Ve Zlín ... Podpis studenta

Transkript

1

2

3

4 ABSTRAKT V teoretické ásti diplomové práce byly charakterizovány bakterie mléného kvašení se zamením na druh Lactococcus lactis. Dále byly popsány metody izolace bakteriální DNA, polymerázová etzová reakce a její modifikace, zejména RAPD. Tato metoda byla popsána v rámci identifikace a rozlišení rzných kmen laktokok i typizace bakterií mléného kvašení. V praktické ásti byla provedena optimalizace metodiky izolace DNA z bakterií rodu Lactococcus a dále srovnání fingerprintu 16 studovaných kmen Lactococcus lactis metodou RAPD s použitím rzných primer. Závrem byly vyhodnoceny výsledky týkající se vzájemného odlišení poddruh lactis a cremoris. Klíová slova: Bakterie mléného kvašení; Lactococcus lactis; Bakteriální DNA; Polymerázová etzová reakce (PCR); Agarózová gelová elektroforéza; Polymorfismus náhodn amplifikované DNA (RAPD); RAPD profil ABSTRACT In theoretical parts of Master thesis the lactic acid bacteria were characterized with a view to species Lactococcus lactis. Than the methods of isolation bacterial DNA, polymerase chain reaction (PCR) and its modification especially RAPD were described. RAPD method was characterized in terms of identification and separation of various strains of lactococci or typing of lactic acid bacteria (LAB). In practical parts the optimalization of methodics isolation DNA from bacteria of genus Lactococcus and subsequently the comparison of fingerprint of 16 Lactococcus lactis strains tested by RAPD method using the various primers were effected. At the conlusion the results of differentiation of species lactis and cremoris were evaluated. Keywords: Lactic Acid Bacteria; Lactococcus lactis; Bacterial DNA; Polymerase Chain Reaction (PCR); Agarose gel electrophoforesis; Randomly Amplified polymorphic DNA (RAPD); RAPD profile

5 Touto cestou bych ráda podkovala své vedoucí diplomové práce RNDr. Leon Bukové, Ph.D. za odborné vedení, cenné rady, pipomínky a námty, ímž mi významn pomohla ke zpracování zadaného tématu. Dále bych ráda podkovala Ing. Františkovi Bukovi, Ph.D. za pomoc pi statistickém vyhodnocování analyzovaných gel. Prohlašuji, že jsem na diplomové práci pracovala samostatn a použitou literaturu jsem citovala. V pípad publikace výsledk, je-li to uvedeno na základ licenní smlouvy, budu uvedena jako spoluautorka. Ve Zlín... Podpis studenta

6 OBSAH ÚVOD...9 I TEORETICKÁ ÁST BAKTERIE MLÉNÉHO KVAŠENÍ TAXONOMIE A VLASTNOSTI BAKTERIÍ MLÉNÉHO KVAŠENÍ METABOLISMUS BAKTERIÍ MLÉNÉHO KVAŠENÍ Elektronové akceptory BMK VÝZNAM A VYUŽITÍ BAKTERIÍ MLÉNÉHO KVAŠENÍ ROD LACTOCOCCUS Historický vývoj taxonomie Lactococcus lactis Vlastnosti Lactococcus. lactis subsp. lactis a Lactococcus. lactis subsp. cremoris Izolace a výskyt laktokok Proteolytický systém Lactococccus lactis Produkce exopolysacharid Požadavky na živiny BMK POLYMERÁZOVÁ ETZOVÁ REAKCE PCR HISTORIE PCR IZOLACE DNA PODMÍNKY A PRBH POLYMERÁZOVÉ ETZOVÉ REAKCE Požadavky na primery Termostabilní DNA polymerázy Prbh PCR Termocykler MODIFIKACE PCR INHIBITORY PCR VYUŽITÍ PCR IDENTIFIKACE A SEPARACE DNA Gelová elektroforéza POLYMORFISMUS NÁHODN AMPLIFIKOVANÉ DNA - RAPD PRINCIP RAPD PARAMETRY OVLIVUJÍCÍ RAPD TYPIZACI Templátová DNA Výbr primeru Teplota a poet cykl Vizualizace VÝHODY A NEVÝHODY RAPD POUŽITÍ RAPD Využití RAPD pro typizaci BMK Aplikace RAPD k identifikaci Lactococcus lactis...33

7 3.4.3 Sledování L. lactis subsp. cremoris pomocí primer HdiR a No CÍL PRÁCE...36 II PRAKTICKÁ ÁST MATERIÁL A METODY BAKTERIÁLNÍ KULTURY POUŽITÉ ROZTOKY A MÉDIA Kultivaní média a roztoky k izolaci bakteriální DNA Roztoky pro agarózovou gelovou elektroforézu P ÍPRAVA KULTIVANÍHO MÉDIA A KULTIVACE BAKTERIÁLNÍCH BUNK Píprava MRS bujónu s glukózou Kultivace bakterií IZOLACE BAKTERIÁLNÍ DNA Lyze bunk, izolace a purifikace bakteriální DNA AMPLIFIKACE DNA Polymerázová etzová reakce s primery PALA 4 a PALA Náhodn amplifikovaná polymorfní DNA (RAPD) AGARÓZOVÁ GELOVÁ ELEKTROFORÉZA Píprava agarózového gelu Nanášení vzorku a prbh agarózové gelové elektroforézy Hodnocení gel VÝSLEDKY KULTIVACE, MORFOLOGICKÁ A MIKROSKOPICKÁ CHARAKTERISTIKA LACTOCOCCUS LACTIS IZOLACE BAKTERIÁLNÍ DNA PCR S PRIMERY PALA 4 A PALA CHARAKTERISTIKA KMEN POMOCÍ RAPD TYPIZACE RAPD typizace s primerem CC RAPD typizace s primerem P RAPD typizace s primerem P RAPD typizace s primerem P RAPD typizace s primerem CORR RAPD typizace s primerem PER DISKUZE IZOLACE BAKTERIÁLNÍ DNA LACTOCOCCUS LACTIS CHARAKTERISTIKA STUDOVANÝCH KMEN LAKTOKOK POMOCÍ RAPD TYPIZACE...77 ZÁVR...79 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY...80

8 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOL A ZKRATEK...84 SEZNAM OBRÁZK...85 SEZNAM TABULEK...86

9 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 9 ÚVOD Význam bakterií mléného kvašení spoívá v jejich dlouhodobé tradici v potravináském prmyslu. Hlavním znakem tchto bakterií je produkce kyseliny mléné jako hlavního výsledného produktu fermentace sacharid. Morfologicky se jedná o skupinu grampozitivních a obvykle kataláza negativních kok nebo tyinek, které rostou za mikroaerofilních až striktn anaerobních podmínek a netvoí spory. Do této heterogenní skupiny bakterií jsou azeny rody Bifidobacterium, Carnobacterium, Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Sporolactobacillus, Strepcoccus, Weissella, Tetragenococcus a Vagococcus. Mezi ekonomicky nejvýznamnjší bakterie mléného kvašení patí bakterie rodu Lactococcus. Vzhledem k technologickému významu poddruh L. lactis subsp. lactis a L. lactis subsp. cremoris je teba tyto poddruhy vzájemn odlišit. Za tímto úelem se používají molekulárn diagnostické metody. Bžn používanou metodou se stala polymerázová etzová reakce. V souasné dob je snahou mnoha pracoviš vyvinout jednoduché metody k rozlišení obou poddruh. Jednou z možných metod je i RAPD s využitím vhodných primer.

10 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 10 I. TEORETICKÁ ÁST

11 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 11 1 BAKTERIE MLÉNÉHO KVAŠENÍ Bakterie mléného kvašení (BMK, LAB Lactic Acid Bacteria) patí mezi prmyslov významné mikroorganismy, které jsou celosvtov využívány pi výrob fermentovaných mléných potravin a nápoj. Homofermentativní a heterofermentativní kvašení zpsobené mlénými bakteriemi pi pemn sacharid na kyselinu mlénou jsou dobe prozkoumány a oba zpsoby kvašení byly popsány v ad studií. Ke vzniku charakteristickým rys produktu, jako jsou vn, textura a mnohdy i nutriní hodnota potravin, slouží vhodné uchování a aplikace bakterií mléného kvašení [1]. Ze všech bakterií mléného kvašení je nejrozsáhleji studovaným mikroorganismem Lactococcus lactis. Relativní jednoduchost metabolismu mikroorganismu L. lactis, pi kterém dochází k pemn sacharid na pyruvát, spoívá v tom, že vytváí energii pedevším pes stupe fosforylace substrátu. Významnjší prlom pro použití mikroorganismu Lactococcus lactis jako prmyslového mikroorganismu spoíval ve vývoji nkolika genetických postup, které vedly k bližší charakterizaci tchto bakterií [1]. Mnoho zástupc bakterií mléného kvašení hraje podstatnou roli v prbhu mléného kvašení, pi nmž jsou tyto bakterie asto používány jako startérové kultury ve výrob rzných druh sýr. V nkterých mlén kvašených výrobcích se vyskytují další druhy mléných bakterií, které bývají oznaovány jako sekundární mikroflóra. Tyto asto úmysln pidané bakterie produkují žádoucí sloueniny aroma a oxid uhliitý [2]. 1.1 Taxonomie a vlastnosti bakterií mléného kvašení Pojem mléné bakterie zahrnuje skupinu rod s podobnými fyziologickými a ekologickými znaky. Jedná se o grampozitivní nesporogenní, mikroaerofilní bakterie. Morfologicky se BMK adí jak mezi koky, tak mezi tyinky a obecn neprodukují katalázu. Název této skupiny bakterií je odvozen od jejich schopnosti fermentovat sacharidy na kyselinu mlénou (homofermentace) jako hlavní výsledný produkt. Pi heterofermentativním kvašení vznikají krom kyseliny mléné rovnž kyseliny jablená, jantarová, mravení, octová, etanol a oxid uhliitý [3].

12 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 12 Taxonomie bakterií mléného kvašení je provázena velkými zmnami. Jedná se o velmi heterogenní skupinu, do které patí rody Bifidobacterium, Carnobacterium, Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Sporolactobacillus, Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus a Weissella [4]. Mléné bakterie jsou v pírod ubikvitárn rozšíené, zejména v místech s vysokými koncentracemi sacharid, aminokyselin, vitamin a vyšší tenzí oxidu uhliitého. Tvoí souást bakteriálního osídlení respiraního systému a dominantní ást mikroflóry trávícího a urogenitálního traktu lovka i zvíat. Jsou také nalézány v klinickém materiálu humánního a animálního pvodu. BMK jsou významnou složkou mikroflóry potravin (fermentované mléné výrobky, fermentované maso a zelenina, tsto, nápoje). Výbrem vhodných tzv. startérových kultur pi výrob fermentovaných produkt lze zajistit jejich požadované píznivé organoleptické vlastnosti (chu, vni apod.). Bakterie mléného kvašení vykazují silný inhibiní efekt proti rstu a produkci toxin ostatních pítomných bakterií. Tchto vlastností se využívá ke zvýšení trvanlivosti a zdravotní nezávadnosti potravin. Pi balení nkterých druh potravin vetn masa a masných výrobk jsou BMK faktorem, který významn ovlivuje údržnost a senzorické vlastnosti potravin [5], [8]. Nkteré rody bakterií mléného kvašení jsou producenty bakteriocin. Jedná se o sloueniny bílkovinné povahy, které vykazují antibakteriální aktivitu proti omezenému spektru mikroorganism, vtšinou úzce píbuzných s daným producentem. Rody Lactobacillus, Enterococcus a Bifidobacterium jsou užívány rovnž jako probiotika s cílem kompenzovat úinky škodlivých faktor, psobících na lidský organismus [5]. 1.2 Metabolismus bakterií mléného kvašení Základním rysem metabolismu bakterií mléného kvašení je úinná fermentace sacharid spojená s fosforylací substrátu. Vzniklý adenosintrifosfát (ATP) je následn využívaný pro biosyntetické úely [6]. Homofermentativní bakterie mléného kvašení (Pediococcus, Streptococcus, Lactococcus) produkují kyselinu mlénou jako hlavní nebo jediný konený produkt fermentace glukózy. Glykolýzou (Embden Mayerhof Parnasovou dráhou) vznikají z jednoho molu glukózy 2 moly kyseliny mléné a 2 moly ATP.

