PSEUDOMONAS: CHARAKTERISTIKA, MORFOLOGIE, ŽIVOTNÍ CYKLUS - BIOLOGIE - 2025

Pseudomonas je rod bakterií z čeledi Pseudomonaceae. První popis těchto mikroorganismů provedl německý mykolog Walter Migula v roce 1894.

Tyto bakterie jsou charakterizovány jako aerobní a gramnegativní. Mají rovný prut nebo mají určité zakřivení. Jsou mobilní kvůli přítomnosti monotrických bičíků (jeden bičík) nebo multitricus (několik bičíků). Bičík má sklon být v polární poloze.

Obrázek bakterie Pseudomonas aeruginosa. Autor: Janice Haney Carr Poskytovatelé obsahu: CDC / Janice Haney Carr, přes Wikimedia Commons.

Většina druhů v rodu je oxidáza a kataláza pozitivní. Další charakteristikou zájmu o rozpoznání skupiny je obsah GC v DNA, který se pohybuje v rozmezí 58 - 72%.

Pseudomonas nevyvíjí struktury rezistence, jako jsou spory. Nepředstavují kapsli obklopující stěnu nebo její prodloužení a cytoplazmu (prosteca), které se vyskytují v jiných bakteriálních skupinách.

Ke studii Pseudomonas přistoupil zejména argentinský mikrobiolog Norberto Palleroni. Tento výzkumný pracovník navrhl rozdělení rodu do pěti skupin na základě homologie rRNA.

V současné době je uznáno asi 180 druhů rozdělených do třinácti různých skupin. Některé z těchto skupin jsou rozpoznávány produkcí fluorescenčního pigmentu známého jako pyoverdin.

Obecné vlastnosti

Rozdělení

Díky své velké schopnosti růst v různých prostředích má rod všudypřítomné ekologické a geografické rozšíření. Byly nalezeny v suchozemském a vodním prostředí. Jsou chemotrofní a snadno se pěstují na živných agarových kultivačních médiích.

Teplota

Ideální teplotní rozsah je 25-30 ° C. Bylo však zjištěno, že druhy rostou při teplotách pod nulou a jiné nad 50 ° C.

Nemoci

Mezi druhy, které tvoří rod, existují některé, které způsobují nemoci u zvířat a lidí. Podobně mnoho druhů jsou rostlinné patogeny způsobující tzv. Měkkou hnilobu.

Aplikace

Jiné druhy mohou být velmi užitečné, protože bylo prokázáno, že stimulují růst rostlin a mohou být použity jako hnojiva. Mohou také degradovat xenobiotické sloučeniny (které nejsou součástí složení živých organismů).

Mezi některými z xenobiotik, které mohou degradovat, vynikají aromatické uhlovodíky, chlorečnany a dusičnany. Díky těmto vlastnostem jsou některé druhy velmi užitečné v bioremediačních programech.

Barvení a dýchání

Druhy Pseudomonas jsou gramnegativní. Jsou hlavně aerobní, takže kyslík je konečným receptorem pro elektrony v dýchání.

Některé druhy mohou používat dusičnany jako alternativní akceptory elektronů za anaerobních podmínek. V tomto případě bakterie redukují dusičnany na molekulární dusík.

ID

Všechny druhy Pseudomonas jsou pozitivní na katalázu. To je enzym, který štěpí peroxid vodíku na kyslík a vodu. Většina aerobních bakterií produkuje tento enzym.

Ve skupině jsou pozitivní a negativní druhy oxidázy. Přítomnost tohoto enzymu se považuje za užitečnou při identifikaci gramnegativních bakterií.

Většina druhů akumuluje glukózový polysacharid jako rezervní látku. Některé skupiny však mohou mít polyhydroxybutyrát (PHB), což je polymerní produkt asimilace uhlíku.

Pigmenty

Různé druhy Pseudomonas produkují pigmenty, které byly považovány za taxonomické.

