Mikrobiologie a molekulární biotechnologie budova Co je důležité, je očím neviditelné S. Exupery Mikrobiologie http://www.ukb.muni.cz/files/orientace/info.jpg A25 Palác mikrobů Mikrobi a člověk jsou dvě extrémní formy jedné živé hmoty. Život na této planetě se obejde bez lidí, nikoliv však bez mikrobů (Adolf Branald) Mikrobiologie http://tech.ihned.cz/attachment.php/830/18525830/8WnbvT3QwF4kytJdPO2iU0rAhNKjlC7I/Ecoli__350x210_.j pg E. coli http://i.dailymail.co.uk/i/pix/2013/07/22/article-2373674-014EF5ED000004B0-339_634x391.jpg http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/files/79/22695.jpg http://cdn1.spiegel.de/images/image-222490-thumbflex-iubx.jpg https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d9/Insulin.jpg/150px-Insulin.jpg http://www.farmastonava.cz/bioplynova-stanice/fotogalerie/17/p1010676.jpg http://textbookofbacteriology.net/SoldierTetanus.gif http://st.depositphotos.com/1009487/2105/i/950/depositphotos_21052575-Funny-bacteria-toon.jpg Clostridium Bakterie http://www.bakterie.eu/escherichia-coli/escherichia-coli.jpg http://thumbs.dreamstime.com/z/%C5%9Bmieszne-bakterie-toon-28989653.jpg http://www.vtnews.vt.edu/articles/2008/11/images/M_08680gatenholm-jpg.jpg https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ae/Essig-1.jpg http://www.toplekar.cz/public/a9/52/d4/5484_23417_jogurt_stock.jpg http://www.wikiskripta.eu/images/thumb/e/e4/Streptococcus_pyogenes.jpg/225px-Streptococcus_pyogenes .jpg http://img.ulekarecdn.cz/dbpic/bacteria-f590_290.jpg http://nemoci.wbs.cz/chripky_a_anginy/p1050039.jpg Acetobacter Streptococcus Bakterie http://cdn.vitaminsestore.com/wp-content/uploads/2012/05/acidophilus-lactobacillus-sources.jpg http://www.fitzona.cz/pics/finclub/probiotika-finclub-probi8caps-70-kapsli-probiotika-pro-deti.jpeg Lactobacillus Bakterie https://www.jic.ac.uk/science/molmicro/Rhizo1.gif Rhizobium http://in.all.biz/img/in/catalog/119857.png http://3.imimg.com/data3/YN/TQ/MY-18861196/azotobacter-biofertilizer-250x250.jpg Azotobacter Rhizobium https://nurlaelahjamil.files.wordpress.com/2013/12/st012_781.jpg Clostridium pasteuriuanum http://rlv.zcache.se/bakterie_bildekal-rd97e3ad791f7468cb742dd6714b7a435_v9waf_8byvr_324.jpg Fixace molekulového dusíku * jsou to nejstarší fotosyntetizující organismy 3.5 miliardy let (prekambrium) * patrně hrály rozhodující úlohu ve vytváření kyslíkaté atmosféry na Zemi * vzhledem ke své jednoduché stavbě mají obrovskou schopnost přežívat nepříznivé podmínky * proto se vyskytují v téměř všech biotopech na Zemi, včetně extrémních stanovišť (horké prameny, pouště, polární oblasti atd.) 526 Cyanobakterie (sinice) strombig hampl Sinice – tvorba stromatolitů StromatolyteThinSection Řez stromatolitem Stromatolity v Hamelin Pond, Shark Bay, Australie Microcystis viridis Microcystis bloom Microcystis viridis Hepatoxin - mikrocystin Spirulina sp http://i.wpimg.pl/300-200/CFT/kuchnia/1/jpeg_32619_spirulina800.jpeg.jpg Dihe OscillatoriaHand Oscilatoria (drkalka) Kmen Archaea (metanogenní archaea) Methanobrevibacter Smithii Inumofluorescence Methanobrevibacterium smithi - tlusté střevo člověka M.ruminatium - bachor přežvýkavců, termiti, rýžová pole http://www.oekobit-biogas.com/uploads/pics/2001_03.jpg Extrémně halofilní archaea Halobact