13 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 13 V nkterých pípadech, pokud se zmní rstové podmínky a substrátem pro fermentaci je pentóza, mže dojít ke zmn. Homofermentativní BMK pak utilizují pentózu stejn jako heterofermentativní druhy [6]. Heterofermentativní BMK (Leuconostoc, Weissella a nkteré laktobacily) produkují z jednoho molu glukózy 1 mol kyseliny mléné, CO 2 a etanolu a 1 ATP pomocí hexóza monofosfátové nebo pentózové dráhy (obrázek 1). Jiné hexózy než glukóza, jako jsou manóza, galaktóza a fruktóza, jsou rovnž fermentovány mnohými mlénými bakteriemi. Metabolismus disacharidu laktózy se nejvíce uplatuje v mlékárenském prmyslu pi výrob fermentovaných mléných výrobk. Laktóza vstupuje do buky dvma možnými zpsoby, a to bu s využitím nosie laktóza permeázy nebo pomocí fosfoenolpyruvát depedentní fosfotransferázy [6]. Stejn jako všechny ostatní bakterie mléného kvašení jsou laktokoky velmi nároné na prostedí, ve kterém rostou. Jejich rst vyžaduje pítomnost protein, peptid, specifických aminokyselin, derivát nukleových kyselin a vitamin, z nichž všechny slouží jako stavební jednotky v syntéze jejich vlastní buky. V mléce je koncentrace aminokyselin leucinu, izoleucinu, valinu, histidinu a methioninu, které jsou základem pro vtšinu laktokok, mén než 1 mg/l. Obsah volných aminokyselin pvodn obsažených v mléce poskytuje dostatené množství dusíku, a to asi 2 %. Kasein, který tvoí až 80 % všech bílkovin mléka se po vyerpání neproteinového dusíku stává jeho primárním zdrojem [7]. Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis je schopen v mléce metabolizovat citrát. Konenými produkty metabolismu citrátu jsou diacetyl, aceton, 2,3-butandiol, kyselina octová a oxid uhliitý, které pispívají k tvorb chuti a vn fermentovaných mléných výrobk. Citrát je bez modifikace transportován do buky. Tato reakce je katalyzována enzymem citrát permeázou [7]. Zvláštností nkterých bakterií mléného kvašení je zpsob umístní gen zodpovdných za nkteré metabolické aktivity (fermentace laktózy, proteinázová aktivita). Informace pro uritý metabolický krok u nich nejsou lokalizované pouze na chromozomech, ale i na plazmidech. Jejich obsah DNA v bukách se pohybuje okolo 1 3 %, výjimen až 20 % celkové DNA hostitelské buky [8].

14 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 14 Obrázek 1: Homofermentativní a heterofermentativní mléné kvašení [6]. P...fosfát NAD +...nikotidadenindinukleotid ATP...adenosintrifosfát DP...difosfát NADH...redukovaná forma NAD + ADP...adenosindifosfát

15 UTB ve Zlín, Fakulta technologická Elektronové akceptory BMK Pro homofermentativní bakterie mléného kvašení mohou hrát v anaerobním metabolismu uritých substrát podstatnou roli organické elektronové akceptory. Píkladem takovýchto vnjších organických elektronových akceptor jsou acetaldehyd, -ketokyseliny, citrát, fruktóza, fumarát a glycerol [6]. V reakcích s NADH oxidázami vystupuje jako vnjší elektronový akceptor kyslík, což mže být pro bakterie mléného kvašení v mnoha pípadech výhodné. Produkty reakce mohou být bu NAD + a H 2 O 2 nebo NAD + a H 2 O, a to v závislosti na tom, zda enzym zprostedkovává dva nebo tyi penosy elektron. Mnoho mléných bakterií také vlastní NADH peroxidázu, která jako elektronový akceptor využívá H 2 O 2. BMK pak mohou využívat krom pyruvátu jako elektronový akceptor i acetylfosfát (pesnji jeho koenzym CoA) [6]. Bakterie mléného kvašení však nevyžadují jako vnjší elektronový akceptor pouze kyslík. Ke stejnému úelu mohou sloužit i nkteré anaerobní organické sloueniny. Toto platí zejména pro heterofermentativní mléné bakterie. Pítomnost nebo absence vnjšího elektronového akceptoru rozhoduje, zda se vytvoí etanol (bez ATP) nebo acetát (1 ATP). Nkteré heterofermentativní bakterie mléného kvašení tvoí nedostatek etanolu a jsou proto na vnjším elektronovém akceptoru závislé [6]. 1.3 Význam a využití bakterií mléného kvašení Prmyslové využití bakterií mléného kvašení souvisí s jejich dlouholetou tradicí, která spoívá ve využívání rzných forem kvašení. Ekonomický význam bakterií mléného kvašení spoívá v jejich pítomnosti v rzných druzích zákvas a tst užívaných pro výrobu základních druh potravin. Startérové kultury mezofilních laktokok jsou využívány pi výrob široké škály rzných druh sýr, másla a fermentovaných mlék [9]. Napíklad Lactococcus lactis je souástí máslaské kultury používané k zakysání smetany a nkteré kmeny L. lactis produkují antibiotikum nisin, které se používá jako pomocná látka pi konzervaci potravin.

16 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 16 Streptococcus thermophilus je souástí zákvas pro výrobu ementálského sýra a spolen s mikroorganismem Lactobacillus delbruecki subsp. bulgaricus zpravidla tvoí základ tzv. jogurtové kultury. Lactobacillus helveticus je využíván jako startérová kultura pro výrobu sýr [10]. 1.4 Rod Lactococcus Lactococccus lactis je primárním modelovým mikroorganismem patící do skupiny mléných bakterií, jenž má široké využití ve výrob fermentovaných mléných výrobk zahrnujících kyselé smetany, erstvé a mkké sýry a rzné tvrdé a polotvrdé sýry. Laktokoky jako startérové kultury hrají klíovou roli v urování kvality fermentovaných mléných výrobk, a to s ohledem na skladovatelnost, uchování a pedevším senzorickou jakost [11] Historický vývoj taxonomie Lactococcus lactis První popis bakterií mléného kvašení se datuje až k roku 1878, ve kterém byl popsán organismus Bacterium lactis. V roce 1970 byly laktokoky popsány jako ti rzné druhy streptokok (Streptococcus cremoris, Streptococcus diacetylactis, Streptococcus lactis). V roce 1985 Schleifer navrhnul, aby byl rod Lacotococcus piazen k nkterým druhm rodu Streptococcus a Lactobacillus (obrázek 2). K tomuto definování došlo na základ chemotaxonomických studií, které byly potvrzeny sekvencováním 16S rrna. Na základ nkolika charakteristických fenotypových vlastností byly v rámci Lactococcus lactis klasifikovány poddruhy lactis, cremoris a lactis biovar diacetylactis. Pro následné analýzy tchto mikroorganism byly použity rzné metodiky vycházející z molekulárních pístup zahrnující DNA hybridizaci, sekvencování gen a polymerázou etzovou reakci (PCR Polymerase Chain Reaction) [11]. V souasnosti rod Lactococcus zahrnuje pt druh; Lactococcus garvieae, Lactococcus piscium, Lactococcus plantarum, Lactococcus raffinolactis a Lactococcus lactis, který je rozlišovaný do poddruh L. lactis subsp. cremoris, L. lactis subsp. hordniae (díve Lactobacillus hordniae) a L. lactis subsp. lactis (díve Lactobacillus xylosus, Streptococcus lactis) [12].

17 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 17 Obrázek 2: Historický pehled taxonomie mikroorganismu Lactococcus lactis [11] Vlastnosti Lactococcus. lactis subsp. lactis a Lactococcus. lactis subsp. cremoris Laktokoky jsou grampozitivní koky patící do skupiny bakterií mléného kvašení. Jsou homofermentativní a produkují výhradn L(+) izomer kyseliny mléné. Nevykazují -hemolýzu, jsou pouze slab -hemolytické [12]. Ve vztahu ke kyslíku jsou fakultativn anaerobní, chemororganotrofní a k rstu vyžadují nutrin kompletní média. Laktokoky také netvoí spóry, jsou nepohyblivé, bez pouzder a obvykle jsou azeny do sérologické skupiny N [13]. Lactococcus lactis subsp. cremoris vykazuje nkteré charakteristické vlastnosti, kterými se odlišuje od Lactococcus lactis subsp. lactis: má nižší optimální teplotu rstu, tvoí mitelné množství CO 2, morfologicky se zpravidla vyznauje vtšími bukami a tvorbou delších etízk (tabulka 1, obrázek 3). Lactococcus lactis subsp. lactis je v mlékárenství nejrozšíenjším mikroorganismem. V erstvém, za hygienických podmínek nadojeném mléce se velmi dobe rozmnožuje a zpsobuje kvašení. Je tedy neodmyslitelnou souástí istých mlékaských kultur využívaných pro výrobu nkterých druh kysaných mlék, kysaných smetan a vtšiny druh sýr. Jeho buky mají vejcovitý tvar o prmru 0,5-1,0 m a vtšinou se vyskytují v párech nebo krátkých etízcích. Charakteristické pro nj je, že nefermentuje sacharózu nebo pouze v nepatrné míe.

18 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 18 V mléku tvoí 0,8 0,9 % kyseliny mléné a mén než 10 % metabolit jsou tkavé kyseliny, zejména kyselina octová. Neštpí kyselinu citronovou, netvoí acetoin, diacetyl ani CO 2. V médiu nesnáší koncentraci NaCl 6,5 %, ale pi koncentraci 4 % roste dobe. Nkteré kmeny produkují bakteriocin nisin, v potravináství využívaný k inhibici grampozitivních bakterií, zejména anaerobních sporotvorných bakterií, jako jsou nap. klostridia [8]. Lactococcus lactis subsp. cremoris je mikroorganismus, který tvoí buky o prmru 0,6 1,0 m (asto jsou vtší než u Lactococcus lactis subsp. lactis ), které zstávají u sebe ve smru jejich dlení, proto vznikají dlouhé etízky, asto složené i z více než 20 bunk. V mléku tvoí asi 0,7 % kyseliny mléné. Tento mikroorganismus tvoí menší množství vedlejších produkt, piemž tvorba CO 2 je promnlivá. Rovnž vytváí malé množství acetoinu a diacetylu. Roste ješt v médiu s obsahem 2 % NaCl, koncentrace 4 % NaCl je však pro nj inhibiní [8]. Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis má podobné charakteristiky jako Lactococcus lactis subsp. lactis s vyjímkou tvorby vtšího množství tkavých látek. Od Lactococcus lactis subsp. lactis se liší dvma znaky, jednak za pítomnosti fruktózy vytváí pedevším CO 2 a kyselinu octovou, jednak štpí kyselinu citronovou, pi emž se ve znané míe tvoí acetoin. Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis bývá využíván v istých mlékaských kulturách, u kterých se vyžaduje tvorba aromatu (diacetyl) a tvorba CO 2 není na závadu [8] Izolace a výskyt laktokok Bakterie rodu Lactococcus jsou obecn považovány pro lovka za nepatogenní, i když byly izolovány z klinického materiálu, nap. z hemokultur [13]. Zpravidla se nacházejí na rostlinách a kži zvíat. Lactococcus plantarum bývá izolovaný pevážn z rostlin, Lactococcus garvieae z ryb, zvíat a mléka a Lactococcus piscium z lososa. Pítomnost laktokok v syrovém mléce vdí zneištní z píce bhem dojení. Laktokoky, které se nejastji nacházejí v erstvém mléce, sýrech a dalších mléných produktech, jsou L. lactis subsp. lactis a L. lactis subsp. cremoris [12].

19 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 19 Tabulka 1: Vybrané vlastnosti mikroorganism Lacococcus lactis subsp. lactis a subsp. cremoris [8], [13]. Reakce na Gramovo barvení Tvar a uspoádání bunk Lactococcus lactis subsp. lactis pozitivní nesporulující kokovité nebo oválné buky v párech nebo rzn dlouhých etízcích Lactococcus lactis subsp. cremoris pozitivní nesporulující kokovité nebo oválné buky v párech nebo kratších etízcích Vztah ke kyslíku fakultativn anaerobní fakultativn anaerobní Optimální kultivaní teplota Hlavní diagnostické znaky Vzhled kolonií 30 o C 30 o C kataláza negativní, oxidáza negativní, z argininu tvoí amoniak 1-2 mm nepigmentované až béžové okrouhlé kolonie s hladkými okraji, lesklé, vypouklé kolonie. kataláza negativní, oxidáza negativní, z argininu netvoí amoniak 1-2 mm nepigmentované až béžové okrouhlé kolonie s hladkými okraji, lesklé, vypouklé kolonie Výskyt rostlinný materiál, mléko rostlinný materiál Použití fermentované mléné výrobky, výroba nisinu fermentované mléné výrobky s táhlovitou strukturou Obrázek 3: Mikroorganismus Lactococcus lactis subsp. cremoris [14]. a) Vzhled povrchových kolonií po aerobní kultivaci na M17 agaru s glukózou (48 h pi 30 o C)

20 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 20 b) Barveno podle Grama po aerobní kultivaci v M17 agaru s glukózou (18 h pi 30 o C), zvtšení 10 x Proteolytický systém Lactococccus lactis Proteolytický systém organismu Lactococccus lactis zahrnuje membránu s lokalizovanou proteinázou, rozmanité peptidové transportní systémy a nkolik intracelulárních peptidáz. Proteolytické produkty uvolnné do prostedí se pro další degradaci musí upravovat. Poátení rst laktokok v mléce závisí na obsahu nebílkovinného dusíku. Jakmile je obsah nebílkovinného dusíku vyerpán, jedna z proteináz (Prt - ) pozastaví rst bunk v množství pibližn 10 8 CFU/ml, zatímco degradace kaseinu druhou proteinázou (Prt + ) umožuje další rst bunk pesahující množství 10 9 CFU/ml. Tyto bakteriální typy se mohou rznými zpsoby ovlivovat. Mohou soutžit o pístupnost živin, jeden z nich mže upravovat prostedí zpsobem, který potlauje další rst nebo mže produkovat i uvolovat sloueniny, které další rst podporují (komenzalismus) [15] Produkce exopolysacharid Exopolysacharidové molekuly produkované rznými bakteriemi mléného kvašení pedstavují širokou škálu chemických slouenin, zahrnující zmny ve složení a vazb polysacharidu, vtvení polymeru a jeho délky. Tyto polymery hrají významnou roli v reologických a texturních vlastnostech fermentovaných produkt.

