Zastosowanie analizy genów markerowych do badań zakwitów toksycznych cyjanobakterii w jeziorach

Podobne dokumenty
ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 9 listopada 2011 r.

Eco-Tabs. Nowa technologia w bioremediacji silnie zeutrofizowanych zbiorników wodnych

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 9 listopada 2011 r.

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 9 listopada 2011 r.

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia r.

Intensywność procesów. troficznym jezior mazurskich

Bioremediacja mikrobiologiczna zanieczyszczonych i zeutrofizowanych zbiorników wodnych: mity i fakty, za i przeciw

Dlaczego bioremediacja mikrobiologiczna?

Monitoring morskich wód przybrzeżnych i zbiorników wodnych w Gminie Gdańsk w roku 2011

Testowanie nowych rozwiązań technicznych przy rekultywacji Jeziora Parnowskiego

Wiciowce nanoplanktonowe: po co zajmować się czymkolwiek innym?

Jeziora województwa zachodniopomorskiego. WFOŚiGW w Szczecinie

OPIS PRZEDMIOTÓW REALIZOWANYCH W KATEDRZE MIKROBIOLOGII ŚRODOWISKOWEJ

Fosfor na granicy czyli:

Elżbieta Arłukowicz Streszczenie rozprawy doktorskiej

KARTA KURSU. Mikroorganizmy środowisk wodnych. Microorganisms of the aquatic environments. Kod Punktacja ECTS* 2

Dlaczego bioremediacja mikrobiologiczna?

Materiał i metody. Trójmiasta. Jest to średniej wielkości, płytki. Posiada on bardzo dużą zlewnie, w której przeważają tereny rolnicze i zabudowa

SINICE POWIATOWA STACJA SANITARNO EPIDEMIOLOGICZNA W GDAŃSKU UL. WAŁOWA 27; GDAŃSK GDAŃSK, DNIA 21 CZERWCA 2017R.

Zespół Szkół Nr3 im. Władysława Grabskiego w Kutnie

Dlaczego bioremediacja mikrobiologiczna?

Koło Naukowe Mikrobiologów. Opiekun Koła Dr Dorota Górniak Katedra Mikrobiologii

I FORUM PRAKTYKÓW ZARZĄDZANIE GOSPODARKĄ WODNO-KANALIZACYJNĄ W GMINACH. Gdańsk, 44 października 2018

Materiał i metody. Wyniki

WYDZIAŁ BIOLOGII I OCHRONY ŚRODOWISKA

w świetle badań monitoringowych Wolsztyn, wrzesień 2013 r.

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA. z dnia 23 grudnia 2002 r.

Temat: Glony przedstawiciele trzech królestw.

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 868

Odpowiedzialność samorządów za stan wód płynących i stojących znajdujących się na ich terenie. Jerzy Hardie-Douglas Burmistrz Miasta Szczecinek

Katedra Inżynierii Ochrony Wód Wydział Nauk o Środowisku. Uwarunkowania rekultywacji Jeziora Wolsztyńskiego

Model fizykochemiczny i biologiczny

REKULTYWACJA I REWITALIZACJA WÓD SYLABUS A. Informacje ogólne

Ocena stanu / potencjału ekologicznego, stanu chemicznego i ocena stanu wód rzecznych.

Pytania ogólne I etapu XII Edycji Konkursu Poznajemy Parki Krajobrazowe Polski

Rekultywacja metodą bioremediacyjną za pomocą produktów Eco TabsTM STAWU W STARYM OGRODZIE W RADOMIU

Autoreferat. b) (autor/autorzy, tytuł/tytuły publikacji, rok wydania, nazwa wydawnictwa)

DOBOWA ZMIENNOŚĆ ZAWARTOŚCI MIKROCYSTYNY W WODZIE ZBIORNIKÓW ZAPOROWYCH

Aktualizacja Programu wodno-środowiskowego kraju i Planów gospodarowania wodami na obszarach dorzeczy