Halobacterium salinarum. Halobacterium salinum Halobacterium_2 Mají silné proteolytické vlastnosti. Nacházejí se v solných jezerech, podzemních solných ložiscích, případně i v solených potravinách. Halobacterium ve slané laguně (Mexico) (3,0-5,2M NaCl, 20-55oC) http://cs.swewe.net/upimage/4f/e4/4fe40c6b149c42cab091c721bc3ac5da.jpg http://www.potravinovezahrady.cz/wp-content/uploads/2012/05/Kompost-hork%C3%A9-kompostov%C3%A1n%C3% AD.jpg http://images.wisegeek.com/volcanic-lake.jpg Extrémně termofilní archaea Thermoplasma acidophilum (termorezistentní, acidorezistentní) Kvasinky http://img.mf.cz/935/176/4-3556485764_53c3ddde9d_b.jpg vino-anglie vanocka Saccharomyces cerevisiae Bread yeast - Saccharomyces cerevisiae http://www.getnatural.co.uk/wp-content/uploads/2013/01/allergy-research-saccharomyces-boulardii.jpg Saccharomyces boulardii http://40.media.tumblr.com/bf2f7b61a234d411a2fdeb41f5bb8fad/tumblr_mldv0wO7U81qbh26io1_1280.jpg http://www.mlekarna-valmez.cz/userfiles/fotoprodukt/3340_1.jpg Candida kefir https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRhlDiw8va6Zh61elArNPKbJCWYgJn5vap50MauY8FDz2S tTAuwTg Kvasinky Související obrázek http://www.healthy-transitions.com/images/ringworm-candida.jpg Candida albicans http://www.med-info.nl/images/images_algemeen/Huid_candida_06.png Candida tropicalis http://40.media.tumblr.com/bf2f7b61a234d411a2fdeb41f5bb8fad/tumblr_mldv0wO7U81qbh26io1_1280.jpg http://www.xpress-biologics.com/sites/default/files/uploads/levure-blue.jpg http://genome.jgi.doe.gov/Picst3/pichia.jpg Pichia pastoris - metylotrofní, využití v biotechnologiiích Kvasinky Související obrázek http://www.wikiskripta.eu/images/thumb/1/1a/Haemophilus_influenzae_meningitis_5003_lores.jpg/300px- Haemophilus_influenzae_meningitis_5003_lores.jpg http://www.symptomy.cz/nemoc/kandidoza/kandidoza-kvasinkova-infekce-v-dutine-ustni.jpg?preview=1 Cryptococcus neoformans http://www.symbinatur.com/obrazky/texty/2177/1.jpg http://40.media.tumblr.com/bf2f7b61a234d411a2fdeb41f5bb8fad/tumblr_mldv0wO7U81qbh26io1_1280.jpg Mikroskopické vláknité houby (mikromycety, plísně) Penicillium roqueforti CCF 2310 mikro Penicilium http://www.biology-resources.com/images/fungi-02-rhizopus.jpg Rhizopus http://www.biolib.cz/IMG/GAL/18135.jpg Serpula dřevomorka http://www.discoverlife.org/IM/I_MWS/0659/320/Monilinia_laxa,I_MWS65908.jpg http://www.havenyt.dk/images/upload/monilia_gul_paere.jpg Monilinia wpe7.jpg (43150 bytes) Aspergillus niger CCF 1610 CYA 5-25 Aspergillus produkuje ochratoxin A BOTRYTIS Botrytis cinerea CCF 2580 mikro Botrytis Penicillium chrysogenum CCF 2878 mikro Penicillium roqueforti CCF 2310 CYA 7-25 Penicillium Mikroskopické vláknité houby (mikromycety, plísně) https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/32/S%C3%BDr_Niva.JPG/1280px-S%C3%BDr_Niva.JP G produkce penicilinu sýry s plísní v těstě venturia_appressorium.jpg schorf-blatt.jpg Venturia Fusarium culmorum CCF 3229 mikro Dscn0063-1 Fusarium culmorum CCF 3229 PGA 14-25 Fusarium ventur3 Mikroskopické vláknité houby (mikromycety, plísně) Ebola virus Virus bakterií hrot hrot obal kapsoméra nukleová kyselina kapsid nukleová kyselina kapsoméra Influenzavirus Viry Viry http://www.fda.gov/ucm/groups/fdagov-public/documents/image/ucm287849.png