Přednáška je pokračováním modulové přednášky Fyziologie bakterií I, která je její prerekvizitou. Jsou probírány typy regulací v bakteriální buňce, její adaptace v prostředí a komunikace s okolím, diferenciace, signalizace, fyziologie bakteriálních membrán, neribosomální syntéza proteinů, metody detekce patogenů a antibiotická rezistence.
Poslední úprava: Mikušová Gabriela, RNDr., Ph.D. (03.01.2025)
This lecture represents a continuation of the course "Physiology of bacteria" MB140P34 which is its prerequisite. It covers the following themes: types of regulations in bacterial cell, its adaptation in environment, communication, differentiation, signalling, physiology of the bacterial membranes and bacterial toxins.
Poslední úprava: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (06.05.2014)
Literatura -
Kim B.H., Gadd, G.M.: Prokaryotic metabolism and Physiology, 2nd edition (2019) Moat A.G.,, Foster J.W., Spector M.P., Microbial Physiology, 4th Edition Wiley-Blackwell; 2002 Encyclopedia of Microbiology , 3ed, Editor-in-Chief: Moselio Schaechter, Elsevier, 2009 The Prokaryotes, Springer; 4rd edition (2014) Madigan, Bender, Buckley: Brock Biology of Microorganisms, Benjamin Cummings; 15 edition (2017) Vybrané přehledové články z : Nature Reviews Microbiology, Annual Reviews of Microbiology
Poslední úprava: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (18.02.2021)
Kim B.H., Gadd, G.M.: Prokaryotic metabolism and Physiology, 2nd edition (2019) Moat A.G.,, Foster J.W., Spector M.P., Microbial Physiology, 4th Edition Wiley-Blackwell; 2002 Encyclopedia of Microbiology , 3ed, Editor-in-Chief: Moselio Schaechter, Elsevier, 2009 The Prokaryotes, Springer; 4rd edition (2014) Madigan, Bender, Buckley: Brock Biology of Microorganisms, Benjamin Cummings; 15 edition (2017) Vybrané přehledové články z : Nature Reviews Microbiology, Annual Reviews of Microbiology
Poslední úprava: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (18.02.2021)
Požadavky ke zkoušce -
Zkouška je písemná. Vychází z prezentací přednášek a z doporučené literatury.
Poslední úprava: Mikušová Gabriela, RNDr., Ph.D. (02.02.2024)
The exam is written. It is based on presentations of lectures and recommended literature.
Poslední úprava: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (29.10.2019)
Diferenciace - buněčné typy a determinace osudu buňky
Signály spouštějící diferenciaci
Regulace heterogenity genové exprese
7. Neribosomální peptidová syntéza a sekundární metabolizmus (GM)
Charakteristika NRPS peptidů a princip syntézy
Základní domény syntetázy
„Tailoring“ domény
Modifikace NRPS
8. Přístupy a nové metody detekce patogenů (JJM)
Metody celogenomového sekvenování v klinické praxi.
Molekulární epidemiologie, příklady z nemocnic z České republiky.
9. Antibiotická rezistence a One Health koncept (VVH)
Mechanismy antibiotické rezistence a přenosu genů pro rezistenci mezi bakteriemi.
Příklady genů pro rezistenci.
Plazmidy u wt bakterií.
Vysvětlení One Health konceptu.