21 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 21 Mohou být také použity jako pírodní potravinové písady, v souasnosti však nahrazují použití stabilizátor a zahušovadel, které jsou produkované nepotravináskými bakteriemi. Produkce exopolysacharid mikroorganismem Lactococcus lactis je spojená s kmeny izolovanými z vysoce viskózních fermentovaných mléných výrobk. Specifické exopolysacharidové geny jsou kódovány na velkých plazmidech, které mohou být konjugovan penesené z jednoho kmene laktokok na další. Tímto pedstavují kapacitu vyprodukovaných exopolysacharid v píjmovém kmenu [16] Požadavky na živiny BMK Laktokoky se zpravidla vyskytují v omezených lokalitách bohatých na živiny. Postrádají však rzné biosyntetické dráhy, takže pro svj rst potebují živiny, zejména aminokyseliny, vitaminy skupiny B a krom toho také sacharidy, fosfáty, draslík a hoík. Mnoho gen kódujících anabolické enzymy bývá lokalizováno na plazmidech, které mohou bhem rstu vymizet. Proto množství živin, které kmeny laktokok potebují, závisí na zdroji, ze kterého byly izolovány, na dob uchování ve sbírce mikroorganism a na tom, jaké médium bylo použito k jejich udržování [17]. Aminokyseliny mohou být dodávány bu ve form volné nebo po hydrolýze kaseinu. Dobrý rst laktokok byl potvrzen v médiu, které obsahovalo aminokyselin. U vyšetovaných kmen Lactococcus lactis, byla v pítomnosti 6 esenciálních aminokyselin potvrzena stimulace jejich rstu. Mezi tyto esenciální aminokyseliny, které stimulují poddruh L. lactis subsp. lactis patí: kyselina glutamová, valin, methionin, histidin, leucin a isoleucin. Poddruh L. lactis subsp. cremoris je navíc krom tchto aminokyselin stimulován i prolinem a fenylalaninem. Nkteré kmeny L. lactis subsp. cremoris také potebují serin, tyrosin, lysin a alanin. Za koncentraci esenciálních aminokyselin pod jejíž hranicí není rst poddruh L. lactis subsp. lactis a L. lactis subsp. cremoris optimální je považována hodnota mg.l -1 [17]. Krom aminokyselin jsou pro rst bakterií mléného kvašení esenciální i nkteré vitaminy skupiny B. Mnoho studií se shodlo na tom, že kyselina nikotinová (vitamin B 3 ), kyselina pantotenová (vitamin B 5 ) a biotin jsou pro jejich rst esenciální.

22 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 22 Kyselina nikotinová je nezbytná pro syntézu NADP a kyselina pantotenová je kofaktorem koenzymu A. Bylo také zjištno, že pro nkteré kmeny L. lactis subsp. lactis a L. lactis subsp. cremoris jsou vitaminy thiamin (B 1 ) a riboflavin (B 2 ) esenciální nebo stimulující [17]. Minerální látky, a zejména stopové prvky, vstupují do médií v podob neistot, které jsou souástí jejich složek. Média bohatá na minerální látky obsahují zejména (v µg.g -1 hmotnosti sušiny) Fe (150), Cu (71), Mg (1270), Zn (74) a V (44). Urité množství nkterých minerálních látek stimuluje rst L. lactis subsp. lactis a L. lactis subsp. cremoris [17].

23 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 23 2 POLYMERÁZOVÁ ETZOVÁ REAKCE PCR Polymerázová etzová reakce PCR (Polymerase Chain Reaction) je enzymová metoda, která slouží k syntéze definovaného úseku DNA in vitro. Tato metoda, která znamenala revoluci v metodice molekulární biologie, poskytuje až 10 6 násobné pomnožení DNA bhem 2 3 hodin. Základem je použití neporušeného etzce DNA, který má být pomnožen. Dalším dležitým pedpokladem pro úspšnou reakci je navržení vhodných primer tak, aby byla zajištna specifita reakce. Pro daný úsek DNA jsou k dispozici oligonukleotidové primery komplementární k 3 a 5 koncovým sekvencím úseku, jenž má být amplifikován. Jednotlivé kroky amplifikace zahrnují denaturaci templátu, pipojení primer a extensi pipojených primer DNA polymerázou. Opakování tchto krok vede k syntéze segmentu s konci definovanými primery, které jsou inkorporovány do nov vznikajících molekul. Fragmenty této délky tvoí hlavní produkt reakce, ale krom toho vznikají i delší fragmenty DNA. Podíl tchto fragment se však v prbhu reakce snižuje. Pi prvním reakním cyklu vznikají delší fragmenty než odpovídá vzdálenosti vymezené zvolenými primery. Ve druhém cyklu poskytují tyto nov vzniklé molekuly již fragmenty DNA požadované délky. Delší molekuly budou produkovány i nadále, ale jejich množství bude stoupat pouze lineární rychlostí [18]. Protože primery musí být chemicky syntetizovány, PCR mže být použita pouze pro klonování DNA, u které známe alespo zaátení a koncovou nukleotidovou sekvenci. Pomocí tchto primer nasyntetizuje DNA polymeráza obvykle nkolik miliard kopií požadované sekvence. PCR je tedy velmi citlivá metoda, která umožuje detekci jediné kopie DNA ve vzorku tím, že tuto sekvenci namnoží do té míry, že ji mžeme po separaci gelovou elektroforézou snadno detekovat [19]. 2.1 Historie PCR Polymerázová etzová reakce je technika, která byla vynalezena v roce 1985 molekulárním genetikem Kary B. Mullisem, který byl pracovníkem biotechnologické firmy Cetus Corporation v Kalifornii. Kary Mullis se zasloužil o prvotní provedení mnohonásobné replikace in vitro ve zkumavce. Po dokonení manuálu, však byla PCR technika pomalá a velmi nároná na lidskou práci. Proto zaali vdci spolenosti Cetus hledat zpsoby, kterými by celý proces mohli automatizovat.

24 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 24 První termocykler Pan Cyklus zajišoval potebu pídavku erstvého enzymu do každé zkumavky po ohívacím a chladícím procesu. V roce 1985 se spolenost Cetus spojila se spoleností Perkin Elmer a uvedla DNA thermocykler. V roce 1989 spolenost Cetus oznámila svou spolupráci s farmaceutickou firmou Hoffmann La Roche na vývoji a komercializaci diagnostiky lidských onemocnní. Firma Roche po té zakoupila od spolenosti Cetus patentovanou PCR a pidruženou technologii za dolar [20]. 2.2 Izolace DNA Prvním krokem pi práci s nukleovými kyselinami je jejich izolace v nativním stavu z pirozeného materiálu, v dostateném množství a istot. Nejrozšíenjší metody používané k izolaci DNA z nejrznjších organism jsou klasické metody založené na fenolové extrakci. Výchozím materiálem mohou být jednotlivé buky (nap. u prokaryotických organism), tkán a orgány eukaryot, které jsou nejdíve homogenizovány nebo ástice vir purifikované centrifuganími technikami. Obecný postup izolace DNA je možné rozdlit do nkolika krok: [21]. Rozrušení bunných stn. Z enzym se v závislosti na chemickém složení bunných stn nejastji používá lysozym a celulázy, z detergent je bžn používán dodecylsulfát sodný. Promíchání lyzátu s roztokem fenolu, pípadn se smsí fenolu a chloroformu. Chloroform denaturuje proteiny, rozpouští tuky a napomáhá oddlení jednotlivých fází. Centrifigace. Pi centrifugaci dochází k oddlení spodní organické fáze tvoené fenolem (pípadn smsí fenolu a chloroformu), mezifáze tvoené denaturovanými proteiny a zbytky bunk a horní vodné fáze, v níž jsou rozpuštny nukleové kyseliny. Vysrážení DNA etanolem, pípadn izopropanolem. Úinnému vysrážení DNA se napomáhá snížením teploty a pídavkem solí. Shromáždní precipitátu DNA centrifugací a rozpuštní získaného sedimentu ve vhodném roztoku [21].

25 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 25 Vedle metod založených na extrakci fenolem se používají rovnž metody založené na vysolování protein a peištní roztoku nukleových kyselin srážením etanolem nebo prchodem pes chromatografické kolony [21]. 2.3 Podmínky a prbh polymerázové etzové reakce Požadavky na primery Ve vtšin reakcí je vhodná sekvence a koncentrace primer parametrem rozhodujícím o úspšném výsledku. Vhodné primery zpravidla obsahují nukleotid, neobsahují sekundární strukturu, mají vyvážený pomr G/C a A/T pár, nejsou vzájemn komplementární. Dále mají pijatelnou teplotu tání, která dovoluje jejich pipojení k templátu (55 65 C) a jejich optimální koncentrace v reakci je zpravidla 0,1 0,6 µm (vyšší koncentrace mohou vést ke vzniku nespecifických produkt) [18] Termostabilní DNA polymerázy Vzhledem k tomu, že se pi PCR aplikují teploty, pi kterých dochází k inaktivaci bžných enzym, používají se termostabilní DNA polymerázy izolované z termofilních bakterií. První DNA polymeráza tohoto typu, Taq polymeráza, byla získána z bakterie Thermus aquaticus [22]. PCR tedy využívá pro opakovanou syntézu obou vláken termostabilní DNA polymerázu. Jedná se o enzym, který má pouze 5 3 polymerázovou aktivitu a postrádá 3 5 exonukleázovou aktivitu, což znamená, že tento enzym není schopen opravovat chyby vzniklé pi replikaci. Použití termostabilní DNA polymerázy zajišuje dostatenou aktivitu enzymu po celou dobu amplifikace. Taq DNA polymeráza má teplotní optimum pi 75 C a poloas inaktivace je pi 95 C pibližn 40 minut [18]. Komern dostupné termostabilní DNA polymerázy se liší ve specifických charakteristikách, akoliv všechny syntetizují DNA pi zvýšených teplotách. Každý enzym je dodáván s optimalizovaným reakním pufrem. Nkteré enzymy se vyznaují schopností kontroly, která opravuje špatn spojená místa v primer templátových interakcích u konce 3. Jiné DNA polymerázy vykazují aktivitu reverzní transkriptázy, ímž je možná kontaminace RNA v DNA preparacích, což mže vést ke vzniku anomálních fingerprint [23].

26 UTB ve Zlín, Fakulta technologická Prbh PCR PCR se sestává z nkolika krok. Prvním krokem je denaturace, kdy se DNA po dobu sekund zahívá na teplotu C. Pi této teplot se kvli zrušení vodíkových mstk rozvoluje dvoušroubovice a oddluje se od primer. Vzniká tak jednovláknová DNA. Pi následném kroku, kterým je nasednutí primer (hybridizace), se sníží teplota na C, což umožuje nasednutí primer na specifická místa DNA. Na primery se váže polymeráza. Teplota použitá v závreném kroku, kterým je prodloužená denaturace závisí na DNA polymeráze [24]. Poet kopií useku DNA mezi dvma primery (každý je komplementární k jednomu vláknu dvouetzcové DNA) roste pi opakování cykl geometrickou adou [22]. Obrázek 4: Klonování definovaného úseku DNA pomocí PCR [22].

27 UTB ve Zlín, Fakulta technologická Termocykler Termocykler je programovatelný termostat, který musí být schopen pechodu mezi jednotlivými teplotami. Hlavními požadavky jsou tedy pesnost teploty a rychlost pechodu mezi jednotlivými teplotami [18]. Pesné hodnoty teploty a dobu trvání jednotlivých krok je teba optimalizovat podle délky amplifikovaného úseku DNA a konkrétní sekvence primer. Pro zahájení reakce postauje velmi malé množství výchozích molekul DNA. V prbhu cykl dochází ke zdvojnásobení a exponenciálnímu nárstu potu úsek na DNA ohraniených místech, k nimž se pipojily primery [21]. Reakní teplota, které se skuten dosahuje bhem amplifikaních cykl je rzná, a to v závislosti na provedení a modelu stroje, režimu regulace teploty a použité nádobky (mikrozkumavka, mikrotitraní destika) [23]. V souasné dob existuje celá ady výrobc tchto pístroj s rznými typy temperance a chlazení vetn mechanického penášení mezi jednotlivými láznmi [18]. 2.4 Modifikace PCR Vedle standardního provedení existuje celá ada modifikací polymerázové etzové rekce. Jedná se napíklad o obrácenou neboli inverzní PCR (IPCR), pomocí níž lze amplifikovat úseky DNA o neznámé sekvenci ohraniující na obou koncích DNA, jejíž sekvence je známa. Další modifikací je asymetrická PCR, pi které je použit pouze jeden primer. Využívá se nap. pi automatickém sekvencování. In situ PCR je metoda umožující amplifikovat specifické sekvence nukleových kyselin pímo v bukách nebo cytologických preparátech tkání a chromozom. Produkty reakce lze vizualizovat specifickou sondou metodou hybridizace in situ nebo imunochemicky [21]. PCR RFLP je metoda založená na amplifikaci definovaného fragmentu DNA a následném štpení amplifikovaného produktu s jedním nebo více restrikními enzymy (RFLP Restriction Fragment Length Polymorphisms). PCR ribotypizace je technika, která je variantou standardní ribotypizace s DNA fingerprinty vytvoenými spíše amplifikací než enzymovým štpením.

