EKOLOGIE MIKROORGANISMŮ 2 Historie,buněčná evoluce, fylogeneze, diverzita Historie života •před 4,5 mld let – formování Země, vznik pevnin a oceánů •vulkanická a hydrotermální aktivita produkuje velké množství plynů do atmosféry •vodní pára + dusík, oxid uhličitý, metan, amoniak (stopy – vodík, ox.uhelnatý, kyanid vodíku…), prach a popel •dostatek oxidu uhličitého a metanu v atmosféře vytvářel silný skleníkový efekt a chránil Zemi před zmrznutím •mladé Slunce zatím dosahovalo jen asi 75 % svého současného výkonu •díky vysokým teplotám se voda intenzivně odpařovala, avšak četné nečistoty v ovzduší (prach a popel) napomáhaly opětné kondenzaci vodní páry-prudké deště • • •první formy života – anaerobové, termofilové, hypertermofilové (cca 90 „druhů“) • (izol. cca 1500 kmenů- 107 b. Thermoproteus /g vroucího vulkanického bahna, 108b. Methanopyrus /g černý kuřák , Pyrolobus fumarii přežije hodinu v autoklávu J …) • • vodík-utilizující chemolitotrofové, metanogeny, mikrobi disponující disimilatorní minerální redukcí • •hypertermofilní chemolitotrofové vetšinou používají pro zisk energie jako donor elektronů vodík •síra slouží často jako akceptor el. (Archaea) , dále Fe3+, SO42-, NO3-, CO2,O2 • •kyslík slouží jako akceptor výjimečně – pro hyperterm.archaea v mikroaerofilních podmínkách •hyperterm. bakterie obvykle vyžadují organické látky pro svůj růst (aerobní i anaerobní) • • •biologická produkce metanu je starobylý proces • pouze Archaea schopna metanogeneze oxidací vodíku a redukcí ox. uhličitého na metan a vodu: • • 4H2+ CO2 = CH4+2H2O • •při kumulaci organického materiálu v prostředí , mohou metanogeny produkovat metan z metanolu, formátu nebo acetátu • •chemoautotrofní mikrobi mohou získávat energii také reakcí vodíku s ox.uhličitým, ale produktem je karbohydrát • 2H2+ CO2 = 2H2O + CH2OH • •vodík se uvolňuje do prostředí z hornin (UV záření), radiolýzou vody (alfa vlny)… •díky rozvoji chemoautotrofů dochází k akumulaci org.látek v prostředí a mohou nastoupit heterotrofní prokaryota metabolizující org. uhlík • • • • •cca 3 mld let zpět se objevuje anoxigenní fotosyntéza, využívá sluneční světlo k aktivaci proteinů podobných bakteriorhodopsinu, který pumpuje ionty přes buněčnou membránu • •následuje anoxigenní (kyslík nevzniká a do reakce nevstupuje voda a výsledkem jsou org. sloučeniny) fotosyntéza založená na chlorofylu – purpurové a zelené sirné bakterie (sirovodík jako zdroj elektronů) • •před 2,75 mld migrace mikroorganismů z moře na souš • •sinice (cyanobakterie) schopné oxigenní fotosyntézy začaly vytvářet aerobní prostředí tím, že uvolňovaly kyslík do vody a ten unikal do atmosféry ….velká kyslíková událost…. • • Chlorobium ferrooxidans - like Chromatiaceae Chlorobiacea •kyslík v atmosféře oxidoval redukované sloučeniny síry a železa (FeS, FeS2) • • tak byly anorganické látky oxidovány abiotickou i mikrobiální cestou • •před 1,7 mld let zvyšující hladina kyslíku umožnila vznik první eukaryotické buňky • •díky aerobní atmosféře došlo ke vzniku molekul ozonu a k postupnému vytvoření ozonové vrstvy, absorbující UV záření (předtím mohli mikroorganismy žít pouze pod povrchem nebo kameny) • • • Mikrofosilie •oproti fosiliím zvířat či rostlin, mikrofosilie velmi vzácné •údajně nalezeny cca 3,5 mld staré fosilie trichomů cyanobakterií (sporné) •fosilní stromatolity v Austrálii • bakterie 3,4 mld let staré v J Africe - Archaeospheroides barbertonis •1.5 mld Gleodiniopsis , Ural •1 mld Palaeolyngbya , Chabarovsk •někteří autoři kritizují datování arch.mikrofosilií kvůli nejasných biologickým důkazům •chybí důkazy přítomnosti DNA nebo produktů jejich degradace Archaeospheroides barbertonis Palaeolyngbya Důkaz mimozemského života? •Stromatolity •(z řeckého strōma - vrstva, a lithos - kámen) • •je hlízovitá vápnitá biogenní usazenina bochníkovitého až polokulovitého tvaru • •tvořeny povlaky kalu bohatého na vápník, který se vysrážel na povrchu porostů sinic nebo bakterií • v bezkyslíkatém (nebo málo kyslíkatém) prostředí v mělkých oblastech moří • •zbytky kolonií stromatolitů přežívají až dodnes, např. u pobřeží Austrálie (Shark Bay) • •než se kyslík mohl začít uvolňovat do atmosféry, nejprve v mořích rozpuštěný kyslík zreagoval s veškerým rozpuštěným železem, čímž vznikla současná ložiska železné rudy, např. právě v Austrálii • • Kokšín Jak vznikl život? •stále diskutované téma – jak došlo k přeměně chemických procesů na biologickou jednotku??? • •pre-darwinovská období – před formováním prvotní buňky •proto-darwinovské období – během formování prvotní buňky •darwinovské období- selekční tlak favorizuje různé formy prokaryot i eukaryot • •vlivem astrofyzikálních a geochemických aktivit na Zemi se začaly formovat jednoduché org. molekuly (cukry, aminokyseliny, lipidy, porfyriny, nukleotidy, heterocyklické sloučeniny) • • • •syntéza – různé názory • •Jíl – organické makromolekuly byly produkovány na jílu podobnému materiálu, jílové minerály, které mohou katalyzovat polymeraci nukleotidů na RNA, také katalyzují vznik mastných kyselin vhodných k vytvoření prvotních membrán • • membránové struktury- micely, mikrosféry • • •Teorie prebiotické polévky • jezero na povrchu, ze základních chemických prvků vznikaly reakcí s vodními parami metan, amoniak, oxid uhličitý, oxid uhelnatý, oxid siřičitý, kyanovodík a další •dále pod vlivem tepla, ultrafialového záření a elektrických výbojů reagovaly s vodíkem a vodní párou a vytvářely složitější organické molekuly – aminokyseliny, sacharidy, lipidy i nukleotidy •1952 - provedli Stanley Miller a Harold Urey experiment • úspěšný, později však byla celá teorie opuštěna, novější výzkumy ukázaly na spíše neutrální charakter