1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212570_28446780.jpg logo_mu_cerne.gif Luděk Bláha, PřF MU Účinky toxických látek Projevy molekulárních mechanismů na úrovni buňky a organismu OPVK_MU_stred_2 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Co by si student(ka) měl(a) odnést ? •Znát hlavní procesy na úrovni buněk (dělení, apoptoza, diferenciace…) –Interpretovat vazby dolů (ßmechanismy) –i nahoru (à organismus) • •Znát projevy toxických látek na úrovni organismu –Živočichové (konzumenti) –Rostliny (producenti) –Bakterie (destruenti, dekompozitoři) • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Přehled (ke každému znát základní informace) - interakce látek s DNA - inhibice enzymových aktivit - narušení přirozené fluidity membrány - narušení redox-potenciálu - narušení gradientů na membránách - kompetice se substráty / přirozenými ligandy - indukce stresových proteinů Připomenutí efekty toxikantů na molekulární a biochemické úrovni 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif BUŇKA a toxicita http://www.sszdra-karvina.cz/bunka/bi/03eu/obr/euk.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Základní buněčné procesy •Metabolismus • •Dělení (proliferace) - buněčný cyklus https://www.i-med.ac.at/imcbc/bc/bilder/picture3.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif BUNĚČNÝ CYKLUS Sled vzájemně koordinovaných událostí, které vyúsťují v růst a rozdělení buňky na dvě buňky dceřiné. Obvykle 4 fáze (1953 - Howard a Pelc) Generační doba buňky G1 (gap) 30 - 40 % S (synthesis) 30 - 50 % G2 (gap) 10 - 20 % M (mitosis) 10 % 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Význam buněčného cyklu •Regulace správného vývoje organismu během embryogeneze • •Obnova tkání v dospělém organismu • •Zajištění správného rozdělení genetického materiálu do dceřiných buněk • •Kontrola a oprava genetické informace, protinádorová kontrola 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif REGULACE v buněčném cyklu Regulace bun cyklu Kontrolované faktory: •Extracelulární signály •Správná posloupnost událostí •Bezchybnost procesů •Dokončení každé fáze před zahájením další • Principy řízení Fosforylace/Defosforylace proteinů Cykliny / CDK (cyklin- dependentní kinázy) Velký význam proteinu p53 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Protein p53 -význam v kontrole buněčných procesů p53-diagram 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Osud buněk ve vícebuněčném organismu Možnosti osudu budněk v průběhu cyklu 1)Konstantní cyklování během života organizmu 2)Časově omezená proliferace à senescence 3)Terminální diferenciace 4)Buněčná smrt - apoptóza ((5) Maligní zvrat)) 1) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Poškození buněk Primární poškození uvnitř buněk vyvolává: (viz biochemické mechanismy toxicity) 1) Úplná destrukce buňky à nekróza 2) Narušení řídících pochodů v buňkách à buňka nejčastěji apoptozuje à případně: změny v hlavních procesech (dělení, apoptoza, diferenciace) à projevy v organismu (nemoci, toxicita…) Zvláště zranitelné (kontrolované) systémy v buňkách: Integrita buněčné membrány Aerobní respirace (mitochondrie) Proteosyntéza (ribozomy) Integrita genetické informace Poškození à primárně apoptoza 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif BUNĚČNÁ SMRT NEKRÓZA •patologický jev •bobtnání buňky •kondenzace chromatinu •dezintegrace membrán •buněčná autolýza •zánět •zajizvení APOPTÓZA • •buněčná sebevražda •fyziologický jev •smrštění buňky •fragmentace DNA •membránové blebování •apoptotická tělíska •chybí zánětlivá reakce •bez následků 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif http://www.aibnsus.org/images/Cell.