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 – kvasinky • Kvasinky jsou eukaryotické organismy patřící mezi vláknité houby. ○ Správně ○ Špatně • Kvasinky jsou výhradně aerobní organismy. ○ Správně ○ Špatně • Mitochondrie jsou organely, které zajišťují syntézu buněčných proteinů. ○ Správně ○ Špatně • Endoplasmatické retikulum kvasinek zajišťuje úpravu proteinů a jejich transport na místo určení. ○ Správně ○ Špatně • Buněčný cyklus u kvasinek je tvořen čtyřmi fázemi. ○ Správně ○ Špatně Opakování – kvasinky • Fermentace kvasinek vede k produkci kyseliny propionové a oxidu uhličitého. ○ Správně ○ Špatně • Kvasinky se rozmnožují nepohlavně tvorbou askospor. ○ Správně ○ Špatně • Pivovarské a vinařské kvasinky patří do rodu Pichia. ○ Správně ○ Špatně • Suroviny k výrobě piva jsou kvasinky a ovocná šťáva. ○ Správně ○ Špatně • Kvasinky rodu Saccharomyces jsou častými původci onemocnění kůže. ○ 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 Mikroskopické vláknité houby • Často označovány jako plísně • Vícebuněčné mikroorganismy • Eukaryotická buňka • Heterotrofní výživa • Značně heterogenní skupina Mikroskopické vláknité houby – stavba buňky Septum Zásobní lipidy Vakuoly Endoplasmatické retikulum Ribosomy Mitochondrie Cytoplasmatická membrána Váčky Buněčná stěna hyfyProteinový krystal Jádro Golgiho aparát Mikroskopické vláknité houby – stavba buňky • Eukaryotická buňka - Velikost – 1 µm – několik mm - Pravé jádro s membránou a chromosomy - Zmnožení membrán a kompartmentace - Všechny organely eukaryotické buňky s výjimkou plastidů – jádro, endoplasmatické retikulum, Golgiho aparát, mitochondrie, vakuoly, buněčná stěna - Zásobní látky – sacharidy – mannany, galaktany, glukany; lipidy Mikroskopické vláknité houby – stavba buňky • Buněčná stěna - dvouvrstevná - Vnitřní vrstva – vlákna z chitinu a celulosy, prostor mezi nimi vyplněn amorfní hmotou – glykoproteiny – mannany, glukany - Na povrchu – proteinová vrstva, případně lipidy, vosky - Nejsložitější buněčná stěna – u spor Cytoplasmatická membrána Proteiny Mannoproteiny Chitin β(1,3) glukan β(1,6) glukan Chitin Mikroskopické vláknité houby – stavba buňky • Cytoplasmatická membrána - Fosfolipidová dvojvrstva s proteiny - Semipermeabilní, transport látek a osmoregulace - Syntézy některých komponent buněčné stěny • Cytoplasma - Roztok sacharidů, iontů, proteinů a dalších látek - Hlavní zásobní látky – lipidy, ukládání v cytoplasmě a ve vakuole - Cytoskelet – dynamická struktura, kontrola rozložení organel, dělení a přenos informací z vnějšku do nitra buňky - Složky cytoskeletu – mikrotubuly, střední filamenta, mikrofilamenta Mikroskopické vláknité houby – stavba buňky • Vakuoly - Degradační funkce - Uložení živin i toxických látek, udržování pH a iontové rovnováhy v buňce • Lysozomy - Rozklad přijímaných látek z potravy - Rozklad nefunkčních či poškozených organel • Mitochondrie - Dvoumembránové semiautonomní struktury - V oblastech nejvyšší metabolické aktivity - Lokalizace enzymů – vnitřní membrána – enzymy dýchacího řetězce, záhyby vnitřní membrány – ATPasa, matrix – enzymy Krebsova cyklu • Peroxisomy - Odbourávání mastných kyselin a jiných látek Mikroskopické vláknité houby – stavba buňky • Ribosomy - Tvorba proteinů - V cytoplasmě, v mitochondriích a na membránách endoplasmatického retikula - Tvorba ribosomů – v jadérku podjednotky, v cytoplasmě sestavování • Endoplasmatické retikulum - Membránový systém, propojení jaderné membrány, cytoplasmatické membrány a diktyosomů • Golgiho aparát - Soubor diktyosomů v buňce - Na endoplasmatickém retikulu – tvorba proteinů, odškrcujícími se měchýřky – transport na potřebná místa v buňce Mikroskopické vláknité houby – stavba buňky • Jádro - Relativně malé, umístění ve středu buňky - Přítomno jadérko, jádro ohraničeno dvojitou jadernou membránou s póry - U hub běžná i mnohojadernost - Organizace chromosomů – DNA navinuta na nukleosomy, tvorba chromatinového vlákna Nukleosom Dvoušroubovice DNA Histony Chromatida Chromatida Chromatin Centromera Mikroskopické vláknité houby – buněčný