rané atmosféry ,navíc ne zcela dobře propracovala otázku vzniku a vývoje genetického kódu • coacervates: lipid droplets containing organic molecules microspheres: protein spheres surrounding organic molecules •Teorie hydrotermálních průduchů • •zřejmý vliv geochemických procesů na vznik života •hydrotermální průduchy, se nachází na mořském dně ve velkých hloubkách (kolem 2km) v blízkosti středooceánských hřbetů •Z nich proudí velké množství horké zásadité mineralizované vody, která se mísí s chladnou, mírně kyselou vodou okolního oceánu a tak se obsažené minerály v okolí průduchů sráží • bohaté na minerály a kovy, které mohly fungovat jako katalyzátory mnoha reakcí, například při syntéze aminokyselin • •Teorie panspermie • •při nárazu vesmírných těles na zemský povrch by byly jakékoliv organismy zničeny •nově nalézané organické sloučeniny na povrchu meteoritů podporují názor, že na Zemi se tímto způsobem mohly dostat v již kompletním stavu alespoň některé základní organické molekuly •tudíž ne všechny základní stavební kameny života musely vzniknout přímo na Zemi • Zvuk černého kuřáka: https://www.youtube.com/watch?v=5k9PgJ229Tw Jak vznikla první buňka •před vznikem života se v prostředí pravděpodobně kumulovaly org.látky • •Koch a Silver (2005) - preobické vezikulum , obsahující nukl.kyselinu uvnitř, zajištující iontovou výměnu přes membránou tvořenou lipidy (odlišná struktura než dnes) •bez požadavku na metabolické enzymy, ATP, ribozomy, proteiny, DNA • (Credit: Janet Iwasa, Szostak Laboratory, Harvard Medical School and Massachusetts General Hospital) •podle koncentrace a pH okolí se micely můžou spájet a vytvářet 2-vrstvé membránové plochy – tvoří kulovité objekty - váčky, vezikula •model protobunky s průměrem 100 nanometrů • • povrchová membrána, tvořená molekulami mastných kyselin, umožňuje živinám a nukleotidům přecházet do bunky a podílet se na neenzymatickém kopírovaní DNA uvnitř bunky • •po vytvoření nového vlákna DNA je membrána zpět už neprůchodná – DNA proto zůstáva v protobuňce •RiBOZYM – autokatalytická ssRNA s sebereplikační schopností • • první živé systémy na Zemi "nahé" samoreplikující se molekuly RNA bez membrány • •ribonukleová kyselina zajišťovala současně přenos genetické informace i katalýzu biochemických reakcí • •energie získávána nejspíš oxidací anorg. látek (H2S+FeS = FeS2+H2) mohla poskytnou potenciál pro různé reakce včetně iontového přenosu přes membránu • •vezikula se vyvinula v bunku až po získání DNA, proteinů, ribozomů, enzymů, ATP… • •primární přítomnost RNA ve vezikulu mohla být užitečná, protože RNA nese el.náboj a může nespecificky vázat proteiny a malé org.molekuly •záměna DNA za RNA moudrá, stabilnější •čas nutný pro rozvoj první bunky byl značný, pak nabírá rychlost evoluce na akceleraci (diverzita a složitost eukaryot vs. o 2/3 kratší délka existence na Zemi oproti prokaryotům • •Hypotéza RNA světa RNA svět • Reaguje na problematický způsob vzniku živých organismů vzhledem k jejich genetickému kódu • •Replikaci organismů zajišťuje molekula DNA - předává informaci proteinům (enzymům), ale bez jejich existence a katalýzy sama nemůže vznikat, replikovat se • •DNA a proteiny proto mohou při přenosu informace fungovat pouze společně, není možné říci, co se vyvinulo dřív • • Přímý vznik živé buňky s takto složitým systémem replikace je ve smyslu moderní vědecké abiogeneze nemyslitelný • •Řešení problému se proto hledalo s předpokladem, že dnešnímu životu předcházely organismy s jednodušším replikačním systémem • •Systém přenosu informací v prvních živých organismech by tak mohl být založen pouze na RNA, která by v sobě spojovala vlastnosti nukleové kyseliny i proteinů • •Tento způsob navrhli nezávisle na sobě v 60. letech Carl Woese, Francis Crick aj • • 1989- Nobelova cena za objevení ribozymů T. R. Cech a S. Altmann - padla teorie, že biologickými katalyzátory jsou pouze proteinové enzymy Walter Gilbert 1986 RNA svět - hypotéza která předpokládá, že v určité etapě vývoje života na Zemi molekuly RNA sloužily jako hlavní biologické katalyzátory a zároveň byly schopné přenášet genetickou informaci Achillova pata RNA světa •chybí jakékoliv nálezy prvotních organismů v geologickém záznamu • •mnohé úspěšné laboratorní experimenty odhalily zatím jen zlomky možných reakcí • •nejsou známé ani žádné organismy, které by mohly v RNA světě fungovat – metabolismus zcela odlišný • •nejasnosti o vzniku molekul RNA v prebiotickém světě - syntéza v tehdejším prostředí velmi komplikovaná • •velmi malá stabilita molekul ribonukleové kyseliny - existence nechráněných molekul téměř vyloučená - rychlý rozklad vlivem silného ultrafialového záření • Buněčná evoluce •první buňky obsahující DNA a protein syntetizující materiály uvnitř membrány získaly schopnost dědičnosti vlastností a tvorby nového fenotypu • •druhy bakterií i archaea se schopností přizpůsobit prostředí v něm mohly přežít a reprodukovat se a tím vytvářet nové formy • •evoluce vedoucí k různým formám a životním stylům byla formována díky selektivnímu tlaku životního prostředí • •genet. variabilita byla zajištěna vlivem mutací a horizontálním přenosem genů • •pro oddělení Bacteria a Archaea nebyla nalezena odpovídající událost v historii Země • •i přes značné rozdíly, mnoho procesů a biomolekul sdílí spolu • •je s podivem, že po 2 mld let vývoje se prokaryota rozdělila pouze na dvě linie… Vznik eukaryontní buňky - teorie •Eukaryotická buňka má množství jiných typických rysů, jako je buněčné jádro, endomembránový systém, lineární chromozomy a mRNA • •Endosymbiotická teorie • tvrdí, že mitochondrie vznikly pohlcením Rickettsií jinou buňkou a mitochondrie jsou potomci těchto