28 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 28 REP PCR (Repetitive Extragenic Elements) je založena na amplifikaci repetitivních extragenových elemet. Krátké extragenové opakované sekvence jsou pítomny v mnoha místech bakteriálního genomu. Poet a místa tchto opakovaných sekvencí jsou pro rzné kmeny variabilní [23]. Mnohonásobná (multiplex) PCR je taková varianta PCR, kdy je do reakní smsi pidáno nkolik pár primer rozpoznávajících nkolik rozdílných cílových sekvencí, což umožuje analýzu nkolika úsek DNA souasn v jedné reakní smsi. Reakní podmínky pro souasnou amplifikaci všech produkt je nutno empiricky optimalizovat. Hlavní výhodou této varianty jsou nižší cenové náklady než pi samostatných amplifikacích, a proto se používá pro vyhledávání zmn na dlouhých úsecích DNA, testování vzájemn nesouvisejících oblastí na DNA a zejména pro amplifikaci vnitních kontrol PCR [25]. 2.5 Inhibitory PCR Inhibitory pítomné ve vzorcích pedstavují pro PCR aplikace znané problémy, v jejichž dsledku dochází k nežádoucímu vzniku negativních výsledk. Mezi inhibitory, které mohou ovlivovat PCR patí nap. Ca 2+ ionty, které jsou schopny vyvazovat MgCl 2, dále potom enzymy nukleázy, které degradují cílové nukleové kyseliny, a nebo inhibitory, které mohou pímo inhibovat DNA polymerázu. Inhibitory PCR je možné dle jejich pvodu dlit na intracelulární, které jsou souástí bunk mikroorganism a extracelulární, které se dále dlí na exogenní a endogenní. Píkladem endogenních inhibitor mže být fenol používaný pi izolaci DNA, enzymy, sodiumdodecylsulfát, tžké kovy i žluové soli. Dvodem pítomnosti exogenních inhibitor je zpravidla nedostaten sterilní práce v laboratoi [26]. 2.6 Využití PCR Polymerázová etzová rekce je speciáln využívaná ve tech aplikacích. Jednak mže být použita pro klonování úseku DNA (napíklad genu), piemž templátem mže být jak DNA, tak RNA. Pomocí PCR je tedy možné získat jak kopii genomové DNA, tak cdna (komplementární, complementary DNA). Dalším využitím PCR, zvlášt díky vysoké citlivosti této metody, je detekce virové infekce již v poáteních stádiích.

29 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 29 Jako primery se pi této reakci používají krátké úseky DNA odvozené z virové sekvence a po nkolikanásobné amplifikaci lze dokázat pítomnost i absenci teoreticky i jediné kopie v malém vzorku krve. Velké použití našla PCR také v soudním lékaství. Díky vysoké citlivosti staí pouze malé množství vzorku minimální stopy krve nebo tkán, které obsahují teba jen zbytky jediné buky ke spolehlivé identifikaci osoby, ze které vzorek pochází [19]. 2.7 Identifikace a separace DNA Gelová elektroforéza Pro úel rozdlení DNA fragment se obvykle používá gelová elektroforéza, která dokáže fragmenty rozdlit podle velikosti. DNA se díky svému negativnímu náboji pohybuje smrem ke kladné elektrod, piemž dlouhé úseky DNA se pohybují pomaleji, protože jsou v hustém gelu více zpomalovány. Po urité dob se fragmenty v gelu rozdlí podle velikosti za vzniku "žebíku". DNA však není v agarózovém gelu možno vidt. Je proto nutné ji njakým zpsobem obarvit nebo oznait. Jednou z citlivých metod detekce je smíchání DNA s látkou, která po navázání na DNA fluoreskuje v ultrafialovém svtle [19]. Rozdlené fragmenty DNA lze izolovat pímo z gelu a použít pro další práce. Volbou velikosti a koncentrace gelu lze zajistit vhodné podmínky pro dlení fragment v rzných rozmezích molekulových hmotností.. Standardními agarózovými gely lze snadno separovat DNA velikostí 0,5 25 kb [18]. Tabulka 2: Rozmezí molekulových hmotností DNA separovaných v gelu o rzných Koncentrace agarózy (% w/v) koncentracích agarózy [18]. Rozmezí molekulových hmotností separace lineárních molekul DNA (kb) 0,3 5,0 20 0,6 1,0 20 0,7 0,8 10 0,9 0,5 7 1,2 0,4 6 1,5 0,2 3 2,0 0,1 2

30 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 30 3 POLYMORFISMUS NÁHODN AMPLIFIKOVANÉ DNA - RAPD K rozlišování izolát daných bakteriálních druh mže být použito velké množství biochemických a molekulárních technik. Uvedení polymerázové etzové reakce vedlo k typizaci technik založených na amplifikaci DNA. Náhodná amplifikace polymorfní DNA (Randomly Amplified Polymorphic DNA, RAPD), také známá jako APPCR (Arbitrarily Primed Polymerase Chain Reaction), je technikou, která se stále astji používá k typizaci mikroorganism, zvlášt klinických izolát. Aplikace, potenciální problémy a ešení typizace RAPD jsou stále diskutovány [23]. 3.1 Princip RAPD Tato metoda, která patí mezi PCR techniky, byla poprvé publikována v roce Vytváí fylogeneticky konzervované produkty, specifické pro jedince, náhodn rozdlené v genomu templátové DNA. RAPD umožuje detekci rozdíl v DNA polymorfismu mezi organismy. Pi RAPD jsou používány náhodn generované krátké primery o délce 6 10 nukleotid. Bhem reakce dochází k amplifikaci ady produkt, které se liší délkou a interním nukleotidovým složením [27]. Po provedení agarózové gelové elektroforézy jsou RAPD produkty viditelné v podob proužk o rzné velikosti. Soubor tchto proužk se potom nazývá RAPD profil [28]. 3.2 Parametry ovliv ující RAPD typizaci Templátová DNA U každé DNA amplifikace mže ovlivovat koncentrace templátové DNA poet produkt a množství rozdílných fingerprint. Vysoká koncentrace templátové DNA mže mít za následek utlumení prbhu amplifikace, které se projevuje tvorbou menších fragment. K urychlení celkového asu RAPD analýzy se využívá templátová DNA vyprodukovaná z extraktu bunk. RAPD typizace by mla být striktn založena na samotné chromozomální DNA. Úplné vylouení plazmidové DNA není vždy zarueno, ale její obsah mže být minimalizován pomocí rzných technik. Napíklad rozedním DNA extraktu ped amplifikací lze zaruit, že jsou RAPD profily pouze minimáln ovlivovány plazmidovou DNA [23].

31 UTB ve Zlín, Fakulta technologická Výbr primeru Výbr a použití vhodného primeru patí mezi hlavní aspekty správn provedené reakce. RAPD profil je ovlivován sekvencí, koncentrací a délkou primeru. Primery mají obvykle délku 10 bazí. Krátká délka motivu a výrazn nižší teplota annealingu zvyšují pravdpodobnost nasednutí primeru na mnoha místech molekuly DNA (primery jsou tzv. nespecifické). Pro výbr primeru zpravidla není poteba žádné znalosti konkrétních sekvencí, prakticky je možno použít jakýkoliv primer a rozhodující je to, který z nich vykazuje u studovaných vzork polymorfní fingerprint [23] Teplota a poet cykl Nejastji používanou teplotou annealingu pro RAPD amplifikaci je 37 C. V pípad optimalizace bývá volena teplota v rozmezí C. Vyšší teploty pedstavují negativní dsledek annealingu a následné extenze. Poet cykl, který se obvykle pohybuje v rozmezí zejm zásadním zpsobem neovlivuje RAPD profil. Mén než 30 cykl by však mohlo vést k vymizení nkterých DNA fragment, doporuuje se tedy používat program s 35 cykly [28] Vizualizace Dležitým, avšak astokrát zanedbávaným krokem RAPD typizace je vizualizace. Vtšina RAPD profil je vizualizována pomocí etidiumbromidu (EtBr), který je zviditelní prohlížením pod ultrafialovým svtlem. Proto, aby nedošlo k vymizení nkterých mén intenzivních fragment je nutné dodržovat standardní podmínky barvení [23]. 3.3 Výhody a nevýhody RAPD RAPD techniky se osvdily jako rychlá a jednoduchá metoda identifikace genotyp, pro porovnávání rzných populací rostlin a ke studiu in vitro a mezipopulaní variability. Výhody RAPD analýzy lze spatovat zejména ve skutenostech, že není požadovaná vysoká kvalita DNA templátu, mohou být použity rychlé metody izolací DNA; není poteba pedešlé znalosti sekvencí genomové DNA.

32 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 32 Naopak mezi nevýhody mžeme zaadit malou variabilitu a malou reprodukovatelnost mezi laboratoemi. Výsledky se mohou lišit nap. podle délky primeru, teploty hybridizace, použitého enzymu, reakní smsi i typu použitého termálního cykleru [27]. 3.4 Použití RAPD Využití RAPD pro typizaci BMK Okolo tisíce bakterií mléného kvašení izolovaných z bžných produkt, zejména sýr, byly identifikovány a popsány druhov specifickou PCR, respektive RAPD. RAPD profily byly získány s použitím primeru M13. K jedenácti hlavním bakteriím mléného kvašení, které byly identifikovány pomocí RAPD PCR patí Lactobacillus casei/paracasei, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus fermentum, Lactobacillus brevis, Enterococcus faecium, Enterococcus faecalis, Streptococcus thermophilus a Lactococcus lactis [29]. Bakterie použité v této studii byly izolovány ze syrového mléka a sýr bhem rzných fází jejich výroby a zrání. Kmeny byly kultivovány pi teplot 30 až 42 C po dobu hodin. Jejich istota byla kontrolována provedením mikroskopického vyšetení. K izolaci DNA bylo použito µl pes noc narostlé kultury ve vhodných médiích (pibližn 10 7 CFU/ml). Genomová DNA vyizolovaná z rzných kmen byla použita jako templát pro PCR fingerprinty. Jako primer byl použit primer M13 se sekvencí 5 - GAGGGTGGCGGTTCT-3. Amplifikaní reakce byly provedeny podle díve optimalizovaného protokolu. RAPD produkty byly separovány pomocí agarózové gelové elektroforézy [29]. Celková reprodukovatelnost RAPD PCR reakcí byla vtší než 89 % a celková hodnota shlukové analýzy odpovídala koeficientu podobnosti 55 %. Numerická analýza normalizovala PCR identické fingerprinty více než kmen bakterií mléného kvašení, které umožnily separaci profil do jedenácti stejnorodých skupin. Podle typu kmen byly jednotlivé skupiny piazeny k L. casei/l. paracasei, L. plantarum, L. rhamnosus, L. helveticus, L. delbrueckii, L. fermentum, L. brevis, S. thermophilus, E. faecium, E. faecalis a L. lactis.

33 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 33 Pibližn 4 % studovaných kmen nebyly systémem pesn rozpoznatelné, protože jejich RAPD profily nebyly pítomny v knihovn. Toto byl pípad napíklad dvou atypických kmen Lactobacilus casei [29] Aplikace RAPD k identifikaci Lactococcus lactis Vzhledem k odlišným technologickým vlastnostem mikroorganizm Lactococcus lactis subsp. lactis a Lactococcus lactis subsp. cremoris je nezbytné od sebe oba poddruhy odlišit. Tradin jsou pro odlišení L. lactis subsp. lactis a subsp. cremoris používány rstové a biochemické charakteristiky, jako je rst pi odlišných teplotách, tolerance ke zvýšeným koncentracím chloridu sodného a schopnost hydrolyzovat arginin. Tento zpsob identifikace je asov nároný a nemusí být zcela spolehlivý. Proto se používají rychlejší molekulární metody. Za tímto úelem lze použít metodu RAPD pro typizaci souboru kmen L. lactis. Pro typizaci byla použita sada sedmi RAPD primer. Kmeny byly analyzovány také pomocí PCR s druhov a poddruhov specifickými primery. Na základ hodnocení vzniklých RAPD profil byly kmeny rozdleny do dvou skupin. První skupina byla tvoena kmeny zaazenými na základ amplifikace s druhov a poddruhov specifickými primery do poddruhu L. lactis subsp. lactis. Druhá skupina byla vytvoena kmeny zaazenými na základ PCR s druhov a poddruhov specifickými primery do poddruhu L. lactis subsp. cremoris [30]. Kmeny Lactoccocus lactis subsp. cremoris jsou asto využívané jako startérové kultury, jež se uplatují pi výrob fermentovaných mléných výrobk. Jejich metabolické produkty se pímo nebo nepímo podílejí na ovlivnní textury, chuti a vn finálních výrobk. Nicmén úspšná fermentace u bžných výrobk závisí na použití tch nejefektivnjších kmen [2]. Ze všech použitých kmen byla genomová DNA vyizolována pomocí fenol chloroform izoamylalkoholové extrakce. Jako primery byly použity primery P2 (sekvence 5 -GATCGGACGG-3 ), P15 (sekvence 5 -CTGGGCACGA-3 ), P16 (sekvence 5 -TCGCCAGCCA-3 ), P17 (sekvence 5 -CAGACAAGCC-3 ). Primery P15, P16, P17 byly vybrány pro jejich schopnost odlišit L. lactis subsp. lactis od L. lactis subsp. cremoris, zatímco primer P2 byl zvolen náhodn [2].

