Nostoc muscorum

Jak číst taxoboxNostoc muscorum
Chybí zde svobodný obrázek
Vědecká klasifikace
DoménaProkaryota
ŘíšeBakterie
KmenSinice (Cyanobacteria)
TřídaCyanophyceae
ŘádNostocales
ČeleďNostocaceae
RodJednořadka (Nostoc)
Binomické jméno
Nostoc muscorum
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Nostoc muscorum je prokaryotický organismus řazený mezi sinice rodu Nostoc.[1] Jedná se o gramnegativní fototrofní bakterii vytvářející několikabuněčná nevětvená vlákna, která mají zeleno-hnědou barvu.

Tento druh je celosvětově rozšířen jak ve sladkovodním prostředí, tak v horních vrstvách půdy. Krom N. commune Vaucher se jedná o nejrozšířenějšího zástupce rodu Nostoc v terestriálním prostředí. Vyskytuje se i v extrémních habitatech např. pouštích[2] či horkých pramenech.[3] Pro svou schopnost fixace uhlíku a dusíku může druh obývat nehostinná prostředí jako jsou vulkanické půdy a významně se tak podílet na zvyšování půdní fertility, kteréžto vlastnosti lze využít i v zemědělství.[1]

Základní charakteristika

Vegetativní buňky N. muscorum bývají různého tvaru, nejčastěji oválné, sférické či cylindrické o velikosti 2–5 μm. Jednotlivé buňky se dělí v jednom směru za vzniku tzv. filament (dlouhé a vláknité útvary), které jsou spletené v jedno klubko. Filamenta jsou obalena hlenovitou pochvou polysacharidového charakteru, která chrání buňky před vysušením a obsahuje látky absorbující UV záření. Stejně tak napomáhá adhezi buněk k pevnému povrchu a přispívá k tvorbě mikrobiálních biofilmů.[4] Některé buňky mohou diferenciovat a vytvořit terminální či interkalární kulaté heterocyty o velikosti 5–7 μm, v nichž je fixován vzdušný dusík.[1] Heterocyty jsou významným aspektem utvoření symbiotického vztahu s řasami[2] či lišejníky např. jako fotobiont lišejníku Pentigera canina.[5]

Po 2 až 5 dnech růstu se mohou filamenta v oblasti heterocytů rozpadat a vytvářet tzv. hormogonia, jež jsou po určitou dobu pohyblivá a dále rostou. Hormogonia se pohybují pomocí klouzavého pohybu po povrchu, ve vodném prostředí se pravděpodobně šíří pomocí plynných vakuol (aerotopů) přítomných v buňkách, a celkově se tak podílí na vytvoření nových kolonií. Rozpadem filament může dojít ke vzniku nejen menších kolonií, ale také jednotlivých buněk. Ty se mohou v pro růst nevhodných podmínkách např. při nízké vlhkosti půdy změnit v akinety nažloutlé až hnědé barvy, dosahující velikosti 4–10 μm. Ty pak mohou ve vhodných podmínkách dozrát ve vegetativní filamenta.[1]

N. muscorum je také adaptován pro růst ve slaných vodách do koncentrace 0,2M NaCl. Energii vloženou do fyziologické adaptace na takové stresové prostředí kompenzuje zvýšenou fotosyntetickou aktivitou, jež má za následek akumulaci sacharidů, převážně sacharózy, která se podílí na osmotické regulaci buňky.[6] Ač se jedná o autotrofní mikroorganismus a tzv. primárního producenta, je schopen utilizace organických látek jako je např. glukóza či sacharóza. V přítomnosti těchto látek v médiu byl tak pozorován rychlejší nárůst biomasy N.muscorum. Tato schopnost také umožňuje druhu přežívat dlouhé měsíce ve tmě za současné tvorby chlorofylu a utlumené fixace dusíku. V laboratorních podmínkách bylo také pozorováno, že optimálního nárůstu biomasy je dosaženo při mírném osvětlení, v neutrálním či mírně alkalickém médiu o pH 7–8,5, v teplotním rozmezí 25–30 °C. Při teplotách nad 40 °C byl pozorován zpomalený růst, zatímco při nízkých teplotách (5–10 °C) přechází buňky do klidového stádia.[1]

Význam

Na rozdíl od některých v půdě přítomných mikroorganismů není N. muscorum limitován obsahem dusíku v půdě, neboť je sám schopen asimilace vzdušného dusíku a tedy i kolonizace půd chudých na tento biogenní prvek. Zároveň uvolňuje zredukovaný dusík i do svého blízkého okolí v podobě nitrátů a půdu tak obohacuje.