Poslední úprava: Hnilicová Jarmila, Mgr., Ph.D. (06.01.2025)
Lecturer: IK: Ivo Konopásek, RF: Radovan Fiser, GM: Gabriela Mikusova, PL: Petra Liskova
1. Regulation in bacteria (IK) Regulation of enzyme synthesis, regulation of gene expression in bacteria and archea Regulation of enzyme activity
2. Global Regulation (IK) Global regulation: the answer to environmental stress Stringent response and carbon source limitations Limitations of nitrogen source Phosphate limitation Regulation of transition between aerobic and anaerobic metabolism
3. Environmental stress and taxis (IK) RpoS and global stress response Sigma factors and regulation of stress response Thermal shock Cold shock Oxidative stress Quorum sensing Osmotic shock Chemotaxis
4. Bacterial protein toxins (RF) Toxins acting as superantigens superantigens mechanism of action (binding) examples + producers: SEA, SEB, SECn, SEED, SEE, SEG, SEH (Staphylococcus aureus) SPEA SPEC (Streptococcus pyogenes) SPEB (streptococcal pyrogenic exotoxin B) SMEZ (p. Mitogenic exotoxin Z) MAM (Mycoplasma arthritidis T-cell mitogen) Cell membrane damaging toxins (PFT) General mechanism of action Common features of PFT Examples: RTX toxins (G + / G- bacteria) CyaA - Bordetella pertussis HlyA- (Escherichia coli) "small" PFT (G + bacteria) alpha toxin (Staphylococcus aureus) "large" PFT (G + bacteria) Common features Specific membrane interaction Changes in monomer conformation Oligomer formation examples + producers: PFO - perfringolysin O (Cl. Perfringens) SLO - Streptolysin O (Str. Pyogenes) PLY - pneumolysin (Str. Pneumonia) LLO - Listeriolysin O (L. monocytogenes) Approaches to study pore-forming toxins (PFT) In vitro Model system of black lipid membranes (electrophysiology) Study of PFT using liposomes (fluorescence) Droplet and hydrogel system (electrophysiology + fluorescence) In vivo - Monitoring of Ca2 + (fluorescence)
5. Life of bacteria in biofilm (PL) Basic characteristics and occurrence of biofilm Physiology of cells in biofilm Extracellular matrix Development and dispersion of biofilm Signals affecting biofilm formation Multi-species biofilm
6. Lipids in the membrane of bacteria (GM) Types of bacterial lipids (polar heads, fatty acids, primary structure) Membrane models Non-annular lipids Annular lipids - effect on the function of membrane proteins Function of acidic phospholipids in the membrane Function of phosphatidylethanolamine in membrane Membrane lipids as a target of antibiotics
7. Bacillus subtilis - differentiation and multicellular (GM) Characteristics of Bacillus subtilis Differentiation - cell types and cell fate determination Differentiation triggering signals Regulation of gene expression heterogeneity
8. Non-ribosomal peptide synthesis (GM) Characteristics of NRPS peptides and principle of synthesis Basic domains of synthetase Domain Tailoring Modification of NRPS
9. General mechanisms of bacterial pathogenesis (OC)
10. Heterogeneity of bacterial population in pathogenesis (OC)
Poslední úprava: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (22.04.2022)
Výsledky učení
Po úspěšném absolvování předmětu Fyziologie bakterií II student:
Definuje a vysvětlí základní mechanismy regulace genové exprese u bakterií a archeí, porovná metody jejich studia a zvolí nejvhodnější přístup pro řešení konkrétní vědecké otázky.
Vysvětlí a porovná globální regulační proteiny a transkripční faktory, navrhne experimenty k identifikaci genů regulovaných těmito proteiny a interpretuje výsledky těchto experimentů.
Porovná a rozliší odpovědi bakterií na různé typy stresu: limitaci živin (uhlík, dusík, fosfát), teplotní šok, chladový šok, oxidační stres, osmotický stres a přechod mezi aerobním a anaerobním prostředím a analyzuje jejich dopady na buněčnou fyziologii.
Vysvětlí pojmy atenuace, ribospínač (riboswitch), sRNA, diauxie, katabolická represe, dvoukomponentový regulační systém, sigma faktor, 6S RNA, stringentní odpověď, GASP fenotyp, “growth law“, quorum sensing a interpretuje jejich úlohu v regulaci růstu, přežití a metabolismu bakterií.
Popíše mechanismy dlouhodobého přežívání bakterií v nepříznivých podmínkách a jejich regulace.
Popíše a interpretuje mechanismus chemotaxe a uvede příklady jeho role při vyhledávání optimálních podmínek pro růst.
Definuje biofilm, uvede příklady jeho výskytu, vysvětlí fyziologické odlišnosti buněk v biofilmu oproti planktonnímu stavu, popíše jednotlivé fáze vývoje biofilmu v jejich logické posloupnosti a objasní význam extracelulární matrix pro ochranu a stabilitu buněk.
Popíše význam lipidů bakteriální membrány, vysvětlí jejich fyzikální vlastnosti, analyzuje jejich interakce s membránovými proteiny a objasní jejich roli v buněčných procesech, adaptačních mechanismech a působení antibiotik.
Definuje neribosomální peptidovou syntézu a vysvětlí její obecný význam v ekologii bakterií a interakcích s okolním prostředím.
Uvede příklady a porovná strategie mnohobuněčnosti a diferenciace u vybraných bakteriálních druhů z hlediska přežití a kolonizace prostředí a analyzuje signály, které tyto diferenciační procesy spouštějí.
Popíše a interpretuje využití moderních metod celogenomového sekvenování, vysvětlí základní principy molekulární epidemiologie a zhodnotí její význam pro sledování a kontrolu šíření patogenů.
Definuje a vysvětlí fyziologické a buněčné mechanismy antibiotické rezistence, uvede konkrétní příklady a metody využívané při hledání genů a mutací zodpovědných za rezistenci.
Vysvětlí a zdůvodní význam One Health konceptu.
Poslední úprava: Hnilicová Jarmila, Mgr., Ph.D. (17.01.2026)