34 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 34 Výsledkem použití jednotlivých primer pro všechny izoláty byly specifické RAPD profily. V tchto profilech se poet DNA proužk o rzných molekulových hmotnostech pohyboval v rozmezí Získané polymorfní proužky DNA byly využity ke zjištní rozmanitosti mezi testovanými kmeny. Shluková analýza potvrdila dv skupiny. Skupina I se sestávala z referenního kmene L. lactis subsp. cremoris NIZO B64 a skupina II se sestávala ze šesti velmi podobných, ale neidentických izolát C1, C6, C8, C9, C10 a C11. U izolát byla shledána nejmén 76 % podobnost s referenním kmenem, takže se pravdpodobn jedná o L. lactis subsp. cremoris. V rámci druhé skupiny bylo možné rozlišit izoláty C1 a C6 od jiných. Akoliv se znan lišily, izoláty C1 a C6 byly referennímu kmenu L. lactis subsp. cremoris NIZO B64 více podobné než izoláty C8, C9, C10 a C11. Výsledky provedeného experimentu signalizují, že nkterý z C8, C9, C10 a C11 izolát získaných z bžn využívaných kultur mže vykazovat urité nové charakteristické rysy, které mohou pedstavovat potenciální hodnoty v mléných fermentacích [2] Sledování L. lactis subsp. cremoris pomocí primer HdiR a No.125 Probiotika jsou živé mikrobiální kultury, které prospšn psobí na svého hostitele, a to zlepšováním jeho mikrobiální rovnováhy. Nejpoužívanjšími probiotickými bakteriemi jsou laktobacily a bifidobakterie, které byly izolovány z lidského intestinálního traktu. Existují studie prokazující prospšný úinek tchto druh na lidské zdraví. Na rozdíl od toho však existuje pomrn menší množství studií o probiotické aktivit laktokok, které nejsou považovány za pirozené obyvatele lidského gastroinstetinálního traktu. Nicmén se v poslední dob hovoí o tom, že Lactococcus lactis byl izolovaný z lidského intestinálního traktu. Mimo to nkolik studií poukazuje i na to, že nkteré laktokoky vyžadují specifické podmínky gastroinstetinálního traktu jako jsou nízké ph a pítomnost žlui [31]. K reakcím byla použita genomová DNA (purifikovaná z istých kultur). Pro RAPD reakci byly použity páry primer HdiR a No.125. Specifika navrhovaného páru primer HdiR byla testována s DNA extrahovanou z 23 kmen L. lactis subsp. cremoris a dalších 5 kmen laktokok obsahujících L. lactis subsp. lactis. Pár primer HdiR byl navržen podle HdiR sekvence genu L. lactis subsp. cremoris MG1363 jako cílového genu.

35 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 35 Alikvoty amplifikovaných produkt byly podrobeny gelové elektroforéze. Pro návrh kmenov specifických primer L. lactis subsp. cremoris, bylo vybráno nkolik gen, které pedstavovaly nízkou podobnost mezi píbuznými nukleotidovými sekvencemi L. lactis subsp. cremoris a L. lactis subsp. lactis registrovanými v databázi. Od 16S rrna sekvence vykazovaly tyto poddruhy významné podobnosti (asi 86 %) [31].

36 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 36 4 CÍL PRÁCE Grampozitivní bakterie Lactococcus lactis patí do skupiny bakterií mléného kvašení, které hrají klíovou roli v potravináském prmyslu pi výrob fermentovaných mléných výrobk. Cílem této diplomové práce bylo vzhledem k technologickému významu poddruh L. lactis subsp. lactis a L. lactis subsp. cremoris zjistit metody jejich identifikace a odlišení, a to ve spolupráci se Sbírkou kultur mlékaských mikroorganism Laktoflora Tábor. Pro dosažení cíl bylo teba: zpracovat literární rešerši týkající se charakteristiky bakterií mléného kvašení s podrobnjším zamením na druh Lactococcus lactis. popsat metodu polymerázové etzové reakce a její modifikace, zejména RAPD. Pro zpracování praktické ásti diplomové práce bylo nutné naplnit tyto dílí cíle: optimalizovat metodiku izolace DNA z bakterií rodu Lactococcus s využitím fenol chloroformové extrakce. provést srovnání fingerprintu 16 studovaných kmen Lactococcus lactis metodou RAPD s použitím rzných primer. na základ teoretické ásti a výsledk praktické ásti formulovat závry týkající se RAPD profilu studovaných kmen rodu Lactococcus.

37 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 37 II. PRAKTICKÁ ÁST

38 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 38 5 MATERIÁL A METODY 5.1 Bakteriální kultury Pro studium byly použity kmeny Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris a Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis, které byly získány ze Sbírky kultur mlékaských mikroorganism Laktoflora Tábor (CCDM Cultures Collection of Dairy Microorganism Laktoflora ). Tabulka 3: Seznam studovaných kmen laktokok Kmen Lactococcus lactis subsp. lactis CCDM 48 Lactococcus lactis subsp. lactis CCDM 53 Lactococcus lactis subsp. lactis CCDM 141 Lactococcus lactis subsp. lactis CCDM 354 Lactococcus lactis subsp. lactis CCDM 412 Lactococcus lactis subsp. lactis CCDM 414 Lactococcus lactis subsp. lactis CCDM 418 Lactococcus lactis subsp. lactis CCDM 421 Lactococcus lactis subsp. cremoris CCDM 824 Lactococcus lactis subsp. cremoris CCDM 885 Lactococcus lactis subsp. cremoris CCDM 890 Lactococcus lactis subsp. cremoris CCDM 946 Lactococcus lactis subsp. cremoris CCDM 1004 Lactococcus lactis subsp. cremoris CCDM 1005 Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 823 Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 1006 Zdroj horské porosty R siláž, VÚC R neuveden neuveden neuveden neuveden neuveden neuveden neuveden neuveden neuveden neuveden mléná kultura mléná kultura neuveden mléná kultura

39 UTB ve Zlín, Fakulta technologická Použité roztoky a média Kultivaní média a roztoky k izolaci bakteriální DNA MRS bujón s 0,5 % glukózy MRS bujón (HiMedia, Bombai, Indie) byl pipraven dle návodu výrobce za souasného pidání glukózy (Lach Ner, Neratovice, R) v takovém množství, které odpovídá požadované koncentraci 5 g/l. Fyziologický roztok (0,8 % NaCl) Fyziologický roztok byl pipraven rozpuštním 8 g NaCl (Lach Ner) v 1 l destilované H 2 O a sterilizován v autoklávu. Lyzaní roztok se sacharózou Pro pípravu 30 ml lyzaního roztoku se sacharózou bylo smícháno 17,55 ml roztoku sacharózy (Lach Ner), 0,99 ml roztoku NaCl, 0,6 ml EDTA (kyselina etylendiamintetraoctová) (Lach Ner), 0,3 ml Tris pufru (SERVA, Heidelberg, Nmecko) a doplnno 10,56 ml H 2 O. Roztok lysozymu Roztok lysozymu o koncentraci 50 mg/ml byl pipraven rozpuštním 0,05 g lysozymu (SERVA) v 1 ml destilované H 2 O. Roztok byl pipravován vždy erstvý. 20 % SDS 20 % roztok SDS (sodiumdodecylsulfát) byl pipraven rozpuštním 20 g SDS (SERVA) v 80 ml destilované H 2 O. Proteináza K Roztok proteinázy K o koncentraci 1 mg/ml byl pipraven rozpuštním 1 mg proteinázy K (SERVA) v 1 ml sterilní destilované H 2 O. Takto pipravenou proteinázu K je možné dlouhodob uchovávat pi teplot 20 C. Fenol - chloroform Sms fenolu (SERVA) a chloroformu (Lach - Ner), byla pipravena v pomru 1:1. CIZ (chloroform izoamylalkohol) Sms chloroformu (Lach Ner) a izoamylalkoholu (SERVA) byla pipravena jejich smícháním v pomru 24:1.

40 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 40 3 M octan sodný 3 M octan sodný byl pipraven rozpuštním 40,81 g trihydrátu octanu sodného (Lach Ner) v 80 ml destilované H 2 O a následn byl sterilizován v autoklávu. TE pufr TE pufr byl pipraven smícháním 10 mm Tris HCl (SERVA) a 1 mm EDTA (Lach Ner) Roztoky pro agarózovou gelovou elektroforézu Nanášecí pufr Nanášecí pufr byl pipraven smícháním 6x LB pufru (BioLabs, New England, UK) a sterilní destilované H 2 O v pomru 1:5. Marker 100 bp Použitý 100 bp marker byl pipraven smícháním 196 µl sterilní destilované H 2 O, 24 µl 10x LB pufru (BioLabs) a 20 µl Ladder pufru (BioLabs). Etidiumbromid Pro barvení agarózového gelu byl použit etidiumbromid (SERVA) o celkové koncetraci 1 µl/ml gelu. Etidiumbromid je mutagen (ochranné rukavice). 0,5 x TBE pufr 0,5 x TBE pufr byl pipraven smícháním 50 ml 10x koncentrovaného TBE pufru (SERVA) a 950 ml destilované vody. 5.3 Píprava kultivaního média a kultivace bakteriálních bunk Píprava MRS bujónu s glukózou MRS médium bylo pipraveno rozpuštním 13,79 g MRS broth v 250 ml destilované vody a následným pidáním 1,25 g glukózy (množství, které odpovídá výsledné koncentraci 5 g/l). Po rozpipetování média do zkumavek po 10 ml byla provedena jeho sterilace v autoklávu. Sterilaní režim odpovídal teplot 121 C po dobu 30 minut.

41 UTB ve Zlín, Fakulta technologická Kultivace bakterií Bakteriální buky byly naokovány do 10 ml MRS bujónu s glukózou a kultivovány v termostatu pi teplot 30 C po dobu 48 hodin. Po probhlé kultivaci vytváely buky v MRS bujónu u dna zkumavky hustý mlén zbarvený zákal. 5.4 Izolace bakteriální DNA Lyze bunk, izolace a purifikace bakteriální DNA (modifikace metody dle Prodlalová [32]) 1. Z kultury narostlé v MRS médiu bylo odpipetováno 1,5 ml do eppendorfkových zkumavek a centrifugováno 5 minut pi 3500 ot./min. 2. Po odstranní supernatantu byl pelet dvakrát promyt fyziologickým roztokem a zcentrifugován 5 minut pi 3500 ot./min. 3. Pelet byl resuspendován v 500 µl lyzaního roztoku se sacharózou. 4. Následn bylo pidáno 10 µl erstv pipraveného lysozymu (koncentrace 50 mg/ml). Pi teplot 37 C byla inkubace prodloužena pes noc. 5. Bylo pidáno 100 µl 20 % SDS, promícháno a inkubováno pi teplot 55 C 30 minut. 6. Bylo pidáno 5 µl proteinázy K (koncentrace 1 mg/ml), promícháno a inkubováno pi teplot 55 C 1 hodinu. 7. Byl pidán stejný objem fenolu a vše bylo promícháno 4 minuty plynulým kývavým pohybem a zcentrifugováno 5 minut pi 3500 ot./min. Horní vodná fáze s DNA byla opatrn odebrána do isté zkumavky. Nesmí být odebrána proteinová mezivrstva. 8. Byl pidán stejný objem smsi fenol chloroform, promícháno 4 minuty plynulým kývavým pohybem a zcentrifugováno 5 minut pi 3500 ot./min. Horní vodná fáze s DNA byla opatrn odebrána do isté zkumavky. Nesmí být odebrána proteinová mezivrstva. 9. Byl pidán stejný objem CIZ a sms byla promíchána 4 minuty plynulým kývavým pohybem a zcentrifugována 5 minut pi 3500 ot./min. Horní vodná fáze s DNA byla opatrn odebrána do isté zkumavky. Nesmí být odebrána proteinová mezivrstva.

