Biotechnologie sinic a řas Biotechnologie technologie využívající biologické systémy, živé organizmy nebo jejich části k určité výrobě nebo jejich přeměně či jinému specifickému použití. Miloslav Kitner Katedra botaniky PřF UP Laboratoř molekulárních markerů Šlechtitelů 11, Olomouc - Holice
4) Kultivace makroskopických řas
Euchema Chondrus Gigartina Mořské ruduchy (Rhodophyta)
Kultivace makrořas 1) technologie kultivace makrořas pomocí inicializačních rostlin př. Euchema (Rhodophyta) - iniciační rostliny jsou upevněny na provazech a na konstrukcích umístěny do moře - Sběr po dosažení optimální velikosti
Kultivace makrořas 1) Technologie kultivace makrořas pomocí inicializačních rostlin př - Euchema
http://en.wikipedia.org/wiki/algaculture
Eucheuma spp. Třída Rhodophyceae Location: Nusa Lembongan, Bali, Indonesia
Laminaria - KELP, KOMBU Třída Phaeophyceae Může být až 15 m dlouhá. - pěstování na provazech - na 20kg betonových blocích, které se pro sklizeň vyzdvihnou ze dna a oberou nebo se sbírají z lodí háky či twisters spirálami na dlouhé tyči, popř. je odřezávají od substrátu potápěči.
Kultivace makrořas 2) technologie kultivace makrořas pomocí inokulačních provazů - př: Laminaria sp. gametofyt http://www.fao.org/fishery/culturedspecies/laminaria_japonica/en
Kultivace makrořas - Laminaria sp.
Laminaria
lamináriové lesy
Kultivace makrořas Laminaria sp. sběr u pobřeží Norska
Laminaria sp. = KOMBU
Macrocystis Třída Phaeophyceae
Sběr Macrocystis Kelp harvester in California, which was used to harvest the kelp Macrocystis pyrifera for alginate production ( Kelco, Ltd). Such harvesters are now being used to collect kelp for abalone food.
Sběr Macrocystis
Porphyra = Nori - třída Rhodophyceae - ruducha se stélkou až 20 cm dlouhou, má složitou rodozměnu. - lupenitý gametofyt na podzim produkuje haploidní gamety, po jejich splynutí vzniká karpospora - z karpospory vyroste na vhodném substrátu dlouhověký a větvený sporofyt (dříve popsáno jako rod Conchocoelis) - sporofyt produkuje haploidní spory (konchospory), ze kterých vyrůstá lupenitý gametofyt - gametofyt se nepohlavně množí produkcí monospor, které vyrostou do makroskopické stélky. the haploid gametophyte the diploid sporophyte
Kultivace Porphyra = NORI
5) Toxiny sinic a řas
Toxiny sinic a řas jsou látky sekundárního metabolismu, tedy látky, které nejsou využívány organismem pro jeho primární metabolismus. toxiny sinic a řas jsou toxičtější než toxiny vyšších rostlin a hub toxiny sinic a řas jsou méně toxické než bakteriální toxiny
Stojaté vody - vodní květy sinic:
Podmínky pro rozvoj VK: Stojaté vody - vodní květy sinic: Výskyt vodního květu v povrchových vodách je zákonitou fází sezonního vývoje fytoplanktonu mezo- až eutrofních nádrží - voda obsahuje střední až vysoké koncentrace živin (mezo eutrofní nádrže) - teplota se pohybuje v rozmezí 15 30 C - ph je 6 9 i vyšší - vane mírný vítr nebo je bezvětří - turbulence vody a rychlost toku je nízká - ozářenost je vysoká - vodní těleso má vhodnou morfologii Hlavní rizika: - zhoršuje se technická kvalita vody po zpracování pitná voda obsahuje pachutě a pachy - při přemnožení určitých druhů znehodnocení rybího masa (pachutě) - uvolňování toxinů - na konci vegetační sezóny kolaps populace sinic + při rozkladu biomasy - vyčerpání kyslíku z vody (úhyn ryb) + uvolnění toxinů
Stojaté vody - vodní květy sinic: hlavní zástupci Microcystis spp. Woronichinia sp.
Stojaté vody - vodní květy sinic: hlavní zástupci Aphanizomenon sp. Anabaena sp.
Toxiny sinic a řas microcystiny a nodulariny Peptidické hepatotoxiny sinic 28 různých microcystinů - monocyklické heptapeptidy tvořené D a L aminokyselinami Microcystin LR nejčastěji studovaný a nejrozšířenější (LD 50 = 40-45 mg/kg) Producenti: Microcystis, Anabaena, Planktothrix, Nostoc Nodularin = cyklický pentapeptid, producent Nodularia Princip účinku: inhibitor enzymů Microcystin LR Detailně: aktivní inhibitor eukaryotních protein serine/threonine fosfatáz 1 a 2A. Nekontrolovatelná fosforylace cílových proteinů vede k buněčné proliferaci, posttranslační modifikaci proteinů, chybnému přenosu signálů a k buněčné transformaci na nádorový typ buňky Sympromy: zvýšená hladina jaterních enzymů v krevním séru a dalších indikátorů poškození jater (ALT, AST, GGT, bilirubin, alk. fosfatáza) = destrukce parenchymatických buněk jater
Toxiny sinic a řas - anatoxiny níkomolekulární neurotoxické alkaloidy porvé popsané u Anabaena flos-aquae z Kanady, dnes Oscillatoria, Microcystis, Aphan. Evropa, S. Amerika, Japonsko ne všechny kmeny produkují toxiny!!! anatoxin-a homoanatoxin-a anatoxin-a(s) sec. aminy působí v pregangliových nervových zakončeních, acetylcholinových receptorech, zvyšují tok Ca iontů do cholinergních nervových zakončení Princip účinku: poruchy přenosu signálů mezi neurony fosfátový ester s cyklickou N-hydroxiguaninovou strukturou blokátor cholinesterázy, depolarizace postsynaptických zakončení, ovlivňuje nikotinové, muskarinové i acetylcholinové receptory Symptomy intoxikace: nekoordinované pohyby, vypouklé oči, ztráta kontrolovaného ovládání svalové kontrakce, srdeční zástava, udušení. Efekt během 5 minut.