N. muscorum se také podílí na stabilizaci půdních agregátů, neboť uvolňuje do extracelulárního prostředí polysacharidy, které tmelí půdní částice a činí půdu odolnější vůči klimatickým a mechanickým vlivům. Extracelulární polysacharidy pak také představují zdroj uhlíku pro heterotrofní půdní komunitu, s čímž je spojen i nárůst mikrobiální biomasy a také její metabolické aktivity.[7]

Samotný N. muscorum může být napaden N-1 cyanofágem, bakteriofágem z čeledi Myoviridae, který byl poprvé charakterizován na základě jeho izolace z napadených buněk N. muscorum v roce 1971 v USA.[8]

Využití

N. muscorum je využíván např. v zemědělství. Díky fixaci dusíku a uhlíku jsou kolonie N. muscorum vhodným půdním inokulem, jež lze využít k zvýšení stability a fertility půdy a také stimulace růstu rostlin, potažmo zemědělských plodin. N. muscorum je např. hojně rozšířen v zavodněných polích, ve kterých se pěstuje rýže.[9] N. muscorum také nalézá potenciální využití i v bioremediačních technologiích, a to konkrétně při odstaňování těžkých kovů jako je olovo či měď z odpadních vod.[10]

N. muscorum produkuje řadu biologicky aktivních látek, jež nalézají potenciální využití v medicíně. Mezi ně se řadí např. fenolické látky s antimikrobiální aktivitou, které inhibují růst bakterií Bacillus cereus, B. subtilis, Escherichia coli, Salmonella typhi, či mikromycet Aspergillus niger, Penicilium sp. a Fusarium microsporium.[11] Slabou antibakteriální aktivitu má oxazolové antibiotikum muscorid A, které N. muscorum produkuje.[12] Dále bylo zjištěno, že kmen N. muscorum NCCU-422 vytváří látky s antioxidační či antiproliferační aktivitou, které mají potenciál při studiu a vývoji léčiv cílených na nádorová onemocnění.[13]

N. muscorum NCCU-422 je také vhodným průmyslovým producentem PHB (polyhydroxybutyrátů), které představují biodegradovatelnou náhradu tradičních plastových materiálů.[14] Poly(3-hydroxybutyrát-3-co-3-hydroxyvalerát), který je druhem produkován a který má lepší mechanické a termické vlastnosti než poly(3-hydroxybutyrát), lze použit k výrobě biokompatibilních materiálů využívaných v medicíně jako jsou např. stenty.[15] Mimo to je také N. muscorum potenciálním producentem vodíku, který lze využít jako palivo.[16] Stejně tak může být využita i samotná biomasa tohoto druhu jako bionafta.[17]

