Istorijat i uvod Diverzitet mikroorganizama · kroz veličinu i morfologiju (oblik) ćelije,...
Transcript of Istorijat i uvod Diverzitet mikroorganizama · kroz veličinu i morfologiju (oblik) ćelije,...
Istorijat i uvod
Diverzitet mikroorganizama
Prof. dr Slaviša Stanković
Prof. dr Tanja Berić
Počeci mikrobijalne ekologije
▪ Ekologija - naziv dolazi od grčkih reči oikos (=
dom) i logos (= nauka)
▪ nauka koja proučava odnose između organizama i
njihove biotičke i abiotičke sredine i mehanizme
preživljavanja i prilagođavanja
▪ Ernest Haeckel (1866) je prvi predložio ovaj naziv
▪ mikrobiolozi fokusirani na čiste kulture
▪ velike metodološke poteškoće
▪ pravi „otac“ mikrobijalne ekologije Winogradsky
(kraj 19. veka) - pokazao fundamentalnu ulogu
mikroorganizama u putevima transformacije
mineralnih jedinjenja
▪ prvi govori o "mikrobiologiji prirodnih staništa" Sergei Winogradsky (1856-1953)
▪Winogradsky razvija rane koncepte ekologije mikroorganizama
▪ seminalna knjiga izdata 1949. Soil Microbiology: Problems and
Methods se i danas smatra klasičnim udžbenikom iz ove oblasti
▪ dugotrajna i plodna karijera
▪ 1. Hemolitotrofni prokarioti zasnivaju svoj metabolizam na oksidaciji
neorganskih jedinjenja kao što su amonijak ili nitriti, povezujući je sa
oslobađanjem energije.
▪ 2. Hemolitotrofni prokarioti su autotrofi.
▪ 3. Demonstracija fiziološkog procesa azotofiksacije bakterija koju je
otkrio Beijerinck 1888.
▪ Bez potcenjivanja čiste kulture, smatrao je da su takvi uslovi
limitirajući i nemogući u prirodi i da je nemoguće istraživati dinamiku
populacija.
▪ Druga škola mikrobiologije zemljišta razvijena je
paralelno u Holandiji - Martinus Beijerinck
▪ otkrio je azotofiksirajuće bakterije (simbiotske i
nesimbiotske)
▪ ukazao je na važnost procesa kruženja sumpora i
azota u zemljištu i na njihovu ulogu u plodnosti
zemljišta
▪ Beijerinck je prvi razvio metode obogaćivanja kako
bi izolovao željene mikroorganizme iz uzoraka iz
prirode
Martinus Beijerinck (1851-1931)
Čime se bavi ekologija?
▪ Neumorno opisivanje očiglednog.
▪ Lako je uočiti obrasce u prirodi ali je teško objasniti zašto obrasci
postoje – ekolozi odgovaraju na ovakva pitanja.
▪ Ekolozi proučavaju možda i najpromenljiviji subjekt uopšte –
prirodu.
▪ Priroda je inherentno „neuredna“ i promenljivost je pravilo.
▪ Ne postoje dva identična ekosistema ni dva uzorka, bez obzira
koliko blizu (u vremenu i prostoru) uzeta.
▪ Lepota kontrolisanog eksperimenta koji može da se ponovi je
nemoguća u ekološkim istraživanjima.
▪ Izuzeci, krajnje pojednostavljeni postoje: eksperimenti u
staklenicima i istraživanja mikrokosmosa i mezokosmosa.
▪ Promenljivost prirode se kontroliše simplifikacijom.
Čime se bavi ekologija mikroorganizama?
▪ Najznačajnija pitanja koja se postavljaju u ekologiji
mikroorganizama su uvek ista samo se menjaju alati koje koristimo
kako bismo na njih odgovorili
▪ Koji su mikroorganizmi prisutni?
▪ Koja je uloga svake vrste mikroorganizama?
▪ Koje interakcije se odvijaju u sredini koja okružuje
mikroorganizme?
▪ Kako mikroorganizmi menjaju okolinu?
Diverzitet mikroorganizama
▪ Diverzitet mikroorganizama prisutan danas rezultat je gotovo 4 milijarde godina evolucije
▪ Komparativnim rRNK sekvenciranjem otkriveno je da na Zemlji postoje samo tri filogenetski razdvojene evolutivne linije – domeni
▪ svi prokarioti nisu filogenetski srodni i arhee su, u stvari, srodnije eukariotima nego bakterijama
▪ Raznovrsnost mikroorganizama se može posmatrati osim filogenetski i kroz veličinu i morfologiju (oblik) ćelije, fiziologiju, pokretljivost, patogenost, adaptacije na ekstremne uslove sredine...