42 UTB ve Zlín, Fakulta technologická Horní fáze s DNA byla odebrána do mikrozkumavky o objemu 1,5 ml. Byla pidána 1/10 objemu 3 M octanu sodného a 2,5 objemu na 20 C vychlazeného 96 % etanolu. Následn byla provedena inkubace pes noc pi 20 C. 11. Byla provedena centrifugace pi ot./min po dobu 30 minut pi 4 C. 12. Byl odstrann supernatant. DNA byla vysušena a rozpuštna v µl TE pufru. DNA je možné krátkodob uchovávat pi teplot 4 C. Dlouhodob je vhodné uchování v 20 C. 5.5 Amplifikace DNA DNA amplifikaní reakce byly provedeny v termocykleru DNA Engine PTC 225 Bio Rad Thermal Cycler v celkovém objemu amplifikaní smsi 15 µl. Jednotlivé komponenty PCR amplifikaní reakce (MgCl 2 a Fast start Master Mix) byly poskytnuty firmou Roche Diagnostics, Praha, R a použité primery (PALA 4 a PALA 14) byly syntetizovány firmou KRD molecular technologies, Praha, R. Pro provádné reakce byly amplifikaní smsi pipravovány ve form master mix Polymerázová etzová reakce s primery PALA 4 a PALA 14 Použité primery PALA 4 (5 -CTTCAACAGACAAGTCC-3 ) a PALA 14 (5 -GATAAATGATTCCAAGC-3 ) byly odvozeny od sekvence acma genu, který kóduje enzym N-acetylmuramidázu. Tento enzym je specifický pro druh Lactococcus lactis. Po provedení PCR s primery PALA 4 a PALA 14 byl u tohoto druhu s pomocí agarózové gelové elektroforézy detekován fragment, jehož délka byla bp [33]. Amplifikaní reakce byla provedena za tchto podmínek: Poátení denaturace pi teplot 94 C po dobu 5 minut následovaná 30 cykly denaturace pi teplot 94 C po dobu 1 minuty, annealingu pi teplot 45 C po dobu 1 minuty a syntézy pi teplot 68 C po dobu 2 minut. V posledním cyklu programu byl krok syntézy prodloužen na 7 minut.

43 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 43 Tabulka 4: Složení amplifikaní smsi pro PCR s použitím primer PALA 4 a PALA 14 Složka PCR smsi Objem H 2 O 5,6 µl Fast start Master Mix 7,5 µl Primer Pala 4 (0,01Nm) 0,3 µl Primer Pala 14 (0,01Nm) 0,3 µl MgCl 2 0,3 µl Templátová DNA 1,0 µl Náhodn amplifikovaná polymorfní DNA (RAPD) Pro RAPD typizaci bylo použito šest primer (P16, P17, P2, Per1, CC1 a CORR1) o délce 10 nukleotid, jejichž pesná charakteristika je uvedena v tabulce 5. MgCl 2 a dntp pro RAPD typizaci byly dodány firmou Roche Diagnostics, Praha, R, Taq pufr a Taq DNA polymeráza byly získány od firmy BioLabs, New England, UK, použité primery byly poskytnuty firmou KRD molecular technologies, Praha, R. Tabulka 5: Charakteristika použitých RAPD primer [2], [34], [35], [36]. Název Sekvence Zdroj P16 5 -TCGCCAGCCA-3 Samaržija a kol., 2002 P17 5 -CAGACAAGCC-3 Samaržija a kol., 2002 P2 5 -GATCGGACGG-3 Samaržija a kol., 2002 Per1 5 -AAGAGCCCGT-3 Peréz a kol., 2002 CC1 5 -AGCAGCGTGG-3 Cocconcelli a kol., 1995 CORR1 5 -TGCTCTGCCC-3 Corrorel a kol., 1999 Amplifikaní reakce byla provedena za tchto podmínek: poátení denaturace 94 C/4 min, následovaná 35 cykly denaturace pi teplot 94 C po dobu jedné minuty, annealingem pi teplot 37 C po dobu jedné minuty a syntézou pi teplot 72 C po dobu dvou minut. V posledním cyklu programu byl krok syntézy prodloužen na 7 minut. Konkrétní složení amplifikaní smsi po optimalizaci zobrazuje následující tabulka.

44 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 44 Tabulka 6: Složení amplifikaní smsi pro RAPD Složka RAPD smsi Objem H 2 O 10,0 µl Taq pufr 1,5 µl MgCl 2 1,0 µl dntp 0,3 µl RAPD primer (1 µg/µl) 1,0 µl Taq DNA polymeráza 0,6 µl Templátová DNA 0,6 µl 5.6 Agarózová gelová elektroforéza Agarózová gelová elektroforéza byla využita jednak k ovení pítomnosti a kvality vyizolované DNA, jednak k detekci RAPD produkt Píprava agarózového gelu Pro pípravu 1 % agarózového gelu bylo odvážené množství agarózy (Cambrex Bio, Rockland, USA) do píslušného objemu (dle velikosti použité vany) 0,5x TBE pufru. Vzniklá sms byla za obasného míchání rozpuštna v mikrovlnné troub, proces promíchání je nutné opakovat alespo tikrát. Doba zahívání je rzná, a to v závislosti na použitém objemu, výkonu mikrovlnné trouby a také dané koncentraci agarózy. Pi správném rozpuštní se v roztoku ani na stnách nádoby nesmí vyskytovat krystalky. Takto pipravený roztok agarózy byl samovoln zchlazen na teplotu pibližn C. Poté bylo k roztoku pidáno dané množství etidiumbromidu a roztok byl nalit do pipravené elektroforetické vaniky s pipraveným hebenem. Hotový polymerizovaný gel je možné pi teplot 4 C krátkodob pechovávat v polyethylenové fólii Nanášení vzorku a prbh agarózové gelové elektroforézy Píprava vzork k jejich nanesení na agarózový gel spoívala ve smíchání daného množství DNA nebo PCR i RAPD produktu s nanášecím pufrem. Ke zhodnocení pítomnosti DNA byly vzorky nanášeny na gel v celkovém objemu 15 µl (5 µl DNA, 5 µl sterilní destilované vody a 5 µl nanášecího pufru).

45 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 45 Ke zhodnocení RAPD produktu byly vzorky nanášeny v celkovém objemu 20 µl (15 µl RAPD produktu a 5 µl nanášecího pufru), a to vždy ve smru zleva doprava, piemž do první jamky bylo naneseno 15 µl 100 bp markeru. V elektroforetické van byl agarózový gel zalit 0,5x TBE pufrem. Elektroforéza byla provedena v elektoforetické van Owl (Portsmouth, USA) s použitím zdroje elektrického proudu MP 300 N (Major Science, USA) pi konstantním naptí 100 V. Ostatní veliiny byly nastaveny tak, aby nebyly pro prbh elektroforézy limitující. Separace probíhala tak dlouho, dokud bromfenolová mod obsažená v nanášecím pufru nedoputovala do až ¾ gelu. Obarvený gel byl prohlížen na transiluminátoru ULTRA LUM (USA) a pro dokumentaci byl vyfotografován fotoaparátem Canon Power Shot G6 s UV filtrem Hodnocení gel Digitalizované fotografie byly zpracovány pomocí analytického softwaru ULTRA QUANT, verze 6.0 (Ultra Lum.Inc. Clavermount, USA). K výpotu velikostí frakcí DNA byl použit 100 bp DNA marker s fragmenty DNA o velikosti (bp):1 517, 1 200, 1 000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 200, 100. Pi elektroforéze izolované DNA byl použit 1 kb marker s fragmenty o velikosti (kb): 10,0; 8,0; 6,0; 5,0; 4,0; 3,0; 2,0; 1,5; 1,0; 0,5. Analyzované gely byly statisticky vyhodnoceny metodou shlukové analýzy (prmry mezi skupinami, Euklidovské vzdálenosti) v programu Unistat, v.5.5., pomocí které byly sestrojeny dendrogramy.

46 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 46 6 VÝSLEDKY 6.1 Kultivace, morfologická a mikroskopická charakteristika Lactococcus lactis Po probhlé 48 hodinové kultivaci pi teplot 30 C vytváely buky v MRS bujónu s 0,5 % glukózy u dna zkumavky hustý mlén zbarvený zákal. Kultury, které narostly v MRS médiu s 0,5 % glukózy byly kížovým roztrem naokovány na MRS agar s 0,5 % glukózy a kultivovány pi teplot 30 C po dobu 48 hodin (obrázek 5). Morfologie studovaných kmen laktokok byla provedena vizuáln a vzhled kolonií byl zaznamenán do tabulky. Pro mikroskopickou charakteristiku byl z narostlé kultury pipraven preparát barvený podle Grama, který byl prohlížen pod mikroskopem s použitím imerzního objektivu pi zvtšení 1000x (tabulka 7). Obrázek 5: Kmen L. lactis subsp. lactis 414 po 48 h kultivaci na M17 pi 30 C

47 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 47 Tabulka 7: Morfologie kolonií a bunk studovaných kmen laktokok Kmen Morfologie kolonií Morfologie bunk L. lactis subsp. lactis CCDM 48 L. lactis subsp. lactis CCDM 53 L. lactis subsp. lactis CCDM 141 L. lactis subsp. lactis CCDM 354 L. lactis subsp. lactis CCDM 412 L. lactis subsp. lactis CCDM 414 L. lactis subsp. lactis CCDM 418 L. lactis subsp. lactis CCDM 421 L. lactis subsp. cremoris CCDM 824 L. lactis subsp. cremoris CCDM 885 L. lactis subsp. cremoris CCDM 890 L. lactis subsp. cremoris CCDM 946 L. lactis subsp. cremoris CCDM 1004 L. lactis subsp. cremoris CCDM 1005 L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 823 L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 1006 hladké, vypouklé, lesklé, krémové, 1,5 mm hladké, vypouklé, lesklé, bílé, 1,5 mm hladké, vypouklé, lesklé, krémové, 1 mm hladké, vypouklé, lesklé, krémové, 1 mm hladké, vypouklé, lesklé, krémové, 1 mm hladké, vypouklé, lesklé, krémové, 1 mm hladké, vypouklé, lesklé, krémové, 1,5 mm hladké, vypouklé, lesklé, bílé, 1 mm hladké, vypouklé, lesklé, krémové, 1 mm hladké, vypouklé, lesklé, krémové, 1 mm hladké, vypouklé, lesklé, krémové, 1 mm hladké, vypouklé, lesklé, bílé, 1 mm hladké, vypouklé, lesklé, krémové, 1,5 mm hladké, vypouklé, lesklé, krémové, 1 mm hladké, vypouklé, lesklé, bílé, 1,5 mm hladké, vypouklé, lesklé, krémové, 1 mm G+ koky, dvojice, etízky G+ koky, krátké etízky G+ ovoidní koky, dvojice, etízky G+ ovoidní koky, dvojice, etízky G+ ovoidní koky, krátké etízky G+ ovoidní koky, dvojice, etízky G+ ovoidní koky, dvojice, etízky G+ koky, dvojice, etízky G+ ovoidní koky, dvojice, etízky G+ koky, dvojice, etízky G+ ovoidní koky, dvojice, etízky G+ ovoidní koky, dvojice, etízky G+ koky, etízky G+ koky, dvojice, etízky G+ ovoidní koky, dvojice, etízky G+ ovoidní koky, dvojice, etízky

48 UTB ve Zlín, Fakulta technologická Izolace bakteriální DNA K ovení pítomnosti a kvality bakteriální DNA získané fenol chloroformovou extrakcí byly použity všechny studované kmeny laktokok (L. lactis subsp. lactis CCDM 48, L. lactis subsp. lactis CCDM 53, L. lactis subsp. lactis CCDM 141, L. lactis subsp. lactis CCDM 354, L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 823, L. lactis subsp. lactis CCDM 412, L. lactis subsp. lactis CCDM 414, L. lactis subsp. lactis CCDM 418, L. lactis subsp. lactis CCDM 421, L. lactis subsp. cremoris CCDM 824, L. lactis subsp. cremoris CCDM 885, L. lactis subsp. cremoris CCDM 890, L. lactis subsp. cremoris CCDM 946, L. lactis subsp. cremoris CCDM 1004, L. lactis subsp. cremoris CCDM 1005, L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 1006). Intaktnost DNA byla ovena gelovou elektroforézou na 0,8 % agarózovém gelu. DNA byla na gel nanášena v množství 5 µl. Obrázek 6: Agarózová gelová elektroforéza: Ovení pítomnosti a intaktnosti DNA M M 1 kb marker, 1. L. lactis subsp. lactis CCDM 48, 2. L. lactis subsp. lactis CCDM 53, 3. L. lactis subsp. lactis CCDM 141, 4. L. lactis subsp. lactis CCDM 354, 5. L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 823, 6. L. lactis subsp. lactis CCDM 412, 7. L. lactis subsp. lactis CCDM 414, 8. L. lactis subsp. lactis CCDM 418.