cyklus • G1 fáze – růst buňky, tvorba organel, syntéza RNA a bílkovin • S fáze – replikace DNA • G2 fáze – tvorba proteinů cytoskeletu, hromadění energie • M fáze (mitóza) – jaderné a buněčné dělení Začátek buněčného cyklu Růst buňky Buněčné dělení (mitóza) Příprava buňky na dělení Rozhodnutí, zda bude buňka v cyklu pokračovat Replikace DNA Mikroskopické vláknité houby – stavba stélky • Stélka = tělo houby - Tvořena z hyf = houbových vláken - Vegetativní hyfy – příjem živin, vzdušné hyfy – reprodukční funkce - Intercelulární hyfy – růst v mezibuněčných prostorách hostitele - Intracelulární hyfy – růst z jedné buňky do druhé v těle hostitele - Extracelulární hyfy – růst na povrchu hostitele Intracelulární hyfa Intercelulární hyfa Kořen rostliny Vzdušné hyfy Vegetativní hyfy Mikroskopické vláknité houby – stavba stélky • Septum = přehrádka - U vyšších hub - Ohraničení rozmnožovacího orgánu, uzavření poškozené hyfy, oddělení hyf od intenzivně rostoucího mladého mycelia - Tvorba díky vnitřní vrstvě buněčné stěny - Septa celistvá – u nejjednodušších zástupců - Septa s póry – u většiny zástupců Buněčná stěna Hyfa se septy Cenocytická hyfa Jádro Septum Buněčná stěna Jádra Pór Mikroskopické vláknité houby – stavba stélky • Mycelium = soubor hyf - Mnohojaderný nepohyblivý vegetativní útvar - Klíčením spory – tvorba hyfy, růst hyfy pouze na vrcholu, větvení – vznik mycelia - Obvykle zbarvené Růst hyfy ze spory Spora Mikroskopické vláknité houby – výživa • Heterotrofní organismy - Příjem živin pomocí enzymů a organických kyselin produkovaných hyfami - Postupné využití živin: rozpustné cukry a aminokyseliny → škrob → celulosa a pektiny → lignin a tuky - Příjem živin – difúzí do buněk hyf - Růst v aerobních podmínkách, pH optimum ~ 5 - Saprofyté – výživa z neživého nebo odumřelého organického materiálu - Parazité – živiny přímo z těl živých organismů – z rostlin, živočichů i člověka Spory Spory Nepohlavní rozmnožování Pohlavní rozmnožování Zygota Haploid (n) Heterokaryotická fáze (nezfúzovaná jádra) Diploid (2n) Útvary produkující spory Mycelium Heterokaryotická fáze Klíčení Klíčení Plasmogamie Karyogamie Meióza Mikroskopické vláknité houby – rozmnožování • Tvorba výtrusů = spor Mikroskopické vláknité houby – nepohlavní rozmnožování • Tvorba nepohlavních spor nebo rozpad hyf • Konidiospory – nejsou uzavřeny v reprodukčním útvaru - Chlamydospory – silný obal kolem buněk - Artrospory – rozpadem vláken - Blastospory – pučením - Konidie – v řetízku na konci konidioforu • Sporangiospory – uzavřeny uvnitř sporangia - Sporangia vznikají na konci sporangioforu Mikroskopické vláknité houby – nepohlavní rozmnožování Fragmentace hyfy Artrospory Chlamydospora uvnitř hyfy Terminální chlamydospora Konidie Konidiofor Blastospory Vegetativní mateřská buňka Sporangiospory Sporangium Sporangiofor Mikroskopické vláknité houby – pohlavní rozmnožování • Vznik pohlavních spor ve 3 fázích - Plasmogamie – vstup haploidního jádra donorové buňky do cytoplasmy recipientní buňky - Karyogamie – fúze jader, vznik diploidního zygoty - Meiosa – tvorba haploidních spor Životní cyklus – Mucor, Rhizopus Pohlavní rozmnožování Nepohlavní rozmnožování Uvolnění spor ze sporangia Tvorba hyfy klíčením spory Růst vegeta- tivního mycelia Tvorba sporangia na vzdušné hyfě Sporangium Sporangiofor Sporangiospory Zygosporangium obsahující zygosporu Tvorba gametangií Tvorba zygospory Plasmogamie Karyogamie a meioza Uvolnění spor ze sporangia Tvorba hyfy klíčením spory Tvorba sporangia ze zygoty Životní cyklus – Penicillium, Aspergillus Nepohlavní rozmnožování Askospora Tvorba hyf klíčením askospor Uvolnění askospor otevřením aska Meioza, pak mitoza Karyogamie Plasmogamie Tvorba vegetativního mycelia Tvorba hyfy klíčením konidie Uvolnění konidií Tvorba konidioforu Konidiofor Konidie Konidie Konidiofor - známo jen u některých druhů Pohlavní rozmnožování Mikroskopické vláknité houby – nevýznamnější zástupci • Rhizopus - Kosmopolitní výskyt, v potravinách a krmivech - Příležitostně izolován z klinického materiálu • Mucor - Celosvětový