Ověření druhových hranic mezi klinicky významnými geofilními druhy Arthroderma

• Název práce v češtině: Ověření druhových hranic mezi klinicky významnými geofilními druhy Arthroderma
• Název v anglickém jazyce: Verification of species boundaries in clinically relevant Arthroderma species
• Klíčová slova: Arthroderma, dermatofytóza, geofilní dermatofyty, hybridizace, fylogenetická analýza, křížící experimenty, mating type geny, polyfázická taxonomie, Trichophyton terrestre komplex, skenovací elektronová mikroskopie, viabilita askospor
• Klíčová slova anglicky: Arthroderma, dermatophytosis, geophilic dermatophytes, hybridization, phylogenetic analysis, mating experiments, mating type genes, polyphasic taxonomy, Trichophyton terrestre complex, scanning electron microscopy, viability of ascospores
• Akademický rok vypsání: 2016/2017
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra botaniky (31-120)
• Vedoucí / školitel: MUDr. Mgr. Vít Hubka, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 14.01.2017
• Datum zadání: 14.01.2017
• Datum odevzdání elektronické podoby: 13.08.2018
• Datum proběhlé obhajoby: 03.09.2018
• Oponenti: Mgr. Bc. Radim Dobiáš
• Konzultanti: Mgr. Adéla Čmoková

Předběžná náplň práce

Geofilní druhy Trichophyton zahrnují primárně půdní druhy rozkládající substráty bohaté na keratin. Tyto druhy působí zhruba 1-5 % všech případů dermatofytóz v závislosti na geografické oblasti, ale také klinický materiál často kontaminují a působí tak diagnostické problémy. Druhový koncept geofilních druhů byl v minulosti z velké části založen na potvrzení druhových hranic pomocí křížících experimentů, tzn. na základě biologického druhového konceptu (Pore et al. 1965;Padhye and Carmichael 1971,1973). Morfologické rozlišení druhů podle nepohlavního stádia bývá nesnadné až nemožné, naopak znaky přítomné na pohlavním stádiu jsou taxonomicky hodnotné, ale obtížně dostupné kvůli heterothalické povaze druhů. Molekulárně genetická data z nečetných studií naznačila, že koncept řady druhů je problematický a měl by být revidován zejména ve smyslu redukce počtu druhů (Gräser et al. 2008;de Hoog et al. 2017).
Pro diplomovou práci budou použity izoláty geofilních dermatofytů získané z lidských pacientů v ČR ale i z dalších zemí, zejména USA a Kanady. Velká část kmenů z půdy bude pocházet z kanadské sbírky UAMH. Tento set obsahuje několik desítek kmenů z různých částí světa, ale především autentické kmeny, na jejichž základě byly druhy v minulosti vymezeny in-vitro křížením. Cílem práce bude ověřit hranice druhů na základě mnohagenové fylogeneze, křížením opačně laděných jedinců uvnitř a mezi fylogenetickými liniemi, a porovnáním morfologických a základních fyziologických charakteristik. Pro fylogenetickou analýzu bude vybráno několik lokusů, včetně ITS rDNA jako hlavního identifikačního markeru dermatofytů. Dále bude zahrnuto několik genů kódujících proteiny, jejichž použitelnost v této skupině bude nutné otestovat. Pohlavní ladění jedinců bude zjištěno pomocí dříve navržených primerů pro tzv. mating-type geny (MAT), nebo pomocí nově navržených primerů. Dále bude třeba zjistit, která média a kultivační podmínky jsou nejvhodnější pro křížící experimenty (vhodné zdroje keratinu, kultivační teplota, světlo). Morfologie bude dokumentována na několika kultivačních médiích a za použití světelné a skenovací elektronové mikroskopie (askospory). Fyziologické charakteristiky budou testovány pomocí setu T1-T7 médií zjišťujících schopnost růstu při absenci některých aminokyselin v médiu, a také bude zjišťována maximální a případně i minimální teplota růstu. Možná indukce mezidruhových hybridů in-vitro křížením bude vyloučena testováním viability askospor pomocí průtokové cytometrie a případně i sekvenací několika lokusů u získaných hybridů.

de Hoog GS, Dukik K, Monod M, Packeu A, Stubbe D, Hendrickx M, Kupsch C, Stielow JB, Freeke J and Göker M (2017) Toward a novel multilocus phylogenetic taxonomy for the dermatophytes. Mycopathologia:doi:10.1007/s11046-016-0073-9
Gräser Y, Scott J and Summerbell R (2008) The new species concept in dermatophytes—a polyphasic approach. Mycopathologia 166:239-256
Padhye A and Carmichael J (1971) The genus Arthroderma Berkeley. Can J Bot 49:1525-1540
Padhye A and Carmichael J (1973) Mating reactions in the Trichophyton terrestre complex. Med Mycol 11:64-69
Pore R, Tsao G and Plunkett O (1965) A new species of Arthroderma established according to biological species concepts. Mycologia 57:969-973

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Geophilic Trichophyton species comprise primarily soil-borne fungi decomposing keratin-rich substrates. These species cause approximately 1-5 % of all dermatophytosis worldwide depending on the geographic area. They also frequently contaminate clinical material and cause diagnostic doubts. In the past, the species concept of geophilic dermatophytes was largely based on the in-vitro mating experiments, i.e., biological species concept (Pore et al. 1965; Padhye and Carmichael, 1971, 1973). Morphological differentiation of species based on asexual state is difficult or even impossible, while the features present on the sexual state are taxonomically valuable. Molecular genetic data from the few studies have indicated that the concept of a number of species is problematic and should be revised in particular in terms of reducing the number of species (Gräser et al. 2008; de Hoog, et al. 2017).
Geophilic dermatophytes obtained from human patients in the Czech Republic but also from other countries will be included in the diploma thesis. A large part of strains isolated from soil originates from the Canadian UAMH collection. This set contains several dozens of isolates from different parts of the world, but also authentic strains on which the species were originally described. The goal of the thesis will be to verify the species boundaries on the basis of multi-gene phylogeny, crossing of opposite mating type individuals within and between phylogenetic lineages, and comparison of the basic morphological and physiological characteristics. Several genetic loci will be used for phylogenetic analysis, including ITS rDNA as the main marker for dermatophytes identification. Mating type gene idiomorphs will be identified by using previously or newly designed primers. It will be necessary to determine which media and cultivation conditions are the most suitable for mating experiments (suitable keratin sources, cultivation temperature, light). Morphology will be documented on several cultivation media and by using light and scanning electron microscopy (ascospores). Physiological characteristics will be tested on T1-T7 media, and the maximum and minimum growth temperature will be determined. Tentative interspecies hybrids induced by in-vitro mating experiments will be detected by ascospore viability testing using the flow cytometry.

de Hoog GS, Dukik K, Monod M, Packeu A, Stubbe D, Hendrickx M, Kupsch C, Stielow JB, Freeke J and Göker M (2017) Toward a novel multilocus phylogenetic taxonomy for the dermatophytes. Mycopathologia:doi:10.1007/s11046-016-0073-9
Gräser Y, Scott J and Summerbell R (2008) The new species concept in dermatophytes—a polyphasic approach. Mycopathologia 166:239-256
Padhye A and Carmichael J (1971) The genus Arthroderma Berkeley. Can J Bot 49:1525-1540
Padhye A and Carmichael J (1973) Mating reactions in the Trichophyton terrestre complex. Med Mycol 11:64-69
Pore R, Tsao G and Plunkett O (1965) A new species of Arthroderma established according to biological species concepts. Mycologia 57:969-973