I. Genetyka. Dział programu Lp. Temat konieczny podstawowy rozszerzający

Problemy związane z wielkoprzemysłową produkcją zwierzęcą

Zrównoważona rekultywacja - czyli ekologiczne podejście do rekultywacji jezior

Autoreferat. Genetyczne podstawy restytucji populacji szczupaka, sandacza i zostery morskiej w Zatoce Puckiej

Analiza wyników sesji 2013/14 raport z analizy przeprowadzonej przez Wydziałowy Zespół ds. Zapewniania Jakości Kształcenia

Ocena rozprawy doktorskiej Pani lek. wet. Iwony Kozyry p.t. Molekularna charakterystyka zoonotycznych szczepów rotawirusa świń

Ekosystemy wodne SYLABUS A. Informacje ogólne

Wody powierzchniowe stojące

Spis treści. Przedmowa 9 ROZDZIAŁ I

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI KATEDRA BIOTECHNOLOGII ŚRODOWISKOWEJ. Mgr inż. Piotr Banaszek

ZARZĄDZANIE ZASOBAMI WÓD I TORFOWISK

Ekologia wód śródlądowych - W. Lampert, U. Sommer. Spis treści

Zależności między zmianami klimatu i eutrofizacją jako wytyczne dla promowania wzrostu toksycznych sinic w wodach powierzchniowych

RECENZJA. rozprawy doktorskiej mgr inż. Katarzyny Pikuły pt. Rekultywacja Jeziora Parnowskiego metodą aeracji pulweryzacyjnej

tel ;

REKULTYWACJA I REWITALIZACJA WÓD SYLABUS A. Informacje ogólne

Warsztaty szkoleniowe dla nauczycieli i trenerów. Zbigniew Kaczkowski, Zuzanna Oleksińska

Mikrobiologia środowiskowa - opis przedmiotu

ZARZĄDZANIE ZASOBAMI WÓD I TORFOWISK

Recenzja rozprawy doktorskiej mgr inż. Olgi Andrzejczak. pt. Badania osadu czynnego z zastosowaniem technik cyfrowej analizy obrazu mikroskopowego

SYLABUS. Wydział Biologiczno-Rolniczy. Katedra Agrobiologii i Ochrony Środowiska

Potencjał parków warszawskich do świadczenia usług ekosystemowych

STAN CZYSTOŚCI WÓD JEZIORA GŁĘBOCZEK W 2004 ROKU

Obieg materii w skali zlewni rzecznej

Recenzja(rozprawy(doktorskiej(( Pana(mgr(inż.(Jacka(Mojskiego(

PROGRAM MAŁEJ RETENCJI DLA WOJEWÓDZTWA WARMIŃSKO MAZURSKIEGO NA LATA POWIAT SZCZYCIEŃSKI GMINA MIEJSKA SZCZYTNO

Biologia środowiska PRACA ZBIOROWA POD KIERUNKIEM: prof. Anny Grabińskiej-Łoniewskiej prof. Marii Łebkowskiej

Przedmioty podstawowe. Przedmioty kierunkowe. Przedmioty specjalnościowe - Analityka i toksykologia środowiska

kierunek: Ochrona Środowiska studia niestacjonarne II stopnia realizacja od roku akad. 2017/2018 ECTS w semestrze Przedmioty podstawowe

Ocena zastosowania geokompozytów sorbujących wodę w uprawie miskanta olbrzymiego i traw na podłożach rekultywacyjnych - raport

PRZEDMIOTY DO WYBORU Lektorat z języka obcego Przedmioty dowolnego wyboru z całej oferty

Ocena stopnia degradacji ekosystemu Jeziora Sławskiego oraz uwarunkowania, moŝliwości i metody jego rekultywacji.

