PředmětyPředměty(verze: 964)
Předmět, akademický rok 2012/2013
   Přihlásit přes CAS
Ekologie mikroorganizmů - MB140P73
Anglický název: Ecology of microorganisms
Zajišťuje: Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
Fakulta: Přírodovědecká fakulta
Platnost: od 2011 do 2013
Semestr: letní
E-Kredity: 3
Způsob provedení zkoušky: letní s.:písemná
Rozsah, examinace: letní s.:2/0, Zk [HT]
Rozsah za akademický rok: 13 [týdny]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
4EU+: ne
Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Úroveň: základní
Poznámka: povolen pro zápis po webu
Garant: doc. RNDr. Ivo Konopásek, CSc.
Vyučující: prof. RNDr. Petr Baldrian, Ph.D.
doc. RNDr. Ivo Konopásek, CSc.
Ing. Jan Kopecký, Ph.D.
doc. RNDr. Markéta Marečková, prom. biol., Ph.D.
Atributy: Modul Ekologie a evoluce
Výsledky anket   Termíny zkoušek   Rozvrh   
Anotace
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)
Literatura

Madigan, M., Martinko, J: Brock Biology of Microorganisms, Pearson Educational, 13 ed., 2011

Poslední úprava: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (12.02.2015)
Požadavky ke zkoušce

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)
Sylabus
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)
 
Univerzita Karlova | Informační systém UK