49 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 49 Obrázek 7: Agarózová gelová elektroforéza: Ovení pítomnosti a intaktnosti DNA M M 1 kb marker, 9. L. lactis subsp. lactis CCDM 421, 10. L. lactis subsp. cremoris CCDM 824, 11. L. lactis subsp. cremoris CCDM 885, 12. L. lactis subsp. cremoris CCDM 890, 13. L. lactis subsp. cremoris CCDM 946, 14. L. lactis subsp. cremoris CCDM 1004, 15. L. lactis subsp. cremoris CCDM 1005, 16. L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM Z obrázk 6 a 7 je patrné, že DNA je neporušená a vyizolovaná v dostatené koncentraci. Lze ji tudíž použít k PCR a RAPD typizaci testovaných kmen. 6.3 PCR s primery PALA 4 a PALA 14 Izolovaná DNA byla podrobena PCR s párem primer PALA 4 a PALA 14. Nejprve byla provedena optimalizace složení PCR smsi, jak uvádí tabulka 8. Po provedení agarózové gelové elektroforézy byl detekován amplifikovaný fragment o velikosti pibližn bp (obrázek 8), ímž byla ovena vhodnost získané DNA pro použití v PCR.

50 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 50 Tabulka 8: Složení PCR smsí a pítomnost PCR produkt Reagencie Experiment 1. [µl] 2. [µl] 3.[µl] 4. [µl] 5. [µl] 6. [µl] 7. [µl] 8. [µl] H 2 O 11,5 11,1 11,2 10,8 6,3 5,9 6,0 5,6 Pufr pro Taq polymerázu 1,5 1,5 1,5 1, dntp 0,6 0,6 0,6 0, Primery (PALA 4 a PALA14) 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 Taq polymeráza 0,2 0,2 0,2 0, Fast start Master Mix ,5 7,5 7,5 7,5 MgCl ,3 0, ,3 0,3 DNA 0,6 1,0 0,6 1,0 0,6 1,0 0,6 1,0 Pítomnost PCR produktu Obrázek 8: Agarózová gelová elektroforéza: Optimalizace složení PCR smsi M M 1 kb marker, Optimalizace Master Mixu byla provedena s kmenem L. lactis subsp. cremoris CCDM PCR sms.1, 2. PCR sms.2, 3. PCR sms.3, 4. PCR sms.4, 5. PCR sms.5, 6. PCR sms.6, 7. PCR sms.7, 8. PCR sms.8.

51 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 51 Pro další PCR reakce byla vybrána amplifikaní sms.8, která se jevila jako optimální. S touto amplifikaní smsí byla za použití primer PALA 4 a PALA 14 provedena PCR s kmeny laktokok, kterou zobrazuje obrázek 9. U všech testovaných kmen byl detekován produkt charakteristický pro L. lactis. Obrázek 9: Agarózová gelová elektroforéza: PCR s primery PALA 4 a PALA 14 M K M 1 kb marker 1. L. lactis subsp. lactis 48, 2. L. lactis subsp. lactis CCDM 53, 3. L. lactis subsp. lactis CCDM 141, 4. L. lactis subsp. lactis CCDM 418, 5. L. lactis subsp. cremoris CCDM 824, 6. L. lactis subsp. cremoris CCDM 1004, 7. L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM K kontrola bez DNA. 6.4 Charakteristika kmen pomocí RAPD typizace Se všemi studovanými kmeny Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus lactis subsp. cremoris a Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis byla provedena RAPD typizace za použití šesti rzných RAPD primer (CC1, P16, P17, P2, CORR1 a Per1). Získané RAPD profily byly použity k sestrojení dendogramu pomocí metody shlukové analýzy v programu Unistat 5.5. Po ovení pítomnosti vyizolované DNA byla nejprve provedena optimalizace složení RAPD smsi, zejména koncentrací MgCl 2 a primer. Optimalizaci provedenou s kmenem Lactococcus lactis subsp. lactis CCDM 53 znázoruje obrázek 10. Složení jednotlivých amplifikaních smsí je uvedeno v tabulce 9.

52 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 52 Tabulka 9: Optimalizace složení reakní smsi pro RAPD. Reagencie Experiment 1. [µl] 2. [µl] 3.[µl] 4. [µl] 5. [µl] 6. [µl] H 2 O 9,0 10,0 10,4 10,1 9,8 9,5 Pufr pro Taq polymerázu 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 dntp 0,3 0,3 0,6 0,6 0,6 0,6 Primery 1,5 1,0 0,6 0,6 0,6 0,6 Taq polymeráza 0,6 0,6 0,1 0,1 0,1 0,1 MgCl 2 1,5 1,0 1,2 1,5 1,8 2,1 DNA 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 Pítomnost RAPD produktu Obrázek 10: Agarózová gelová elektroforéza: Optimalizace složení reakní smsi pro RAPD M M 100 bp ladder, Optimalizace MgCl 2 byla provedena s kmenem Lactococcus lactis subsp. lactis CCDM RAPD sms.1, 2. RAPD sms.2, 3. RAPD sms.3, 4. RAPD sms.4, 5. RAPD sms.5, 6. RAPD sms.6.

53 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 53 Pro další RAPD reakce byly vybrány amplifikaní smsi. 1 a 2. K ovení jejich vhodnosti k RAPD typizaci byly náhodn vybrány primery CC1 a P16 a kmeny L. lactis subsp. lactis CCDM 418 a L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 1006 (obrázek 11). Obrázek 11: Agarózová gelová elektroforéza: RAPD s primery CC1 a P16 M M 100 bp marker, 1. Amplifikaní sms.1 s primerem CC1 a kmenem L. lactis subsp. lactis CCDM 418, 2. amplifikaní sms.1 s primerem CC1 a kmenem L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 1006, 3. amplifikaní sms.2 s primerem CC1 a kmenem L. lactis subsp. lactis CCDM 418, 4. amplifikaní sms.2 s primerem CC1 a kmenem L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 1006, 5. amplifikaní sms.1 s primerem P16 a kmenem L. lactis subsp. lactis CCDM 418, 6. amplifikaní sms.1 s primerem P16 a kmenem L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 1006, 7. amplifikaní sms.2 s primerem P16 a kmenem L. lactis subsp. lactis CCDM 418, 8. amplifikaní sms.2 s primerem P16 a kmenem L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM RAPD typizace s primerem CC1 Profil DNA produkt, které byly získány pomocí metody RAPD s použitím primeru CC1 5 -AGCAGCGTGG-3 znázoruje obrázek 12. Pomocí poítaového programu ULTRA QUANT, verze 6.0 byly s využitím DNA marker vypoteny velikosti amplifikovaných DNA proužk.

54 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 54 Velikosti získaných DNA produkt jsou shrnuty v tabulkách 10 a 11, ze kterých je patrné, že pi použití primeru CC1 bylo syntetizováno nejmén 2 a nejvíce 12 DNA produkt, jejichž velikosti se pohybovaly v rozmezí bp. Obrázek 12: Agarózová gelová elektroforéza: RAPD s primerem CC1 M M 100 bp marker, 1. L. lactis subsp. lactis CCDM 48, 2. L. lactis subsp. lactis CCDM 53, 3. L. lactis subsp. lactis CCDM 141, 4. L. lactis subsp. lactis CCDM 354, 5. L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 823, 6. L. lactis subsp. lactis CCDM 412, 7. L. lactis subsp. lactis CCDM 414, 8. L. lactis subsp. lactis CCDM 418, 9. L. lactis subsp. lactis CCDM 421, 10. L. lactis subsp. cremoris CCDM 824, 11. L. lactis subsp. cremoris CCDM 885, 12. L. lactis subsp. cremoris CCDM 890, 13. L. lactis subsp. cremoris CCDM 946, 14. L. lactis subsp. cremoris CCDM 1004, 15. L. lactis subsp. cremoris CCDM 1005, 16. L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM U kmene L. lactis subsp. lactis CCDM 48 se vytvoily 3 DNA produkty o velikostech 355 bp, 455 bp a 721 bp. 3 DNA produkty se rovnž vytvoily u kmen: L. lactis subsp. lactis CCDM 53 ( bp), L. lactis subsp. cremoris CCDM 1004 ( bp) a L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 1006 ( bp).

55 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 55 Pouze 2 DNA produkty byly syntetizovány u následujících kmen: L. lactis subsp. lactis CCDM 412 o velikostech 505 a 685 bp, L. lactis subsp. lactis CCDM 421 o velikostech 594 a 860 bp, L. lactis subsp. cremoris CCDM 946 o velikostech 505 a 667 bp a L. lactis subsp. cremoris CCDM 1005 o velikostech 522 a 661 bp. U kmene L. lactis subsp. lactis CCDM 141 bylo detekováno 6 DNA produkt ( bp), u kmen L. lactis subsp. lactis CCDM 354 ( bp) a L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 823 ( bp) bylo souhlasn pozorováno 10 DNA produkt. U kmene L. lactis subsp. lactis CCDM 418 byly syntetizovány 4 DNA produkty o velikostech 347, 415, 627 a 868 bp, u kmene L. lactis subsp. cremoris CCDM DNA produkt o velikostech v rozmezí bp, u kmene L. lactis subsp. cremoris CCDM DNA produkt o velikostech 419, 495, 661, 845 a bp. U kmene L. lactis subsp. cremoris CCDM 890 bylo vizualizováno 9 DNA produkt o velikostech 411, 505, 633, 667, 760, 1 108, 1 291, a bp. U posledn zmínného kmene L. lactis subsp. cremoris CCDM 890 byl získán nejvtší DNA produkt o velikosti asi bp. U kmene L. lactis subsp. lactis CCDM 414 bylo vytvoen nejvtší poet DNA produkt, a to 12, jejichž velikost se pohybovala v rozmezí bp. U kmen L. lactis subsp. lactis CCDM 354 a L. lactis subsp. lactis CCDM 414 byly narozdíl od ostatních kmen shodn vytvoeny fragmenty o velikosti a 876 bp. Tabulka 10: Velikosti fragment DNA Lactococcus lactis subsp. cremoris v bp získané RAPD s použitím primeru CC1 Lactococcus lactis subsp. cremoris Kmen Velikosti fragment (bp)

56 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 56 Tabulka 11: Velikosti fragment DNA Lactococcus lactis subsp. lactis a L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis v bp získané metodou RAPD s použitím primeru CC1. Lactococcus lactis subsp. lactis L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis Kmen Velikosti fragment (bp) Obrázek 13: Dendrogram vytvoený z RAPD profilu studovaných kmen laktokok s primerem CC1

57 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 57 Na obrázku 13 je uveden dendrogram, který zobrazuje profil DNA fragment získaných metodou RAPD s použitím primeru CC1. Z dendrogramu je patrné, že se vytvoily 2 skupiny. První skupina je tvoena 11 kmeny laktokok, druhá zbývajícími 5 kmeny. V první skupin je patrná tvorba dvou podskupin obsahujících 5, respektive 4 kmeny bakterií a rovnž to, že kmeny CCDM 885 (L. lactis subsp. cremoris) a CCDM 141 (L. lactis subsp. lactis) nebyly piazeny ani k jedné z podskupin. Z dendrogramu je rovnž patrné, že RAPD profil získaný s primerem CC1 je tém shodný u 2 kmen L. lactis subsp. cremoris (CCDM 946 a CCDM 1005) a rovnž u dalších dvou kmen (CCDM 1004 a CCDM 1006), které však náleží do rzných poddruh L. lactis. Podobný RAPD profil jako kmeny CCDM 1004 a CCDM 1006 mají i kmeny CCDM 418 a CCDM 421 patící k poddruhu L. lactis subsp. lactis. Do první podskupiny byly krom kmen CCDM 946 a CCM 1005 piazeny ješt 3 kmeny L. lactis subsp. lactis (CCDM 48, CCDM 53 a CCDM 412). Ve druhé skupin jsou patrné vtší rozdíly mezi RAPD profily získanými s primerem CC1. Do této skupiny byly piazeny jak kmeny L. lactis subsp. lactis (CCDM 354, CCDM 414 a CCDM 823), tak i kmeny L. lactis subsp. cremoris (CCDM 824 a CCDM 890) RAPD typizace s primerem P16 Profil DNA produkt, které byly získány pomocí metody RAPD s použitím primeru P16 5 -TCGCCAGCCA-3 znázoruje obrázek 14. Pomocí poítaového programu ULTRA QUANT, verze 6.0 byly s využitím DNA marker vypoteny velikosti amplifikovaných DNA produkt, jejichž velikosti jsou uvedeny v tabulkách 12 a 13. Z tabulek vyplývá, že pi použití primeru P16 bylo syntetizováno nejmén 2 a nejvíce 11 DNA produkt, jejichž velikosti se pohybovaly v rozmezí bp. U kmene L. lactis subsp. lactis CCDM 48 se vytvoilo 8 DNA produkt o velikostech 270, 460, 530, 1 129, 1 354, 1 479, a bp. 10 DNA produkt se vytvoilo u kmen: L. lactis subsp. lactis CCDM 53, jejichž velikosti byly 290, 454, 560, 757, 862, 929, 1 117, 1 208, a bp a L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 823 o následujících velikostech 383, 519, 862, 959, 1 092, 1 320, 1 556, 1 789, a bp.

