Irányzatok a biológiában

http://mikrobiologia.elte.hu/

Irányzatok a biológiában 2016

1

1953 – Bánhegyi József mikroszkópos gombák, algák rendszertana antibiotikum termelő aktinobaktériumok 1974 – Szabó István Mihály környezeti bakteriológia - tenyésztésen alapuló módszerek (talajok, természetes vizek, állat- és növény mikroba kölcsönhatások, taxometria) 1993 – Márialigeti Károly környezeti mikrobiológia és biotechnológia – tenyésztésen alapuló és tenyésztéstől független molekuláris biológiai módszerek mikrobiális taxonómia

2

Borsodi Andrea – extrém környezetek mikrobiális diverzitása, geomikrobiológia Felföldi Tamás – vizes élőhelyek mikrobaközösségeinek genomikai vizsgálata Makk Judit – környezeti biofilmek vizsgálata, mikroszkópos technikák alkalmazása

Romsics Csaba – környezeti kármentesítés, bioremediációs technikák fejlesztése Tóth Erika – oligotróf környezetek mikrobiológiája, bakteriális taxonómia Vajna Balázs – baktérium - gomba kapcsolatrendszerek megismerése Nagymáté Zsuzsanna – hálózati ivóvizekben zajló nitrifikáció vizsgálata

Pohner Zsuzsanna – mikrobiális diverzitás elemzés ipari rendszerekben Szabó Attila – természetes alkalikus és sós állóvizek metagenom elemzése

3

Oktatási tevékenység Biológia alapszak - BSc Biológus szakirány Általános mikrobiológia I.A EA (bb1c1527) Általános mikrobiológia I.B EA (bb1c1522) Általános mikrobiológia II.A GY (bb1c4623) Általános mikrobiológia II.B GY (bb1c4619) Alkalmazott mikrobiológiai és minőségbiztosítás gyakorlat (bb1c4b09)

Biológus mesterszak - MSc Molekuláris, Immun- és Mikrobiológia szakirány (MIM) Irányzatok a mikrobiológiában EA (bb2n1m06) Klasszikus és molekuláris mikrobiológiai módszerek GY (bb2n4m03)

Mikrobiológus Szakirányú Továbbképzési Szak

4

Tankönyvek Márialigeti K. (szerk): Bevezetés a prokarióták világába (2013) http://www.eltereader.hu/kiadvanyok/bevezetes-a-prokariotak-vilagaba/

Borsodi A., Márialigeti K.: A prokarióták világáról tanároknak (2015) http://ttomc.elte.hu/kiadvany/prokariotak-vilagarol-tanaroknak

Márialigeti K., Tóth E. (szerk): Practical Microbiology (2013) http://ttktamop.elte.hu/practical-microbiology

Vajna B., Tóth E., Felföldi T.: Methods in Environmental Microbiology and Bacterial Taxonomy (2016)

5

A mikrobiológia tudománya

Biolumineszkáló Photobacterium tenyészet Petri-csészében

1 baktérium telep (~107 sejt)

Photobacterium sejtek - SEM felvétel

Mikroszkopikus méretű élőlények világának megismerése A mikrobiális életről szerzett tudás alkalmazása az emberiség és a Föld javát szolgáló folyamatokban

6

Az egysejtes szerveződésű mikroorganizmusok jellemzői Anyagcsere

Mozgás

Differenciálódás Szaporodás

Evolúció

Kommunikáció

7

A mikroorganizmusok és környezetük sejtek → populációk → kölcsönhatások (környezettel és más populációkkal) → mikrobaközösségek → ökológiai rendszerek

8

Mikroorganizmusok kölcsönhatása növényekkel, állatokkal

9

Mikroorganizmusok a Földön mikrobasejtek (Bacteria és Archaea) száma: ~2,5 x 1030 5 x 1017 g C (~ azonos a teljes növényi C mennyiségével) mikrobiális N és P >10 x több mint a növényi biomasszában

Élőhely

%

Óceáni kéreg

66,0

Szárazföldi kéreg

26,0

Felszíni talajok

4,8

Óceánok

2,2

Minden más

1,0

(édes és sósvízű tavak, háziállatok, tengeri jég, termeszek, ember) 10

Mikroorganizmusok alkalmazása

élelmiszeripar (tejtermékek, sör, bor) ipari fermentációk bioüzemanyag (etanol) előállítás biológiai szennyvíztisztítás

