!!! Sledujte elektronickou nástěnku a email !!! Konzultace V Mostě: v pondělí před přednáškou popř. po ní – ideálně dle dohody V Ústí v úterý 14:00-16:00, místnost 513 Dotazy e-mailem: josef.trogl@ujep.cz Tel.: 475 284 153 Webové stránky s informacemi pro studenty http://fzp.ujep.cz/~trogl !!! Sledujte elektronickou nástěnku a email !!!

Podmínky pro absolvování Zápočet Denní studium: absolvování cvičení a sepsání protokolů Kombinované studium: vypracování seminární práce Zkouška – jen se zápočtem!!! Písemný test

Zápočty Budou udělovány po splnění podmínek Pokud možno do začátku zkouškového období Přehled udělených zápočtů na webu Bez uděleného zápočtu se nelze přihlásit na zkoušku Zápis do indexu stačí až při zkoušce současně se známkou

Zkouška Jen písemný test 3 typy otázek 50 otázek 5 variant odpovědi (a,b,c,d,e) – právě jedna správná Časový limit 1 hodina 3 typy otázek 10 elementárních otázek – kvalifikační část cca 25 otázek ze základních znalostí – hodnotící část cca 15 otázek z pokročilých znalostí - hodnotící část

Zkouška Hodnocení 4 a více chyb z 10 kvalifikačních otázek  opakování zkoušky!!! jinak dle celkových bodů 41 a více bodů: 1 31-40 bodů: 2 21-30 bodů: 3 0-20 bodů: opakování zkoušky

Cvičení Celkem cca 12 hodin Povinná účast Praktické laboratorní práce – nutný plášť Před cvičením si prostudujte návod Z každé práce je třeba napsat protokol a odevzdat na příštím cvičení při skupinové práci jeden protokol za skupinu

Seminární práce Nejméně 10 stran A4 obrázky celkem max. 2 strany V papírové podobě, svázáno (stačí sešít) Každý student jiné téma témata na webu, možno i vlastní po schválení téma si volte emailem – 1 hlavní + 3 náhradní Formátování podle pokynů pro BP/DP bez formálních stránek, jen úvodní s tématem tisknout pokud možno oboustranně

SP - odevzdání Do konce semestru odevzdejte pracovní verzi (emailem nebo na papíře – „šmíráku“) Schvalovací proces – ±14 dní – viz web došlo – pracovní verze došla a je v hodnocení uznáno – opravte drobné připomínky, vytiskněte a svažte konečnou verzi – máte nárok na zápočet a možnost přihlásit se na zkoušku vráceno – práci je třeba výrazně předělat, poté znovu zašlete pracovní verzi Odevzdejte definitivní verzi na zkoušce

Seminární práce Citace zdrojů informací více zdrojů možno i web – spolehlivé stránky! Vlastní formulace - neopisovat doslova, nekopírovat cizí texty doslovné znění jen u citátů a autorit (např. rozdělení problému apod.) Správný postup: prostudovat zdroje pochopit a syntetizovat sepsat vlastní text

Mikrobiologie Biologická věda, zkoumající mikroskopické organismy, zejména bakterie, viry a mikroskopické houby Název z řečtiny micron = malý, bios = život, logos = slovo Objekty zájmu nejsou přesně vyhraněny a jsou chápány spíše tradičně

Podobory mikrobiologie Obecné Bakteriologie, virologie, fyziologie mikroorganismů… Aplikované Potravinářská mikrobiologie, biotechnologie, lékařská mikrobiologie, vodárenská mikrobiologie Hraniční disciplíny molekulární biologie, genetika, biochemie, hydrobiologie…

Mikrobiologické a příbuzné vědy Obor Objekt zájmu Bakteriologie Bakterie Virologie Viry Algologie Prokaryotické řasy Mykologie Mikroskopické houby Molekulární biologie Biologie na úrovni molekul

