‹#› 1 Komplexní růstové cykly Myxobakterie, streptomycety Rhodomicrobium vannielii Chondromyces crocatus ‹#› 2 Streptomycety •Skupina řádu Actinomycetales •Saprofyti, zřídka patogeni • člověka (S. somaliensis), • nebo fytopatogeni (S. scabies) •Produkce biol. aktivních látek 70% všech ATB • •Základem rodové identifikace je chemotaxonomnie •Všichni v b.s. kyselinu L-DAP a glycin • ‹#› 3 Spory - řetízky lépe na mediu s nižším obsahem cukrů Trvalá vlákna zřídka fragmentace Pigmentovaná mycelia Streptomyces – Gramovo barvení ‹#› 4 •Růst: na celofánu, nitrocelulosové membráně •Růst na pevném i v tekutém mediu (hrudky) • (třepačka, aerace; produkce ATB: pevné med.) •Světelná mikroskopie – růst na celofánu, sklíčkové kultury, gramovo, DAPI a fluorescenční barvení S.M. – nefragmentované, - nese přepážky – necenocyt. - z úlomků mohou vyrůstat nové buňky V.M. – stárnutím S.M., vertikálně - pestrá morfologie - taxonom.význam délka hyf – krátké („zaprášené“ kolonie - dusty), dlouhé („chmýřité“ kolonie – cottony) větvení – sympodiální (keříčky, stromečky), monopodiální (vedlejší větve) ‹#› 5 •Jednoduchá klasifikace podle vzdušného mycelia •přímá vlákna •háčkovitá spirálovitá – max. 2 otočky •spirálovitá • •Spirály: • četnost • délka stopky • počet otoček • interval otoček • průměr otoček • směr otoček • Spory = arthrospory 4 základní morfologické typy (SEM) hladké (smooth) bradavčité (warty) chlupaté (hairy) ostnaté (spiny) vně obaleny pochvou z tenkých vláken a trubiček – obal hladký nebo s výběžky silně hydrofobní ‹#› 6 Streptomyces Druhová identifikace problematická Větvené mycelium Spory v řetízcích Streptoverticillium S.M. i V.M. větvené Sporichthya Velmi krátké řídké V.M. S.M. netvoří se větví ze stěny mateř.b. do kokovitých spor V přítomnosti vody u spor bičíky ‹#› 7 Kineosporia Malé kolonie, lesklý povrch V.M. netvoří Prodloužená kyjovitá sporangia s 1 pleomorfní sporou Intrasporangium Větvené rozpadavé S.M. V.M. netvoří Oválná sporangia ‹#› 8 •autolýza – postihuje významnou část populace v průběhu vývojového cyklu ‹#› 9 •S. coelicolor A3(2) – modelový mikroorganismus genetických, fyziologických a biochemických studií •8 667 507 bp – lineární chromosom •Nejvyšší počet genů v 1 bakterii (7 825) –2x Bentley a kol. (2002), Nature 417, 141-147 sekvenován v červnu 2001 ‹#› 10 •S. coelicolor A3(2) •Mnoho regulačních genů • – odpovědi na stres •Unikum – v genomu • duplikovány sady genů • fungující v jednotlivých • fázích životního cyklu •Unikátní telomera – 5’ konec při replikaci nekompletní – ssDNA •Vlásenky z repetic chrání chromozom (Goshi et al.) •Nejblíže M. tuberculosis • a C. diphtheriae • • Streptomyces coelicolor pigment – ATB aktinorhodin Vzdušné hyfy a spory ‹#› 11 •Streptomyces avermitilis • genom sekvenován v říjnu 2001 • 9,025,608 bp, 7,575 ORFs • produkuje protiparazitární látky (avermectin) (hlísti a hmyz subsaharské Afriky) • • •Další projekty sekvenování genomu: • Streptomyces scabiei and Streptomyces ambofaciens. • • ‹#› 12 Protinádorová antibiotika – rakovina prsu, endometria, vaječníků, varlat, moč.měchýře, jater, žaludku, štítné