S+Ř: 4+5 – Kultivace makroskopických řas+Toxiny - isb

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
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.
http://www.fao.org/fishery/culturedspecies/Laminaria_japonica/en
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 gametofyt
- gametofyt se nepohlavně množí produkcí monospor , které vyrostou do makroskopické stélky.
the haploid gametophyte
the diploid sporophyte
Děkuji za pozornost
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
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:
Stojaté vody - vodní květy sinic:
Výskyt vodního květu v povrchových vodách je zákonitou fází sezonního
vývoje fytoplanktonu mezo- až eutrofních nádrží
Podmínky pro rozvoj VK:
- 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
Microcystin LR
Princip účinku: inhibitor enzymů
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
anatoxin-a(S)
homoanatoxin-a
• sec. aminy
• působí v pregangliových nervových zakončeních, acetylcholinových
receptorech, zvyšují tok Ca iontů do cholinergních nervových
zakončení
• fosfátový ester s cyklickou N-hydroxiguaninovou strukturou
• blokátor cholinesterázy, depolarizace postsynaptických
zakončení, ovlivňuje nikotinové, muskarinové i acetylcholinové
receptory
Princip účinku: poruchy přenosu signálů mezi neurony
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 jen 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
Ataxie – porušení koordinace tělesných pohybů
Nausea – nevolnost, pocit na zvracení
kys. domoová
„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