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Příklady - důsledky narušení buněčných pochodů Poruchy dělení buněk •Rychle se dělící buňky (nádory) •Poruchy imunitního systému (řada procesů zahrnujících dělení buněk) Poruchy diferenciace •Významná poškození zejména v ranném vývoji (embryotoxicita, teratogenita) •Vznik nádorů (buňky nejsou diferencované) •Poruchy v imunitním systému (řada diferenciačních procesů) Poruchy apoptozy •Vznik nádorů (poškozené buňky nesměřují k apoptoze) •Poruchy v imunitním systému (TCDD à indukce apoptozy v thymu) • 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Projevy toxicity na úrovni organismu 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Hlavní funkce organismu Přijatá energie (u všech organismů) se rozděluje na hlavní funkce: - Udržování života (… délka života) - Růst (zvětšování vlastní hmoty) - Rozmnožování - Signály a jejich zpracování 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Hlavní funkce organismu Teorie - Dynamic Energy Budget (DEB) Normální stav - rovnováha mezi ději (a alokací energie) Narušení některého z kroků - změna alokace př. Specif. inhibice rozmnožování (TOX. LÁTKY) -> posílení Energie pro růst nebo udržování 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Hlavní skupiny organismů 1 Dělení dle biologie Jednobuněčné (nediferencované) Prokaryotické (mikroorganismy) Eukaryotické – prvoci apod. Mnohobuněčné (eukaryota) Živočichové Rostliny (Houby) http://www.aldebaran.cz/bulletin/2010_16/cells.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Hlavní skupiny organismů 2 Dělení funkční v ekosystémech Producenti Konzumenti Destruenti (dekompozitoři) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif KONZUMENTI - ŽIVOČICHOVÉ - - BEZOBRATLÍ - - OBRATLOVCI - (ryby, obojživelníci, ptáci, savci) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif - významný článek v ekosystémech - regulace početnosti nižších pater potravních pyramid - mezistupně pro konzumenty vyšších řádů - - terminální konzumenti - dravci - málo početné populace - velmi citlivé ke stresu - -relativně dobře prostudovaná skupina - patří sem i člověk - ekonomicky i esteticky velmi významná skupina - KONZUMENTI WHALE08A 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Akutní a chronická toxicita 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Příčina akutní toxicity - zásadní narušení fungování některého funkčního systému (nebo většího počtu funkčních systémů) v organismu - zpravidla po působení vysokých koncentrací (dávek) - Projevy akutní toxicity - poruchy přijímání potravy - poruchy dýchání, bezvědomí à letalita Biochemické mechanismy v akutní toxicitě … - příčiny mohou být velice různorodé (všechny mechanismy) - zásadní (destruktivní) porušení hlavních procesů Účinky na úrovni organismu - AKUTNÍ TOXICITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Russom et al. Environmental Toxicology and Chemistry, Vol. 16, No. 5, pp. 948–967, 1997 Skupiny látek a mechanismy AKUTNÍ EKOTOXICITY u ryb 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1)Náhlé změny: vyhynutí všech konzumentů à narušení potravních řetězců à přemnožení producentů à nárůst degradovatelné biomasy (destrukce organické hmoty bakteriemi à vyčerpání kyslíku) à celková degradace ekosystému 2)Dlouhodobější změny • změny diverzity, složení společenstev • převládání rezistentních druhů (např. nitěnky, pakomáři v kontaminovaných akvatických ekosystémech) • AKUTNÍ TOXICITA - důsledky pro ekosystém E3 motalidad de carpa TajoPPT https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTxPTn0kjfolyiPZQZRb_e7ggWe0PR2Z67BpBmtzd608cC -j49fOA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Mechanismy chronické a pozdní toxicity - méně prostudované než akutní efekty, které jsou snadno vidět - obtížnější poznání a identifikace - pomalé, ale významné efekty v ekosystémech Řada projevů: àkarcinogenita, teratogenita à reprodukční a vývojová toxicita à imunotoxicita à neurotoxicita à orgánové typy toxicity (hepatotoxicita, hematotoxicita) - - CHRONICKÁ a POZDNÍ TOXICITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif KARCINOGENITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif KARCINOGENEZE proces tvorby nádorů - benigní nádor (nemetastázující, lokalizovaný, léčitelný) - maligní nádor (=rakovina) Karcinogeny - látky vedoucí k tvorbě nádorů (chemicky indukovaná karcinogeneze) (existují i další typy nádorů: indukce onkoviry, vrozené ...) Existuje korelace mezi látkami mutagenními vs. karcinogenními Ze 175 známých karcinogenů 90% jsou mutageny Ze 108 známých nekarcinogenů jen 13% jsou mutageny KARCINOGENITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 4 hlavní fáze karcinogeneze: - iniciace (změny na DNA) = mutageneze - promoce (fixace změn v genomu, další mutace, buňka roste neomezeně, blokace apoptozy) - transformace (vznik maligní buňky) - progrese (neoplasmie, metastázování) KARCINOGENITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif http://www.bioscience.org/1998/v3/d/trosko/fig2.jpg Procesy v karcinogenezi 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Prostředí a rakovina à Získané vlastnosti rakovinné buňky 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif V procesu karcinogeneze (v různých fázích) hraje roli velké množství různých mechanismů Mutagenita / reaktivní toxicita / oxidativní stres à změny DNA Inhibice nebo aktivace signálních drah - přímo v transformovaných buňkách - v ostatních buňkách (např. imunosuprese – viz dále) Modulace jaderných receptorů à poruchy regulace dělení buněk (proliferace) à poruchy apoptozy KARCINOGENITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Významná a studovaná zejména u člověka Řada studií prokazujících význam i u nehumánních organismů: - aflatoxiny v potravě (ryby v sádkách, domácí zvířata - hepatokarcinomy) - kontaminace sedimentů PAHs a dalšími organickými látkami (neoplasie kůže, játra, ryby: USA - Pudget Sound, Boston Harbour, Velká jezera, Evropa - Porýní ...) - papírny (pulp mills) (Švédsko - skeletální deformity u štik) - řada chlorovaných derivátů org. látek (bělení papíru) KARCINOGENITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif E3 E3 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Přímo pozorovatelné projevy - vznik a vývoj nádorových buněk - histopatologické leze v tkáních Biochemické změny – biomarkery vývoje nádorů - prozkoumané u lidí - příklady: odběry krve (detekce proteinů produkovaných nádory): CEA - Carcinoembryonic antigen – nádory a fetus AFP – alfa-fetoprotein – hepatokarcinom PSA – prostate-specific antigen odběr tkáně: identifikace mutace v genech (př. ras) status receptorů (estrogenní, Her-2/Neu a další) Jak se pozná rakovina in vivo ? 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Endokrinní disrupce a její důsledky 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif ZPĚTNÁ VAZBA Schéma hormonálních regulací v organismu 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Důsledky porušení procesů řízených hormony - Narušení vývoje a sexuální diferenciace (estrogeny, androgeny) - - Poruchy rozmnožování (estrogeny, androgeny) - - Teratogenita (estrogeny, androgeny, thyroidy) - - Poruchy v metabolismu (kortikoidy, thyroidy) - - Imunotoxicita (estrogeny, thyroidy, dioxinové látky) - - Alergizace Důsledky endokrinní disrupce 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Projevy ED u bezobratlých (mlži) První průkaz ED v historii - imposex u mořských plžů * vývoj samčích pohl. orgánů u samic * působení alkyl-sloučenin cínu (tributyl-cín) * nátěry na lodích proti růstu bioty („antifouling agent“) - dogwhelks 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Mechanismů EDC je mnoho (některé zůstávají neznámé) Co známe ? ZEJMÉNA působení na „Nukleární receptory“ (jaderné / cytoplazmatické) Jak EDC fungují ? 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif ØSTEROIDNÍ HORMONY (ER, AR, GR..) ØEstrogeny, androgeny ØGlukokortikoidy, mineralokortikoidy ØTHYROIDNÍ HORMONY (ThR) ØŘízení růstu ØRETINOIDY (RAR/RXR) ØVývoj, embryogeneze, vidění … Ø ØAhR Ødioxiny „Přirozené“ ligandy nukleárních receptorů 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Lidské hormony: estrogeny v antikoncepčních přípravcích 1 1 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Kidd, K.A. et al. 2007. Collapse of a fish population following exposure to a synthetic estrogen. Proceedings of the National Academy of Sciences 104(21):8897-8901 Controls +Ethinylestradiol 5 ng/L (!) 7 years 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Nejlépe prozkoumaný biomarker estrogenity u vejcorodých obratlovců (zejména ryby) VITELOGENIN (Vtg) - prekurzor vaječného žloutku, - syntéza v játrech je indukována přítomností estrogenů (aktivace estrogenního receptoru) - normální produkce u samic před pářením ! U samců přítomnost estrogenních receptorů à průkaz Vtg u samců (!) = feminizace Identifikace endokrinní disrupce in vivo - biomarkery 1 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Imunotoxicita 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Tox-Stimul-Defic Narušení funkcí imunitního systému Stimulace IS - Vznik alergií - Autoimunitní choroby Suprese IS - Infekční choroby - Neschopnost odstraňovat nádory Oba mechanismy narušení jsou škodlivé ! 