bakterií •většina současných vědců však toto extremistické pojetí neuznává, protože bičík neobsahuje vlastní DNA a jeho stavba se zásadně liší od prokaryotního bičíku • • •Teorie genomové fůze •archaeum, které pohltila bakteriálního symbionty, z nichž se vyvinula mitochondrie •horizontálním přenosem genetické informace z mitochondrie do genomu archeálního vysvětluje znaky eukaryot spíše bakteriálního původu •další geny bakteriálního původu by teoreticky mohla eukaryotická buňka získat i z potravy, pokud se živila bakteriálními buňkami • • • • • • • • • • • • •Vodíková hypotéza •hostitelskou buňkou bylo anaerobní, vodík metabolizující autotrofní archeum, které pohltilo symbiotickou bakterii schopnou v rámci své respirace produkovat vodík • bakterie následně prošly evolucí a změnily se na mitochondrie • • •Syntrofická hypotéza •předpokládá, že motivací ke vzniku eukaryotické buňky byl metabolismus vodíku •Resp. výměna produktů metabolismu mezi několika druhy (tedy právě tzv. syntrofie) •buňky bakterií se přiložily těsně k buněčné membráně archebakterie a splynuly •archeální cytoplazmatická membrána se pak stala jadernou membránou nové eukaryotické buňky •cytoplazmatická membrána deltaproteobakterií pak buněčnou membránu eukaryot • •Hypotézy založené na síře •navrhují společenství archeí a bakterií založená na síře •spirochéty, přijímaly sirovodík produkovaný archebakteriemi, a metabolizovaly ho • postupně se vyvinuly v bičík •nebyl zatím nalezen téměř žádný důkaz, vyjma skutečnosti, že podobná společenství existují v přírodě • •Hypotéza Neomura • fagotrofická hypotéza považuje archea i eukaryota za potomky aktinobakterie která prošla značným vývojem a až později endosymbioticky získala mitochondrie •nedostatkem těchto teorií je fakt, že v současnosti neznáme žádné eukaryotické organismy s primární absencí mitochondrií, ačkoliv je tyto teorie předpokládají • •Tři viry, tři domény •Podle této hypotézy, kterou formuloval v roce 2005 P. Forterre, se musí vznik všech domén včetně té eukaryotické přičítat virům • RNA svět – vezikula byly infikovány několika viry, které vynalezly DNA, a následně se tato DNA stala jejich hlavním genetickým materiálem •neexistují doklady, jedná se o poměrně spekulativní hypotézu, ale nedá se odmítat jako nesprávná Evoluce metabolismu •prvotní buňky ve srovnání s dnešními prokaryoty měly málo genů, žádnou genovou regulaci, žádné mobilní genetické elementy •vysvětlení expanze genomu z několika set na několik tisíc genů • • • Patchwork hypotéza •předpokládá zdvojení genů, které kódují enzymy s nízkou specifitou (schopné katalyzovat různé reakce) , které se vlivem selekčního tlaku prostředí vyvinuly v geny kódující enzymy s vyšší specifitou •buňky s efektivním metabolismem byly selektovány •horizontální přenos genů a fůze prokaryotických buněk hrála významnou roli v evoluci •postupné nahrazování abiotických geochemických cyklů biotickou cestou vyústilo v současnou podobu koloběhu prvků na Zemi • Charakteristiky mikrobiálního života • • podstata života je podobná u mikro- i makroorganismů (prokaryot i eukaryot) •mikroorganismy jsou jednobuněčné, vyšší organismy mnohobuněčné, tvořené tkáněmi • • • • Struktura a evoluce buněčného tvaru •Precizní uspořádání mikrobiálních buněk, struktura je děděna na potomky •Strukturální organizace reflektuje postavení molekul v membránách, ribozomech, proteinech atd. • •Příklad • S vrstva – mozaika glykoproteinů na povrchu bakterií a archaeí • •Plasmatická membrána – lipidy (hydrofobní bariéra), proteiny (transport přes membránu, metabolismus, komunikace mezi cytoplasmou a prostředím) • •Buněčná stěna – zabranuje osmotickému vlivu, udržuje tvar • •Peptidoglykan (cukernatý polymer navázaný na peptidy) jen u bakterií Výsledek obrázku pro s layer archaea Archaea Bacteria Rozdíly buněčné stěny mezi Bacteria a Archaea Archaea – etherové vazby (stabilnější) - BS – obv. neobsahuje peptidoglykan -Výjimka - Methanobacteriales ( pseudopeptidoglykan) -Thermoplasmatales, Ferroplasma (absence BS) - Bacteria – estherové vazby - peptidoglykan •tvary mikroorganismů – univerzální napříč skupinami – koky, tyčky, vibria, vlákna •morfologie výsledkem evoluce – adaptace na prostředí- různé tvary pomáhají bakteriím najít zdroj potravy, přilnout k povrchu, pohybovat, útěk před predátory aj. • • •nalezeny specif. proteiny formující tvar prokaryot i dělení • •dělení – série proteinů lokalizována na vnitřní straně bun. Stěny, před binárním dělením se polymerizují do tvaru kruhu (Ftsz ring ) uprostřed buňky • •nalezeny u bakterií, archaea a podobné i u chloroplastů a mitochondrie u eukaryot • •MreB protein – zajištují rod shape, bez něho vznik koků (pravděpodobně evol prvotní) • •vibrio tvar – caulobacter crescentus - MreB protein a crescentin Metabolismus a zisk energie •Mikrobi mohou využívat jako zdroj energie org.látky, minerály nebo sluneční záření (fotony) • •Solární energii mohou využívat pouze formy žijící na povrchu Země • •charakteristika živého systému – energie - proud elektronů předávaný donorem elektronů akceptorovi elektronů – red.ox.reakce (z elektronegativnější do elektropozitivnější soustavy) • •Redukované org. látky a anorganické sloučeniny se pro zisk energie pro metabolické procesy uplatňují v anaerobním i aerobním prostředí • •energie v buňce je spotřebována na transport iontů, ATP, transport živin, pohyb… • •elektronový transport je univerzální systém který využívají všechny formy života – cytochromy, chinony • • některé biochemické sloučeniny v přírodě mají tuto část hydrochinonu nebo chinonu ve své struktuře, například Koenzym Q, proteiny se sírou/ železem v centru • •variabilita typů el.transportu