58 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 58 5 DNA fragment bylo detekováno u kmen L. lactis subsp. lactis CCDM 141 ( bp), L. lactis subsp. lactis CCDM 414 ( bp), L. lactis subsp. lactis CCDM 418 ( bp), L. lactis subsp. cremoris CCDM 885 ( bp) a L. lactis subsp. cremoris CCDM 946 ( bp). Obrázek 14: Agarózová gelová elektroforéza: RAPD s primerem P16 M M 100 bp marker, 1. L. lactis subsp. lactis CCDM 48, 2. L. lactis subsp. lactis CCDM 53, 3. L. lactis subsp. lactis CCDM 141, 4. L. lactis subsp. lactis CCDM 354, 5. L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 823, 6. L. lactis subsp. lactis CCDM 412, 7. L. lactis subsp. lactis CCDM 414, 8. L. lactis subsp. lactis CCDM 418, 9. L. lactis subsp. lactis CCDM 421, 10. L. lactis subsp. cremoris CCDM 824, 11. L. lactis subsp. cremoris CCDM 885, 12. L.lactis subsp. cremoris CCDM 890, 13. L. lactis subsp. cremoris CCDM 946, 14. L. lactis subsp. cremoris CCDM 1004, 15. L. lactis subsp. cremoris CCDM 1005, 16. L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM Shodn, po 6 DNA produktech, bylo vizualizováno u kmen L. lactis subsp. lactis CCDM 354 ( bp) a L. lactis subsp. cremoris CCDM 824 ( bp). U kmene L. lactis subsp. lactis CCDM 412 vzniklo 7 DNA produkt, jejichž velikost se pohybovala v rozmezí bp. U tohoto kmene a kmene L. lactis subsp. lactis CCDM 414 byly, narozdíl od ostatních studovaných kmen, pozorovány DNA fragmenty o shodných velikostech 900 a bp.

59 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 59 U kmene L. lactis subsp. cremoris CCDM 890 byly syntetizovány 4 DNA produkty ( bp), u kmene L. lactis subsp. cremoris CCDM DNA produkt ( bp) a u kmene L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 1006 bylo rovnž vizualizováno 9 DNA produkt o velikostech v rozmezí bp. Pouze 2 DNA produkty byly detekovány u kmene L. lactis subsp. lactis CCDM 421. Jejich velikosti byly 383 a bp. Naopak nejvtší mnoství DNA produkt, a to 11, bylo získáno u kmene L. lactis subsp. cremoris CCDM Velikosti vizualizovaných DNA fragment se u tohoto kmene pohybovaly v rozmezí bp. Tabulka 12: Velikosti fragment DNA Lactococcus lactis subsp. lactis a L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis v bp získané metodou RAPD s použitím primeru P16 Lactococcus lactis subsp. lactis L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis Kmen Velikosti fragment (bp)

60 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 60 Tabulka 13: Velikosti fragment DNA Lactococcus lactis subsp. cremoris v bp získané metodou RAPD s použitím primeru P16 Lactococcus lactis subsp. cremoris Kmen Velikosti fragment (bp) Obrázek 15: Dendrogram vytvoený z RAPD profilu studovaných kmen laktokok s primerem P16

61 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 61 Na obrázku 15 je uveden dendrogram, který zobrazuje profil DNA fragment získaných metodou RAPD s použitím primeru P16. Z dendrogramu vyplývá, že se vytvoily 2 skupiny, pi emž ani do jedné nebyl zaazen kmen CCDM 823 (L. lactis subsp. lactis). První skupina je tvoena pouze 2 kmeny laktokok, a to CCDM 48 (L. lactis subsp. lactis) a CCDM 1005 (L. lactis subsp. cremoris). K druhé skupin je piazeno zbývajících 13 kmen. V rámci druhé skupiny je dále patrná tvorba dvou podskupin obsahujících 5, respektive 7, kmen bakterií a také to, že kmen CCDM 412 (L. lactis subsp. lactis) nebyl piazen ani k jedné z podskupin. Z dendrogramu rovnž vyplývá, že RAPD profil získaný s primerem P16 je podobný u dvojice kmen CCDM 354 a CCDM 414 (L. lactis subsp. lactis) a také u kmen CCDM 418 a CCDM 421 rovnž patících k poddruhu L. lactis subsp. lactis. Uritou podobnost vykazují i dv dvojice kmen. CCDM 53 (L. lactis subsp. lactis) a CCDM 1004 (L. lactis subsp. cremoris) patící do první podskupiny a CCDM 824 (L. lactis subsp. lactis) spolen s kmenem CCDM 1006 (L. lactis subsp. lactis), které jsou piazeny k podskupin druhé. Tyto kmeny však nepatí do stejných poddruh. K první podskupin byl také piazen kmen CCDM 141 (L. lactis subsp. lactis). K druhé podskupin byly dále piazeny kmeny L. lactis subsp. cremoris (CCDM 885, CCDM 890 a CCDM 946) RAPD typizace s primerem P2 Profil DNA produkt, které byly získány pomocí metody RAPD s použitím primeru P2 5 -GATCGGACGG-3 zobrazuje obrázek 16. S využitím DNA marker byly vypoteny velikosti amplifikovaných DNA produkt, jejichž velikosti jsou uvedeny v tabulkách 14 a 15. Z tabulek je zejmé, že pi použití primeru P2 byly detekovány nejmén 4 a nejvíce 12 DNA produkt, jejichž velikosti se pohybovaly v rozmezí bp.

62 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 62 Obrázek 16: Agarózová gelová elektroforéza: RAPD s primerem P2 M M 100 bp marker, 1. L. lactis subsp. lactis CCDM 48, 2. L. lactis subsp. lactis CCDM 53, 3. L. lactis subsp. lactis CCDM 141, 4. L. lactis subsp. lactis CCDM 354, 5. L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 823, 6. L. lactis subsp. lactis CCDM 412, 7. L. lactis subsp. lactis CCDM 414, 8. L. lactis subsp. lactis CCDM 418, 9. L. lactis subsp. lactis CCDM 421, 10. L. lactis subsp. cremoris CCDM 824, 11. L. lactis subsp. cremoris CCDM 885, 12. L. lactis subsp. cremoris CCDM 890, 13. L. lactis subsp. cremoris CCDM 946, 14. L. lactis subsp. cremoris CCDM 1004, 15. L. lactis subsp. cremoris CCDM 1005, 16. L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM Ze všech provedených RAPD reakcí bylo u RAPD s primerem P2 detekováno nejvtší množství DNA fragment. U kmene L. lactis subsp. lactis CCDM 48 bylo vizualizováno 5 DNA produkt o velikostech 704, 761, 864, a bp. Stejné množství fragment bylo pozorováno i u kmene L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 823, jejichž velikost byla 506, 967, 1 083, a bp. 9 DNA produkt se vytvoilo u kmen L. lactis subsp. cremoris CCDM 824 ( bp), L. lactis subsp. cremoris CCDM 946 ( bp), L. lactis subsp. cremoris CCDM 1005 ( bp), L. lactis subsp. lactis CCDM 421 ( bp) a L. lactis subsp. lactis CCDM 53 ( bp). U posledn zmínného kmene byl, jako u jediného, vytvoen nejmenší fragment o velikosti 113 bp. U kmen L. lactis subsp. lactis CCDM 418 ( bp), L. lactis subsp. cremoris CCDM 1004 ( bp) a L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 1006 ( ) bylo souhlasn amplifikováno 10 DNA produkt.

63 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 63 Pouze 4 DNA produkty byly detekovány u kmene L. lactis subsp. lactis CCDM 141. Jejich velikosti byly 295, 351, 614 a 680 bp. Tabulka 14: Velikosti fragment DNA Lactococcus lactis subsp. lactis a L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis v bp získané metodou RAPD s použitím primeru P2 Lactococcus lactis subsp. lactis L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis Kmen Velikosti fragment (bp) Shodn 8 DNA produkt bylo vizualizováno u následujících kmen: L. lactis subsp. lactis CCDM 354 ( bp), L. lactis subsp. cremoris CCDM 885 ( bp) a L. lactis subsp. cremoris CCDM 890 ( bp). U kmen L. lactis subsp. cremoris CCDM 890 a L. lactis subsp. cremoris CCDM 946 se, na rozdíl od všech ostatních studovaných kmen, vytvoil nejvtší fragment o velikosti bp. Nejvtší množství DNA produkt, a to 12, bylo pozorováno u kmen L. lactis subsp. lactis CCDM 412 a L. lactis subsp. lactis CCDM 414. U kmene L. lactis subsp. lactis CCDM 412 byly získány fragmenty v rozmezí velikostí bp a u kmene L. lactis subsp. lactis CCDM 414 v rozmezí velikostí bp.

64 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 64 Tabulka 15: Velikosti fragment DNA Lactococcus lactis subsp. cremoris v bp získané metodou RAPD s použitím primeru P2 Lactococcus lactis subsp. cremoris Kmen Velikosti fragment (bp) Na obrázku 17 je uveden dendrogram, který zobrazuje profil DNA fragment získaných metodou RAPD s použitím primeru P2. Z dendrogramu je patrné, že se vytvoily 2 skupiny. První skupina je tvoena 13 kmeny laktokok, druhá zbývajícími 3 kmeny. V první skupin je patrná tvorba dvou podskupin obsahujících 10, respektive 3 kmeny bakterií. V rámci první podskupiny byla shledána uritá podobnost u kmen CCDM 53 (L. lactis subsp. lactis) a CCDM 1006 (L. lactis subsp. lactis) a u kmen CCDM 823 (L. lactis subsp. lactis) a CCDM 418 (L. lactis subsp. lactis). K této podskupin byly dále piazeny jednak kmeny L. lactis subsp. lactis CCDM 48, CCDM 141, CCDM 354, CCDM 824 a CCDM 421, jednak kmeny (L. lactis subsp. cremoris) CCDM 1004 a CCDM 824. Druhá podskupina se vyznaovala pítomností kmen L. lactis subsp. lactis (CCDM 412 a CCDM 414) a jedním kmenem L. lactis subsp. cremoris (CCDM 1005). V rámci druhé skupiny je patrné piazení pouze kmen L. lactis subsp. cremoris (CCDM 885, CCDM 946 a CCDM 890), piemž z dendrogramu vyplývá podobnost RAPD profilu mezi kmeny CCDM 885 a CCDM 946.

65 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 65 Obrázek 17: Dendrogram vytvoený z RAPD profilu studovaných kmen laktokok s primerem P RAPD typizace s primerem P17 Profil DNA produkt, které byly získány pomocí metody RAPD s použitím primeru P17 zobrazuje obrázek 18. Pomocí poítaového programu byly s využitím DNA marker vypoteny velikosti amplifikovaných DNA produkt, jejichž velikosti jsou uvedeny v tabulkách 16 a 17. Z tabulek je patrné, že pi použití primeru P17 byly detekovány nejmén 4 a nejvíce 11 DNA produkt, jejichž velikosti se pohybovaly v rozmezí bp. Pi použití primeru P17 byly u kmen L. lactis subsp. lactis CCDM 48 a L. lactis subsp. lactis CCDM 53 vizualizovány 4 DNA produkty. U L. lactis subsp. lactis CCDM 48 jejich velikosti byly 525, 710, 792 a bp a u kmene L. lactis subsp. lactis CCDM , 718, 784 a bp. Stejné množství fragment, a to 5, bylo amplifikováno u kmen L. lactis subsp. lactis CCDM 354, L. lactis subsp. lactis CCDM 418 a L. lactis subsp. cremoris CCDM Rozmezí velikostí vzniklých DNA produkt bylo u zmínných kmen obdobné a pohybovalo se mezi cca bp.

66 UTB ve Zlín, Fakulta technologická 66 Obrázek 18: Agarózová gelová elektroforéza: RAPD s primerem P17 M M 100 bp marker, 1. L. lactis subsp. lactis CCDM 48, 2. L. lactis subsp. lactis CCDM 53, 3. L. lactis subsp. lactis CCDM 141, 4. L. lactis subsp. lactis CCDM 354, 5. L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 823, 6. L. lactis subsp. lactis CCDM 412, 7. L. lactis subsp. lactis CCDM 414, 8. L. lactis subsp. lactis CCDM 418, 9. L. lactis subsp. lactis CCDM 421, 10. L. lactis subsp. cremoris CCDM 824, 11. L. lactis subsp. cremoris CCDM 885, 12. L. lactis subsp. cremoris CCDM 890, 13. L. lactis subsp. cremoris CCDM 946, 14. L. lactis subsp. cremoris CCDM 1004, 15. L. lactis subsp. cremoris CCDM 1005, 16. L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM Šest DNA produkt o velikostech 563, 635, 808, 1 524, a bp bylo detekováno u kmene L. lactis subsp. lactis CCDM 412. Shodné množství fragment bylo pozorováno i u kmen L. lactis subsp. lactis CCDM 414 (563, 641, 777, 1 510, 1 935, bp), L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis CCDM 823 (381, 541, 662, 784, 932, bp) a L. lactis subsp. cremoris CCDM 890 (239, 367, 470, 552, 648, 923bp). U kmen L. lactis subsp. lactis CCDM 412, L. lactis subsp. lactis CCDM 414 a L. lactis subsp. lactis CCDM 421 byl, na rozdíl od ostatních studovaných kmen, zaznamenán vznik fragmentu o velikosti 563 bp.