UW. W 2011 r. prof. Kargul utworzyła sieć badań nad paliwami słonecznymi w Polsce i kierowała kilkoma projektami dotyczącymi zastosowania wytrzymałych nanomaszyn molekularnych zbierających naturalne światło do budowy biohybrydowych ogniw słonecznych i urządzeń typu solar-to-fuel. Ma bogate doświadczenie i sukcesy w kierowaniu krajowymi i międzynarodowymi inicjatywami (np. partner założyciel konsorcjów ESF EuroSolarFuels i H2020 SUNRISE; członek zarządu naukowego inicjatywy SUNERGY ), a także koordynuje dwustronne polsko-tureckie konsorcjum POLTUR/GraphESol, które koncentrowały się na naturalnych i hybrydowych systemach konwersji energii słonecznej.

Pełni funkcję międzynarodowego ambasadora Brytyjskiego Towarzystwa Biochemicznego i zasiada w kilku radach redakcyjnych i strategicznych organów finansujących (np. IJBCB, J Nanotech, Grants Committee of the Biochemical Society (UK), program NAWA polskiego Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, Expert w panelu NZ1 Narodowego Centrum Nauki). Wysoce interdyscyplinarne badania prof. Kargul obejmują biologię strukturalną, biochemię, fizjologię roślin, elektrochemię, biofizykę i materiałoznawstwo. W swoich obecnych badaniach koncentruje się na strukturalnych i mechanistycznych aspektach funkcji i adaptacji naturalnego aparatu fotosyntetycznego u ekstremofilnych cyjanobakterii i mikroalg. Jej grupa wykorzystują tę podstawową wiedzę do budowy biohybrydowych urządzeń słonecznych do spalania paliwa, zawierających fotosystemy oraz różne materiały przewodzące i półprzewodzące (np. grafen, krzem, hematyt itp.). Ponad 60 publikacji, w tym artykuły w EMBO J, Plant Cell, JBC, Advanced Functional Materials, J Mat Chem A i C, RSC Adv; h-index: 19; >2100 cytowań bez autocytowań; >60 międzynarodowych wykładów na zaproszenie, w tym 4 wykłady plenarne.

Zespół

Kierownik
dr hab. Joanna Kargul, prof. ucz.

Postdocy
dr Miriam Izzo
dr Margot Jacquet

Doktoranci
mgr B. Ozan Eskikaya
mgr Marcin Kuliński
mgr Francesca Marchetto

Studenci
Piotr Lorek

Alumni:
Julian David Janna Olmos, PhD
Philippe Becquet, MSc
Anita Jarzębińska, MSc
Grzegorz Bubak, PhD Eng
Gleb Andryianau, MSc Eng
Tomasz Kalinowski, MSc
Paulina Misiukiewicz, MSc
Julia Dreksler, MSc
Gaweł Bojanowski, MSc
Jacek Rymuszka, MSc
Marcin Kleibert, MSc
Jędrzej Machtyl, MSc
Szymon Piaszczyński, MSc
Rafał Stachura, MSc
Szymon Górnisiewicz, MSc
Justyna Kiełbasa, MSc
Małgorzata Kucia, MSc
Małgorzata Kiliszek, PhD
Patrycja Haniewicz, PhD
Aleksandra Zimnoch, MSc
Natalia Cibor, MSc
Aleksandra Okrasa, MSc
Alexia Bankowski, BA
Aspen Vassallo, BA
Sergio Santaeufemia, PhD