odlišuje, kromě přítomnosti mitochondrií , prokaryota od eukaryot • • • • • •nejlepší akceptor elektronů pro dýchání – kyslík (soustava kyslík-voda má nejvyšší redox.potenc., vys. E výtěžek , může přijímat el. z různých zdrojů) •org.l. mají nejnižší red-ox (dochází k oxidaci H v nich obsaženého, elektrony přenášeny proteiny dýchacího řetězce •Rozdíl E mezi ox.org.l a redukcí kyslíku je nejlepší dostupný zdroj E – proto nejčastěji využíván v aerobním prostředí •Evol.pův.dýchání v bezkyslíkatém protředí – pak místo kyslíku slouží jako akceptor jiné látky – dusičnany, sírany,ox.uhličitý….nebo org.látky Růst a reprodukce •cílem metabolismu je poskytnout mikroorganismu dostatek biosyntetického materiálu a k zajištění podmínek, umožňující reprodukci • •pro jednobuněčné organismy se používá termín růst pro zvyšování počtu jednotlivých buněk •binární dělení •růst křivka • •Ve stabilním přirozeném prostředí se prokaryota obvykle nachází ve stacionární fázi • •asexualita vs horizontální přenos genů – mix genetického poolu • •tvorba spor • • Adaptace jako odpověď na stimul prostředí •pro mikroorganismy je žádoucí odpovídat na změny v prostředí tak, aby jejich růst a fyziol. procesy byly udržovány kolem optimálních podmínek • •při fyzikálních nebo chemických extrémech jsou selektivně favorizováni buněčné linie s genomem který jim umožnuje v extrému růst • •Ph, teplota, sůl, permanentní environmentální změny… • •fixování těchto genů v populaci vyúsťuje ke vzniku nového druhu se specifickými vlastnostmi • •změny v přírodě bývají obvykle přechodné , spíš stimuly kratšího trvání, ale relativně časté • •stresová odpověď mikroorganismů na různé stimuly - teplota, tox. kovy, vysušení, přítomnost kyslíku… • • chemotaxe regulována komplexem senzorů , pohyb směrem od/k ne/žádoucího zdroje • • •mikrobi mají schopnost přenášet fyzikální i chemické signály k zjištění vhodné odpovědi • •mnoho metabolických přeměn v mikroorganismu jsou v podstatě odpovědí na změnu chem.prostředí • •schopnost indukce/represe gen.exprese během několika minut umožní syntézu pouze tech enzymů nutnou pro katabolismus nebo syntézu • •mohou regulavat expresi genů tak rychle jako dochází k chem. změnám okolí – vysoce regulovaná syntéza potřebných enzymů minimalizuje energ.nároky a umožnuje perzistenci prokaryot v čase i konkurenci eukaryotům • Klasifikace a diverzita mikroorganismů •mikrobi – kosmopolité • •mikrobiální svět – bakterie, archaea, řasy, protozoa, houby, viry • •sofistikované metody ke zjištění diverzity mikrobů • •od 70-tých let rapidní nárůst informací o diverzitě mikroorganismů • •historicky je mikrobiologie spojována s výzkumem nemocí • •v rámci podmořského výzkumu dochází k objevení úžasného světa mikrobů v okolí horkých podmořských průduchů – extremofilové • •specializují se na prostředí, kde by ostatní organismy mohly přežívat jen stěží (vroucí voda v sopečných jezerech, nejvyšší vrstvy atmosféry a podobně), některé druhy bakterií jsou dle výzkumů schopny přežít i ve vesmíru, tedy ve vakuu a o teplotě −270 °C • • • • Stromy života •na počátku taxonomie se rozlišovaly dvě říše: • •rostliny (Plantae) •živočichové (Animalia) • •Klasické starší rozdělení organismů je do pěti říší: • •prokaryotní (Monera) •prvoci (Protozoa) •rostliny (Plantae) •houby (Fungi) •živočichové (Animalia) • •současnost: 3 domény •Archaea, dříve Archaebacteria (Woese and Fox) •Bacteria, dříve Eubacteria •Eukarya, Eukaryota • • •od r. 2010 se mluví (zatím hypoteticky) o čtvrté doméně, tvoří ji (nebo pozůstatek po ní) skupina jaderně-cytoplazmatických virů s velkou DNA virů, např rodu Mimivirus • • • • © Pomeroy et al (2007) 2008 – Lokiho hrad – 5 komínů, teplota 300 C, obrovská hromada sulfidových minerálů o průměru asi 250 m a 90 m na výšku - Unikátní mikroorganismy Lokiarchaeota - mnohem blíže k Eukaryotům než se čekalo Image result for Lokis castle Klasifikace prokaryot •problém – klasifikace „druhu“ vyšších organismů založena sex.reprodukci • • mikroby –asexuální, výměna DNA – konjugace, transdukce, transformace • •proto se pro zařazení do systému využívala charakteristika fenotypu, případně funkčních skupin (metabolismus) • •molekulární přístup založen na studiu diverzity pomocí podobnosti 16S rDNA •mol. taxonomie je založena na poměru DNA-DNA reasociace genomu a stejném poměru G-C bází (obv. 97% podobnost = stejný druh) • •Klasifikace p. funkční skupiny • • •ekotyp • • • • • • • • Sekvenace „SSU“ •1977 Woese and Fox – na základě sekvenace ssu navrhují Archaea jako jednu ze tří linií stromu života •1999 – uvedeno v praxi •16S a 18S SSU geny nejčastěji používaný marker napříč různým prostředím •univerzální, konzervativní, snadná sekvenace •odhaluje nekultivovatelné organismy -většina!!! •expanze • Atomová struktura 30S ribozomální podjednotkyThermus thermophilus které je 16S rRNA součástí Proteiny jsou modré, oranžově SS RNA •CR WOESE 1977 •„ fylogenetický strom založený na sekvencích molekul rRNA“ • • • • •Carl R WOESE •5S rRNA – příliš malý počet počet nukleotidů (~ 120)…® 16 (18)S rRNA • •Ribozomální RNA (rRNA) sejmout0105a • • •S • •L •Small subunit • •16S (SSU) rRNA: •1500-2000 nt •~ 25 proteinů •Large subunit • •23 S (LSU) rRNA: •3000-5000 nt • •5S rRNA: •120 nt •~ 30-40 proteinů • • a)Přítomnost ve všech organismech b)Syntéza proteinů c)Vysoce konzervativní úseky sejmout0187a Diverzita mikrobiálního života Bacteria – šedomodře, Archaea – zeleně, Eukaryota - červeně Diverzita bakterií •bakterie jsou nejrozšířenější skupinou organismů na světě •se odhaduje, že na Zemi žije asi 5×1030 (jedinců) bakterií • celkový počet druhů se dá jen tušit, odhady sahají od 107 k 109 druhů •bakterie je možné