11

A mikrobiológia tudománya 1. A baktériumok szerveződésének, szerkezetének és működésének megismerése → Mikrobiális funkcionális anatómia 2. Mikrobiális diverzitás (fajok, élettani csoportok, biokémiai rendszerek sokféleségének) feltárása → Mikrobiális taxonómia és fiziológia 3. Mikroorganizmusok kölcsönhatásának vizsgálata az élettelen és élő környezettel, az anyagcsere szinttől a fajok, a közösségek szintjéig → Mikrobiális ökológia 4. Mikrobafajok, funkciók, biokémiai rendszerek leszármazásának és rokonsági viszonyainak feltárása → Mikrobiális evolúció ↓ MEGISMERÉS - MEGÉRTÉS - FELHASZNÁLÁS ↓ Alkalmazott mikrobiológia 12

A mikrobiológia kutatási módszertanának alapjai

Ω molekuláris módszerek tenyésztéses eljárások

molekuláris módszerek tenyésztéses eljárások

Pierre Teilhard de Chardin (Le phénomène humain, 1955)

13

Nem tenyésztéses mikrobiológiai vizsgálati módszerek Mikroszkópos vizsgálati módszerek

Anthon van LEEUWENHOEK (1632 – 1723)

Robert HOOKE (1635-1703 )

14

Nem tenyésztéses mikrobiológiai vizsgálati módszerek Fénymikroszkópos vizsgálati módszerek Látható fény használata Nagyító lencserendszer (objektív, okulár), gyűjtőlencse Felbontóképesség → d = 1,22 / (2n x sin) → ~ 0,2 mm Áteső fényű mikroszkóp Sötét látóterű mikroszkóp Fáziskontraszt mikroszkóp Fluoreszcencia mikroszkóp Natív és festett preparátumok morfológiája

15

Nem tenyésztéses mikrobiológiai vizsgálati módszerek Fénymikroszkópos vizsgálati módszerek

16

Nem tenyésztéses mikrobiológiai vizsgálati módszerek Elektronmikroszkópos vizsgálati módszerek a tárgy leképezésére elektronágyúból származó elektronnyaláb szolgál → felbontóképesség ~ 0,2 nm Transzmissziós EM → a tárgy vizsgálata elektronsugárral való átvilágításban Pásztázó EM → a tárgy felületéről a minta mozgatásával állít elő képet

FEI Quanta 3D típusú kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp (SEM/FIB)

17

A baktériumok tenyésztése szilárd táptalaj alkalmazása Petri-csészében lemezöntés és a platinadrótos átoltás technikája ↓ tiszta tenyészetek telepmorfológiai tulajdonságok leírása, eltérő tenyészfeltételek (tápanyag, hőmérséklet) ↓ klasszifikáció (osztályozás) Robert KOCH (1843 – 1910)

Korlátok ↓ TÁ P TA L A J O K S Z E L E K T I V I TÁ S A MIKROORGANIZMUSOK ÉLETTANI ÁLLAPOTA (VBNC = viable but non culturable) 18

Tenyésztésen alapuló vizsgáló módszerek

19

Tenyésztésen alapuló vizsgáló módszerek

Baktériumtörzs: ismert eredetű, megkülönböztető jelzéssel ellátott, folyamatos továbboltással fenntartott tenyészet Baktérium faj: a baktérium törzstenyészetek homogén, vagy nagyon hasonló tulajdonságokat mutató csoportja 20

Nem tenyésztéses mikrobiológiai vizsgálati módszerek Immunológiai vizsgálati módszerek

21

Nem tenyésztéses mikrobiológiai vizsgálati módszerek Kemotaxonómiai bélyegek elemzésén alapuló baktériumközösség vizsgálat

22

Nem tenyésztéses mikrobiológiai vizsgálati módszerek

Carl WOESE (1928-2012)

16S és 18S rRNS gének bázissorrend elemzése

↓

ÉLŐVILÁGBAN HÁROM DOMÉN (1977)

23

Nem tenyésztéses mikrobiológiai vizsgálati módszerek Nukleinsav kivonásra alapozott baktériumközösség vizsgálat

24


25


Korlátok, torzítások ↓ MINTA ELŐKÉSZÍTÉS NUKLEINSAV KIVONÁS (NEHEZEN FELTÁRHATÓ SEJTEK) NUKLEINSAV TISZTÍTÁS MULTITEMPLÁT PCR, PRIMER SZELEKCIÓ

26

Nem tenyésztéses mikrobiológiai vizsgálati módszerek Újgenerációs szekvenálás

27


28


29

Klasszikus ökológiai kérdések Milyen szervezetek találhatók egy adott környezetben? Milyen feladatot látnak el ott? Hogyan, milyen kölcsönhatásokban szerveződnek közösségekké? Mi a hatásuk az emberi népességre, hogyan hasznosíthatóak?