žlázy a plic ‹#› 13 • • Bleomycin • - izolován 1966 • Streptomyces verticillus (Umezawa et al) • - protirakovinové účinky • - produkce volných radikálů zlom ds DNA • - maligní nádory kmenových buněk, • lymfomy, Kaposiho sarkom ‹#› 14 Antifungicidní látky Streptomyces spp. • Nystatin (from S. noursei) • Amfotericin B (from S. nodosus) • Natamycin (from S. natalensis) Antibiotika Streptomyces spp. • Erythromycin (from S. erythreus) • Neomycin (from S. fradiae) • Streptomycin (from S. griseus) • Tetracyklin (from S. rimosus) • Vankomycin (from S. orientalis) • Rifampicin (from S. mediterranei) • Chloramfenikol (from S. venezuelae) ‹#› 15 • ‹#› 16 Streptomyces scabies -křen, pastinák, řepa, mrkev, brambory Nezasahuje vnitřek hlíz ‹#› 17 • • • • • • • 1. Germinace spory 2. Spora produkuje jedno nebo více „mnohojaderných“ vláken 3. Prodlužování a větvení vláken vegetativního mycelia v a na mediu 5. Tvorba vzdušných hyf odpovědí na signály - vyčerpání živin 4. Penetrace do media, „pohyb“, kolonizace. Extracelulární hydrolytické enzymy 6. Sekundární metabolity Multigenom septován Řetízky spor, pigment ‹#› 18 sporofor u přehrádky vytváří dlouhé buňky u vlákno se svinuje na koncích una apikální části hyfy se začínají vytvářet sporulační přepážky dělící vlákno na krátké úseky – budoucí spory u kompletně vytvořená septa, nezralé spory, ztlušťování BS u maturace arthrospor – zakulacování, oddělování ‹#› 19 • ‹#› 20 • • ‹#› 21 • ‹#› 22 Spory streptomycet •Řetízky •Pigmentované •Oproti G+ bakteriím méně rezistentní vůči působení extrém.hodnot teploty (do 55°C) • a pH •Velmi odolné vůči vysychání •Slouží k šíření organismu v prostoru a k překonání nepříznivých životních podmínek • proti endosporám G+ ‹#› 23 • ‹#› 24 p473-010 Scanning electron microscopy of arthrospore chains. (A)Streptomyces torulosus (knoflíkovité) (B) S. bluensis (ostnaté) (C) S. antimycoticus (drsné) (D)"S. karnatakensis" (vláknité). (E) (Courtesy of A. Dietz.) ‹#› 25 Komplexní životní cyklus •Odpovědi na prostředí •Multinukleoid, segmentace •Přesná regulace diferenciace V.M. •Micro arrays – identifikace hydrofobních proteinů – chapliny = kostra pro vzdušné hyfy. Sekretovány z cytoplazmy a ukládány do buněčné stěny. 8 druhů • Chapliny – kovalentní vazba na PG, hydrofobní a odolná vrstva – studium cytoskeletu S. coelicolor • Studium – exprese a funkční specializace jednotl.druhů chaplinů, jejich polymerizace, interakce se složkami buněč.stěny a morfogeneze ‹#› 26 Rhodomicrobium vannielii •pučící bakterie •anaerobní fototrofi, aerobní chemotrofi •Střídání: • rostoucí a klidové formy • přisedlé a pohyblivé formy Obrázky násled. snímků převzaty z článku: Modelový MO studia diferenciace a morfogeneze ‹#› 27 Pojmy • • Morfogeneze – změny vnější morfologie a vnitřní architektury buňky Diferenciace – děje startující po „přepnutí“ buněného cyklu vedoucí k formování nového typu buňky. Diferencované buňky mohou revertovat (germinace spor) nebo mohou být trvalou součástí společenství (heterocysty sinic, buňky methanoxidujících bakterií). Vývoj mnohobuněčného komplexu – sloučení morfogeneze