Wybrane projekty

Wybrane publikacje

• Szalkowski M., Kiliszek M., Harputlu E., Izzo M., Gokhan Unlu C., Mackowski S., Ocakoglu K., Kargul J., Kowalska D.
  Bimodal functionality of highly conductive nanostructured silver film towards improved performance of photosystem I-based graphene photocathode
  (2025) Bioelectrochemistry, 161, art. no. 108825
  DOI: 10.1016/j.bioelechem.2024.108825
• Jouhet J., Alves E., Boutté Y., Darnet S., Domergue F., Durand T., Fischer P., Fouillen L., Grube M., Joubès J., Kalnenieks U., Kargul J.M., Khozin-Goldberg I., Leblanc C., Letsiou S., Lupette J., Markov G.V., Medina I., Melo T., Mojzeš P., Momchilova S., Mongrand S., Moreira A.S.P., Neves B.B., Oger C., Rey F., Santaeufemia S., Schaller H., Schleyer G., Tietel Z., Zammit G., Ziv C., Domingues R.
  Plant and algal lipidomes: Analysis, composition, and their societal significance
  (2024) Progress in Lipid Research, 96, art. no. 101290
  DOI: 10.1016/j.plipres.2024.101290
• Marchetto F., Santaeufemia S., Lebiedzińska-Arciszewska M., Śliwińska M.A., Pich M., Kurek E., Naziębło A., Strawski M., Solymosi D., Szklarczyk M., Bulska E., Szymański J., Wierzbicka M., Allahverdiyeva Y., Więckowski M.R., Kargul J.
  Dynamic adaptation of the extremophilic red microalga Cyanidioschyzon merolae to high nickel stress
  (2024) Plant Physiology and Biochemistry, 207, art. no. 108365
  DOI: 10.1016/j.plaphy.2024.108365
• Perin G., Dubini A., Milano F., Kargul J., Lambreva M.D.
  Editorial to special issue on Photosynthetic organisms for sustainable development
  (2024) Plant Physiology and Biochemistry, art. no. 109263
  DOI: 10.1016/j.plaphy.2024.109263
• Kargul J., Jacquet M.
  Biomolecular and Biohybrid Systems for Solar Energy Conversion
  (2023) International Journal of Molecular Sciences, 24 (9), art. no. 7794
  DOI: 10.3390/ijms24097794
• Jacquet M., Osella S., Harputlu E., Pałys B., Kaczmarek M., Nawrocka E.K., Rajkiewicz A.A., Kalek M., Michałowski P.P., Trzaskowski B., Unlu C.G., Lisowski W., Pisarek M., Kazimierczuk K., Ocakoglu K., Wiȩckowska A., Kargul J.
  Diazonium-Based Covalent Molecular Wiring of Single-Layer Graphene Leads to Enhanced Unidirectional Photocurrent Generation through the p-doping Effect
  (2022) Chemistry of Materials, 34 (8), pp. 3744 – 3758
  DOI: 10.1021/acs.chemmater.2c00088
• S. Kozdra, M. Jacquet, J. Kargul, K. Hęclik, A. Wójcik, P. P. Michałowski
  Insight into structure-property relationship of organometallic terpyridine wires: Combined theoretical and experimental study
  (2022)Polyhedron, Volume 213, 1 February 2022, 115628
  DOI: 10.1016/j.poly.2021.115628
• Goyal, A., Szewczyk, S., Burdziński, G., Abram, M., Kargul, J., Gibasiewicz, K.
  Competition between intra-protein charge recombination and electron transfer outside Photosystem I complexes used for photovoltaic applications
  (2022) Photochem Photobiol Sciences, Volume 21, pages 319–336
  DOI: 10.1007/s43630-022-00170-x
• Szewczyk S., Goyal A., Abram M., Burdziński G., Kargul J., Gibasiewicz K.
  Electron Transfer in a Bio-Photoelectrode Based on Photosystem I Multilayer Immobilized on the Conducting Glass
  (2022) International Journal of Molecular Sciences, 23 (9), art. no. 4774
  DOI: 10.3390/ijms23094774
• Szalkowski M., Kowalska D., Olmos J.D.J., Kargul J., Maćkowski S.
  Improving Photostability of Photosystem I-Based Nanodevice by Plasmonic Interactions with Planar Silver Nanostructures
  (2022) International Journal of Molecular Sciences, 23 (6), art. no. 2976
  DOI: 10.3390/ijms23062976

Kontakt

dr hab. Joanna Kargul, prof. ucz.
e-mail: j.kargul@cent.uw.edu.pl
telefon: +48 22 55 43760
pokój: 02.171/ 02.130