Bi9040 - Biologie kvasinek
hustopece_kvasinka_vinna2
doc. Jan Paleček, prof. Augustin Svoboda, prof. Marie Kopecká

Přednášky – časy, na IS
Cvičení – blokově (2 skupiny po 10-12)
3 termíny zkoušení (3 skupiny po 6-ti)
•Přednáška cca 15minut + 5 minut diskuse
•Dobrý úvod k tématu, výsledky a závěry (použitá literatura)
•Odborné články (z mezinárodních časopisů tj. anglické) zabývající se výzkumem kvasinek a jejich
aplikací, ne starší než 5let
•Tématicky blízké diplomové práci (nikoli referát o diplomce!)
•Diskuse – vysvětlení detailů, otázky z přednášek

20.9.2012
9-10.50hod
Doc. Paleček
Úvod –historie, význam
27.9.2012
9-10.50hod
Doc. Paleček
Metody kultivace, detekce, způsoby analýzy
4.10.2012
9-10.50hod
Doc. Paleček
Genetické a molekulárně biologické metody
11.10.2012
9-10.50hod
Doc. Paleček
Morfologie a buněčný cyklus, párovací proces,
18.10.2012
9-10.50hod
Doc. Paleček
Regulace transkripce, lokalizovaná exprese , hybridní systémy
25.10.2012
9-10.50hod
Doc. Paleček
Organizace chromatinu a oprava DNA
1.11.2012
9-10.50hod
prof. Svoboda
Sekreční dráhy a endocytóza
8.11.2012
9-10.50hod
prof. Svoboda
Protoplasty kvasinek jako modelový objekt
15.11.2012
9-10.50hod
prof. Svoboda
Patogenní kvasinky, morfologická charakteristika, medicínské aspekty
22.11.2012
8-12hod A7
prof. Svoboda+Doc.Paleček - Cvičení k přednášce
29.11.2012
8-12hod A7
prof. Svoboda+Doc.Paleček - Cvičení k přednášce
6.12.2012
10-11.50hod A7
prof. Kopecká
O podstatě buněčných stěn kvasinek
13.12.2012
8-12hod
Doc. Paleček
Zkouška
Doladit program, otázky?

Osnova přednášek
•Význam - výzkum, využití … výskyt
•Mikrobiologie - základní charakteristiky
•Metodologie – identifikace
•Genetika
•Buněčná biologie – sekrece, buněčná stěna
•Molekulární biologie – buněčný cyklus, chromosomy
•Klinické aspekty – patogenní kmeny
•

Kvasinkáři
•Brno – prof. Svoboda, Dr. Krejčí, Doc. Vaňáčová …
•Praha – Doc. Pálková, Dr. Hašek, Dr. Valášek …
•Bratislava – prof. Tomáška, prof. Nosek, Dr. Chovanec …
•Videň – Biocentrum …
•UK – Sussex university … prof. Nurse
•USA – prof. Botstein, Dr. Forsburg …

Informační zdroje
Janderová & Bendová: Úvod do biologie kvasinek, nakladatelství Karolinum (1999)
… nejnovější články z časopisů Cell, Nature, Science, PNAS … vždy uvedeny na slide
F. Sherman, Getting started with yeast, Methods Enzymol. 350, 3-41 (2002):
http://dbb.urmc.rochester.edu/labs/sherman_f/StartedYeast.html
SGD databáze: http://www.yeastgenome.org/
http://wiki.yeastgenome.org/index.php/Commonly_used_strains

Laboratoř S. Forsburg
•


- savci pili alkoholický nektar miliony let (PNAS, 2008)
- Tana pestroocasá pije fermentovaný nektar z květu Bertramovy palmy
- dlouhodobá konzumace fermentovaných šťáv vedla k evoluční adaptaci tohoto savce – zvýšená exprese
alkoholdehydrogenásy
- autoři spekulují o vlivu takovýchto přírodních alkoholických nápojů na evoluci … nastavení
hladiny ADH u člověka ;-)
-
- kvasinky Saccharomyces cerevisiae aj. rostou na substrátech bohatých na cukr
- kvasinky fermentují sladký nektar z Bertramovy palmy
A
B
C