nalézt v půdě, vodě, ovzduší i jakožto symbionty uvnitř a na povrchu mnohobuněčných organismů •v jednom gramu půdy žije asi 40 miliónů bakterií • v jednom mililitru sladké vody je jich přibližně milion http://www.publish.csiro.au/ma/Fulltext/ma14060 • • rozdělení na základě: 1.podle typu buněčné stěny 2.fylogenetických vztahů 3.funkčních skupin 4.adaptace na přírodní podmínky 5. • •VZNIK A VÝVOJ PROKARYOT • •4,5 mld. let – vznik planety Země •3,5 mld. let – první prokaryotní buňky (důkazem usazené stromatolity, první bakterie: heterotrofní, anaerobní, termofilní) •3,0 mld. let – anoxygenní fotosyntéza •2,5 mld. let – oxygenní fotosyntéza (ozón = ochrana před UV, to umožnilo rozvoj života na souši) •2,0 mld. let – aerobní respirace (efektivnější produkce energie) •1,5 mld. let – první eukaryotické buňky (endosymbióza) •0,6 mld. let – mnohobuněčnost •0,5 mil. let – člověk •Rozdělení podle typu buněčné stěny • •1. Gram negativní: dominantní skupina sladkých vod i oceánů •2. Gram positive: více časté v půdě (i sladké vody- Actinobacteria) • •Gram je způsob barvení pojmenované po dánském fyziologovi • ( H. C. J. Gram,1853‑1938) • à používá se spíše v klasické mikrobiologii, nikoli v mikrobiální ekologii •G+ = modro-fialová barva (crystal violet) G- = červená barva (safranin) skenovat0063a G- G+ DG 001a •Evoluce domény Bacteria založená na analýzách 16S rRNA genů vedla k odlišení cca 80 kmenů., včetně kmenů známých pouze z environmentálních sekvencí. Největší kmen, který zahrnuje všechny známé formy mikrobiální fyziologie a patří sem zároveň většina známých bakterií z oblasti medicíny, průmyslu a zemědělství jsou Proteobacteria (podle Madigan et al. 2012). scan0120a • • •Alphaproteobacteria -zahrnují řadu oligotrofů - symbioticky rostlin i zvířat (r. Rhizobium) - nebezpečné patogeny ( Rickettsiaceae) - Methylobacterium •Betaproteobacteria •dominantní složka sladkovodního prostředí • metabolická diverzita – aerobní, chemolitotrofní, fototrofní •tendence utilizovat substráty vznikající anaerob. dekompozicí •patogeny ( Neisseriaceae gonorrheoa ) • Gammaproteobacteria •- dominantní složky mořské vody a sedimentů -fenotypově rozmanití zástupci -foto- i nefotosyntetizující, aero- i anaerobní, hetero- i fototrofní •Deltaproteobacteria •- fenotypově rozmanití zástupci -chemoorgánotrofní b., bakter. predátoři ( mixotrofie) - sulfátové a sulfur- redukující b. •Epsilonproteobacteria -často microaerofilové s bičíkem -symbionti a paraziti tráv. traktu -hydroterm. vývěry Zetaproteobacteria ? Caulobacterales - e.g. Caulobacter Rhizobiales - e.g. Rhizobia Rhodospirillales - e.g. Acetobacter Rickettsiales - e.g. Rickettsia Sphingomonadales e.g. Sphingomonas Burkholderiales Hydrogenophilales Methylophilales Neisseriales - e.g. Neisseria Nitrosomonadales Aeromonadales - e.g. Aeromonas Alteromonadales - e.g. Pseudoalteromonas Chromatiales - purple sulfur bacteria Enterobacteriales - e.g. Escherichia Legionellales - e.g. Legionella Methylococcales Pasteurellales - e.g. Haemophilus Pseudomonadales - e.g. Pseudomonas Thiotrichales - e.g. Thiomargarita Vibrionales - e.g. Vibrio Xanthomonadales - e.g. Xanthomonas Bdellovibrionales - e.g. Bdellovibrio Desulfobacterales Desulfovibrionales Desulfurellales Desulfarcales Desulfuromonadales - e.g. Geobacter Myxococcales - Myxobacteria Syntrophobacterales Campylobacterales - e.g. Helicobacter skenovat0041a •V evoluci Bacteria vzniklo minimálně 12 rodokmenů (říší) rozmanitých fotosyntetických, chemoautotrofních a heterotrofních forem • •Termofilní původ bakterií • •Evoluce fotosyntetických anaerobních bakterií • •Vysoká rezistence k záření • •Směr evoluce •podle Angert 1996 •Zetaproteobacteria • •2007 - objev Mariprofundus ferrooxydans •neutrofilní, chemolitotrofní – oxiduje železo, gram neg. bakterie • •izolováno ze společenstva hydrotermálních průduchů podmořské sopky, okolí bohaté •na železo •Aquificales aneb někdo to rád horké •Aquifex - vřídla, sirné nádrže či hlubokomořské komíny (prostředí jinak typické pro archaea) autotrofové, konkrétně chemolitoautotrofové • •energii získávají oxidací vodíku, síry nebo thiosulfát pomocí kyslíku nebo dusičnanu Bakterie fixující dusík •zásadní role v ekosystému •energeticky náročný proces •diverzita od sinic přes proteobacteria, actinobacteria, firmicutes, chromatiales (purp.sirné b.), Chlorobiales (zel.sir.b.) po spirochety •všechny využívají stejný enzymatický komplex- nitrogenáza •dusík využíván pro růst řadou organismů (vč mikroorg) •žijí volně nebo v symbióze s eukaryoty, kterým poskytuje dusík – rostliny, živočichové, houby •př. spirochety– extra – i intracelulární symbióza s termity • sinice a houby – lišejníky (Nostoc v symbióze má více heterocyst než volně žijící) • •hospodářský význam – klíčový pro rozvoj zemědělství, obrovský ekonomický dopad •min 44 druhů luštěnin má symbiozu s N-fixátory •zahrnují hlavní ekologické koncepty – symbióza s eukaryoty, podíl na koloběhu prvků, kosmopolitní rozšíření… • • - • • • • •Jednořadka (Nostoc) je rod sinic, které tvoří kulovité nebo beztvaré kolonie složené z vláken růžencovitých buněk v rosolovitém obalu. Umí fixovat dusík. Tvoří akinety. V půdě většinou kolonie není příliš výrazná, ale po dešti se zformuje v nápadnou slizovitou masu, o které si dříve lidé mysleli, že spadla z nebe (proto anglické názvy fallen star a star jelly). • •Nostoc roste na vlhkých skalách, na dně jezer a kaluží, ale vzácně ve slané vodě. Někdy také Nostoc žije symbioticky uvnitř tkání rostlin, například ve vodní kapradince z rodu Azolla, v hlevíkách, v krytosemenné rostlině Gunnera či exotických cykasech. Těmto druhům Nostoc dodává potřebný dusík. Tvoří také zvláštní druh