Bioterorismus? - mikrocystiny, anatoxiny a saxitocin jsou považovány za látky potenciálně využitelné pro výrobu biologických zbraní - saxitocin: přiřazen kód chemické zbraně - Česká republika: - práce s cyanotoxiny je povolena pouze ve specializovaných laboratořích - speciální bezpečnostní opatření hlídaná budova, oddělená místnost s bezp. zámky, látky jsou uchovávány v trezoru, přísná evidence a kontrola - povolení pro nakládání vydává Státní úřad pro jadernou bezpečnost (Odbor pro kontrolu zákazu chemických a biologických zbraní) Centrum pro cyanobakterie a jejich toxiny Botanický ústav AVČR a MU v Brně
Moře a oceány - Harmful Algal Blooms (HABs)
Moře a oceány - Harmful Algal Blooms (HABs) Harmful algae přemnožené mikroskopické, jednobuněčné mořské řasy při přemnožení vytváří shluky biomasy blízko hladiny "Red Tide - přemnožením planktonních druhů obsahující červené pigmenty - tvorba není vázána na příliv! - obvykle netoxické druhy - toxické populace zpravidla nedosáhnou takové abundance, aby změnily zbarvení vody
Některé biotoxiny z produktů moře a související aspekty Název otravy: Toxin: saxitocin kys. okadaiová kys. domoová Ataxie porušení koordinace tělesných pohybů Nausea nevolnost, pocit na zvracení
Paralytic shellfish poisoning (PSP) Alexandrium catenella Alexandrium tamarense
Paralytic shellfish poisoning (PSP) Producent toxinu: především obrněnky Alexandrium (cysty jsou 10x toxičtější než veg. buňky), sinice Aphanizomenon, Cylindrospermopsis, Anabaena Typ toxinu: saxitoxin, neosaxitoxin, gonyautoxin I. IV. - příznaky při 0.001mg/kg ž.v. - neurotoxin rozpustný ve vodě a nižších alkoholech Princip účinku: poruchy přenosu signálů mezi neurony - (blokuje iontové kanály pro sodné ionty) saxitoxin Příznaky: saxitociny jsou rychle absorbovány v zažívacím traktu - 1-3min po požití: zvracení, extrémně nízký tlak, znecitlivění či brnění rtů, jazyka a konečků prstů, následované necitlivostí krku a celkovou svalovou nekoordinovaností - 2-12 hodin po intoxikaci: dýchací problémy a svalová paralýza - smrt na následky selhání dýchací soustavy - toxin vymizí velmi rychle a přeživší se po 12-24 hodinách obvykle plně zotaví. - mortalita 8,5 9,5 % (Guatemala 1987 50 % u dětí) Neexistuje protijed
Diarrhetic shellfish poisoning (DSP)
Diarrhetic shellfish poisoning (DSP) Producenti: rody Prorocentrum, Dinophysis polární polyethery: okadaic acid, dinophysistoxin silný cytotoxin, poprvé izolován z mořské houbyhalichondria okadai kumulace toxinů v mušlích filtrujících vodu diarrhea = průjem (Průjmová otrava z měkkýšů) gastrointestinální onemocnění, bez neurologických projevů průjem, zvracení, bez nutnosti hospitalizace Okadaic acid: vliv na metabolismus buněk trávící soustavy.. změní se schopnost TS zadržovat vodu. průjmy
Amnesic shellfish poisoning (ASP) Producenti: rozsivky rodu Pseudo-nitzschia Symptomy otravy se mohou projevit za 24 hodin po požití potravy Amnesie = krátkodobá porucha vědomí Slabé otravy: nausea, bolesti hlavy, křeče, vřídky, záměna vnímání pocitů tepla a chladu Silné otravy: dezorientace, záchvaty a ztráta krátkodobé paměti kys. domoová: Vysoce toxický neurotransmiter změna přenosu nervových vzruchů a syntézy proteinů vazba na glutamátové receptory v CNS 1987: otrava 100 lidí kontaminovanými škeblemi a korýši na Ostrově Prince Edwarda (Kanada), 3 mrtví, řada postižených amnesií 1998: 400 dezorientovaných tuleňů u pobřeží Kalifornie otrava rybami, které se živily ve vodách s výskytem vodního květu
Děkuji za pozornost