… trochu historie
- přirozeně v prostředí mohou fermentovat sladké šťávy (např. nektar …)
- lidé vyráběli nápoje podobné dnešnímu pivu a vínu již před ~9000 lety
(chleba před ~4000 lety)
- poprvé kvasinky pozoroval A. van Leeuwenhoek v roce 1680
- název Zuckerpilz („cukerná houba“) tj. Saccharomyces od roku 1837 (T. Schwann)
- L. Pasteur prokázal aktivní účast při kvašení (publikoval 1866, 1876)
- první čisté kultury S. cerevisiae izolovány z piva (E.Ch.Hansen) a z vína (Muller-Thorgau) v
80.letech 19. století (cerevisiae = pivo v latině, pombe = pivo ve swahili) ... M. Rees popsal a
pojmenoval S. ellipsoideus (fermentuje ovocné šťávy)
-
-první systém pro klasifikaci (patogenních) kvasinek, založený na morfologii buněk a několika
fyziologických testech (fermentace monosacharidů…) vytvořil A. Guilliermond v roce 1912
- v Československu prof. Kratochvilová …
-
- nejintenzivněji studovaná eukaryotní buňka (buněčný cyklus …)
- S. cerevisiae první kompletně osekvenovaný eukaryontní genom (1996)
(S. pombe, 2002; v současnosti osekvenovaných >35 druhů kvasinek)
Nobelova cena za výzkum buněčného cyklu (2001 – Nurse, Hartwell, Hunt)
Science 272 (1996), p.481 + Nature 458, (2009), p337
Soubor:Ptilocercus lowii.jpg

Přirozený výskyt
- ve vodě (dle čistoty – moře 10/l, jezera 100/l, odpadní až 108/l; v arktických vodách
Leucosporidium, v odpadních vodách Candida parapsilosis, S. exiguus, fekální znečištění indikuje
Hansenula anomala, C. albicans, v olejem znečištěných vodách Candida (Yarrowia) lipolytica, C.
tropicalis, v planktonu v závislosti na řasách např. Rhodotorula
- v půdě (mnohem méně než bakterií, do 15cm hloubky – Schwanniomyces, Lipomyces, Cryptococcus,
schopny hydrolyticky štěpit cellobiosu, lignin nebo produkty bakteriálního metabolismu)
Conell et al., Microb Ecol 56 (2008)
- naproti tomu v Antarktidě jsou dominantní (méně bakterii)
- výzkum v letech 2003-4:
Izolovány 2x asco- a 16x basidiomyceta (7x nové druhy)

•
*
*
*
*
*
*
*

Přirozený výskyt
- na kazících se plodech (na spadlých plodech … schopny hydrolyticky štěpit cellobiosu, lignin nebo
produkty bakteriálního metabolismu - zahnívající kaktusy => pektolytické bakterie => kvasinky
Pichia cactophila, P. opuntiae => přenos a výživa drosofila)
- na listech rostlin, květech (nektar palmy Bertramové … červené kvasinky rodu Rhodotorula,
Rhodosporidium, Sporobolomyces, černá Aureobasidium pullulans,)
- přenášeny hmyzem (v zažívacím traktu mušek Drosophila z potravy, izolována Metschnikowia
orientalis nalezena v květech a přenášena čmeláky na Cookových ostrovech, Int J Syst and Evol
Microbiology, 2006)
-
img_levedura

Kvasinky a savci
- Tana pestroocasá pije fermentovaný nektar z květu Bertramovy palmy …
i člověku se dostávají kvasinky do trávícího traktu např. při konzumaci burčáku ;-))
- kvasinky tvoří jen malou část stálé mikroflóry ve střevě - méně než 0,1 % mikroflóry
•Kvasinky nalezeny ve střevě mouchy Drosophila
•Askus chrání spory během průchodu trávicím traktem, ale zároveň dochází k částečnému natrávení
enzymy, čímž se usnadňuje kontakt mezi nepříbuznými gametami
•Bylo zjištěno, že průchod trávicím traktem 10x zvyšuje frekvenci sexuálního rozmnožování s
nepříbuznými gametami
•Hypotéza, že hmyz slouží jako vektor umožňující kvasinkám osidlovat nová prostředí, přičemž
zvýšená rekombinace zvyšuje šance na přežití a adaptaci na ně
-nejčastěji je z gastrointestinálního traktu izolována C. albicans (C. dubliensis)
- kůže, ústní dutina, sputum, vaginální sekrety, výtěry zvukovodů, moč, stolice ...
-