WYKRYWANIE ZANIECZYSZCZEŃ WODY POWIERZA I GLEBY

kierunek: Biologia studia niestacjonarne I stopnia realizacja od roku akad. 2016/2017 (I rok ) ECTS w semestrze Przedmioty ogólne

BIOCHEMICZNE ZAPOTRZEBOWANIE TLENU

Rybactwo w jeziorach lobeliowych

Monika Kotulak Klub Przyrodników. Jak bronić swojej rzeki, warsztaty Klubu Przyrodników i WWF, Schodno czerwca 2012

Analiza mikrobiologiczna powietrza oraz zapylenia i występowania aktywnych biologicznie substancji w powietrzu m. Kielce

Mikrobiologia wód SYLABUS A. Informacje ogólne

W Szczecinku o rewitalizacji jezior

Specjalność (studia II stopnia) Oczyszczanie i analiza produktów biotechnologicznych

Podyplomowych Studiach Ochrony Środowiska w roku 2013/2014

Siedliska denne Metodyka waloryzacji biologicznej zespołów bentosu

Badania podstawowych parametrów jeziora Trzesiecko w roku Robert Czerniawski

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy III gimnazjum

rozpoznanie oraz ocena metod ograniczania (tu brak określenia czy chodzi o dopływ czy też zawartość lub kumulację) substancji biogennych w jeziorach.

KWANTYFIKACJA EFEKTÓW CZYNNEJ OCHRONY BIORÓŻNORODNOŚCI SIEDLISK TRAWIASTYCH WSCHODNIEJ LUBELSZCZYZNY NA PODSTAWIE AKTYWNOŚCI ENZYMÓW GLEBOWYCH

1. SINICE I ICH ZAKWITY: PODSTAWOWA CHARAKTERYSTYKA 1.1. ZAKWITY SINICOWE

mgr Dorota Lasota Wpływ alkoholu etylowego na ciężkość obrażeń ofiar wypadków komunikacyjnych Streszczenie Wstęp

EFEKTY KSZTAŁCENIA DLA KIERUNKU STUDIÓW OCHRONA ŚRODOWISKA STUDIA PIERWSZEGO STOPNIA LICENCJACKIE - PROFIL OGÓLNOAKADEMICKI

Szczegółowe kryteria oceniania z biologii - klasa III gimnazjum

Klasyfikacja wskaźników wód powierzchniowych województwa podlaskiego w punktach pomiarowo-kontrolnych

Opis kierunkowych efektów kształcenia w obszarze nauk przyrodniczych na I stopniu kierunku BIOLOGIA

Przedmiot Podstawy ekologii i ochrony środowiska EOS. studiów 9 4

BIOTECHNOLOGIA OGÓLNA

dr hab. n. med. Czesław Żaba Kierownik Katedry i Zakładu Medycyny Sądowej Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu

masowych zakwitów sinic i mikroglonów są silnym bodźcem do intensywnych badań zjawiska allelopatii (Reynolds, 1991). Zakwity sinic w Morzu Bałtyckim

Rozkład materiału z biologii do klasy III.

kierunek: Biologia studia niestacjonarne I stopnia realizacja od roku akad. 2013/2014 (I i II rok) ECTS w semestrze Przedmioty ogólne

kierunek: Biologia studia stacjonarne I stopnia realizacja od roku akad. 2014/2015 (I rok) ECTS w semestrze Przedmioty ogólne Przedmioty podstawowe

Rola oczyszczalni ścieków w w eliminowaniu ciekach

Transkrypt:

AUTOREFERAT ROZPRAWY DOKTORSKIEJ Aleksandra Bukowska Zakład Ekologii Mikroorganizmów i Biotechnologii Środowiskowej, Instytut Botaniki, Wydział Biologii, Uniwersytet Warszawski Zastosowanie analizy genów markerowych do badań zakwitów toksycznych cyjanobakterii w jeziorach Promotor: prof. dr hab. Ryszard J. Chróst Promotor pomocniczy: dr hab. Iwona Jasser Recenzenci: prof. dr hab. Barbara Pawlik-Skowrońska Katedra Hydrobiologii, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie prof. dr hab. Joanna Mankiewicz-Boczek Katedra Ekologii Stosowanej, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Łódzki Warszawa, czerwiec 2017

