Laboratorium Fotosyntezy i Paliw Słonecznych

Profil
Kierownik
Zespół
Projekty
Publikacje
Kontakt
Media
Gra edukacyjna
Strona www

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 (m.in. analiza molekularnych składników przejść stanowych) oraz udoskonalenia struktury krystalograficznej kompleksu ewolucji tlenu PSII. 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 kilkoma krajowymi i międzynarodowymi inicjatywami (np. partner założyciel konsorcjów ESF EuroSolarFuels i H2020 SUNRISE; członek zarządu naukowego inicjatywy badawczo-rozwojowej na dużą skalę SUNERGY), a także koordynator / lider pakietu roboczego projektów UE (np. konsorcjów POLTUR / GraphESol, Solar-driven chemistry / SUNCOCAT i Horizon Europe CL5 / SUNGATE), które koncentrowały się na naturalnych i hybrydowych systemach konwersji energii słonecznej. Pełni funkcję międzynarodowego ambasadora Brytyjskiego Towarzystwa Biochemicznego i zasiadała w kilku redakcyjnych i strategicznych radach wykonawczych, m.in. jako członek Scientific Advisory Board European Society for Photobiology, Scientific Advisory Board European Materials Research Society, Senior Editor International Journal of Biochemistry and Cell Biology, członek Grants Committee Biochemical Society (UK), ekspert programu NAWA polskiego Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, ekspert w Panelu NZ1 Narodowego Centrum Nauki, członek Rady Doradczej Europejskiego Zielonego Ładu, członek Grupy Roboczej KIS4 polskiego Ministerstwa Rozwoju i Technologii i innych.

Wysoce interdyscyplinarne badania prof. Kargul obejmują biologię strukturalną, biochemię i fizjologię roślin z elektrochemią, biofizyką i chemią materiałów. W swoich obecnych badaniach koncentruje się na strukturalnych i mechanistycznych aspektach funkcji i adaptacji naturalnego aparatu fotosyntetycznego w ekstremofilnych biofotokatalizatorach. Wraz ze swoją grupą wykorzystuje tę podstawową wiedzę do racjonalnej budowy biomolekularnych urządzeń do konwersji energii słonecznej na paliwo w celu optymalizacji konwersji energii słonecznej poprzez inteligentne połączenie fotoenzymów, enzymów redukujących CO2 i katalizatorów molekularnych z różnymi nanostrukturalnymi materiałami elektrodowymi.

Zespół

Kierownik
dr hab. Joanna Kargul, prof. ucz.

Postdocy
dr Miriam Izzo
dr Margot Jacquet
dr Gergely Nagy

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

Tytuł	Kierownik	Lata	Finansowanie
SUnlight-driven Next-Generation Artificial photosynthesis bio-hybrid TEchnology platform for the highly-efficient carbon-neutral production of solar fuels	J. Kargul	2023-2027	HORIZON EUROPE CL5
Racjonalne projektowanie wydajnego transferu energii i ładunku w biofotoelektrodach do bezpośredniej konwersji CO2 w paliwo	J. Kargul	2023-2026	SOLAR DRIVEN CHEMISTRY, NCN
Stymulująco-reagujące trójwymiarowe kowalencyjne materiały organiczne do konwersji energii słonecznej i detoksykacji wody	M. Jacquet	2023 – 2026	NCN SONATA
Określenie molekularnych mechanizmów adaptacji ekstremofilnych krasnorostów Cyanidiales do siedlisk bogatych w metale ciężkie	J. Kargul	2020 – 2023	NCN OPUS
SUNER-C: SUNERGY Community and eco-system for accelerating the development of solar fuels and chemicals	J. Kargul	2022-2025	SUNER-C
Optymalizacja molekularnego interfejsu dla ukierunkowanej immobilizacji elektroelektroaktywnych białek w nanourządzeniach fotowoltaicznych	J. Kargul	2018-2022	NCN OPUS
Badania transkryptomiczne ekstremofilnej mikroalgi Cyanidioschyzon merolae poddanej działaniu dwóch różnych stresorów, metali ciężkich i wysokiego zasolenia.	S. S. Sanchez	2021-2022	NCN MINIATURA
Energia słoneczna dla cyrkularnej gospodarki	J. Kargul	2019-2020	HORYZONT, SUNRISE, MNiSW
Konstrukcja biohybrydowych fotoelektrod grafenowych dla fotoogniw paliwowych	J. Kargul	2016-2019	NCBiR, POLTUR/GRAPHESOL
Charakterystyka struktury i funkcji aparatu fotosyntetycznego z ekstremofilnego jednokomórkowego krasnorostu Cyanidioschyzon merolae	J. Kargul	2015-2019	NCN OPUS