influenza virus http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/files/8/384.jpg http://www.ueb.cas.cz/en/system/files/users/public/kolar_27/album/tt_benthamiana_virus_mozaiky.jpg virus bakterií http://4.bp.blogspot.com/-JMwyaLkLdiU/VQexoytrRAI/AAAAAAAAKco/sSrRa0wMocA/s1600/EbolaVirus2.jpg virus mozaiky tabáku ebola virus http://i.livescience.com/images/i/000/037/362/original/hiv-virus.jpg?1362416577 http://www.biomach.cz/_/rsrc/1314551031799/mikrobiologie/viry/bakteriofag.jpg?height=200&width=175 HIV Aktuální mikrobiologická témata * prionové choroby * virová onemocnění – původci, terapie, profylaxe - HIV, hepatitida B, ptačí chřipka * rezistence na antibiotika a epidemiologie multirezistentních kmenů * studium genomu a proteomu významných mikroorganismů * nové metody identifikace a detekce mikroorganismů Proč studovat mikrobiologii? * Uplatnění mikrobiologa: • Všude * Proč? • Mikroorganizmy jsou všudypřítomné * Proto • i mikrobiolog musí být všude Proč studovat mikrobiologii a molekulární biotechnologii? * Velmi atraktivní a užitečný obor * Široké uplatnění v praxi * Studium orientované na praktické dovednosti * Spolupráce s biotechologickým průmyslem * Podpora studia v zahraničí * Prospěchová stipendia * Modernizované studijní plány * Moderní výukové zázemí II. Ročník * Obecná mikrobiologie * Obecná virologie * Biochemie * Molekulární biologie Bakalářské studium Bakalářské studium • III. Ročník * Taxonomie prokaryot * Cytologie a morfologie bakterií * Bioinformatika * Mikroskopické houby * Jak psát bakalářskou práci * Lékařská mykologie * Proteinové inženýrství Bakalářské studium III. Ročník * Speciální metody analýzy mikroorganizmů * Seminář z mikrobiologie * Metody molekulární bilogie * Bakalářská práce * Státní bakalářská zkouška (Bc.) * Obecná biologie * Základy mikrobiologie I. Ročník * Lékařská mikrobiologie * Fyziologie bakterií * Molekulární biologie prokaryot * Ekologie mikroorganizmů * Veterinární mikrobiologie * Molekulární diagnostika mikroorganizmů * Základy antimikrobní terapie * Mikrobiální zoonózy a sapronózy * Imunologie Magisterské studium II. Ročník * Technická mikrobiologie * Molekulární biologie virů * Biologie kvasinek * Genové inženýrství * Molekulární biotechnologie * Strukturní biologie * Biologické čištění odpadních vod Magisterské studium Magisterské studium II. Ročník Diplomová práce * Státní závěrečná zkouška (Mgr.) * Mikrobiologie * Virologie * Molekulární a buněčná biologie Doktorské studium * Doktorské studium je čtyřleté * Předměty v doktorském studiu * předměty rozšiřující a prohlubující znalosti širšího vědního oboru * specializované odborné semináře * příprava a pomoc při výuce v bakalářském a magisterském studiu * Příprava dizertační práce (Ph.D.) Zaměření studentských prací * Genomy a proteomy bakterií * Životní funkce bakterií * Potravinářsky významné bakterie a kvasinky * Biodegradace a sorpce těžkých kovů * Klinická mikrobiologie a virologie * Vývoj enzymů pro biotechnologie * Biosensing a dekontaminace bojových látek Pracoviště pro vypracování prací * Ústav experimentální biologie MU * Ústav biochemie MU * Výzkumné centrum pro chemii životního prostředí a ekotoxikologii MU * Mikrobiologický ústav FNUSA * Biofyzikální ústav AV ČR * Výzkumný ústav