▪ Diverzitet staništa
Mikroorganizmi na UFS
Metabolički diverzitet
Bacteria
Archaea
Eukariotski mikroorganizmi
• Evolucioni i taksonomski smisao
• Fundamentalni koncept
• Reprezentativni: biološki, fenetički, evolucioni
(filogenetski) koncept vrste
• Biološki koncept vrste je jedan od najstarijih i najviše
razvijenih koncepata
•Koncept koji isključuje većinu živih oblika na Zemlji, sve
prokariote kao i klonalne i partenogenetske organizme
Koncept vrste prokariota
•Fenetički koncept vrste se zasniva na numeričkoj
taksonomiji
•Najniža taksonomska kategorija je operaciona taksonomska
jedinica (OTU, operational taxonomic unit)
•Mnogi morfološki i molekularni koncepti vrsta su u osnovi
fenetički
• Primarno operacioni koncept
• Prokariotsku vrstu čini grupa sojeva koji su filogenetski
bliski na osnovu sekvenciranja DNK više gena a različiti po
istim osobinama od druge grupe sojeva
Operativni kriterijum za definiciju prokariotske vrste
≥ 70% DNK-DNK hibridizacije + ≥97% identičnosti sekvence
16SrRNK
Koncept vrste prokariota
• Evolucioni (filogenetski) koncept vrste proširuje biološki
koncept vrste kroz vreme
• Vrste predstavljaju grupe jedninki koje su nezavisno
evoluirale od druge slične grupe i poseduju sopstvene
evolutivne tendencije i istorijske sudbine
• Vrsta je najmanji klaster individualnih organizama koji može
da se dijagnostikuje a između kojih postoji nasledni obrazac
od predaka ka potomcima
• Vrsta lako uočljiva kao terminalni organizam u predačkoj
liniji
Koncept vrste prokariota
• Tako identifikovana prokariotska vrsta zapravo predstavlja
skup srodnih ali ekološki različitih populacija – ekotipova
• Ekotipovi treba da budu priznati kao osnovne jedinice
prokariotske sistematike, ekologije i evolucije
• Za već opisane vrste trebalo primeniti trinomijalnu
nomeklaturu gde bi svaki ekotip posle imena vrste nosio
epitet „ecovar“
Šta kažu mikrobijalni ekolozi?
Specijacija kod prokariota
• Ekotip – populacija ćelija koje dele određeni resurs
• različiti ekotipovi mogu koegzistirati u jednom staništu
• do bakterijske specijacije može doći kroz kombinaciju ponovljene
periodične selekcije za favorizujuću osobinu u okviru ekotipa i lateralnog
genskog transfera
Ekologija
▪ Tri nivoa izučavanja: - jedinka
- populacija
- zajednica
Nivoi biološke organizacije
Izučavanje individua
▪ Autoekologija predstavlja izučavanje populacija jedne vrste
i uticaja sredinskih faktora na tu vrstu.
▪ Autoekologija mikroroganizama zahteva da individue budu
izolovane i odgajene kako bi mogli da se rasvetle procesi koji
kontrolišu rast i funkciju tih jedinki.
▪ Sinekologija predstavlja izučavanje odnosa između sredine i
populacija različitih vrsta organizama koji čine biološki
kompleks na jednom lokalitetu.
Šta je individua?
▪ U mikrobijalnoj ekologiji, uglavnom, ne postoji potreba za
određivanjem individualnosti - evaluaciju ukupnih
mikrobioloških procesa.
▪ Izuzeci uključuju medicinsku i industrijsku mikrobiologiju kao i
sistematiku mikroorganizama.
Šta je individulni mikroorganizam?
▪ Numerička jedinka je predstavnik vrste koji može biti izbrojan kao
nezavisna (diskretna) jedinica.
▪ Genetička individua ili genet predstavlja jednu genetičku jedinicu.
▪ Diploidni organizama: individua (numeričke jedinke) = genet.
▪ Ne se može primeniti na mikroorganizme, klonalne beskičmenjake
i klonalne biljke.
▪ U jednoj koloniji mikroorganizama, sve jedinke su iste, klonovi.
▪ To znači da svaka jedinka nije istovremeno i genet.
▪ Ramet je deo geneta ali je sposoban za nezavisan život.
▪ Kolonija predstavlja genet a delovi kolonije su rameti.