-15 druhů je potenciálními lidskými patogeny (vyvolávají onemocnění u oslabeného organismu –
imunosupresiva, cukrovka … významným faktorem virulence je schopnost tvorby biofilmu - antibiotika
na eukaryota nezabírají) – více prof. Svoboda
-
-Kandidózy (C. albicans, dubliniensis, krusei, tropicalis, parapsilosis, glabrata, utilis,
lipolytica)
-Candida albicans – urogenitální a krevní infekce (vyskytuje se u člověka přirozeně)
-Cryptococcus neoformans – 8% AIDS pacientů – plícní onemocnění až do mozku - (přenáší švábi a
holubi – kreatinin z trusu používají jako zdroj dusíku)
-Malassezia – poruchy pigmentace kůže a lupy tzv. pityriázy (M. furfur, globosa, japonica, obtusa,
restricta, yamatoensis, dermatis, slooffiae, sympodialis,.nana, pachydermatis)
-3 druhy Trichosporon (kúže)
hongo_Malassezia_furfur
Malassezia furfur
tinea_01
pityriasis versicolor
Tinea_Versicolor
Prof. A. Svoboda
Patogenní kvasinky

19177.jpg
Murzyn et al., 2010, FEMS Microbiol Lett.
- Saccharomyces boulardii – izolován z čínské švestičky Lyči (1920, Henri Boulard) - používán jako
probiotikum při střevních potížích (Enterol, Salutil) - ochrana proti patogenům (Salmonella
typhimurium, C. albicans) – modulují imunitní systém, inhibují účinky bakteriálních toxinů a růst
hyf …
-  exprese proteinů - příprava „hepatitis B core“ antigenu, anti-thrombin proti srážení krve
(Pichia pastoris)
-
-Pangamin – kvasinkové lyzáty – vitaminy, nenasycené mastné kyseliny, minerály …
-
- ImmiFlex – obsahuje beta 1-3,1-6 glukany z buněčných stěn kvasinek S.c. – aktivují imunitní
systém (neutrofily) a zvyšují tak obranyschopnost organismu
-
Význam pro zdraví člověka
default.jpeg

Průmyslový význam

- výroba piva, vína, etanolu a pekařského droždí (S.c.), různé kmeny pro spodní (S. bayanus) a
svrchní kvašení, vinařské a lihovarské (hybridní kmeny např. S.c. + S.kudriavzevii)
- krmná biomasa (Candida utilis), příprava mléčných výrobků (Candida kefyr, Klyuveromyces lactis),
získávání ergosterolu (prekurzor vitaminu D), zdroj komplexu vitamínů skupiny B …
- štěpení škrobu amylolytickými enzymy (Saccharmycopsis fibuligera, Schwanniomyces occidentalis)
- štěpení dřevní hmoty – štěpí xylozu přímo na etanol za aerobních podmínek(Aureobasidium, Candida
utilis, Pachysolen tannophilus, Candida shehatae a Pichia stipitis)
- odbourávání ropných produktů (Yarrowia lipolytica),
- sorpce těžkých kovů (odstranění znečištění)
-
-
-
-
-
-
- exprese proteinů - příprava hepatitis B core antigenu, anti-thrombin proti srážení krve (Pichia
pastoris)
-
- GMO např. příprava bioplastů (Lu et al. JACS, 2010)
pivo

Příprava monomerů pro výrobu plastů – využití Candida tropicalis
Lu et al., JACS (2010)
•Candida tropicalis je schopna využít mastné kyseliny jako zdroj uhlíku (acetyl-CoA)
•mutantní kmen (DPOX4, DPOX5) není schopen b-oxidace a přeměňuje je oxidací na di-karboxylové
kyseliny (Picataggio et al, Biotechnology, 1992)
•další mutagenezí (pomocí flp rekombinasy – viz genetika) odstranili geny dalších oxidás (4 alkohol
oxidásy) a dehydrogenás (6 alkohol dehydrogenás) aby eliminovali w-oxidaci
•nový kmen je schopen produkovat
•w-hydroxymastné kyseliny, které
•lze použít pro výrobu bio-polymerů
•(plastů podobných polyetylenům,
•bio-odbouratelné na bio-palivo)
•další modifikace kmene
•(integrace genů pro lipásy)
•by umožnilo přímé odbourávání
•odpadních olejů …