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Důsledky imunomodulací (imunotoxicity) - porušení proti-infekční a proti-nádorové ochrany - neschopnost reagovat na vakcíny - imunopatologie (autoimunita, hypersensitivity) Působení imunomodulačních faktorů: - přímo na buňky I.S. - na jiné buňky, které modulují I.S. (neuroendokrinní řízení) TCDD – velmi významný imunotoxikant Prenatální expozice TCDD (a dalším ligandům AhR) à indukce apoptozy v brzlíku à kompletní destrukce („konvoluce“ brzlíku) à narušení vývoje T-buněk: řídící elementy celého IS à systémové imunosuprese 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Příčiny imunomodulací (pozitivní i negativní) 1)Primární = Genetická fixace 2) Sekundární = získané během života (vliv prostředí) - imunitní systém je citlivě regulován - již malé změny regulací à velké efekty - řada faktorů - metabolismus a výživa - záření (včetně slunečního) - věk - poranění (např. popáleniny) - chronické infekce - chemické látky - stres - spojení s hormonálním řízením AIDS: retroviry (integrace do genomu) - HIV-1, HIV-2 infikuje řídící T-buňky důsledky: selhání IS - smrt v důsledku oportunních infekcí - neobvyklé nádory 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Příklady - vymírání delfínů a tuleňů na morbilivirové infekce - korelace s PCBs, PCDDs - zvýšené incidence kožních onemocnění u ryb z kontaminovaných oblastí - As -> přímá toxicita pro buňky odstraňující nádory (NK) – karcinogenita As - imunotoxicita v důsledku embryo-fetální expozice PCDDs -> konvoluce brzlíku (úplná degradace / apoptoza)– organismus bez T-buněk 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif NEUROTOXICITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1] AKUTNÍ toxicita - křeče, selhání CNS, smrt udušením atp. 2]: CHRONICKÉ ÚČINKY à populační změny atd. Změny v chování - kritické pro přežití: reprodukční chování, hledání kořisti, potravní zvyky, ochrana před predátory, učení a paměť, orientace, komunikace, socializace a lokomoce Příklady neurotoxických kontaminantů * Insekticidy (organofosfáty, karbamáty …) Vliv látek na nervový systém NEUROTOXICITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif - narušení synchronizace uvolňování gamet při páření vodních živočichů (bezobratlích i obratlovců) - uvolňování a recepce feromonů u hmyzu - ptáci / savci - poruchy složitého reprodukčního chování (vábení apod.) - synchronizace potravních zvyků s proudy/přílivem-odlivem u řady měkkýšů à nižší reprodukční úspěch - snížení schopnosti lovit potravu u ryb (Hg kontaminovaná místa) - snížení rychlosti zahrabání (schování před predátory) u škeblí à nižší fitness NEUROTOXICITA – chronické projevy: příklady 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Poruchy růstu 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif RŮST - důležitý parametr umožňující přežít a rozmnožovat se - integruje příjem potravy asimilaci a využití energie během dlouhé doby - Důsledky zpomalení růstu: - zpožděné dosažení reprodukční vyspělosti -> snížený reprodukční úspěch -> populační změny Sledování růstu – citlivý parametr i v experimentálním testování (eko)toxicity – hodnocení velikosti jedinců (hmota, délka…) NEBO celých populací (zákal při růstu bakterií, množství chlorofylu u zelených řas atd.) POŠKOZENÍ RŮSTU 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Příklad: vliv PAH (fototoxicita +/- UV) na růst ryb Modelový organismus – halančík rýžovištní (Japanese medaka) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Reprodukční toxicita a vývojová toxicita 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif - úspěch reprodukce - kritický bod životního cyklu pro populační dynamiku a schopnost přežití - Rozmnožování probíhá zpravidla za velice optimálních podmínek - Různé úrovně narušení - gamety (zejm. u externího oplození – ryby) extrémně citlivé malá velikost/velký relativní povrch - nepřímé působení (endokrinní disruptory, neurotoxiny) Toxikanty také přímo ovlivňují procesy zapojené do rozmnožování à embryotoxicita / teratogenita kvalitu gamet velikost a množství vajíček, životnost spermií ... kvalitu embryí množství žloutku, kvalitu skořápek u ptáků (DDE) vývoj embryí malformace během vývoje -> snížení přežívání REPRODUKČNÍ TOXICITA (rozmnožování) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Vývojová toxicita (toxicita pro časná vývojová stádia) - vývoj zárodku - řada kritických stadií, náročná synchronizace a regulace proliferace / diferenciace / apoptóza - procesy velmi citlivé na působení toxikantů - zejména ve stádiu organogeneze - zejména u obojživelníků: úplná metamorfoza (mutageny / endokrinní disruptory / inhibitory regulačních pochodů) à vývojové poruchy malformace, chybějící/přebývající orgány, poruchy růstu) - dobře charakterizována zejm. u savců (lidé) - také u vodních obratlovců – ryby, žáby (externí oplození a vývoj) - žáby Xenopus laevis - základní modelový organismus studia embryogeneze - testy embryotoxicity/teratogenity s rybami, žábami=FETAX) EMBRYOTOXICITA a TERATOGENITA 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Fig2C Fig2B TERATOGENITA - příklady Kunisuke01 Příklady - organochlorové látky, pesticidy (DDT, DDE) - moderní pesticidy – herbicid ATRAZIN - PCBs a látky s dioxinovou toxicitou obecně, - toxické kovy -> ptáci/ryby/plazi-želvy - metabolity ve vodních květech sinic Embrya (pulci) X. laevis Kontrola malformace: sinice Halančík (medaka) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Akutní snížení přijmu potravy - reflektuje akutní i chronický zdravotní stav - ovlivnění růstu Další příčiny - snížený příjem potravy v důsledku snížených schopností vyhledat, chytit a konzumovat kořist - chemosenzory - vizuální zpracování informace - koordinace a lokomoce Účinky prokázány u řady zvířat a toxikantů/stresorů - ryby vs. kovy - ryby vs. změny habitatu - zvěř vs. infekce (imunosuprese po působení organochlorových látek) Sledování změn v příjmu potravy – citlivý parametr i v experimentálním testování (eko)toxicity ZMĚNY PŘÍJMU POTRAVY 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif PRODUCENTI - Rostliny, řasy, sinice - 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif - hlavní zdroj energie a organické hmoty v ekosystémech - zdroj kyslíku pro ostatní organismy - ekonomicky významné organismy potraviny, zdroje surovin (dřevo) .... - esteticky významné organismy - Ekotoxicita pro producenty má zásadní význam pro celý ekosystém PRODUCENTI a jejich význam Producenti: ŘASY VYŠŠÍ ROSTLINY 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Fotosyntéza - - Unikátní metabolický proces u producentů (rostliny, řasy) (pozn. mají i „respiraci“ jako živočichové !) - Změny fotosyntetické aktivity dobrým ukazatelem intoxikace Možnosti sledování - inhibice produkce kyslíku - změny fluorescence fotosyntetických pigmentů TOXICKÉ ÚČINKY NA FOTOSYNTÉZU 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif E3 Sledování fluorescence chlorofylu v listech FC3DView1 Sledování fluorescence Impuls světla à absorbce chlorofylem à emise světla (červené) (u poškozených rostlin změny v intenzitě a kinetice fluorescence) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Toxické látky - - specifické účinky - řada herbicidů cílena na blokaci přenosu elektronů mezi fotosystémy - - nespecifické účinky – toxické kovy, narkotická toxicita, akutní toxicita plynů TOXICKÉ ÚČINKY NA FOTOSYNTÉZU 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Herbicidy – př. DCMU a Paraquat (narušení přenosu elektronů při fotosyntéze) 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif inhibitory fotosyntézy: triazinové herbicidy, fenyl-karbamáty, substituované močoviny (zejména část fotosystému II. vazba s bílkovinou v chloroplastech, tlumí se Hillova reakce fotosyntetického přenosu elektronů) syntetické auxiny: MCPA, MCPP, 2,4D, dicamba, dichlorprop, clopyralid, fluroxypyr (deformace listů, nadměrný růst, vyčerpání rostliny) inhibitory syntézy aminokyselin: sulfonylmočovina, triazolopyrimidin, glyphosaty (zastavení růstu) inhibitory buněčného dělení: chlor-acetamidy, karbamáty (zejména na klíčící