Bi6420 Ekotoxikologie mikroorganismů RNDr. Jakub Hofman, Ph.D. RECETOX, PřF MU hofman@recetox.muni.cz Doporučená literatura Environmental Microbiology Raina M. Maier, Ian L. Pepper, Charles P. Gerba Hardcover: 608 pages ; Dimensions (in inches): 1.47 x 11.35 x 8.86 Publisher: Academic Press; ISBN: 0124975704; (February 23, 2000) Microbial Ecology: Fundamentals and Applications (4th Edition) by Ronald M. Atlas, Richard Bartha Paperback: 306 pages Publisher: Addison-Wesley Pub Co; ISBN: 0805306552; 4th edition (December 1997) Soil Microbiology and Biochemistry by Eldor Alvin Paul (Editor), F. E. Clark (Editor) Hardcover: 340 pages Publisher: Academic Press; ISBN: 0125468067; 2nd edition (January 15, 1996) Soil Microbiology, 2nd Edition by Robert L. Tate Hardcover: 536 pages Publisher: John Wiley & Sons; ISBN: 0471317918; 2 edition (January 2000) Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry by Kassem Alef (Editor), Paolo Nannipieri (Editor) Paperback: 576 pages Publisher: Academic Press; ISBN: 0125138407; 1st edition (January 15, 1995) Techniques in Microbial Ecology by Robert S. Burlage (Editor), Ron Atlas (Editor), David Stahl, Atlas Stahl Burlage, Ronald Atlas (Editor), Gill Geesey (Editor) Paperback: Publisher: Oxford University Press; ISBN: 0195092236; Spiral edition (March 1998) Manual of Environmental Microbiology by Christon J. Hurst (Editor), Ronald L. Crawford (Editor), Guy R. Knudsen Hardcover: 1138 pages Publisher: Amer Society for Microbiology; ISBN: 155581199X; 2nd edition (January 15, 2002) Biodegradation and Bioremediation Alexander, M. Academic Press, Inc, San Diego, CA. (1999) Úvod Úvod • Mikrobiální ekotoxikologie je průnik několika uznávaných oborů • Jejich znalost je podkladem pro chápání ekotoxikologie mikroorganismů a to jednak sledovaných parametrů a jednak vazeb mikroorganismů k prostředí a k chemickým látkám Mikroorganismy jsou součást prostředí Vývoj mikrobiologie vs environmentální mikrobiologie Úvod • Mikrobiální ekotoxikologii lze rozdělit na několik dílčích znalostí: – Mikroorganismy a faktory na ně působící v reálném prostředí – Testovací systémy využívající mikroorganismů – Aplikované obory - biodegradace, bioremediace, biotechnologie • Ekotoxikologicky relevantní jsou zejména následující vlastnosti mikroorganismů: – Množství – Růst – Metabolické aktivity – Diverzita společenstev ME – škála úrovní biologické integrace Přístupy mikrobiální ekotoxikologie I. Terénní studie - mikroorganismy jako bioindikátory • jsou velmi smysluplné vzhledem k zapojení v cyklech živin a v biotransformacích a biodegradacích • jsou velmi pragmatické díky existenci rychlých a jednoduchých testů • umožňují dobré modelování a extrapolace na vyšší organismy a jiné chemické látky • jsou podstatné z hlediska celého ekosystému - stojí na nižších trofických úrovních a fungují jako „early warning“ • jsou moderní, neboť využívají nejnovější metody (molekulární techniky apod.) II. Testy (eko)toxicity - pozitiva Přístupy k ME výzkumu vs hodnocení ER Terénní studie vs. laboratorní testy Umožňuje kombinace přístupů Příklad studie: Effects of Road Deicing Salts on Soil Microorganisms • 3 místa v KRNAP intenzivní solení • Sledován efekt na mikroorganismy Význam mikrobiální ekotoxikologie Environmentální mikrobiologie a její aplikace Proč ME v hodnocení ekologických rizik ? Mikroorganismy Co jsou mikroorganismy • primárně jednobuněčné organismy (pseudovícebuněčné - vlákna, hyfy) • nemusí ale nutně mít nejjednodušší typ buňky! (např. nálevník) • prokaryota: bakterie a aktinomycéty (eubakterie, archaebakterie a sinice) • eukaryota: zelené řasy, houby, prvoci Co jsou mikroorganismy Aktinomycéty • vláknité grampozitivní bakterie • hyfy - 2 µm průřez × 10 - 50 µm průřez u hub) • velmi časté v půdách (zejména vyšší pH a sušších) • způsobují charakteristický půdní odor • velmi významné při produkci léků, antibiotik Význam bakterií • cykly prvků a látek • fixace dusíku • dekompozice • symbiózy • patogenní Význam hub • symbiotické • patogenní • dekompozice (nabourání komplexů ligninu a humusových látek • vyšší tolerance k pH než bakterie (v nižších pH dominují houby) Význam prvoků • potravní řetězce (predátoři + konzumenti + destruenti + producenti) • konzumují bakterie – podporují jejich růst • dekompozice OM • fagotrofie a heterotrofie – cykly látek, uvolnění látek z bakteriální biomasy • autotrofie – řasy - producenti Ekologická klasifikace mikroorganismů • Autochthonní – přirozeně se vyskytující • přežívají, rostou a jsou aktivní – obsazují ekologické niky • podle fyz-chem vlastností jsou obsazeny kompatibilní fyziologií • kompetice – nízké ale konstantní aktivity Ekologická klasifikace mikroorganismů • Zymogenní – přirozeně se vyskytující – periodická aktivita • Allochthonní – cizí – přechodné, nestálé – žádná funkční nika – do ekosystému vnesené • např. E. coli Evoluce mikroorganismů Fyziologická evoluce Výhody mikroorganismů v evoluci Evoluce Eukaryot • cca před 2 mld let • spojovací článek byly Archaeozoa - některé znaky bct (chybí mitochondrie, mají 70S ribozómy, nemají Golgiho aparát) • prvoci se objevují jako první eukaryota (bičík 9+2, fagocytóza atd. atd. ...) a „nejmladší“ jsou bičíkovci • následují chromista (rozsivky a ruduchy) a zelené řasy • houby, živočichové a rostliny • houby před 400 mil let z prvoků (chitin v buň. stěně) - „nejmodernější“ mikroorganismy • kvasinky jako jednobuněčné organismy až druhotně Endosymbiotická teorie Moderní rozdělení – 3 skupiny Biochemie a metabolismus mikroorganismů Metabolismus mikrobiálních buněk obecně Autotrofie Heterotrofie Metabolismus - summary Srovnání prokaryota vs. eukaryota Proč mikroorganismy v ekotoxikologii ? Proč mikroorganismy v ekotoxikologii ? Proč mikroorganismy v ekotoxikologii ? Proč mikroorganismy v ekotoxikologii ? Mikroorganismy a toxické látky