|
|
|
||
Přednáška ukazuje úlohu mikroorganizmů v ekosystémech, kde jsou tyto organizmy podstatnou a nezastupitelnou komponentou. Probírá fyziologické a molekulárně biologické metody analýzy mikrobiálních společenstev, úlohu mikroorganizmů v biogeochemických cyklech, konkrétní příklady prostředí a úlohy mikroorganizmů v něm. Přednáška počítá se základními znalostmi z biochemie, molekulární biologie, ekologie a mikrobiologie. Je určena studentům bakalářských oborů studijního programu Biologie a bakalářského studijního oboru Molekulární biologie a biochemie organismů. Poslední úprava: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (12.02.2015)
|
|
||
Madigan, M., Martinko, J: Brock Biology of Microorganisms, Pearson Educational, 13 ed., 2011 Poslední úprava: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (12.02.2015)
|
|
||
Zkouška je písemná. Náplní zkoušky je obsah přednášek, prezentací a vybrané kapitoly povinné literatury (Brock Biology....13th edition, kapitoly 22-25). Podrobné požadavky jsou uvedeny v souboru "Okruhy_ke zkousce_2012".
Poslední úprava: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (12.02.2015)
|
|
||
Syllabus:
1. Mikrobiální ekologie - úvod, mikroorganizmy, úloha v ekosystému.
Stav ekologie mikroorganizmů ve srovnání s obecnou ekologií. Historie ekologie mikroorganizmů, revoluční přístupy v posledních desetiletích. Mikroorganizmy v laboratoři a v přírodě - rozdíly. Malá měřítka a niky, habitáty mikroorganizmů, funkční skupiny, úloha v ekosystému. Mikroorganizmy a systém organizmů, vymezení, charakteristika hlavních skupin, jejich ekologický význam, viry v ekosystému. Obtíže definice druhu u prokaryot, ekotyp, teorie speciace. Počet druhů a kultivovatelnost, důvody špatné kultivovatelnosti. Evoluce energetického metabolizmu.
2. Mikroorganizmy a prostředí.
Zákon tolerance a zákon minima, působení fyzikálních faktorů na mnohobuněčné organizmy a mikroorganizmy, srovnání. Extremofilové, faktory v přírodě a laboratoři. Teplota - obecný vliv a růstová rychlost. Rozdělení do skupin na základě optimální teploty růstu, charakteristika chladných prostředí, adaptace cytoplazmatických membrán a enzymů. Totéž u prostředí vysokých teplot. Kyslík, toxické podoby kyslíku, vztah ke kyslíku a typ energetického metabolizmu. Redoxní potenciál prostředí a metabolizmus. Voda, vodní aktivita, osmofilní a halofilní organizmy a jejich prostředí a adaptace, vysychání buňky, endolithické bakterie. pH prostředí, acidofilní a alkalifilní organizmy, problémy s intracelulárním pH.
3. Ekofyziologie mikroorganizmů.
Energetické metabolizmy a jejich kombinace. Adaptace k hladovění na zdroj C,N,S,P. Stringentní odpověď, katabolická represe. Dlouhodobé adaptace k hladovění, zvětšení povrchu, trpasličí buňky. Typy životních strategií u prokaryot jako optimální využití zdrojů. Kinetika růstu mikrobiální populace v ekosystému, K a r strategie. Pohyb: bičíky, swarming, klouzavý pohyb, plynové vakuoly, taxe. Růst mikroorganizmů na površích - biofilmy, výhody života v biofilmu, adheze, rovnováha v biofilmu.
4. Metabolizmus mikroorganizmů
Gradient redoxního potenciálu prostředí a typy metabolizmů. Kyslík a oxygenázové reakce, aerobní respirace. Anaerobní respirace nitrátu a denitrifikace, další akceptory elektronů pro anaerobní respirace (ionty železa a ostatních kovů, TMAO, DMSO, fumarát). Fermentace jako neúplná oxidace uhlíkatých sloučenin. Cesty další oxidace produktů fermentace: redukce iontů železa a manganu, sekundární syntrofní fermentace, respirace síranu a methanogeneze jako alternativní závěry mineralizace v anaerobním prostředí. Chemolithotrofie - oxidace sulfanu a železnatých iontů v závislosti na pH a redoxním potenciálu, nitrifikace, anammox, oxidace vodíku jako alternativa chemoorganotrofie. Fototrofie - spektrum světla v různých prostředích, anoxygenní a oxygenní fotosyntéza, fotopigmenty a maxima absorbce, skupiny fototrofních organizmů a jejich prostředí.