Mezi nimi jsou různé typy fenazinů. Nejběžnějším typem tohoto typu je modrý pigment pyoacin. Předpokládá se, že tento pigment přispívá ke zvýšení schopnosti P. aeruginosa kolonizovat plíce pacientů s cystickou fibrózou.

Jiné fenaziny mohou poskytovat zelené nebo oranžové pigmentace, které jsou velmi užitečné při identifikaci některých druhů rodu.

Dalším charakteristickým pigmentem některých skupin Pseudomonas je pyoverdin. Ty dávají nažloutlé zelené barvy a jsou typické pro tzv. Fluorescenční Pseudomonas.

Pyoverdin má velký fyziologický význam, protože působí jako siderofór. To znamená, že může zachytit nedostupné železo a rozpustit ho v chemických formách, které mohou bakterie použít.

Fylogeneze a taxonomie

Pseudomonas poprvé popsal v roce 1894 Walter Migula. Etymologie jména znamená falešnou jednotu. V současné době je v této skupině uznáno 180 druhů.

Rod se nachází v rodině Pseudomoneacae řádu Pseudomonales. Druhem druhu je P. aeruginosa, který je jedním z nejznámějších ve skupině.

Charakteristiky použité v zásadě k popisu rodu byly velmi obecné a mohly být sdíleny jinými skupinami bakterií.

Později se pro definici pohlaví začaly používat přesnější znaky. Mezi ně patří mimo jiné obsah GC v DNA, pigmentace a typ rezervní látky.

V 70. letech 20. století provedl skupinový specialista Norberto Palleroni společně s dalšími vědci studii ribozomální RNA. Zjistili, že Pseudomonas lze na základě homologie rRNA rozdělit do pěti různých skupin.

Použitím přesnějších molekulárních technik bylo určeno, že skupiny II-V zavedené Palleronim odpovídají jiným skupinám Proteobacterií. V současné době se za Psedomonas senso stricto považuje pouze skupina I.

Většina druhů v této skupině produkuje pyoverdin. Způsob, jakým je tento pigment biosyntetizován a vylučován, může pomoci odlišit druh od sebe navzájem.

Skupiny v

Na základě multilokusové sekvenční analýzy bylo navrženo rozdělení Pseudomonas do pěti skupin:

Skupina P. fluorescens: je velmi rozmanitá a druhy jsou saprofytické, vyskytují se v půdě, vodě a rostlinných površích. Mnoho druhů podporuje růst rostlin.

Skupina P. syringae: je složena hlavně z druhů, které jsou fytopatogenní. Rozpoznáno je více než padesát pathovarů (kmenů bakterií s různým stupněm patogenity).

Skupina P. putida: druhy této skupiny se nacházejí v půdě, v rhizosféře různých rostlin a ve vodě. Mají vysokou schopnost rozkládat látky.

Skupina P stutzeri: tyto bakterie mají v nutričním cyklu velký význam a mají vysokou genetickou rozmanitost.

Skupina P aeruginosa: v této skupině jsou druhy, které zaujímají různá stanoviště, včetně lidských patogenů.

V novější molekulární studii se však navrhuje, aby byl rod rozdělen do třinácti skupin sestávajících ze dvou až více než šedesáti druhů.

Největší skupinou je skupina P. fluorescens, což zahrnuje druh druhu, který je široce používán v bioremediačních programech. Dalším druhem zájmu této skupiny je P. mandelii, který roste v Antarktidě a bylo prokázáno, že je vysoce odolný vůči antibiotikům.

Morfologie

Bacily jsou rovné až mírně zakřivené, 0,5 - 1 µm široké x 1,5 - 5 µm dlouhé. Nejsou schopny tvořit a akumulovat polyhydroxybutyrátové granule v kultivačním médiu s nízkým obsahem dusíku. To je odlišuje od ostatních aerobních bakterií.

Buněčný obal je tvořen cytoplazmatickou membránou, buněčnou stěnou a vnější membránou, která ji kryje.