výskyt, v půdě, na trusu býložravců, obilninách Sporangium Sporangiospory Sporangiofor Stolon Rhizoidy Rhizopus Mucor Sporangiospory Sporangium Sporangiofor Mikroskopické vláknité houby – nevýznamnější zástupci • Alternaria - Kosmopolitní výskyt, na substrátech rostlinného původu a v půdě • Aspergillus - Celosvětový výskyt, na potravinách, izolován i z klinického materiálu - Aspergillus niger – produkce kyseliny citronové - Aspergillus flavus – produkce mykotoxinů Alternaria Konidie Konidiofor Konidie Metuly Měchýřek Konidiofor Aspergillus Fialidy Mikroskopické vláknité houby – nevýznamnější zástupci • Penicillium - Celosvětový výskyt, hojný na potravinách a krmivech - Penicillium chrysogenum – produkce penicilinu - Penicillium camemberti, Penicillium roqueforti – výroba sýrů • Fusarium - Celosvětový výskyt, v půdě a na obilí - Hniloby u obilnin, brambor a cukrové řepy Fialida KonidieKonidie Fialida Metula Větev Stopka Penicillium Fusarium Mikroskopické vláknité houby – nevýznamnější zástupci • Morfologie kolonií Rhizopus stolonifer Mucor plumbeus Alternaria alternata Aspergillus niger Penicillium chrysogenum Fusarium culmorum Mikroskopické vláknité houby – význam • Produkce antibiotik - Penicillium – penicilin, griseofulvin - Cephalosporium – cefalosporin • Produkce cytostatik - Penicillium • Produkce kyseliny citronové - Aspergillus niger – konzervace potravin, dochucovací prostředek • Produkce enzymů - Aspergillus oryzae – proteasy, pektinasy, laktasy, celulasy, amylasy… - Aspergillus niger – amylasa pro produkci glukosového sirupu • Odpadové hospodářství a bioremediace - Trichoderma, Fusarium, Penicillium – rozklad celulosy Mikroskopické vláknité houby – význam • Původci onemocnění = mykóz - Kožní mykózy – Trichophyton, Epidermophyton - Systémové mykózy – Aspergillus • Kažení potravin a krmiv - Penicillium, Aspergillus – plesnivění potravin - Rhizopus – chlebová plíseň - Fusarium – hniloba brambor - Botrytis – hniloba ovoce a zeleniny Mikroskopické vláknité houby – význam • Produkce mykotoxinů - Aspergillus, Fusarium, Penicillium - Určitý mykotoxin může být produkován více rody vláknitých hub - Určitý druh vláknitých hub může produkovat dva i více mykotoxinů - Produkce myceliem a uvolňování do substrátu nebo ve sporách - Sekundární metabolity, způsobují onemocnění a otravy - Aflatoxiny – prokázané karcinogeny u člověka - Námelové alkaloidy - Ochratoxiny - Zearalenony Shrnutí Charakteristika mikroskopických vláknitých hub Organismy Mnohobuněčné Typ buňky Eukaryotická Vlastnosti buňky Buněčná stěna z chitinu Buňka může mít i více jader Přítomno pravé jádro, endoplasmatické retikulum, Golgiho aparát, mitochondrie Výživa Heterotrofní Rozmnožování Pohlavní i nepohlavní Nejvýznamnější zástupci Rhizopus, Mucor, Alternaria, Aspergillus, Penicillium, Fusarium Reference • Anastasi A., Tigini V., Vares G.C.: The bioremediation potential of different ecophysiological groups of fungi. In: Fungi as bioremediators, Goltapeh E.M. et al. (eds.), Soil Biology 32, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013. • Casselton L., Zolan M. (2002): The art and design of genetic screens: Filamentous fungi. Nature Reviews Genetics 3: 683-697. • http://classes.midlandstech.com/carterp/courses/bio225/chap12/lecture1.htm • http://highered.mcgraw-hill.com/ • http://www.sci.muni.cz/botany/mycology/mykolog.htm • Hymery N., Vasseur V., Coton M., Mounier J., Jany J.-L., Barbier G., Coton E. (2014): Filamentous fungi and mycotoxins in cheese: A review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 13: 437-456. • Richard J.L. (2007): Some major mycotoxins and their mycotoxicoses – An overview. International Journal of Food Microbiology 119: 3-10. Reference • Rosypal S., Nový přehled biologie, Scientia, Praha, 2003. • Šilhánková L., Mikrobiologie pro potravináře a biotechnology, Academia, Praha, 2008. • Willey J., Sherwood L., Woolverton C., Prescott´s principles of microbiology, McGraw-Hill, New York, 2009. Animation • http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp31/31020.html