veterinárního lékařství * Zentiva a.s., Lonza a.s., Baxter a.s., BioVendor a.s., Bioveta a.s., CPN a.s. * Využití mikroorganizmů při degradaci škodlivin * Možnosti anaerobní degradace ropných uhlovodíků * Analýza genomu bakterií mléčného kvašení * Sérologické metody při průkazu arbovirů * Bakterie asociované se sinicemi vodních květů * Využití virů a mikroorganizmů jako bioinsekticidů * Mikrobiální diverzita v klíšťatech * Využití netradičních technologií při výrobě etanolu * * * * Příklady témat studentských prací * Perlmanovy “Zákony aplikované mikrobiologie“ • * Základní zákony říkají, že • - Mikroorganizmus má vždy pravdu • - Mikroorganizmus je Tvým přítelem a partnerem • - Mikroorganizmus není hloupý • - Mikroorganizmy existovaly a budou existovat stále • - Mikroorganizmy jsou elegantnější, moudřejší a energetičtější než biologové, chemici a inženýři • * Mikroorganizmy jsou označovány jako “živé továrny na výrobu makromolekul“ nebo „bioreaktory“ * Uplatnění absolventů Nové laboratorní zázemí v UKB P1010594 P1010591 Obrázek1 Výzkumné laboratoře * Laboratoř environmentální mikrobiologie a ekologie * Laboratoř zoonotických mikroorganizmů * Laboratoř anaerobie * Laboratoř aplikované mikrobiologie * Loschmidtovy laboratoře Laboratoř environmentální mikrobiologie a biotechnologií * Vyhledávání, charakterizace, popis a využití bakteriálních taxonů s degradačním potenciálem vůči polutantům a jejich biotechnologické využití Laboratoř environmentální mikrobiologie a biotechnologií * Identifikace degradačních bakterií • ◙ klasickými kultivačními metodami • ◙ chemotaxonomickými metodami • ◙ molekulárně biologickými metodami Laboratoř environmentální mikrobiologie a biotechnologií * Vliv toxických látek na růst a metabolizmus buněk * Studium diverzity mikrobiálních společenstev -biomasa mikroorganismů tvoří až 1/3 celkové biomasy na Zemi -všudypřítomní -největší diverzita -udržení života na Zemi -………… bakterie salmonella http://modernfarmer.com/wp-content/uploads/2014/04/microbe-hero.jpg http://soilweb.landfood.ubc.ca/youth/images/slideshows/cbf/cbf_fig1_soilbiotagraphic.jpg http://soilweb.landfood.ubc.ca/youth/images/slideshows/cbf/cbf_fig3_fungalfruitingbody.jpg Laboratoř environmentální mikrobiologie a ekologie worms http://www.tapetus.pl/obrazki/n/188819_pomaranczowo-czarny-ptak.jpg mk201 mk290 http://beneficialbugs.org/bugs/Honeybee/honeybee2.jpg http://www.zahradysnapady.cz/soubory/images/ko%C5%99eny1.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/67/Rostlina_%2834%29.jpg http://www.topmagazine.cz/wp-content/uploads/2014/10/APE4dcc6f_tulen.jpg Přímé pozorování Kultivace http://ipravda.sk/res/2013/08/25/thumbs/bakterie-laboratorium-plesne-kultura-petriho-miska-kultivac ia-nestandard2.jpg http://i.imgur.com/xWh3rDk.jpg Studium diverzity mikrobiálních společenstev Laboratoř environmentální mikrobiologie a ekologie -asi 1% organizmů lze kultivovat a studovat v laboratoři -„zbytek“ – studium molekulárními metodami -izolace nukleových kyselin a dalších biomarkerů -identifikace -studium a využití metabolismu -fingerprintové metody – DGGE, RFLP, PLFA,…. -sledování změn v prostoru, čase (po ošetření,…) -zpracování velkého množství vzorků -získaná informace podkladem pro další studium