1 Komplexní růstové cykly bakterií Myxobakterie Actinomycetales Stigmatella 2 Myxobakterie • G- půdní bakterie • klouzavý pohyb (gliding motility) • komplexní růstový cyklus s tvorbou plodnic a klidových stádií – myxospor • nejprostudovanější druhy – Myxococcus xanthus a Stigmatella aurantiaca 3 Morfologie myxobakterií vegetativní buňky – 0,5–1 mm x 3-8 mm • štíhlé se špičatými konci (Cystobacterinae) • robustní s kulatými konci (Soranginae) plodnice – 50 - 500 mm • často pestře zbarvené – karotenoidní pigmenty • různého tvaru a složitosti myxospory – refraktilní, odolné vůči vysychání (přežívání prokázáno 10 let), částečně odolné vůči UV, odolnost vůči teplotě nízká – 50 °C – 60°C, primárně vznikají v plodnicích, laboratorně – chemická indukce 4 Životní cyklus myxobakterií vegetativní buňky – sliz, klouzavý pohyb, binární dělení, tvorba shluků a koordinovaný pohyb • pohyb za novým zdrojem živin – slizové cestičky tvorba plodnic – shlukování a diferenciace • impulsem vyčerpání živin Tvorba plodnic • indukce • agregace buněk • vylučování molekul, které umožní propojení buněk • rearragement • sp. strukturní elementy • tvar plodnice • maturace – myxospory 5 Plodnice jsou tvořeny • měkkou slizovitou strukturou • tuhou slizovitou strukturou • sporangioly Sporangioly – sférický nebo ovoidní tvar, jasně zbarvené, pevná stěna, jsou v nich uzavřeny latentní buňky Uvnitř dozrávajících plodnic se vegetativní buňky zkracují, ztlušťují a přeměňují se do fyziologicky neaktivních myxospor. Při dostatku živin myxospory klíčí za tvorby vegetativních buněk. 7 Actinomycetales • G+, vysoký obsah G+C (55% a více) • Často tvoří větvená vlákna • Genom - cirkulární nebo lineární - 2x větší než E.coli - plazmidy (biodegradační schopnosti) Rhodococcus Nocardia 9 Ekologie • výskyt především v půdě • 1 milion buněk / gram půdy (okysličené) • dekompozice organických látek (celulóza, lignocelulóza) Růst • naprosto odlišný od běžného binárního dělení ostatních bakterií • prodlužování vláken, často s větvením, aniž by došlo k dělení buněk • vznikají dlouhá vlákna s mnohočetnou kopií genomu • následuje separace septy – sporadická a bez jasného vzorce Morfologie • Mycelium – substrátové (hyfy pronikají do agaru) - vzdušné (volně vztyčené hyfy ohraničené hydrofobní pochvou a vyrůstající do vzdušného prostoru mimo kolonii 11 Konidie – nepohlavní spory vyskytující se jednotlivě, v párech, v krátkých nebo dlouhých řetízcích 12 Sporangia – váčky obsahující spory (na vzdušných hyfách, na povrchu kolonií, v agaru) 13 Další struktury • Synemata – fůze hyf • Multilokulární sporangia – spory uspořádané v balíčcích v několika souběžných rovinách • Sklerocia – kulovité struktury v myceliu naplněné lipidy 14 Růstový cyklus • taxonomické morfologické charakteristiky: - přítomnost, tvar spor - tvorba a tvar sporangií - charakter mycelia - pigmentace - délka kultivace -Další specializ.strukt.: sclerotia, multilokulární sporangiasclerotia, multilokulární sporangia ((FrankiaFrankia), synemata (), synemata (ActinosynemaActinosynema)) 15 Nocardiaceae Slabá acidorezistence hydroxylované mykolové kyseliny (22 – 90 C) u rodů: •• NocardiaNocardia –– 4646 –– 60 C60 C •• RhodococcusRhodococcus –– 3434 –– 52 C52 C •• TsukamurellaTsukamurella –– 4848 –– 66 C66 C –– i silně acidorezistentníi silně acidorezistentní •• GordonGordoniiaa –– 6464 –– 78 C78 C Růstový cyklus: vláknité buňky se rozpadají (fragmentují) na kokoidní částice, z těch znovu vyrůstají vláknité buňky • 4 podskupiny • Název podle: nestálé mycelium rozpadající se do koků • Někdy vzdušné mycelium • Rodová diferenciace na základě složení B.S. – Nocardia – Rhodococcus – málo V.M. – Gordonia – bez V.M. – Tsukamurella 17 Nocardiaceae Nocardia, kožní léze Nocardia farnicia N. asteroidesDrsné kolonie Lpí na mediu Pigmentované Vzdušné hyfy ano N. asteroides, Gramovo barvení - plíce Nocardia R. ruber V49. Rhodococcus sp. R. aetherivorans R. aetherivorans SEM TEMTEM Rhodococcus G+, někdy slabé vzdušné hyfy, kolonie drsné, hladké nebo mukózní, velice často pigmentované Aktinomycety s multilokulárními sporangii •• netvoří V.M.netvoří V.M. •• pohyblivé i nepohyblivé sporypohyblivé i nepohyblivé spory •• GeodGeodermatophilusermatophilus –– pokožka savcůpokožka savců,, septasepta –– ve 3 rovináchve 3 rovinách •• FrankiaFrankia –– fixace vzdušného dusíkufixace vzdušného dusíku -- nepravidelný tvar sporangiínepravidelný tvar sporangií -- kultivačně náročnákultivačně náročná Hlízkovitá sporangia: masa spor je výsledkem dělení ve více rovinách Frankia sp. Frankia sp. 20 Actinoplanes RRůstový cyklusůstový cyklus –– střídání přisedlého a pohyblivého stadiastřídání přisedlého a pohyblivého