Extremofilní organismy a jejich sekundární metabolity

Prezentace na téma: "Extremofilní organismy a jejich sekundární metabolity"— Transkript prezentace:

1 Extremofilní organismy a jejich sekundární metabolity
prof. RNDr. Jiří Patočka, DrSc.

2 Základní pojmy Extremofilní organismus – prospívá v extremních podmínkách Extrémem se rozumí: Fyzikální faktory (tlak, teplota, radiace) Chemické faktory (salinita, vysychání, pH, redox. prostředí, vysoká koncentrace iontů) Biologické faktory (nutriční extrémy, populační hustota, parazitace)

3 Extremofilové Na Zemi žije řada organismů, které si v ničem nezadají s mimozemšťany v sci-fi. Tolerují prostředí pro ostatní tvory smrtelně nebezpečná. Žijí v roztocích jedovatých chemikálií, kyselin a hydroxidů, v jaderných reaktorech či enormních teplotách. Žijí na stejné planetě jako my a přesto jsou nám cizí, jako-by z jiného světa. Extremofilové, podobně jako jiné organismy, produkují sekundární metabolity - chemické substance rozličné struktury a rozličných biologických funkcí. Jsou tyto biochemikálie také extrémní?

4 Vysoké teploty Většina proteinů denaturuje mezi 40-50 °C
Pyrolobus fumari v sirných vývěrech černých komínů v hloubce 3650 m, °C Strain 121, hypertermofilní archebakterie (Pyrodictium) Nalezena v hydrotermálním průduchu Puget Sound, USA Žije při teplotě 121 °C Metabolismus založen na redukci oxidů železa

5 Hlubokomořské černé komíny
Černý komín, černý kuřák (black smoker) Hydrotermální průduchy na mořském dně Voda bohatá na minerály Teplota až 400 °C

6

7 Černý kuřák v hloubce 2250 m. Tichý oceán, hřeben Juan de Fuca Ridge, západně od ostrova Vancouver

8 Život kolem černých kuřáků
Rozvinutá společenstva v uzavřeném ekosystému Hloubka 2 – 5 km, obrovský tlak, vysoká teplota, žádné světlo, žádný kyslík Zelené sirné bakterie – fotosyntéza v naprosté tmě - jejich metabolismus je založen na síře Garnáti – krevety – krabi – červi – ryby Dnes je známo okolo 600 těchto organismů

9 Mnohoštětinatí červi rodu Alvinella
Alvinella pompejana vydrží °C Pouštní mravenec Catyglyphis bicolor přežije 55 °C

10 Nízké teploty Arktické ryby
Chvostoskoci (Collembola) aktivní až do °C Cryptoendolithotrophs – mikroorganismus z Antarktidy, aktivní do -15 °C

11 Huňatka Entomobrya nivalis
Měří 1-2 mm, vyskytuje se v mechu a lišejnících nebo v lesním humusu. V zimním období ji často najdeme masově na sněhu v horských oblastech i na zahradě

12

13 Nejnižší teploty pro fotosyntézu
Prasiola crispa -20°C

14 Usiminy A - C Nízké teploty snáší i lišejníky
Usiminy, sekundární metabolity antarktického lišejníku Stereocaulon alpinum. Jsou to inhibitory protein-tyrosin-fosfatázy 1B

15 Nejvyšší teploty pro fotosyntézu
Jednobuněčná řasa Cyanidium caldarium Yellowstone (75 °C) Akumuluje Fe, Zn, Cu, Ni a Mn Produkuje vitamin K (menachinon)

16 Nejvyšší úroveň radiace
Člověk onemocní při ozáření dávkou 2 Gy, letální dávka 6-10 Gy Bakterie přežívají 60 Gy Členovci (švábi, štíři) 900 Gy Želvušky 5700 Gy Bakterie Deinococcus radiodurans Gy, žije v blízkosti jaderných reaktorů

17 Želvušky Želvušky (Tardigrada) je kmen živočichů

18 Kyselé prostředí Acidofilní bakterie Lactobacillus, Thiobacillus
Thermoplasma acidophilus – skládky hlušiny po těžbě uhlí s nízkým pH (0-1).

19 Kyselé prostředí Helicobacter pylori, gram-negativní bakterie, která u lidí kolonizuje žaludek Nakažena je téměř polovina světové populace Produkuje toxin známý jako VacA toxin (vakuolizující toxin) Jeden z faktorů podílejících se na vzniku rakoviny žaludku

20 Alkalické prostředí Streptomyces sp. AK 409 – alkalifilní mikromyceta
Produkuje pyrocoll, antibiotikum a antiparasitikum s protinádorovým účinkem

21 Alkalické prostředí Alkalifilní bakterie Natronobacterium pharaonis
Bacillus alcalophilus Sinice (Spirulina, Microcystis, Plectonema) Sodné jezero Magadi v Keni (pH 10)

22 Koncentrované roztoky solí
Halofilní organismy Dunaliella salina, jednobuněčná zelená řasa (30 % roztok soli) Vysoký obsah karotenoidů, beta-karoten Akumuluje arsen

23 DAGAP Halofilní bakterie Rubrobacter xylanophilus, je rovněž radiorezistentní Produkuje di-N-acetylglucosamin-fosfát (DAGAP), sekundární metabolit

24 Vysoká salinita Žábronožky rodu Artemia Žábronožka slaništní
(A. salina) Sladká voda 7 ml O2/litr Mořská voda 4-6 ml O2/litr Mrtvé moře 0,8 ml O2/litr Krůček od anoxybiozy

25 Žábronožka slaništní

26 Anoxické podmínky Karas obecný (Carassius carassius)
Přezimuje ve vodě anoxických tůní

27 Vysoké koncentrace těžkých kovů
Archebakterie a protobakterie Ferroplasma acidophilum Ralstonia solanacearum Podílely se na vzniku rudných ložisek

28 Berkeley Pit Lake

29 Největší jedovaté jezero na světě (1,6 km, hloubka 270 m)
Pozůstatek měděného dolu (1955 až 1982) Kyselá voda (pH = 2,5) s vysokým obsahem mědi (187 ppm), arsenu, kadmia a zinku Kyselina berkelová, produkt plísně Penicillium sp., silné kancerostatikum

30 Závěr Životní podmínky, ve kterých žijí extremofilní organismy, se nám jeví jako absolutně nevyhovující pro cokoliv živého Život na Zemi vznikal v extrémních podmínkách Takové podmínky jako v ranných stádiích vývoje Země, panují i na většině těles Sluneční soustavy a patrně i jinde ve Vesmíru To vše podporuje ideu, že život existuje i jinde ve Vesmíru

31 Ještě jsme tam však nenašli cestu