http://www.infectious-bronchitis.com/images/rflp-analysis.gif DGGE PLFA RFLP Laboratoř environmentální mikrobiologie a ekologie worms http://www.clker.com/cliparts/U/n/u/t/J/b/eppendorf-closed-hi.png http://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/product7/084/z739367.tif/_jcr_content/renditi ons/z739367-medium.jpg http://www.kyotogakuen.ac.jp/%7Emicrobio/Images/theme%20image%203-2%20%28dgge%29.jpg Laboratoř environmentální mikrobiologie a ekologie fingerprintové metody – DGGE P0003419 - každý běh odpovídá jednomu vzorku - každý proužek odpovídá jednomu mikroorganismu - zobrazeny jsou jen nejpočetnější mikrobi Laboratoř environmentální mikrobiologie a ekologie Identifikace dsRNA mykovirů v houbách způsobujících závažná onemocnění rostlin • popsat vliv viru na fenotyp svého hostitele • osekvenovat jeho genom a taxonomicky jej zařadit Laboratoř environmentální mikrobiologie a ekologie •výskyt dsRNA mykovirů v myceliích Fusarium oxysporum na území ČR •vliv těžkých kovů na myceliární růst mikroskopické houby Fusarium oxysporum •měření přenosu mykovirů uvnitř spór houbového patogena Hymenoscyphus fraxineus s využitím lapačů spór a qPCR •vliv kyseliny salicylové při vzniku a průběhu onemocnění způsobeném patogenem Plasmodiophora brassicae • • • Laboratoř zoonotických mikroorganizmů •Zaměření na agens přenášených hematofágními členovci (např. flaviviry West Nile, středoevropské klíšťové encefalitidy, bakterie Borrelia burgdorferi a Anaplasma phagocytophilum nebo prvoci Babesia spp.) • •Výsledky výzkumu napomáhají k lepší prevenci před infekčními onemocněními u obratlovců včetně surveillance vybraných zoonóz Laboratoř zoonotických mikroorganizmů Školicí středisko MU katedra mikrobiologie práce v terénu Laboratoř zoonotických mikroorganizmů Laboratoř zoonotických mikroorganizmů motto: hledání nových patogenů… (Microbes hunting) Arboviry: Flavivirus West Nile-První dokumentovaná epidemie západonilské horečky ve střední Evropě (1997) Flavivirus Usutu –první izolace a detekce viru u ptáků a v komárech Bunyavirus Ťahyňa-první izolace viru z krve nemocných dětí Bunyavirus Bhanja- první izolace viru z klíštěte Dermacentor marginatus ve střední Evropě Orbivirus Tribeč-izolace subtypu viru Tribeč - Brezová z klíštěte Ixodes ricinus Sedlec- objev nového viru (dosud taxonomicky nezařazen) z rákosníka Acrocephalus scirpaceus Bakterie: Brucela microti- možný nový zoonotický patogen izolovaný z Microtus arvalis Staphylococcus microti – izolovaný z Microtus arvalis Candidatus Spironema culicis- spirochéta izolovaná z komára Culex pipiens Enterococcus sp. – izolovaný z komára Aedes vexans Houby: Adiosporomykóza drobných hlodavců Protozoa: Babesia microti a Babesia sp. EU1 v klíšťatech I. ricinus Hepatozoon canis v klíšťatech I. ricinus Laboratoř anaerobie • •Cíle výzkumu: •Metanogenní Archaea – striktně anaerobní •Výzkum složení společenstev v různých ekologických nikách: •- bahenní sopky, rašeliniště, říční sedimenty -bachor přežvýkavců -prostředí bioplynových stanic -anaerobní stabilizace čistírenských kalů Methanococcus janaschii •Výzkum fyzikálních a chemických faktorů ovlivňujících průběh fermentace •Posuzování vlivu vstupních surovin •Hodnocení kvality vznikajícího bioplynu •Měření objemu bioplynu, teploty, pH, mastných kyselin • http://www.ucmp.berkeley.edu/archaea/NIJmethanosarcina.gif Methanosarcina barkeri http://www.ucmp.berkeley.edu/archaea/NIJmethanobac.gif Methanobacterium thermoautotrophicum F:\MU\přednáška\20150918_155328.jpg Laboratoř anaerobie Používáme netradiční postupy pro přípravu anoxických živných médií pro kultivaci anaerobů • • D:\Users\muni\Documents\výzkum\anaerobní laboratoř\foto německo\2014\20141118_113124.jpg D:\Users\muni\Documents\výzkum\anaerobní laboratoř\foto německo\2015\Giessen foto\2015\20150325_085844.jpg D:\Users\muni\Documents\výzkum\anaerobní laboratoř\foto německo\2015\Giessen foto\2015\20150325_084333.jpg Laboratoř anaerobie http://web.uri.edu/gsc/files/MiSeq-2.jpg http://www.weltec-biopower.cz/foto/reference/1328796949.jpg Příklad aplikace výsledků výzkumu v praxi Bioplynová stanice Laboratoř anaerobie * Stanovení přítomnosti mikrobiologických kontaminant v nápojích a v provozním řetězci při jejich výrobě a posuzování jejich schopnosti kazit výrobek * Stanovení vitality a viability násadních kvasnic pro výrobu piva po jejich vystavení stresu Laboratoř aplikované mikrobiologie http://www.fabar.cz/images/pivo.jpg * Vzhledem k hybridnímu původu technologických kvasinek je jejich charakteristika a identifikace značně obtížná * Rozlišení na základě biochemických reakcí či morfologických znaků je téměř nemožné → využiti převážně metod molekulární biologie a odlišnosti v genomu kvasinek * Zabýváme se rozlišením jednotlivých kmenů pivovarských kvasinek využívaných v pivovarech v České republice s důrazem na odlišení spodně a svrchně kvasících kmenů kvasinek důrazem na odlišeni spodně a svrchně kvasicich kmenů kvasinek. Laboratoř aplikované mikrobiologie http://www.chyse.com/ImageHandler.ashx?UploadedFile=true&pg=c3c716a5-52d4-4d3e-9814-791cce985fe8&im age=%7E/App_Data/UserImages/Image/tri_pullitry.jpg http://www.ptakoviny-cb.cz/picture/large/Tricko_pivo_dela_hezka_tela_zvysuje_objem_6950-75_inter.jp g Laboratoř aplikované mikrobiologie •Vedle problematiky pivovarských kvasinek se zaměřujeme na * kvasinky pro vinařství * kvasinky pro lihovarský průmysl * produkci polysacharidů (např. β-glukan) * bakterie mléčného kvašení * http://img.blesk.cz/img/1/full/1454439-img-vino-zdravi-vinari.jpg https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSDi4wwFvuX9IbO16fnZOt0tvHE1RcX_QQZCuT-6iSWNCW _S4nj Uplatnění mikrobiologa potravinářský průmysl portské http://i.lidovky.cz/12/042/lnc460/GLU429d05_vina.jpg download Uplatnění mikrobiologa farmaceutický průmysl https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d9/Insulin.jpg https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/82/Penicillin-core.png/1280px-Penicillin-cor e.png Uplatnění mikrobiologa molekulární diagnostika Uplatnění mikrobiologa vodárentsví a dekontaminace Bocni_frezovy_prekopavac Oddělení mikrobiologie a molekulární biotechnologie děkuji za vaši pozornost a těším se na shledanou v našich laboratořích http://i.imgur.com/xWh3rDk.jpg http://files.pivniputovaniprahou.webnode.cz/200000008-b0934b18d2/pivo2.png http://data.businessworld.cz/img/article/img/bc/9df24e1bc7293af146ac79bad2e5bc.jpg http://home.zcu.cz/%7Edrunenel/pictures/virus.jpg http://st.depositphotos.com/1009487/2105/i/950/depositphotos_21052575-Funny-bacteria-toon.jpg