Study of culturable anaerobic bacterial communities living in symbiosis with bark beetles; its isolation, taxonomy and biotechnical potential.

• Název práce v češtině: Studium kultivovatelné anaerobní bakteriální komunity žijící v symbióze s kůrovci; její izolace, taxonomie a biotechnologický poteciál.�
• Název v anglickém jazyce: Study of culturable anaerobic bacterial communities living in symbiosis with bark beetles; its isolation, taxonomy and biotechnical potential.
• Klíčová slova: kůrovci, bakteriální endosymbionti, zpracování biomasy, celulázy, xylanázy, amylázy, lakázy, rozklad barviv, gen pro 16S rRNA, biotechnologický potenciál
• Klíčová slova anglicky: bark beetles, bacterial endosymbionts, biomass degradation, cellulases, xylanases, amylases, laccases, colorants degradation, 16S rRNA gene, biotechnological potential
• Akademický rok vypsání: 2013/2014
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
• Vedoucí / školitel: Paula Garcia-Fraile, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 29.11.2013
• Datum zadání: 19.12.2013
• Datum odevzdání elektronické podoby: 15.08.2016
• Datum proběhlé obhajoby: 15.09.2016
• Oponenti: Ing. Jakub Mrázek, Ph.D.
• Konzultanti: Mgr. Miroslav Kolařík, Ph.D.

Předběžná náplň práce

Kůrovci (Coleoptera: Curculionidae: Scolytinae) je podčeleď brouků, kteří žijí uvnitř dřeva a lýka některých druhů stromů. Většina z nich obývá mrtvé, umírající či poškozené stromy, čímž plní důležitou ekologickou roli v dekompozičních procesech lesních ekosystémů. Některé druhy však napadají zdravé stromy a jejich přemnožení způsobuje významné ekologické i ekonomické ztráty. Je známo, že kůrovci žijí v symbióze s dalšími mikroorganismy, jež jim umožňují účinněji kolonizovat svého hostitele. Symbióza kůrovců s houbami je dobře známa a hojně studována, ale byly nalezeny také případy bakterií žijících s kůrovci coby jejich endosymbionti. Několik studií ukázalo, že jim tyto symbiotické bakterie usnadňují přísun živin a chrání je před konkurenčními houbami a hostitelskými toxiny. Zatím však chybí komplexní studie, jež by shrnula diversitu a taxonomii bakteriální komunity vyskytující se v trávicí soustavě kůrovců.
Protože jsou celulóza a xylan (hemicelulóza) důležitými složkami dřeva, hrají enzymy jako glukanázy a hemicelulázy klíčovou roli v rozkladu dřevního pletiva. Mikroorganismy schopné rozkládat dřevo jsou tedy potenciálními rezervoáry těchto enzymů a jejich analýza nám může pomoci pochopit mechanismy, kterými symbiotické bakterie pomáhají svému hostiteli. Navíc, důkladné studium těchto procesů a enzymů může být přínosné pro využití v biotechnologiích spojených s degradací lignocelulézové rostlinné biomasy.
Cíle práce:
1. Izolace bakterií z trávicí soustavy kůrovců za anaerobních podmínek.
2. Zjištění biodiverzity izolované bakteriální komunity.
3. Analýza přítomnosti enzymů s biotechnologickým potenciálem pro rozklad biomasy.
4. Kvantifikační analýza celuláz a hemiceluláz produkovaných kmeny, které vykazují nejlepší enzymatickou aktivitu.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Bark beetles (Coleoptera: Curculionidae: Scolytinae) is a group of beetles so-called because they live in the inner bark of several treespecies. Most of them live in dead, dying or weakened trees, playing an important ecologic role in the contribution to the decomposition process in forest ecosystems; nevertheless, some species attack healthy living trees, and massive outbreaks of these beetles produce important economic and ecologic loses. It is well known that bark beetles establish symbiotic association with microorganisms, which enable host colonization and utilization. Symbiotic associations between fungi and bark beetles have been widely studied. On the other hand, although bacterial communities have also been found as bark beetle endosymbionts and some studies have shown how they are implicated in the provision of nutrients, the defense against antagonist fungi and the detoxification of host tree defenses. There are not complete studies focused inthe analysis of the diversity and taxonomy of the whole community of bacteria present in the guts of bark beetles living as endosymbionts.
Since cellulose and xylan (hemicelluloses) are between the main woodcompounds, glucanases and hemicellulases play an essential role in the hydrolysis of wood and microorganisms able to hydrolyze wood are potential reservoirs of these enzymes. Analysis of cellulases and hemicellulases will help us to understand possible mechanisms of how bacteria can benefit their host. And, on theother hand, the discovery of these enzymes able to hydrolase cellulose and hemicellulose can have important biotechnological potential related with the lignocellulosic plant biomass degradation.
The aims of study:
1. Isolation of bacteria from bark beetles guts under anaerobic conditions.
2. Analysis of biodiversity of the isolated bacterial community.
3. Screening of biotechnological potential for biomass degradation.
4. Quantification of cellulases and hemicellulases produced by the best isolates.