arbuskulární mykorhizy s houbou Geosiphon pyriformis. •Epulopiscium fishelsoni •je grampozitivní bakterie z kmene Firmicutes •symbiotický vztah s rybami z čeledi Acanthuridae (bodlokovití, ryby „čističi“) • 200–700 μm na délku a asi 80 μm v průměru •extrémní polyploidie • •Thiomargarita namibiensis neboli Sírová perla Namibie •gramnegativní proteobakterie •na sedimentech kontinentálního šelfu •největší bakterií, která kdy byla objevena (1999) •schopna používat dusík jako koncový elektronový akceptor v transportním řetězci elektronů, oxiduje sírovodík (H2S) na elementární síru (S) •sírová bakterie zadržující dusičnany pro případ nedostatku - jako balon = velikost •„Perla“ - zrnka síry v ní odrážejí světlo •spojení síry a dusičnanů by mohlo mít zvláštní význam pro životní cykly na Zemi •Nedávný výzkum také ukázal, že bakterie mohou být fakultativně anaerobní – možná reakce s kyslíkem • • Diverzita archaea •v 70. letech – 2 známé kmeny, kultivovatelné, pouze extremofilové a metanogeny • •od 90. let – exploze dat díky sekvenaci, archaea témeř všude • •nekultivovatelnost = minimální informace o metabolismu a životnímu stylu • •častý typ metabolismus založený na vodíku • •některé ekotypy mohou být i chemoorganotrofní a hrají důležitou roli v koloběhu dusíku a uhlíku • •známá spojitost s onemocněním dásní • •dobře prozkoumané jsou metanogeny, hypertermofilové, halofilní archaea • • • • • • • •Evoluce Archea – Crenarchaeota, Euryarchaeota, Korarchaeota a Nanoarchaeota •podle Barns et al. 1996 • • • •Nanoarchaeota ??? •kultivace •kultivace Euryarchaeota – methanogeny, halofilové, extremní thermofilové Crenarchaeota (eocytes) – extremotermofilové nejvíce zastoupená archaea v moři, gram negativní barvení Korarchaeota známá pouze z 16S rRNA sekvenace Hydrotermální průduchy, extra termofilové metabolické procesy neznámé Nanoarchaeota Nové oddělení, nejmenší známé archaea – hypertermofilní symbiont Methanosarcina •Methanosarcina barkeri KOSmethanococcussm NIJmethanobacsm KOSmethanothermus •Methanococcus janaschii •Methanothermus fervidus •Methanobacterium thermoautotrophicum •ARCHAEA – tvary buněk •Hypertermofilní archaea •velmi častí, součástí Crenarchaeota •popsány v 80. letech, využívají různé typy el.donorů a akceptorů (vč fak. heterotrofie) •solfatarové (fumaroly) pole poblíž vulkánů (pyrit, oxid uhličitý, sirovodík, vodík,metan – využitelné pro metabolismus) •podmořské hydrotermální systémy, černí kuřáci … • • • Změna barvy jezírka Morning Glory v Yellowstone – díky hypertermofilům 1940 •Pyrodictium • žijí ve stěnách tzv. černých kuřáků, hydrotermálních průduchů na mořském dně, růstové optimum je 105 °C, nepravidelný diskovitý tvar a buněčnou stěnu tvořenou glykoproteiny • Rostou v koloniích přichycených na krystalech síry. Jednotlivé buňky jsou k substrátu i jedna ke druhé fixovány spletí dutých vláken, které strukturou připomínají bakteriální bičík •Pyrodictium je přísný anaerob, k buněčnému anaerobnímu dýchání používá jako akceptor elektronů síru, ne kyslík. Zdrojem elektronů je vodík a produktem reakce sirovodík •Dokáže také redukovat trojmocné železo a v tomto případě může být substrátem jak vodík, tak organické látky •Roste i při teplotě 110 °C, optimální pH k růstu je 6 •Pyrolobus fumarii 113 °C, černí kuřáci, neroste pod 90 °C •Kmen 121, izolován z hydrotermálních průduchů Pacific Ocean, opakovaně přežil 10 hod interval při 121 °C v autoklávu • •Nanoarchaeum equitans •objeven v horké vodě poblíž hydrotermálních průduchů v mořích u Islandu, voda dosahuje bodu varu, jedná se o hypertermofila •Nanoarchaeum žije v symbiotickém vztahu s jiným archeonem, a to z rodu Ignicoccus •parazitismus - Nanoarchaeum je tedy zatím jediným známým parazitem z domény archaea! •nanoarchaeum je extrémně drobný, jeho kokovité buňky mají v průměru asi 400 nanometrů •genom patří mezi nejmenší mezi všemi buněčnými organismy: má jen 490 885 párů bází •DNA je však velmi efektivní a 95% jsou kódující sekvence (kódují proteiny či některé druhy RNA) •nebyly nalezeny geny pro biosyntézu lipidů, kofaktorů, aminokyselin či nukleotidů • • • • • •Ferroplasma •Ferroplasma jsou z hlediska teploty mezofilní organismy •žijí však v prostředí extrémním z hlediska pH - jsou to obligátní acidofilové a jejich optimální pH je asi 1,3 •Ferroplasma acidiphilum oxiduje železnaté ionty, postrádá buněčnou stěnu a z hlediska získávání uhlíku je autotrofní, fixuje uhlík • Ferroplasma byla izolována z Iron Mountain , severní Kalifornie Metanogeny •produkce metanu v anaerobních podmínkách - mokřady, mořské sedimenty, ale zejména pak trávicí soustava přežvýkavců a termitů, kde žijí prvoci schopní trávit celulózu •navazují na anaerobní rozkladné procesy organických látek, jako je celulóza, zpravidla žijí prostředí, kde tyto reakce probíhají •kompetice se sulfát-redukujícími bakterie o vodík •většina utilizuje vodík jako donor el. k redukci CO2 •někteří – formát, metanol, metyl, acetát •častá syntrofie s bakteriemi, např. mastné kyseliny oxidující •skleníkový plyn, 74% produkováno mikroorganismy • • • • •při anaerobním rozkladu organických látek, zejména celulózy, vzniká velké množství odpadních produktů, z nichž mnohé mohou být donory vodíku a elektronů •příkladem odpadních produktů je kyselina mravenčí a octová (tzv. acetotrofie), methanol, oxid uhličitý a vodík • donory pak zajišťují redukci oxidu uhličitého (CO2) na metan (CH4) •metanogeneze je formou anaerobní respirace oxidu uhličitého • •Příkladem rovnic konkrétních reakcí je: • CO2 + 4 H2 → CH4 + 2H2O CH3COOH → CH4 + CO2 • •Můžeme vystopovat celý sled reakcí: •nejprve je CO2 aktivován methanofuranem (MT) •následně redukován na formyl (-HCO) •formyl