Odkazy

Reference

  1. ↑ a b c d e ALLISON, Franklin E.; HOOVER, Sam R.; MORRIS, Herman J. Physiological Studies with the Nitrogen-Fixing Alga, Nostoc muscorum. Botanical Gazette. 1937-03-01, roč. 98, čís. 3, s. 433–463. ISSN 0006-8071. DOI 10.1086/334654. 
  2. ↑ a b CAMERON, Roy E. Species of Nostoc Vaucher Occurring in the Sonoran Desert in Arizona. Transactions of the American Microscopical Society. 1962, roč. 81, čís. 4, s. 379–384. ISSN 0003-0023. DOI 10.2307/3223790. 
  3. ↑ GREENWOOD, J. R.; STEENBERGEN, J. F. A unique thermal aquatic environment: A microbial characterization. Hydrobiologia. 1976-12-01, roč. 51, čís. 3, s. 265–273. ISSN 1573-5117. DOI 10.1007/BF00005753. 
  4. ↑ ROSSI, Federico; DE PHILIPPIS, Roberto. Role of Cyanobacterial Exopolysaccharides in Phototrophic Biofilms and in Complex Microbial Mats. Life. 2015-04-01, roč. 5, čís. 2, s. 1218–1238. ISSN 2075-1729. DOI 10.3390/life5021218. 
  5. ↑ RUTHES, Andrea C.; KOMURA, Dirce L.; CARBONERO, Elaine R. Structural characterization of the uncommon polysaccharides obtained from Peltigera canina photobiont Nostoc muscorum. Carbohydrate Polymers. 2010-05-XX, roč. 81, čís. 1, s. 29–34. DOI 10.1016/j.carbpol.2010.01.050. 
  6. ↑ BLUMWALD, Eduardo; TEL-OR, Elisha. Osmoregulation and cell composition in salt-adaptation of Nostoc muscorum. Archives of Microbiology. 1982-08-XX, roč. 132, čís. 2, s. 168–172. ISSN 0302-8933. DOI 10.1007/BF00508725. 
  7. ↑ ROGERS, S. L.; BURNS, R. G. Changes in aggregate stability, nutrient status, indigenous microbial populations, and seedling emergence, following inoculation of soil withNostoc muscorum. Biology and Fertility of Soils. 1994, roč. 18, čís. 3, s. 209–215. ISSN 0178-2762. DOI 10.1007/bf00647668. 
  8. ↑ ADOLPH, Kenneth W.; HASELKORN, Robert. Isolation and characterization of a virus infecting the blue-green alga Nostoc muscorum. Virology. 1971-11, roč. 46, čís. 2, s. 200–208. DOI 10.1016/0042-6822(71)90023-7. 
  9. ↑ BHUNIA, Anil Kumar; BASU, Nikhil Kumar; ROY, Dilip. Growth, chlorophyll a content, nitrogen-fixing ability, and certain metabolic activities ofNostoc muscorum: Effect of methylparathion and benthiocarb. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 1991-07-XX, roč. 47, čís. 1, s. 43–50. ISSN 0007-4861. DOI 10.1007/bf01689451. 
  10. ↑ HAZARIKA, Jayeeta; PAKSHIRAJAN, Kannan; SINHAROY, Arindam. Bioremoval of Cu(II), Zn(II), Pb(II) and Cd(II) by Nostoc muscorum isolated from a coal mining site. Journal of Applied Phycology. 2015-08-XX, roč. 27, čís. 4, s. 1525–1534. ISSN 0921-8971. DOI 10.1007/s10811-014-0475-3. 
  11. ↑ EL-SHEEKH, Mostafa M.; OSMAN, Mohamed E.H.; DYAB, Mohamed A. Production and characterization of antimicrobial active substance from the cyanobacterium Nostoc muscorum. Environmental Toxicology and Pharmacology. 2006-01-XX, roč. 21, čís. 1, s. 42–50. DOI 10.1016/j.etap.2005.06.006. 
  12. ↑ NAGATSU, Akito; KAJITANI, Hitoshi; SAKAKIBARA, Jinsaku. Muscoride A: A new oxazole peptide alkaloid from freshwater cyanobacterium Nostoc muscorum. Tetrahedron Letters. 1995-06-XX, roč. 36, čís. 23, s. 4097–4100. DOI 10.1016/0040-4039(95)00724-Q. 
  13. ↑ YASIN, Durdana; ZAFARYAB, Md.; ANSARI, Sabbir. Evaluation of antioxidant and anti-proliferative efficacy of Nostoc muscorum NCCU-442. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2019-01-XX, roč. 17, s. 284–293. DOI 10.1016/j.bcab.2018.12.001. 
  14. ↑ ANSARI, Sabbir; FATMA, Tasneem. Cyanobacterial Polyhydroxybutyrate (PHB): Screening, Optimization and Characterization. PLOS ONE. 2016-06-30, roč. 11, čís. 6, s. e0158168. ISSN 1932-6203. DOI 10.1371/journal.pone.0158168. PMID 27359097. 
  15. ↑ BHATI, Ranjana; MALLICK, Nirupama. Production and characterization of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) co-polymer by a N2-fixing cyanobacterium, Nostoc muscorum Agardh. Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 2012-04-XX, roč. 87, čís. 4, s. 505–512. DOI 10.1002/jctb.2737. 
  16. ↑ SHAH, V.; GARG, N.; MADAMWAR, D. Ultrastructure of the cyanobacteriumNostoc muscorum and exploitation of the culture for hydrogen production. Folia Microbiologica. 2003-01, roč. 48, čís. 1, s. 65–70. ISSN 0015-5632. DOI 10.1007/bf02931278. 
  17. ↑ RUSYDI, Rachmawati; RUSYDI, Rachmawati; YAKUPITIYAGE, Amararatne. POTENTIAL OF NOSTOC MUSCORUM CULTURED IN BG-II MEDIUM AS BIODIESEL FEEDSTOCK SOURCE: EVALUATION OF NUTRIENT REQUIREMENT FOR CULTURE AND ITS DAILY LIPID CONTENT. KnE Life Sciences. 2015-02-01, roč. 2, čís. 1, s. 103. ISSN 2413-0877. DOI 10.18502/kls.v1i0.93. 

Literatura

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

Information-silk.svg
Autor: , Licence: CC BY 2.5
A tiny blue 'i' information icon converted from the Silk icon set at famfamfam.com
No living being photo cs2.svg
Autor: , Licence: CC BY-SA 4.0
Náhrada chybějícího obrázku živého tvora v češtině