30

1. Természetes ökoszisztémák mikrobaközösségei 1.1. Vizek és vizes élőhelyek mikrobiológiája - különleges környezetek 1.2. Terresztrikus élőhelyek mikrobiológiája 1.3. Állat-mikroba kapcsolatrendszerek 1.4. Növény-mikroba kapcsolatrendszerek 1.5. Gomba-mikroba kapcsolatrendszerek

2. Mikrobiális taxonómiai és ökológiai vizsgáló módszerek fejlesztése 2.1. Klasszikus és modern fenotípusos módszerek 2.2. Nukleinsav alapú módszerek

3. Alkalmazott mikrobiológiai kutatások 3.1. Xenobiotikumok mikrobiális átalakítása 3.2. Szennyvíztisztítás és komposztálás 3.3. Ivóvizek és ipari vizek mikrobiológiája 3.4. Fenntartható mezőgazdasági termelés mikrobiológiája

4. Polifázikus taxonómiai kutatások 4.1. Prokarióta és eukarióta mikroorganizmusok taxonómiája 4.2. Gerinctelenek taxonómiája

31

Természetes ökoszisztémák mikrobaközösségei A bakterioplankton működésének és sokféleségének szerepe különböző makrofiton borítottságú sekély tavakban lúgos Zab-szék

Sós-ér

Fertő, nyílt víz Fertő, Kis-Herlakni

↕

Balaton (Siófok) Kolon-tó Szt. Anna-tó

Mohos

savas

tiszta vizű Felföldi Tamás, Márialigeti Károly, Romsics Csaba, Tóth Erika

↔

színes 32

Természetes ökoszisztémák mikrobaközösségei Budapesti termálfürdők vizének bakteriológiai vizsgálata

Tóth Erika

A forrásból és a medencéből kitenyésztett baktérium nemzetségek *: a tudományra nézve eddig ismeretlen baktérium taxonok

33

Természetes ökoszisztémák mikrobaközösségei Hipogén karsztosodási folyamatokban résztvevő mikrobaközösségek

HIDEG TERMÁL MEDENCE

Sulfuricella (b) - GOB Sulfurisoma (b) - GOB Sulfuritalea (b) - GOB Thiobacillus (b) - GOB, RTB Thiobacter (b) - RTB H2S

Borsodi Andrea, Makk Judit

S0 oxidation

Sulfur Cycle

Acidiferrobacter (g) - RTB Thiohalomonas (g) - DHB Thioprofundum (g) - RTB

SO42-

Hippea (d) - GOB, RNB Thermodesulfobacterium Desulfuromonas (d) - GOB, RNB reduction (Thermodesulfobacteria) - RTB Desulfuromusa (d) - RTB S0 Thermodesulfobium Geobacter (d) - DHB Desulforhabdus (d) - GOB (Firmicutes) - GOB, RNB Thermanaeromonas Desulfocurvus (d) - GOB Thermodesulfovibrio (Firmicutes) - RTB (Nitrospirae) - RTB, RNB Desulfocarbo (d) - GOB Thermosulfidibacter - RNB Desulfomonile (d) - RNB (Thermodesulfobacteria) 34 Desulforegula (d) - GOB Desulfovibrio (d) - DHB

Természetes ökoszisztémák mikrobaközösségei

Névtelen tó, 5900 m

Minta származási helye AS-1 AS-2 AS-5 AS-10 AS-14 AS-13 Simba vulkáni krátertó, Andok Socompa vulkán, Andok Llullaillaco vulkán, Andok Laguna Lejía, Andok Laguna Vilama, Andok Morénató, Mount Everest Gleccser olvadékvíz, Mount Everest

Aquificae Deinococcus-Thermus Chloroflexi Nitrospirae Chalditrix Cyanobacteria Chlorobi Proteobacteria Firmicutes Actinobacteria Planctomycetes Acidobacteria Bacteroidetes Verrucomicrobia Gemmatimonadeted WS5 TM7 OD1

Extremofil baktériumközösségek az Ojos del Salado vulkán (Száraz-Andok) magashegyi környezetében

Tszf m 6500 + + 6500 + + + + 5900 + + 5900 + + + + + 4350 + + + + + 3770 + + + + 5870 + + + 5824 + + 6330 + + + + + 4325 + + 4650 + 5140 + + + 6350 +

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Névtelen tó, 6500 m

Borsodi Andrea

35

Természetes ökoszisztémák mikrobaközösségei A só és víz-stressz hatása kiskunsági szikes talajok baktériumközösségeinek diverzitására és aktivitására

Borsodi Andrea

36

Természetes ökoszisztémák mikrobaközösségei A laskagomba-termesztés mikrobiológiája

I/1.

I/2.

Vegetative growth 90-95% RH without illumination

I/3.

II/1.

II/2.

II/3.