Buněčná stěna je typická pro gramnegativní bakterie, je tenká a skládá se z peptidoglykanu. Cytoplazmatická membrána odděluje cytoplazmu od ostatních složek buněčného obalu. Je tvořena lipidovou dvojvrstvou.

Vnější membrána je tvořena lipidem zvaným lipopolysacharid, který má uhlovodíkové řetězce. Tato membrána je bariérou proti průchodu molekul, jako jsou antibiotika, která mohou způsobit poškození buňky. Na druhé straně umožňuje průchod živin potřebných pro fungování bakterií.

Schopnost vnější membrány nechat některé látky projít a jiné ne, je dána přítomností porinů. Jsou strukturálními proteiny membrány.

Flagella

Bičíky v rodu jsou obecně umístěny v polární poloze, i když v některých případech může být subpolární. Boční bičíky jsou pozorovány u některých kmenů P. stutzeri a dalších druhů.

Počet bičíků má taxonomický význam. Může existovat jedno flagellum (monoteric) nebo několik (multitrichous). U stejného druhu se může počet bičíků lišit.

U některých druhů byla pozorována přítomnost fimbrií (přívěsek proteinu, který je tenčí a kratší než bičík), který odpovídá evaginaci cytoplazmatické membrány.

U P. aeruginosa jsou fimbrie široké přibližně 6 nm, jsou zatahovatelné a působí jako receptory pro různé bakteriofágy (viry, které infikují bakterie). Fimbrie mohou přispívat k adhezi bakterie na epiteliální buňky svého hostitele.

Životní cyklus

Druh Pseudomonas, stejně jako všechny bakterie, se reprodukuje binárním štěpením, typem asexuální reprodukce.

V první fázi binárního štěpení bakterie vstoupí do procesu duplikace DNA. Mají jediný kruhový chromozom, který začíná být kopírován aktivitou replikačních enzymů.

Replikované chromozomy jdou ke koncům buňky, později se vytvoří septum a vznikne nová buněčná stěna, která vytvoří dvě dceřiné buňky.

U druhů Pseudomonas byly pozorovány různé mechanismy genetické rekombinace. To zaručuje výskyt genetické variability v asexuálních reprodukčních organismech.

Mezi tyto mechanismy patří transformace (exogenní fragmenty DNA mohou vstoupit do bakterií). Jiné jsou transdukce (výměna DNA mezi bakteriemi virem) a spojení (přenos DNA z dárcovské bakterie k příjemci).

Plazmidy

Plazmidy jsou malé cirkulární molekuly DNA, které se vyskytují v bakteriích. Jsou odděleny od chromozomu a replikují se a přenášejí nezávisle.

V Pseudomonas plní plazmidy různé funkce jako faktory plodnosti a rezistence na různá činidla. Některé navíc poskytují schopnost degradovat neobvyklé zdroje uhlíku.

Plazmidy mohou poskytnout rezistenci k různým antibiotikům, jako je gentamicin, streptomycin a tetracyklin. Na druhé straně jsou některé odolné vůči různým chemickým a fyzikálním činitelům, jako je ultrafialové záření.

Mohou také pomoci zabránit působení různých bakteriofágů. Podobně dávají rezistenci proti bakteriociny (toxiny produkované bakteriemi, které inhibují růst podobných).

Místo výskytu

Druh Pseudomonas se může vyvíjet v různých prostředích. Byly nalezeny v suchozemských i vodních ekosystémech.

Ideální teplota pro vývoj rodu je 28 ° C, ale druhy jako P. psychrophila mohou růst v rozmezí -1 ° C až 45 ° CP, termotolerany se však mohou vyvíjet při teplotě 55 ° C.

Žádný z druhů rodu netoleruje pH nižší než 4,5. Mohou růst v médiu obsahujícím dusičnan amonné ionty jako zdroj dusíku. Vyžadují pouze jednoduchou organickou sloučeninu jako zdroj uhlíku a energie.

