Růstové cykly prokaryot •jednoduché – střídají se 2 stádia –rostoucí a klidové - sporulace –přisedlé a volné – Sphaerotillus, Caulobacter –infekční a reprodukční – •komplexní s více než 2 vývojovými stádii –Myxobakterie, aktinomycety, streptomycety, Rhodomicrobium – •růstové cykly vedoucí ke vzniku diferencovaných populací • (pravá diferenciace) –sinice – Anabaena, Dermocarpa 1 2 Komplexní růstové cykly Myxobakterie, streptomycety Rhodomicrobium vannielii Chondromyces crocatus 3 Streptomycety •Saprofyti, zřídka patogeni • člověka nebo fytopatogeni •Produkce biol. aktivních látek •70 % produkce ATB • •Základem rodové identifikace je chemotaxonomnie •Všichni v b.s. kyselinu L-DAP a glycin • 4 Spory Trvalá vlákna zřídka fragmentace Pigmentovaná mycelia Streptomyces – Gramovo barvení 5 •Růst na pevném i v tekutém mediu •Světelná mikroskopie – 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) 6 •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 7 Streptomyces Streptoverticillium Sporichthya Velmi krátké řídké V.M. S.M. netvoří 8 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 9 •autolýza 10 •S. coelicolor A3(2) – modelový mikroorganismus genetických, fyziologických a biochemických studií •8 667 507 bp •Nejvyšší počet genů v 1 bakterii (7 825) –2x Bentley a kol. (2002), Nature 417, 141-147 sekvenován v červnu 2001 11 •S. coelicolor A3(2) • •Mnoho regulačních genů •Unikum – v genomu • duplikovány sady genů •Unikátní telomera •Vlásenky z repetic chrání chromozom (Goshi et al.) •Nejblíže M. tuberculosis • a C. diphtheriae • • Streptomyces coelicolor pigment – ATB aktinorhodin Vzdušné hyfy a spory 12 •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 a Streptomyces ambofaciens. • • 13 Protinádorová antibiotika 14 • • Bleomycin • - izolován 1966 • Streptomyces verticillus (Umezawa et al) • - protirakovinové účinky • 15 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) •Komplexní životní cyklus streptomycet • •substrátové mycelium – vegetativní •vzdušné mycelium – „sporotvorné“ •spory – arthrospory • •autolýza – postihuje významnou část populace v průběhu vývojového cyklu • 17 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 18 • • • • • • • 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 19 • • Životní cyklus •spora – klíčí, vyrůstá vláknitá buňka •substrátové mycelium – větvená vlákna vyrůstající radiálně kolem původní buňky •vzdušné mycelium – vyrůstá vertikálně na substrátovém myceliu •sporulace •přehrádky vytváří dlouhé buňky •vlákno se svinuje na koncích •na apikální části hyfy se začínají vytvářet sporulační přepážky dělící vlákno na krátké úseky – budoucí spory •kompletně vytvořená septa, nezralé spory, ztlušťování BS •maturace arthrospor – zakulacování, oddělování • •zralá spora – klidové stadium – rezistentní k vysychání a ke zvýšené teplotě (55 °C) •slouží k šíření organismu v prostoru •k překonání nepříznivých životních podmínek •Substrátové mycelium •zpravidla nefragmentované, ale v některých případech nese řetízky spor •stárnutí kolonie – hyfy nesou vzdušné mycelium •vlákna obsahují přepážky (nejsou cenocytická) •z úlomků vláken mohou vyrůstat nové buňky •Vzdušné mycelium •pestrá morfologie, řada znaků má taxonomický význam •délka hyf – krátké („zaprášené“ kolonie - dusty), dlouhé („chmýřité“ kolonie – cottony) •větvení – sympodiální (keříčky, stromečky), monopodiální (vedlejší větve) 22 Streptomyces scabies -křen, pastinák, řepa, mrkev, brambory Nezasahuje vnitřek hlíz 23 sporofor 24 Spory streptomycet •Řetízky •Pigmentované •Oproti G+ bakteriím méně rezistentní •Velmi odolné vůči vysychání •Slouží k šíření organismu v prostoru a k překonání nepříznivých životních podmínek • 25 • 26 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.) 27 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 28 Pojmy • • Morfogeneze – změny vnější morfologie a vnitřní architektury buňky Diferenciace – děje startující po „přepnutí“ buněčného 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 29 • 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 •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 34 •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 • • • • 35 •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