Wybrane publikacje

Jacquet, M., Izzo, M., Wróbel, P., Strawski, M., Trotta, M., Jurczakowski, R., Kargul J
Space-Confined Mediation of Electron Transfer for Efficient Biomolecular Solar Conversion.
(2025) Mater. Horizons
DOI: 10.1039/D4MH01266F
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
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
Kargul, J., Izzo, M., Jacquet, M.
Artificial photosynthesis for production of solar fuels and chemicals.
(2022) In: Green Chemistry Series No. 74, Chemical Valorization of Carbon Dioxide, ed. G. Stefanidis and A. Stankiewicz, pp. 254–285. Royal Society of Chemistry, Cambridge, UK. Print ISBN: 978-1-83916-407-1, EPUB eISBN: 978-1-83916-765-2, ISSN: 1757-7039.
DOI: 10.1039/9781839167645-00254
Izzo M., Jacquet M., Fujiwara T., Harputlu E., Mazur R., Wróbel P., Góral T., Gokhan Unlu C., Ocakoglu K., Miyagishima S., Kargul J.
Development of a novel nanoarchitecture of the robust photosystem I from a volcanic microalga cyanidioschyzon merolae on single layer graphene for improved photocurrent generation
(2021) International Journal of Molecular Sciences, 22 (16), art. no. 8396
DOI: 10.3390/ijms22168396
Jacquet M., Izzo M., Osella S., Kozdra S., Michalowski P.P., Golowicz D., Kazimierczuk K., Gorzkowski M.T., Lewera A., Teodorczyk M., Trzaskowski B., Jurczakowski R., Gryko D.T., Kargul J.
Development of a universal conductive platform for anchoring photo- And electroactive proteins using organometallic terpyridine molecular wires
(2021) Nanoscale, 13 (21), pp. 9773 – 9787
DOI: 10.1039/d0nr08870f
Kiliszek M., Harputlu E., Szalkowski M., Kowalska D., Unlu C.G., Haniewicz P., Abram M., Wiwatowski K., Niedziółka-Jönsson J., MaćKowski S., Ocakoglu K., Kargul J.
Orientation of photosystem i on graphene through cytochrome: C 553 leads to improvement in photocurrent generation
(2018) Journal of Materials Chemistry A, 6 (38), pp. 18615 – 18626
DOI: 10.1039/c8ta02420k
Haniewicz P., Abram M., Nosek L., Kirkpatrick J., El-Mohsnawy E., Janna Olmos J.D., Kouřil R., Kargul J.M.
Molecular mechanisms of photoadaptation of photosystem I supercomplex from an evolutionary cyanobacterial/algal intermediate
(2018) Plant Physiology, 176 (2), pp. 1433 – 1451
DOI: 10.1104/pp.17.01022
Szalkowski M., Janna Olmos J.D., Buczyńska D., Maćkowski S., Kowalska D., Kargul J.
Plasmon-induced absorption of blind chlorophylls in photosynthetic proteins assembled on silver nanowires
(2017) Nanoscale, 9 (29), pp. 10475 – 10486
DOI: 10.1039/c7nr03866f