je poté transportován z MT na tetrahydromethanopterin •formyl je dehydratován s redukován na methylen (-CH2-) •methylen je redukován na methyl (-CH3) •methyl je z methanopterinu přenesen na koenzym M •methyl-koenzym M je redukován na methan pomocí methylreduktáz • • • • Methanobacterium Methanococcus Methanosarcina Methanospirillum •halofilní archaea •hypersalinní lokality (více než 150-200 g/L) – slaniska, sl. jezera, Mrtvé moře •karotenoidy v bun.stěně – růžovo-rudá barva slanisek… • • • • • • • • • •Walsbyho halofilní archaeon - Haloquadratum walsbyi •objeven rodu 1980, kultivován byl poprvé roku 2004 •obsahuje množství vakuol naplněných vzduchem, jež nadnášejí buňku a umožňují jí tak lépe pohlcovat světlo • disponují jedním nebo více bičíky, a jsou tak poměrně pohyblivé •Někdy se buňky spojují vedle sebe a tvoří pak křehké destičky tlusté jen 40 mikrometrů • Archaea vs bakterie •podobnosti i rozdílnosti •rozdíl na buněčné i genomické úrovni, chimérická podstata •podobnost s bakteriemi v morfologii •archaea podobná eukarya - transkripce, translace, oprava DNA, RNA polymeráza, replikace… •euryarcheota – homology eukaryontních histonů •informačně-procesní systém je podobnější eukarya •metabolismus podobný spíše bakteriím • EUKARYOTA •Systém fylogeneze se neustále mění •pův. myšlenka – protista – chybí mitochondrie (amitochondriáti), založeno na sekvenaci 18S rRNA •v současnosti nové fylog. stromy založené na genech a proteinech - protista nejsou tak evolučně původní, jak se myslelo…. •protista (Giardia, Trichomonas, Encephalitozoon…) mají mitozomy – mitochondriím podobné proteiny, hydrogenosomy a zbytky mitochondriálních genů… • • Nejstarší známý předek lidí - Saccorhytus coronarious žil na zemi před 540 miliony let, cca mm velké Diverzita protist •jednobuněčná eukaryota, kosmopolitní, především ve vodě •popsáno cca 100 tis druhů • • •Prvoci – protisté podobní živočichům •většinou jednobuněční, pohybliví a potravu přijímají fagocytózou • obvykle mají délku jen 0,01 – 0,5 mm • všudypřítomní ve vodě a v půdě, nepříznivé podmínky přežívají ve formě cyst • několik významných parazitů. • • • •Řasy – protisté podobní rostlinám •jednobuněčné řasy, mají chloroplasty a jsou schopné fotosyntézy. •někteří protisté se mohou řadit mezi řasy i mezi prvoky, jako například krásnoočko (Euglena) • mohou být i nepohyblivé a koloniální • • •Houby - protisté podobní houbám •chytridiomycety, hlenky, řasovky a labyrintovky • •Funkční skupiny protist •(jednobuněčných eukaryot) •heterotrofové - živí se mikrobi • bičíkovci • nálevníci • •primární producenti - fytoplankton • spousty typů, někteří zároveň i nálevníci • • •Mixotrofie •chemolitotrofní bakterium, které taktéž může využít organické látky • •protozoa (protista ) která mají chlorofyl (fototrofové) ale zároveň mohou žrát jiné mikrobi (heterotrofové) • Snímek 945b • •Měňavky •schopnost měnit svůj tvar při měňavkovitém (amoebovitém) způsobu pohybu- vysunují své panožky (vychlípeniny buňky) kupředu a pak za nimi přitahují celé tělo •přijímání potravy pomocí fagocytózy • •měňavka velká (Amoeba proteus, též Chaos Chaos) která dosahuje velikosti až 1,5 mm, žije ve vodě i v půdě •měňavka bahenní (Pelomyxa palustris) - mnohojaderné plazmódium, charakteristická zejména pro zahnívající vody •I trávicí trubici člověka (Entamoeba coli), měňavka úplavičná (Entamoeba histolytica, trávicí enzymy vně své buňky, rozruší a natráví jimi buňky výstelky střeva a živiny pak pohlcuje) •predátoři bakterií •Dyctiostelium - obrovský genom 12500 genů, modelový organismus – pohyb (na bázi aktinu), agregace, komunikace mezi bunkami • amoeba •amoeba Snímek 939a Snímek 939b Snímek 939a Snímek 939a Snímek 939a Snímek 937a Snímek 937a Snímek 937a Snímek 937a Snímek 937a Snímek 936b Snímek 936c Snímek 936c Snímek 936c Snímek 936b Snímek 936b Snímek 936b Snímek 936b Snímek 936b Snímek 936c Snímek 936c Snímek 934b Snímek 934b Snímek 934c Snímek 934c Snímek 934b Snímek 934b Snímek 934b Snímek 934b Bičíkatci Urceolus •ciliate •Obrněnky (Dinophyta, Dinoflagellata) •ve vodách jak sladkovodních, tak i brakických a mořských •mixotrofní organismy (i obligátní heterotrofy), které mají chloroplasty získané sekundární či terciární endosymbiózou, někdy mají kleptoplastidy •schránky tvořené celulózovými destičkam •rozmnožují se pohlavně i nepohlavně, mají složité buněčné cykly •evolučně jsou významní stavbou svého jádra a specifickými organelami, ekologicky tím, že je mezi nimi mnoho toxických druhů. •Dynokaryon- většinou kondenzované chromosomy (stočené jako by před mitózou) neobsahuje histony • •Zooxantella a Symbiodinium-symbiotických interakcí s mořskými bezobratlými •vnitro- nebo mezibuněčnou endosymbiózu • korálové polypy -zooxantely hlavním zdrojem živin (poskytují hostiteli více než 50% fotosyntetických produktů) •dohromady velice citlivý organismus k vnějším podmínkám- dnes patří k ohroženým druhům tvoří • Snímek 938a Snímek 938b Snímek 938a Snímek 938a Snímek 938a Obrněnky Snímek 935b Snímek 935c Snímek 935c Snímek 935b Snímek 935b Snímek 935b Snímek 935b Snímek 935b Nálevníci Snímek 923a Snímek 923b Snímek 923c Snímek 923a Snímek 923b Snímek 923b Snímek 923c Snímek 923c Snímek 928a Snímek 928b Snímek 928a Snímek 928b Snímek 928b Snímek 928b Snímek 928b Snímek 928b Snímek 926a Snímek 926b Snímek 926a Snímek 926a Snímek 926a Snímek 926a Snímek 926a Snímek 926b Snímek 926b Snímek 926b Snímek 926b Nálevníci Snímek 940a Snímek 941a Snímek 943a Snímek 944a Snímek 946a •Řasy •oxygenní fotosyntéza – 50% kyslíku v atmosféře z fytoplanktonu (každý pátý nádech-O2- pochází z Prochlorococcus, oceány) •sladkovodní ekosystémy, moře, vlhká půda a skály, lišejníky •polutant eutrofizovaných toků • •Streococcus – trpaslík mezi eukarya • rod jednobuněčných kulovitých zelených řas , mořský plankton •1994 ve Francii, nalezen byl na mnoha jiných místech v světovém oceánu •nejmenším známým volně žijícím eukaryotickým organismem - 0,8 µm •jaderný genom má 12,56 milionů párů bází a byl osekvenován v roce 2006 •Ostreococcus tauri má 14 chromozomů, jeden chloroplast a několik mitochondrií •geny pro C4 fotosyntézu, typická pro vyšší rostliny • • • SNAP-142328-0071 •Rozsivky •schránka frustula - polymerizovaný oxid křemičitý, epithéka a hypothéka •schránku si buňka vytváří aktivním vychytáváním kyseliny křemičité z prostředí (rychlostí až 18 molekul za sekundu) •Během nepohlavního rozmnožování získá každá z dceřiných buněk jednu část mateřské frustuly a druhou, vždy tu menší, si dotvoří •v případě nedostatku křemíku v prostředí se nepohlavní rozmnožování zastavuje. •20–25 % roční celkové primární produkce Země •spolu se sinicemi se asi podílely na vzniku kyslíkaté atmosféry na Zemi •schránky odumřelých rozsivek tvoří horninu diatomit (křemelinu), který se využívá se jako filtrační či sorpční materiál •Houby • •odhad – více než 1,5 mil druhů •heterotrofní, vláknité, chitin a glukan v buň. stěně •dekompozice, recyklace org. materiálu vč. ligninu a celulózy •koloběh prvků •ekonomické ztráty, poškození hospodářských plodin (plísně) •využití v potravinářství – sýry, tempeh •lékařství – penicilin… • Chytridiomykóza je závažné onemocnění obojživelníků zapříčiněné chytridiomycetní houbou Batrachochytrium dendrobatidis. Zoosporangia napadají vrchní vrstvy pokožky a narušují její normální funkce. Nemoc byla poprvé detekována na konci 20. století. Její nedávné objevení, rychlost šíření a samotná letálnost dělá z chytridiomykózy globální hrozbu, která je dále podporována současnými změnami klimatu. Nákaza byla dosud zjištěna u více než 350 druhů obojživelníků na všech kontinentech kromě Antarktidy, přičemž nejméně 34 druhů obojživelníků kvůli této nemoci vyhynulo skenovat0075a •Struktura typické houbové buňky • • skenovat0075b •Struktura buněčné stěny hub •Chitin = polymer derivátu glukózy, N-acetylglucosaminu. skenovat0076a •Strukturální typy hyf, které se navzájem proplétají a vytváří mycelium CD_SL SL_SB Micromycety Alternaria4 •Alternaria sp. •Konidiofory s konidiemi Cladosporium •Cladosporium sp. skenovat0031a skenovat0031a skenovat0031a • •Kvasinky: (a) Saccharomyces cerevisiae (300x enlargement); (b) Hansenula anomala (400 x), and (c) Candida tropicalis (400x) •a •b •c Obr •Schema mikrobiální kolonizace a středně rychlého rozkladu listí v temperátním toku. Během mikrobiální kolonizace hrají významnou roli mikroskopické houby, které kolonizují listy jako první. Detaily osudu materiálu konvertovaného do jemně partikulované organické hmoty (FPOM) nejsou dosud známé. Vyluhovaná rozpuštěná organická hmota (DOM) je pravděpodobně rychle zachycena mikrobiálním příjmem ve vrstvě sedimentu (podle Allan 1995). • VIRY •nebuněčné organismy a svou stavbou se od buněk dramaticky liší •tzv. virovou částicí, která je složena především z bílkovin a nukleových kyselin •nerostou, nedělí se a ani nejsou schopné vyrábět (bez cizí pomoci) energii či vytvářet vlastní bílkoviny • •genetickou informaci ve formě DNA nebo RNA - uloženy v kapsidě • složitější mohou navíc na povrchu obsahovat obalovou membránu pocházející z napadené buňky •V kapsidě mnohých virů mohou také být různé enzymy •diverzita virů neznámá, přes 3700 druhů virů, spoustu neznámých virů, jen savci hostí statisíce druhů virů •viry hrají důležitou roli v přírodních systémech •bakteriofágy, cyanofágy ,virofágy •moře - v 200L vody několik tisíc virálních genotypů, 1 kg sedimentu miliony virálních genotypů… •mortalita způsobená viry vede k uvolnění velkého množství nutrientů z mrtvých těl do prostředí •můžou měnit druhové a strukturu společenstev •menší než buňky 0.02-0.2 um, ale existují výjimky - Pithovirus 1,5 um • • • Ebola •© Weinbauer 2004 •Jak viry žijí ? • 1.Infikují buňky: baktérie, archea, eukaryota 2.Využívají buňku (jejího metabolismu) k vytvoření dalších virů 3.Zničí buňku-lyzují ji a uvolňují do prostředí (vody) mnoho dalších virů • Lytic diagram •Virulentní viry: pouze lytický cyklus !!! Lysogenic •profág •Bakteriální chromozóm •Profág se replikuje s bakteriální DNA; je chráněn proti jiným virům •Lysogenní fáze •Lytická fáze Kromě lytické fáze: Některé viry (temperate viruses) mají lysogenní fázi = integrace virového genomu do bakteriálního genomu •Jaký je vliv virů na mikroby ? • •První krok: jaká část bakteriální mortality je způsobená virální lýzí ? • •Mnoho metod….. • a) procento viditelně infikovaných buněk (percent of visibly infected cells) upravených vzhledem k neviditelně infikovaných (corrected for those not visible) • Viditelně infikovaných = 0.8-4 % • Aktuálně infikovaných = 8-40% à frakce baktérií usmrcených viry • viruses in bacteria •Fág •Jeden z mnoha fágů • •Další metody jsou založené na měření virové produkce.. • •Počet baktérií usmrcených viry = Virová produkce/ burst size • •Burst size: počet virů produkovaných z lyzovaného hostitele. Obvyklý předpoklad = 50. • •Jaká je tedy bakteriální mortalita způsobená viry? • •Značně kolísá: 0-100% • •Pouze jedno přímé srovnání… • •Nejlepší odhad: 40%, založeno na přímém srovnání virů a žraní prvoky (Fuhrman and Noble 1995) • •Dosahuje téměř 100% v anoxických vodách. Proč ? • •Jenom málo protistů (eukaryot) může žít bez kyslíku •Děkuji za pozornost D:\Users\Uživatel\Desktop\FOTO\cylindrocarpon\hyfadead.jpg D:\Users\Uživatel\Desktop\FOTO\cylindrocarpon\livedeadhyfa2.jpg Vlákna houby Cylindrocarpon v minerálce J