a diferenciace myxobakterií, sinic kdy jsou jednotlivé buňky specifickou funkční součástí ‹#› 28 • ‹#› 29 Substituce methanolu methylaminem indukuje tvorbu Y forem buňky. Přidání methanolu indukuje tvorbu vláken která se následně mění v pohyblivou buňku klasické velikosti. Opakování: Polymorfní vegetativní buňky Hyphomicrobium ‹#› 30 •Rhodomicrobium vannelii – typy buněk: •Ovoidní buňky 2-3 µm – 1 µm, spojené vlákny 2-30 µm, která se mohou větvit (myceliální stadium) – dostatek světla, nižší tlak CO2 •V časné exponenciální fázi – nestélkaté peritrichálně obrvené buňky, méně světla, vyšší tlak CO2 •Nepohyblivé hranaté exospory – vyčerpání živin ‹#› 31 Lag a časná exponenciální fáze růstu: Buňky spojené vlákny Syntéza vl.na obou pólech 40 – 50 min Při 10mM fosfátu: Délka vláken 2-3 µm 20-30 min pohyblivá peritricha 1,5x0,8 µm Na počátku stac. fáze: Produkce 4 hranatých exospor Délka vláken závislá na nutričních vlastnostech media: nedostatek fosfátu – délka vláken nad 30 µm a generační doba 18-20h ‹#› 32 • ‹#› 33 • ‹#› 34 • ‹#› 35 •Pupen se objevuje po 220-250min od iniciace b.cyklu •Vyspělá dceřinná buňka, fyziologicky separovaná, se odděluje binárním dělením od vlákna – pohyblivá buňka •nebo nebo syntetizuje zátku (řetězení vlákna buněk) •Unipolární větvení vláken – vždy z naposledy syntetizovaného vlákna. •Vždy zátka ve vláknu před Jeho větvením. •Nikdy nejsou produkovány více než 4 dceř.b. LIMIT POČTU DCEŘ.BUNĚK ‹#› 36 • ‹#› 37 • ‹#› 38 Vzdálenost zátky od dceřinné buňky, která ji produkuje, je fixní. Vzdálenost zátky od mateřské buňky závisí na rychlost Růstu, tedy kultivaci Měřítko 2,5 µm ‹#› 39 • ‹#› 40 Buňka buďto produkuje 4 exospory (reprodukční fce) nebo vegetativní buňku. Spory – jiná morfologie, vnitřní struktura a rezistence, obklopeny vláknitou kapsulou. Každá mateřská buňka je při formování exospor oddělena od těchto struktur vláknem. Exospory vznikají jedna po druhé. ‹#› 41 •Každá mateřská buňka je při formování exospor oddělena od těchto struktur vláknem. •Exospory vznikají jedna po druhé. Vláknitá kapsula spory 2 um ‹#› 42 • ‹#› 43 S…hladká kolonie buněk jednoduchého cyklu. R…drsná kolonie s vlákny Jednoduchý Cyklus: Stélkatá mateř.b. Nestélkatá dceřinná ‹#› 44 • ‹#› 45 myxobakterie Sinice (heterocysty, akinety) ‹#› 46 •http://www.jic.ac.uk/SCIENCE/molmicro/Strepmanual/Manual.htm •http://openwetware.org/wiki/Streptomyces:Other_Bits/An_Introduction_to_Streptomyces •http://microbiologybytes.wordpress.com/category/parasitology/ •http://www.biomedcentral.com/1471-2180/5/51 •http://biology.kenyon.edu/courses/biol114/Chap11/Chapter_11A.html • • • • ‹#› 47 •http://www.science.mcmaster.ca/biology/faculty/elliotm/elliotm_research.htm •http://www.natur.cuni.cz/~zdenap/linksMS.html •http://www.microbelibrary.org/ASMOnly/details.asp?id=1988&Lang •http://www.nature.com/nature/journal/v417/n6885/full/417141a.html •http://the-half-decent-pharmaceutical-chemistry-blog.chemblogs.org/archives/2007/01/21/sunday-s-fa mily-reunion-the-antitumor-antibiotics •http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=414022&blobtype=pdf