Stručná historie mikrobiologie 2.st. p.n.l. – Lucretius: nemoci jsou způsobeny neviditelnými organismy 1665 – Robert Hooke, kniha „Micrographia“ - buňka 1673 – Antony van Leeuwenhoek sestrojil mikroskop a poprvé pozoroval bakterie Ferdinand Cohn (1828-1898) – klasifikace bakterií, objev spór

Stručná historie mikrobiologie Louis Pasteur (1822-1895) vyvrátil teorii samoplození, pasterizace, očkování Robert Koch (1843-1910) Kochovy postuláty (bakterie jsou původci chorob), izolace čistých kultur, NC 1905 1892 Dmitrij Ivanovský popsal první virus (tabákové mozaiky) 1929 – Alexander Fleming objevuje penicilin 1939 – Edouard Chatton dělí organismy na prokaryota a eukaryota

Stručná historie mikrobiologie 1944 – O.T. Avery – DNA nese genetickou informaci 1953 – Watson, Crick, Wilkins objev struktury DNA (NC 1962) 1966 – genetický kód 1973 – první geneticky modifikovaná bakterie Escherichia coli s žabím genem 1984 – objev HIV 1995 – první kompletně sekvenovaný bakteriální genom (Haemophilus influenzae)

Mikroorganismus Jakýkoliv organismus dostatečně malý na to, být předmětem zájmu mikrobiologů

Bakterie Jednobuněčné mikroorganismy s prokaryotickou stavbou buňky

Houby (fungi) Jednobuněčné nebo mnohobuněčné organismy s eukaryotickou stavbou buněk Striktně heterotrofní metabolismus Jen některé mikroskopické

Kvasinky Jednobuněčné houby obvykle s kvasnými schopnostmi

Plísně Mikroskopické vláknité houby Obvykle negativní technický dopad

Viry Nebuněčné částice obsahující genetickou informaci bez schopnosti samostatně se rozmnožovat

Prvoci (protozoa) Jednobuněčné eukaryotické mikroorganismy

Výskyt mikroorganismů Mikroorganismy jsou prakticky všude Aseptické prostředí (=bez MO) je výjimečné MO jsou značně tolerantní k vnějším podmínkám

Orientační množství bakterií Prostředí Množství bakterií stolice zdravého člověka 109 /g zemědělská půda 108 /g bachorová šťáva přežvýkavců 1010 / ml lidská slina 108 /ml jezera a rybníky 106 /ml jogurt >108 /g pitná voda 102 /ml vzduch 103 /m3

Hmotnost organismů Organismy Hmotnost na Zemi [t] bakterie 5.1011 člověk 3,16.108 1010 / ml 108 /ml 106 /ml >108 /g pitná voda 102 /ml vzduch 103 /m3

Význam mikroorganismů Ačkoliv mikroskopické, jsou dominantní součástí biosféry V životním prostředí nezastupitelná úloha Ovlivňují člověka i většinu toho, co dělá

Mikroorganismy jako tvůrci životního prostředí MO se svou činností podílí na tvorbě životního prostředí rozklad látek a biomasy produkce látek a biomasy interakce s neživou přírodou (horniny, nerosty) nezastupitelná role při tvorbě půdy vliv na mikroklima (teplota…) Významná úloha v koloběhu prvků

Mikroorganismy jako rozkladači MO jsou schopné rozložit nejrůznější organické i anorganické látky mrtvá těla jiných organismů a jejich součásti látky vyloučené jinými organismy látky vytvořené člověkem …

Mikroorganismy jako producenti MO jsou schopné svou činností produkovat řadu chemických látek využitelné odpadní látky (ethanol, vodík, methan, vitamíny…) látky proti konkurenčním organismům (antibiotika, toxiny) biomasa extracelulární proteiny (enzymy) ochranné látky (polysacharidy, proteiny)

Mikroorganismy jako škůdci Mnohé MO jsou patogenní = způsobují nemoci i smrt člověka a zvířat Negativní vliv na lidskou činnost kažení potravin rozklad užitečných látek a výrobků (hniloba dřeva apod.) škody v zemědělství narušení výrobních procesů