plevele) inhibitory syntézy karotenoidů: diflufenican, clomazone, isoxaflutol (doplňkové pigmenty, narušení tvorby barviv, včetně chlorofylu, vybělení) inhibitory acetyl-CoA—karboxylázy: cyklohexandion a další (metabolismus glukózy) HERBICIDY 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Akutní efekty - inhibice fotosyntézy a další poruchy metabolismu (žloutnutí a změny na listech, další poruchy – krupičkovatost jehlic stromů) - indukce detoxikačního aparátu (u živočichů prokázána negativní souvislost s karcinogenezí – méně prostudováno u rostlin, ale možné škodlivé efekty) - inhibice růstu (resp. množení – např. u řas) a letalita - Důsledky akutních efektů na producentech v ekosystému: - změny složení společenstva - ztráty citlivých druhů producentů a nahrazení oportunisty (sinice vs. zelené řasy) - snížení diverzity à jediný resistentní druh (hory: vrcholové louky – např. třtina křovištní; vodní nádrže – jeden druh sinice, např. Microcystis) - likvidace producentů v ekosystému = kolaps, katastrofy (např. zemědělské monokultury, monokultury smrku – velká citlivost i např. na škůdce: kůrovec) Projevy – akutní toxicita u rostlin 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif figure4 figure4 figure4 figure4b figure4 Projevy akutní intoxikace Příklad: experiment vliv kovů na fotosyntézu (množství chlorofylu-a) Příklad: krupičkovitost a poškození pigmentů na listech producentů 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1) Genotoxicita - prokázána v laboratořích ale také in situ Důsledky: - poruchy rozmnožování (gametické mutace v semenech) à populační změny (změna demografie – ubývání mladých jedinců, semenáčků ...) - (vzácný) výskyt chemicky indukovaných nádorů u rostlin - - - - 2) Poruchy klíčení, růstu a zdraví rostlin, pozdní letalita Důsledky: - následné populační změny (změny demografie) - podobné jako u akutních efektů (ztráty citlivých druhů – ztráty producentů, změny společenstva ...) PRODUCENTI – chronické a pozdní efekty 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif figure4 Arabidopsis thaliana - modelový organismus v biologii; studium a průkaz mutací (indukce mutací – optické změny v barvě listů) figure4 Nádory u rostliny - nejčastěji v důsledku infekcí nebo parazitů -prokázány ale také po indukci chemikáliemi 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif DESTRUENTI - BAKTERIE – - DALŠÍ MIKROORGANISMY – Houby, plísně, kvasinky 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Funkčně velmi důležitá složka ekosystémů - recyklace živin a materiálu (biogeochemické cykly) - udržení úrodnosti a kvality půdy - biodegradační procesy v půdě - samočistící schopnost vody atd. Význam destruentů (bakterie, mikroorganismy) http://askabiologist.asu.edu/sites/default/files/image/ecosystems/ecosystem_movement.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Bio-geo-chemické cykly jen Jen pro připomenutí … studenti: orientovat se v klíčových procesech * Koloběh vody, * Koloběh kyslíku * Koloběh dusíku * Koloběh uhlíku * Koloběh síry * Koloběh fosforu * Koloběh vodíku 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1) jedno(málo)buněčné - velký specifický povrch - snadný cíl řady toxických látek - 2) Relativně dobrá ochrana před okolím (buněčná stěna) 3) rychlý růst a dělení - zpravidla dobrá adaptace populací na změny podmínek (viz příklady – vznik rezistencí) Specifické vlastnosti mikroorganismů pro ekotoxikologii http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/32/EscherichiaColi_NIAID.jpg/210px-Escherichi aColi_NIAID.jpg 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Důsledky ekotoxicity pro destruenty Narušení základních funkcí mikroorganismů: … snížená metabolická aktivita … snížení recyklace materiálu v ekosystémech …. neschopnost samočištění a biodegradací toxických látek Genotoxicita obecný problém změny genofondu v ekosystému další důsledky genotoxicity u bakterií: selekce bakterií resistentních na antibiotika selekce virulentních bakterií -> zvýšené infekce u vyšších organismů -> úmrtnost na infekce: populační změny ! DESTRUENTI (dekompozitoři) - účinky 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif Připomínka - selekce ATB-rezistentních bakterií