Mgr. Šárka Bidmanová, Ph.D. Loschmidtovy laboratoře, Ústav experimentální biologie Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita 77580@mail.muni.cz 1. Úvod do studia mikrobiologie 2. Archea 3. Bakterie 4. Fyziologie růstu bakteriální populace 5. Výživa a metabolismus bakterií 6. Metabolismus bakterií I 7. Metabolismus bakterií II 8. Genetika bakterií 9. Nejvýznamnější zástupci bakterií a jejich význam 10.Sinice 11.Kvasinky 12.Vláknité houby 13.Viry a priony Opakování – nejvýznamnější zástupci bakterií a jejich význam • Patogen je mikroorganismus, který žije ve vzájemně prospěšném vztahu se svým hostitelem. ○ Správně ○ Špatně • Infekce dýchacích cest jsou převážně vyvolány bakteriemi. ○ Správně ○ Špatně • Produkce antibiotik, vitamínů a aminokyselin pomocí biotechnologií spočívá ve využití chemické syntézy a extrakce organickými rozpouštědly. ○ Správně ○ Špatně • Genové inženýrství je založeno na izolaci cílové DNA a jejím přenosu do hostitelské buňky. ○ Správně ○ Špatně Opakování – nejvýznamnější zástupci bakterií a jejich význam • Rekombinantní enzymy nachází uplatnění v potravinářství, medicíně, farmacii a v zemědělství. ○ Správně ○ Špatně • Pro produkci mléčných výrobků se využívají fermentující bakterie rodu Saccharomyces a Candida. ○ Správně ○ Špatně • Nitrifikace při čištění odpadních vod probíhá za anaerobních podmínek s využitím bakterií rodu Nitrosomonas a Nitrosococcus. ○ Správně ○ Špatně • Bioremediace je využití mikroorganismů pro získávání kovů z hlušiny. ○ Správně ○ Špatně 1. Úvod do studia mikrobiologie 2. Archea 3. Bakterie 4. Fyziologie růstu bakteriální populace 5. Výživa a metabolismus bakterií 6. Metabolismus bakterií I 7. Metabolismus bakterií II 8. Genetika bakterií 9. Nejvýznamnější zástupci bakterií a jejich význam 10.Sinice 11.Kvasinky 12.Vláknité houby 13.Viry a priony Sinice (Cyanobacteria) • Jednoduché autotrofní organismy • Prokaryotická buňka • Nejstarší fotosyntetizující organismy – tvorba kyslíkaté atmosféry Země • Osídlení všech biotopů na Zemi Sinice – stavba buňky Sinice – stavba buňky • Buněčná stěna - Barví se gramnegativně - Vrstevná – peptidoglykan a lipoproteinová vnější vrstva - Klouzavé mikrofibrily mezi vrstvami u některých sinic – drkání - Na povrchu často sliz • Plasmatická membrána - Zajištění transportu látek - Zahájení oddělování dceřiných protoplastů při dělení - Sídlo enzymů oxidativní fosforylace • Nukleoid - Kruhovitá molekula DNA Sinice – stavba buňky • Thylakoidy - Ploché váčky s fotosyntetickým aparátem - V membráně – barviva chlorofyl a, α- i β-karoten, xantofyly Thylakoidy 1 µm Sinice – stavba buňky • Thylakoidy - Na povrchu thylakoidního váčku – fykobilisomy - Fykobilisomy – obsahují barviva fykobiliny (allofykocyanin, fykocyanin a fykoerythrin) – funkce světlosběrné antény • Chromatická adaptace – změna poměru fykoerythrinu a fykocyaninu dle okolních podmínek PE – Fykoerythrin PC – Fykocyanin AP – Allofykocyanin hv hv hv hv Membrána thylakoidu Sinice – fotosyntéza • Fotosyntéza - Rostlinného typu - 6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O - Světelná fáze – využití světelné energie k tvorbě ATP (cyklická fosforylace) a NADPH (necyklická fosforylace, vznik kyslíku) - Temnostní fáze – fixace CO2 v Calvinově cyklu - Některé sinice – fakultativně anaerobně fototrofní – zdroj elektronů H2S místo H2O Sinice – fotosyntéza Světlo Světlo Přenašeč elektronů Energie pro tvorbu ATP Excitované elektrony Elektronový transportní řetězec Chlorofyl Excitované elektrony Energie pro tvorbu ATP Elektronový transportní řetězec Cyklická fosforylace Necyklická fosforylace 1/2 H+ + H+ Chlorofyl Chlorofyl O2 H2O (2 e-) NADP+ Sinice – stavba buňky • Karboxysomy - Drobná tělíska tvaru mnohostěnu - Obsahují enzym RuBisCo – fixace CO2 v Calvinově cyklu • Inkluze - Škrobová zrna – zásobní látka sinicový škrob - Polyfosfátová granula - Cyanofycinová zrna – zásobní polypeptidy Sinice – stavba buňky • Aerotopy - Válcovitá struktura - Stěna z glykoproteinů, propustná pro plyny rozpuštěné ve vodě - Regulace polohy sinic ve vodním sloupci • Heterocyty - Tlustostěnné buňky, fixace vzdušného dusíku - Vznik z vegetativních buněk při dusíkovém hladovění - Fixace