Mikroorganismy v symbióze Mnohé MO žijí v symbióze s člověkem a jinými organismy střevní mikroflóra je nezbytná pro správné trávení skot je díky MO schopen trávit celulózu mnoho rostlin žije v symbióze s houbami i bakteriemi symbióza mořských živočichů s luminiscenčními bakteriemi …

Mikroorganismy ve službách člověka Producenti žádoucích látek aminokyseliny, léčiva, plyny, bílkoviny, vitamíny, polysacharidy… Producenti potravin alkoholické nápoje, ocet, ušlechtilé plísně, jogurty… MO jako chemické továrny organická chemie a farmacie využívají transformací látek katalyzovaných MO

Mikroorganismy ve službách člověka MO jako likvidátoři odpadu biologické čištění odpadních vod bioremediace oblastí chemicky znečištěných kompostování

Vývoj života Mnoho nejasností, hypotéz, nedořešených otázek! 4,5 miliardy let – vznik Země 4 miliardy let – náznaky života, samoreplikující se RNA 3,9 miliardy let – primitivní buňky 3 miliardy let – oxygenní fotosyntéza 2,1 miliardy let – eukaryotická buňka 1 miliardy let – vícebuněné organismy

Sledování evoluce Dříve zejména morfologické porovnání U mikroorganismů obtížné (mnoho druhů, málo znaků) Dnes zejména srovnávání genetických sekvencí Mikroorganismy se rychle množí – možnost sledovat evoluci „in vitro“ (v baňce)

Vsuvka: biologické experimenty In vivo – v živém organismu In vitro – „ve skle“ – zkumavkové experimenty např. s izolovanými enzymy apod. In silico – „v křemíku“ – počítačové simulace a výpočty

Porovnání příbuznosti Velká série různých znaků (50-500) kvantitativní (velikost apod.) kvalitativní (přítomnost znaku, typ znaku) Vyhodnocení podobnosti pomocí čtyřpolní tabulky

Porovnání příbuznosti Organismus 1 2 přítomnost znaku ANO NE a b c d

Porovnání příbuznosti Koeficient prosté shody (Simple Matching coefficient) Jaccardův koeficient (nezahrnuje znaky, které nemá ani jeden organismus)

Porovnání příbuznosti Na základě koeficientů je možné tvořit: umělé skupiny organismů (fenony) zahrnující všechny, které jsou si podobné s více než X% stromy podobnosti – vzdálenost konců vyjadřuje míru příbuznosti

Teorie mutace a selekce Přenos genetické informace na potomstvo nemusí být úplně přesný – mutace Mutací se mohou změnit geny a následně vlastnosti V určitém prostředí může být tato změna pozitivní – nový organismus lépe uspěje neutrální negativní – nový organismus je obvykle eliminován

Porovnávání sekvencí Podobnější sekvence = příbuznější organismy Geny – lze sledovat vývoj ve skupině, která tento gen má některé geny jsou konzervativní (málo se mění) Ribozomální RNA + mají všechny organismy + obvykle nekódující sekvence – mutace jsou neutrální Jiné nekódující sekvence (introny apod.) + mutace jsou neutrální

Strom života - rRNA Všechny známé organismy od bakterií až po člověka mají ribozómy Součástí ribozómu je i RNA sekvence rRNA umožňuje zkonstruovat univerzální strom života zahrnující všechny živé organismy po prvním sestavení mnohá překvapení nová doména Archea potvrzení endosymbiotické hypotézy …

Strom života Společný předek

Strom života Bacteria Společný předek

Strom života Archea Bacteria Eukarya Společný předek

Strom života Rostliny Houby Archea Bacteria Živočichové Eukarya Společný předek

Strom života Rostliny Houby Archea Bacteria Živočichové Eukarya Společný předek

Strom života - rRNA v minulosti se učily dvě základní nadříše prokaryota (prvojaderní) eukaryota (jaderní) !!! Dnes neplatí !!!, ale termíny zůstaly pro označení typu buňky