stadia,, adaptace na voduadaptace na vodu •• pohyblivé stadiumpohyblivé stadium –– bičíkaté spory uvnitř kulatých nebobičíkaté spory uvnitř kulatých nebo nepravidelných sporangií (voda)nepravidelných sporangií (voda) •• netvořínetvoří vzdušnévzdušné myceliummycelium •• Actinoplanes,Actinoplanes, Ampullariela,Ampullariela, MicromonosporaMicromonospora 21 Streptomycetaceae 22 • Nejpočetnější čeleď aerobních aktinomycet • Rozsáhlé vzdušné mycelium s řetízky exospor • Produkce ATB, antifungálních a antitumorálních látek 23 Streptomyces • Grampozitivní • V b.s. L-diaminopimelová kyselina a glycin • Vlákna tvoří struktury podobné sklerociím, sporangiím, synematům • Kolonie hladké, později zrnité, práškovité nebo sametové • Jako zdroj uhlíku využívají široké spektrum organických látek Růstové cykly vedoucí ke vzniku diferencovaných populací Sinice http://www.sinicearasy.cz/ 25 Sinice - Cyanobacteria • Drobné, jednoduché autotrofní prokaryotické organismy. • Evolučně velice staré. • Jsou schopné žít téměř ve všech biotopech na zeměkouli. • Asi 8000 druhů • Název sinice pochází z termínu “sinný” = modrý. To je v podstatě překlad “latinského” názvu, z řeckého cyanos = modrý. 26 Morfologie buněk 27 Anabaena Diferencované buňky: • Heterocyty – fixace vzdušného dusíku • akinety – klidové stádium • Baeocyty – reprodukční funkce Heterocyty - tlustostěnné buňky, větší než buňky vegetativní. V optickém mikroskopu se jejich obsah jeví jako prázdný, ale fotosystém I (tj. ten, co nedělá kyslík) v nich funguje. Vznikají z vegetativních buněk. Za účasti nitrogenázy se v nich fixuje vzdušný dusík, vzniká amoniak, ten je vázaný jako glutamin a v této formě je transportován do sousedních buněk. Akinety - vznikají z jedné nebo více vegetativních buněk a bývají ještě větší než heterocyty. Slouží k přežití nepříznivých podmínek. Je známo, že akinety r. Nostoc přežily usušené v herbáři životaschopné po dobu 86 let. Jedině nepohlavní. Dělení buněk probíhá zaškrcováním plazmatické membrány. Rozmnožování Endospory vznikající mnohonásobným dělením mateřské buňky Vznikají rozpadem vlákna (5 - 15 buněk spojených slizem) 30 Žijí téměř všude – ve sladkovodním i mořském planktonu, v nárostech, v půdě, na smáčených stěnách, uvnitř kamenů… Typické je pro ně osazování všech extrémních biotopů, s výjimkou extrémně kyselých lokalit. Pro planktonní druhy je typická schopnost vytvářet při nadbytku živin tzv. vodní květ. Mnohé druhy jsou navíc jedovaté, takže způsobují značné vodohospodářské problémy. Ekologie 1. řád Chroococcales - jednobuněční zástupci, kteří žijí buď samostatně nebo se sdružují do kolonií 2. řád Oscillatoriales – jednoduché vláknité sinice 3. řád Nostocales – vláknité sinice s heterocyty, občas s nepravým, ale nikdy s pravým větvením 4. řád Stigonematales – vláknité sinice s heterocyty a s pravým větvením A) Podle chemické struktury • cyanotoxiny na bázi alkaloidů • cyklické a lineární peptidy • lipopolysacharidy B) Podle biologické aktivity • hepatotoxiny (toxické pro činnost jater), • neurotoxiny (toxický účinek na nervový systém), • imunotoxiny (negativně ovlivňují imunitní systém), • imunomodulanty (alergenní vliv, podnícení závažnějších autoimunitních chorob, a podobně), • mutageny a genotoxiny (způsobují mutace DNA, často schopné vyvolat rakovinu), • embryotoxiny (toxické pro embryo), • cytotoxiny (toxické pro buňky bakterií, řas či např. lidské buňky) Klasifikace cyanotoxinů Microcystin Anatoxin-a Saxitoxin Cyanotoxiny a lidské zdraví Svědectví o nepříznivých efektech cyanotoxinů pro lidské zdraví pocházejí z: • epidemiologické důkazy včetně otrav lidí (jsou založeny na studiích lidských populací, u nichž se projevily symptomy otravy nebo poškození zdraví v důsledku expozice cyanotoxiny) • toxikologické studie • informace o náhodných otravách zvířat 34 Expozice • Cyanotoxiny obsaženými v pitné vodě • Otravy v důsledku expozice cyanotoxiny při plavání nebo vodních sportech (lokální alergické nebo iritační kožní reakce a dermatitidy způsobené dermálním kontaktem se sinicemi a jejich metabolity, a dále systémové poruchy, jejichž příčinnou je zřejmě náhodné požití vody s cyanobaktériemi během plavání) 35 Nádrže nebo řeky kontaminované cyanobaktériemi totiž mohou být pro zvířata často jediným dostupným zdrojem vody a jsou pak nucena konzumovat jí nesrovnatelně větší množství, nežli je náhodné požití lidmi při rekreaci. Voda z povrchových zdrojů používaná lidmi jako pitná prochází obvykle vodárenskou úpravou, kdy jsou v ideálním případě odstraněny buňky sinic obsahující většinu toxinů a koncentrace cyanotoxinů rozpuštěných v upravené vodě nebývají natolik vysoké, aby způsobily smrt lidí prostou perorální expozicí.