dusíku u sinic netvořících heterocyty – v době, kdy neprobíhá fotosyntéza Aerotopy Heterocyt Sinice – stavba buňky • Akinety - Trvalé, odpočívající tlustostěnné buňky - Vznik z vegetativních buněk při nedostatku živin, nízké teplotě či osvětlení - Omezená metabolická aktivita - Vysoký obsah zásobních látek v cytoplasmě Akineta Akineta Heterocyt Sinice – životní cyklus Heterocyty Limitace světlem a živinami Limitace dusíkem Dostatek světla Dostatek živin Aerotopy Akinety Vegetativní buňky Tvorba filamentů Promíchání sedimentů KlíčeníSediment Povrchová voda Jaro Sinice – stélka • Jednobuněčná - Nejjednodušší, často obalena slizem a tvorba kolonií • Vláknitá - Nevětvená - Nepravě větvená - Pravě větvená - Trichom = stélka z buněk propojených plasmatickými vlákny - Vlákno (filament) = stélka krytá slizovitou pochvou Kolonie Nevětvená vlákna Nepravě větvená vlákna Pravě větvená vlákna (Microcystis) (Oscillatoria) (Scytonema) (Stigonema) Sinice – rozmnožování • Pouze nepohlavní • Dělení buněk nebo fragmentace stélky • Tvorba baeocytů – vícenásobné dělení protoplastu, uvolnění buněk roztržením buněčné stěny • Tvorba hormogonií – několikabuněčné úseky u vláknitých sinic Baeocyt Sinice – nejvýznamnější zástupci • Microcystis - Kulovité buňky v nepravidelných koloniích, planktonní • Oscillatoria - Přímá nebo lehce zahnutá vlákna, netvoří heterocyty ani akinety, na dně rybníků, pohyb drkavým způsobem • Anabaena - V planktonu i na dně rybníků a tůní, tvorba heterocytů a akinet, produkce toxinů • Nostoc - Makroskopické kolonie na půdě a v písku, symbiont v lišejnících, tvorba heterocytů • Stigonema - Tvorba trichomů, heterocytů a hormogonií, na půdě, kůře stromů, kamenech Sinice – nejvýznamnější zástupci Synecho- Gloeothece Nostoc Dermocarpa cystis Anabaena Scytonema Pleurocapsa Oscillatoria Fischerella Stigonema Sinice – ekologie • Výskyt - Povrch vlhké půdy a skal - Sladké i slané vody - Tvorba vodního květu – ohrožení ostatních organismů – přímou kompeticí biomasy a hromadným odumíráním na konci sezony - Tolerance k extrémnímu pH (pH 5-13) a teplotám (až 73 °C) - Tolerance k dlouhodobé dehydrataci Sinice – ekologie • Extracelulární symbiózy - Fotobiont ve stélkách lišejníků - V mechorostech, kapraďorostech a nahosemenných rostlinách – dodávají rostlinám dusík • Intracelulární symbiózy - V buňkách prvoků a řas Vlákna hub Vlákna hub Buňky řas nebo sinic Sinice – ekologie • Travertiny - Srážením vápenatých a železitých solí z minerálních vod v důsledku snížení koncentrace CO2 fotosyntetickou aktivitou sinic • Stromatolity - Hřibovité útvary - Usazováním uhličitanu vápenatého v pochvách sinic Sinice – ekologie • Produkce toxinů - Produkty sekundárního metabolismu - Toxičtější než toxiny vyšších rostlin a hub, méně toxické než bakteriální - Neurotoxiny – anatoxin, saxitoxin – nekoordinované pohyby, vypouklé oči, zástava srdce, udušení - Hepatotoxiny – cylindrospermopsin, mikrocystiny – poškození jater a ledvin - Dermatotoxiny – při kontaktu vyrážky - Cytotoxiny – cytotoxické i cytostatické účinky - Genotoxiny – mutagenní a genotoxická aktivita Anatoxin Saxitoxin Cylindrospermopsin Mikrocystin Sinice – ekologie • Omezení rozvoje sinic - Vždy nezbytné odstranění vnějšího zdroje živin - Vyplavení biomasy sinic - Mechanické odstraňování biomasy sinic - Odstranění biomasy sinic pomocí býložravých ryb - Aplikace koagulantů do vod - Těžba sedimentů Sinice – využití • Zvýšení úrodnosti rýžových polí v Asii • Složka potravy ve východní Asii • Fykobiliny – potravinářská barviva, fluorescenční značky v medicíně Sinice – shrnutí • Prokaryotické organismy • Buněčná stěna podobná buněčné stěně gramnegativních bakterií • Thylakoidy – membránové váčky obsahující fotosyntetické pigmenty • Fotosyntéza rostlinného typu • Tvorba heterocytů a akinet • Rozmnožování výhradně nepohlavní • Osídlují rozmanité biotopy, tvorba vodního květu Reference • http://www.sinicearasy.cz/pokr/sinice • http://highered.mcgraw-hill.com/ • Kalina T., Váňa J., Sinice, řasy, houby, mechorosty a podobné organismy v současné biologii, Karolinum, Praha, 2005. • Willey J., Sherwood L., Woolverton C., Prescott´s principles of microbiology, McGraw-Hill, New York, 2009.