!!! 3 základní domény života, ale jen 2 základní typy buněk !!! Buňky !!! 3 základní domény života, ale jen 2 základní typy buněk !!! Doména Typ buňky Bacteria Prokaryotická Archea Eukarya Eukaryotická

Buňky Prokaryotické – primitivnější Eukaryotické menší nedělený buněčný prostor nepravé jádro Eukaryotické větší buněčný prostor dělený membránami na organely pravé jádro oddělené od cytoplasmy

malá ribozom. podjednotka Porovnání domén Bakteria Archea Eukarya Stavba buňky Prokaryotická Eukaryotická Operony Ano Ne Introny Vazba v membr. lipidech Esterová Éterová RNA polymeráza Jednoduchá Složitá DNA polymerázy Odlišné Podobné malá ribozom. podjednotka 16S 18S

Taxonomický systém Umožňuje zatřídit každý organismus Založen na vývojové příbuznosti – někdy obtížné správné určení Taxony = hierarchické skupiny zahrnující organismy s určitým stupněm vývojové příbuznosti přirozené – zahrnují jedince se společným předkem nepřirozené – zahrnují jedince s více předky Časté revize systému v důsledku nových poznatků

Druh Základní taxon Obtížná definice Soubor populací s jedinečným vývojovým původem schopných se křížit za vzniku plodného potomstva

Druh Základní taxon Obtížná definice Soubor populací s jedinečným vývojovým původem schopných se křížit za vzniku plodného potomstva Většina mikroorganismů se rozmnožuje jen nepohlavně – definice druhu na základě procenta shodnosti znaků (95% shoda)

Taxony Česky Latinsky Anglicky Přípona doména regio domain říše regnum kingdom kmen phyllum phylum oddělení division třída classis class řád ordo order -ales čeleď familia family -aceae rod genus druh species

Vyšší taxony Vyšší taxony se v mikrobiologii používají omezeně Použití u mikroskopických hub U bakterií bývá obtížné přesně vymezit rod a druh natož vyšší taxony

Binomická nomenklatura Carl Linné 1735 Každý druh má dva názvy (rodové a druhové jméno) Každý druh má mezinárodní (latinský) název a případné další národní názvy Latinské názvy se píší proloženě (kurzívou) Bacillus subtilis Vibrio cholerea

Nižší taxony Pseudomonas fluorescens HK44 Pseudomonas fluorescens 5RL Poddruh Plemeno / odrůda Kmen (strain) – mikrobiologický druh definovaný např. místem izolace či konkrétní mutací Nepíše se kurzívou Pseudomonas fluorescens HK44 Pseudomonas fluorescens 5RL Pseudomonas fluorescens HK9

Nižší taxony Poddruh Plemeno / odrůda Kmen (strain) – mikrobiologický druh definovaný navíc např. místem izolace či konkrétní mutací Nepíše se kurzívou Pseudomonas fluorescens HK44 nap+ sal+ lux+ Pseudomonas fluorescens 5RL nap+ sal- lux+ Pseudomonas fluorescens HK9 nap+ sal+ lux-

Strom života Rostliny Houby Archea Bacteria Živočichové Eukarya Společný předek

Bakterie Jednobuněčné organismy Prokaryotická stavba buněk Obvykle značně odlišný metabolismus, ale základní metabolické dráhy univerzální

Archea Jednobuněčné organismy Prokaryotická stavba buněk s primitivními eukaryotickými prvky Odlišná stavba membrán a buněčných stěn oproti bakteriím Specifické metabolické dráhy v porovnání s bakteriemi i eukaryi Genetické mechanismy podobné eukaryím

Eukarya Eukaryotická stavba buňky Jednobuněčné i vícebuněčné Značná jednota metabolismu

Houby Samostatná říše domény Eukarya Jen některé druhy mikroskopické Většina hub mnohobuněčných, některé kvasinky jednobuněčné Metabolismus aerobní respirace (dýchání), výjimečně fermentace (kvašení)

Prvoci Protozoa Jednobuněčné primitivnější eukaryotické organismy Nezávislé menší vývojové linie Velké buňky