V Antarktidě rostlo nejméně devět druhů Pseudomonas. Zatímco druh P. syringae byl spojován s vodním cyklem, byl přítomen v dešťové vodě, sněhu a mracích.

Nemoci

Druhy pseudomonas mohou způsobovat různá onemocnění rostlin i zvířat i lidí.

Nemoci u zvířat a lidí

Druhy rodu jsou obecně považovány za malé virulence, protože mají sklon být saprofytické. Jsou oportunní a mají sklon způsobovat onemocnění u pacientů s nízkou odolností vůči infekci. Obvykle se vyskytují v močových cestách, dýchacích cestách, ranách a krvi.

Druhem, který nejvíce postihuje lidi, je P. aeruginosa. Je to oportunistický druh, který útočí na pacienty s potlačenou imunitou, kteří utrpěli těžké popáleniny nebo podstupují chemoterapii.

P. aeruginosa primárně útočí na dýchací cesty. U pacientů s bronchiektázou (dilatace průdušek) vytváří velké množství sputa a může být fatální.

Bylo zjištěno, že P. entomophila je patogenem Drosophila melanogaster (ovocná muška). Šíří se požitím a útočí na epitelové buňky střeva hmyzu, které mohou způsobit smrt.

P. plecoglossicida byl nalezen jako patogen ryby ayu (Plecoglossus altivelis). Bakterie způsobují hemoragické ascity (hromadění tekutin v peritoneální dutině) u ryb.

Nemoci rostlin

Fytopatogenní druhy Pseudomonas jsou příčinou velké rozmanitosti nemocí. Mohou vytvářet nekrotické léze nebo skvrny na stoncích, listech a plodech. Mohou také způsobit galls, hnilobu a cévní infekce.

Skupina P. syringae útočí hlavně na listové úrovni. Například v cibuli mohou vytvářet skvrny na listech a hnilobě cibule.

V olivovníku (Olea Europea) je druh P. savastanoi původcem tuberkulózy olivovníku, který se vyznačuje tvorbou nádorů. Tyto nádory se tvoří hlavně na stoncích, výhoncích a někdy na listech, plodech a kořenech. Způsobují defoliaci, zmenšení velikosti rostliny a později její smrt.

Reference

1. Casado MC, Urbano N, R Díaz a A Díaz (2015) tuberkulóza olivovníků: studie in vitro účinku různých fungicidů na šest kmenů Pseudomonas savastonoi. Expoliva Symposium Proceedings, Jaén, Spain, 6. - 8. května.
2. Hesse C, F Schulz, C Bull, BT Shaffer, Q Yan, N Shapiro, A Hassan, N Varghese, L, Elbourne I Paulsen, N Kyrpides, T Woyke a J Loper (2018) Genomová evoluční historie Pseudomonas spp. Enviromental Microbiology 20: 2142-2159.
3. Higuera-Llantén S, F Vásquez-Ponce, M. Núñez-Gallego, M. Palov, S. Marshall a J. Olivares-Pacheco (2018) Fenotypová a genotypová charakterizace nového multiantibioticky rezistentního alginátového hyperprodukujícího kmene Pseudomonas mandelii izolovaného v Antarktidě. Polar Biol. 41: 469-480.
4. Luján D (2014) Pseudomonas aeruginosa: nebezpečný protivník. Acta Bioquím Clín. Latinská Amerika. 48 465-74.
5. Nishimori E, K Kita-Tsukamoto a H. Wakabayashi (2000) Pseudomonas plecoglossicida sp. nov., původce bakteriálních hemoragických ascitů ayu, Plecoglossus altivelis. Mezinárodní žurnál systematické a evoluční mikrobiologie. 50: 83–89.
6. Palleroni NJ a M Doudoroff (1972) Některé vlastnosti a taxonomické členění rodu Pseudomonas. Annu. Phytopathol. 10: 73-100.
7. Palleroni, N (2015) Pseudomonas. In: Whitman WB (editor) Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. John Wiley & Sons, Inc., ve spojení s Bergey's Manual Trust.