Fruiting body First flush Second Fruiting body development and harvest vegetative development 95-98% RH 80% RH growth 95-98% RH 12 hour 12 hour without 12 hour illumination/day illumination/day illumination illumination/day

Second flush and harvest 80% RH 12 hour Illumination/day

Temperature in the production house ( C) [line]

Pohner Zsuzsanna, Vajna Balázs

350

300

25

250 20 200 15 150 10 100

5

50

37 0

Sampling

0 1

8

12

22

30

36

43

50

57

64

71

(day)

Biological efficiency / day (%) [bars]

30

Mikrobiális taxonómiai és ökológiai módszerek fejlesztése Klasszikus és modern fenotípusos módszerek

Környezeti minta Közvetlen szélesztés csíraszám becslés Egyszerű dúsítás

Tóth Erika

Dúsítás pur-hab tömbbel

38

Mikrobiális taxonómiai és ökológiai módszerek fejlesztése Nukleinsav alapú módszerek

piroszekvenálás Felföldi Tamás, Szabó Attila, Vajna Balázs

félvezető alapú szekvenálás

39

Alkalmazott mikrobiológiai kutatások Oltókultúra kifejlesztése, léptéknövelt prototípus előállítása és tesztelése klórozott rövid szénláncú szénhidrogének kármentesítésére

triklór-etilén

cisz-diklór-etilén

vinil-klorid

etén

A dúsított oltókultúra léptéknövelése 0,5L-2L-5L-100L térfogatban Márialigeti Károly, Nagymáté Zsuzsanna, Romsics Csaba

40

Alkalmazott mikrobiológiai kutatások Biológiai szennyvíztisztítás

eleveniszap flokkulumok Acinetobacter towneri CFII-87 fenolbontó képessége

műanyag hordozók kolonizációja Felföldi Tamás, Márialigeti Károly, Pohner Zsuzsanna, Szabó Attila, Vajna Balázs

41

Alkalmazott mikrobiológiai kutatások Ivóvizek és ipari vizek mikrobiológiája Ivóvízhálózatok jellemzése

Márialigeti Károly, Nagymáté Zsuzsanna, Romsics Csaba

42

Alkalmazott mikrobiológiai kutatások Fenntartható mezőgazdasági termelés mikrobiológiája Bioszén • szerves mezőgazdasági (állati, növényi) hulladékok pirolízise (anaerob hőbontása) során keletkezik

• porózus

PGPR növényi növekedést elősegítő baktériumok • növényi gyökerek kolonizálása • anyagcsere révén növekedés serkentése

• finomszemcsés

• pl: Azospirillum, Azotobacter, Bacillus, Pseudomonas, Rhizobium fajok

• nagy széntartalmú

• csírázási sebesség növelése

• megköti a talaj tápanyagait (N, P, stb.)

• gyökérzet fejlődésének elősegítése

• a víz megkötésével talajszerkezet-javítás

• növényi hidraulikus aktivitás fokozása

• hőháztartás javítása

• a levélöregedés mértékének csökkentése

• savanyú talajok pH optimalizálása

• egyes fertőzésekkel szemben rezisztencia

Talajoltó törzsek szabadföldi kísérletben való nyomon követése T-RFLP módszerrel Márialigeti Károly, Pohner Zsuzsanna, Romsics Csaba

43

Polifázikus taxonómiai kutatások Schineria larvae (Ignatzschineria larvae) gen nov. sp. nov. (Tóth et al. 2001, 2007) Pannonibacter phragmitetus gen. nov. sp. nov. (Borsodi et al. 2003) Bacillus aurantiacus sp. nov. (Borsodi et al. 2008) Nocardioides daphniae sp. nov. (Tóth et al. 2008) Wohlfahrtiimonas chitiniclastica gen. nov. sp. nov. (Tóth et al. 2008) Siphonobacter aquaeclarae gen. nov. sp. nov. (Táncsics et al. 2010) Bacillus alkalisediminis sp. nov. (Borsodi et al. 2011) Cellulomonas phragmiteti sp. nov. (Rusznyák et al. 2011) Nocardioides hungaricus sp. nov. (Tóth et al. 2011) Ottowia pentelensis gen. nov. sp. nov. (Felföldi et al. 2011) Tahibacter aquaticus gen. nov. sp. nov. (Makk et al. 2011) Aquipuribacter hungaricus gen. nov. sp. nov. (Tóth et al. 2012) Thermus composti sp. nov. (Vajna et al. 2012) Phreatobacter oligotrophus gen. nov. sp. nov. (Tóth et al. 2013) Eotvoesia caeni gen. nov. sp. nov. (Felföldi et al. 2014) Hephaestia caeni gen. nov. sp. nov. (Felföldi et al. 2014) Arenimonas subflava sp. nov (Makk et al. 2015) 44 Zoogloea oleivorans sp. nov. (Farkas et al. 2015)

Irányzatok a biológiában

Recommend Documents