5. Biogeochemické cykly - koloběh uhlíku,dusíku, síry, železa.
Zdroje uhlíku v prostředí, živočišné a rostlinné polymery, důvody pomalé degradace, huminové kyseliny. Fototrofie prokaryot a primární produkce, oxid uhličitý a methan jako skleníkové plyny, konkurence o vodík v anaerobním prostředí, metabolizmy v horninách hluboko pod povrchem. Dusík: zdroje v prostředí, fixace dusíku, amonifikace a asimilace dusíku, DNRA , denitrifikace a nitrifikace. Síra: zdroje v prostředí, asimilace a mineralizace, význam chemolithotrofní oxidace sulfanu a respirace síranu, chemolithotrofie jako primární produkce. Železo: zdroje v prostředí, jeho redoxní cykly v neutrálním a kyselém pH, acidifikace důlních vod.
6. Metody v ekologii mikroorganizmů - tradiční metody
Kultivace a izolace čistých kultur mikroorganismů z přírody, obohacovací a selekční metody, fyziologická charakterizace kultur. Stanovení mikrobiální biomasy. Respirometrie a stanovení enzymových aktivit. Měření metabolických aktivit a metabolické diverzity mikroorganizmů v přirozeném prostředí.
7. Metody v ekologii mikroorganizmů - analýza společenstev nezávislá na kultivaci.
Mikroorganismy v prostředí - (ne)kultivovatelnost; prostředky popisu druhové a metabolické diversity. Meze možností a přesnosti. Geny využívané pro taxonomický a funkční popis složení a dynamiky společenstva, databáze sekvencí, navrhování primerů a sond. Izolace environmentální DNA, nespecifická a specifická (PCR) amplifikace vzorku. Využití molekulárních metod pro analýzu genové diversity: metody kvalitativní (fragmentační analýza DNA, denaturační metody), semikvantitativní (microarray - typy a experimentální uspořádání) a kvantitativní (real-time PCR). Klonování a sekvenování jako referenční metoda. Sekvenace metagenomů, nové metody sekvenování (next-generation sequencing) a perspektiva jejich využití v mikrobiální ekologii.
8. Interakce mikroorganizmů.
Životní strategie a jejich důsledky. Reprodukce a rozdělení K,r. Disturbance a reakce na stresové situace. Biorytmy, migrace, diverzita, distribuce a jejich souvislosti ve vztahu k populaci a společenstvu. Základní trofické vztahy. Intra a interspecifická konkurence, predace, rozklad, parazitismus, symbioza a mutualismus, komunikace mezi mikroorganismy. Příklady: parazitismus na rostlinách a důsledky pro rozvoj společenstev. Sekundární metabolity a jejich funkce, konkurence nebo komunikace?
9. Houby v ekosystému .
Základní fyziologické charakteristiky a ekologická specifika hub a houbových mikroorganismů. Růst hyfálních mikroorganismů, příjem živin. Saprotofní a houby, rozklad organických látek a vněbuněčné trávení pomocí enzymů. Symbióza - mykorrhizní houby a lišejníky. Adaptace hub na podmínky prostředí. Interakce hub s dalšími organismy v ekosystému.
10. Mikroorganizmy v půdě.
Faktory ovlivňující a limitující život mikroorganizmů v terestrických ekosystémech. Struktura půdy jako prostředí pro koexistenci mikroorganizmů. niky, redundance, sukcese. Degradace půdního prostředí. Stabilita. Příklady: vztah mezi diverzitou a aktivitou - denitrifikační bakterie; sezónní změny bakteriálního společenstva; funkční redundance bakteriálního společenstva v závislosti na stupni meliorace půdy.
11. Mikroorganizmy ve sladkých vodách, v mořích a oceánech.
Faktory ovlivňující a limitující život mikroorganizmů ve vodním prostředí. Procesy převládající v různých hloubkách vod stojatých a v různých fázích toku vod tekoucích. Mikrobiální trofická smyčka. Příklady: sezónní dynamika mikrobních společenstev v proudící vodě a sedimentu; vertikální a sezónní variace skupin baterioplanktonu ve stojaté sladké vodě; zastoupení, aktivita a struktura společenstva methan oxidujících bakterií ve vodním sloupci.
12. Genová výbava mikroorganizmů
Přirozená diverzita enzymové výbavy a adaptabilita. Genová výbava mikroorganismů - genomika; informace vyplývající ze sekvenace bakteriálních genomů: podíl sdílených genů, genová výbava specifická pro určité životní prostředí, výskyt a organizace genů šířených horizontálně. Technologicky významné aktivity mikroorganismů: interakce s kovy (transformace rtuti a těžkých kovů), degradace xenobiotik (ropa, pesticidy), produkce biologicky aktivních látek. Adaptace na antropogenní vlivy: rezistence vůči antibiotikům, degradace nových xenobiotik. Přístupy ke studiu horizontálně sdílených genů v prostředí: metagenomové knihovny, metody obohacování a selekce klonů. Poslední úprava: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (12.02.2015)
|