W ostatnich dekadach coraz częściej obserwuje się zakwity cyjanobakterii w wodach śródlądowych oraz przybrzeżnych morskich. Środowiska wodne opanowane przez masowy rozwój cyjanobakterii charakteryzują się przede wszystkim znaczącym spadkiem różnorodności biologicznej, albowiem obecność i aktywność ekofizjologiczna tych mikroorganizmów negatywnie wpływa na występowanie i aktywność życiową szeregu wodnych biota (m.in. doprowadzając do zaburzenia funkcjonowania sieci troficznych na różnych poziomach w ekosystemie). Wysoka produktywność biologiczna cyanobakterii doprowadza do drastycznego zwiększenia ilości detritusu, zmniejszenia przezroczystości wody, powstawania stref beztlenowych w głębszych partiach wód i osadach dennych. Ich masowa obecność skutkuje obniżeniem walorów gospodarczych i rekreacyjnych zbiornika wodnego. Bardzo często zakwitom cyjanobakterii towarzyszy obecność uwalnianych z ich komórek cyjanotoksyn, spośród których hepatotoksyczne mikrocystyny stanowią największe zagrożenie w ekosystemach słodkowodnych. Metabolity te są toksyczne zarówno dla wielu organizmów wodnych, jak i zwierząt lądowych oraz człowieka. Problemy zdrowotne, w tym również śmiertelne zatrucia, może powodować nie tylko spożycie skażonej toksynami wody, ale także kontakt z nimi w wodzie, np. podczas rekreacji. Najważniejszymi czynnikami promującymi powstawanie zakwitów sinic są wysokie stężenia biogenów i materii organicznej (sprzyjające eutrofizacji) i podwyższona temperatura wody. W środowiskach silnie zeutrofizowanych zakwity stają się częstsze, mogą trwać dłużej oraz być bardziej toksyczne. Tak więc prognozowane dalsze ocieplanie się klimatu może sprawić, że zakwity cyjanobakterii staną się coraz ważniejszym problemem globalnym. System Wielkich Jezior Mazurskich (SWJM) stanowi zespół jezior połączonych ze sobą, zlokalizowany w północno-wschodniej części Polski. W jego skład wchodzą największe polskie jeziora, jest to obszar niezwykle cenny pod względem przyrodniczym i turystycznym, jak również ważny z punktu widzenia lokalnej gospodarki. W jeziorach mazurskich występuje duża różnorodność taksonomiczna cyjanobakterii, zwykle również to one dominują w okresie letnim w całkowitej biomasie fitoplanktonu. Poszczególne jeziora SWJM różnią się znacznie między sobą pod względem ich statusu troficznego, pomimo, że wszystkie są połączone w sposób naturalny lub sztuczny. Sprawia to, że SWJM stanowi znakomity model do badania wpływu różnych czynników biologicznych i fizykochemicznych na zespoły cyjanobakterii. Celem niniejszej pracy była kompleksowa analiza, z zastosowaniem metod biologii molekularnej, różnorodności zespołów cyjanobakterii, w tym cyjanobakterii potencjalnie toksycznych, w wybranych jeziorach SWJM. Celem badań było także określenie czynników

środowiskowych, które mogą wpływać na występowanie i różnorodność zespołów sinic w badanych jeziorach. Ważnym aspektem pracy było zbadanie, czy na podstawie udziału toksycznych genotypów w zespołach cyjanobakterii możliwe jest przewidywanie występowania toksycznego zakwitu we wczesnej fazie sezonu wegetacyjnego. Dla pełnego obrazu zależności środowiskowych związanych z toksycznymi zakwitami, zbadano również potencjał do degradacji cyjanotoksyn (mikrocystyn) w wybranych jeziorach przez naturalne zespoły bakterii. Przeprowadzono analizę porównawczą dwóch metod badania składu taksonomicznego cyjanobakterii w próbkach wody jeziornej klasycznej metody mikroskopowej i metody molekularnej, opartej na elektroforezie w gradiencie denaturującym (DGGE) i sekwencjonowaniu DNA. Wykazano, że do pełnej identyfikacji składu taksonomicznego nadal niezbędne jest stosowanie metod mikroskopowych. Metoda molekularna może być jednakże zastosowana do określenia występowania taksonów dominujących w zakwicie cyjanobakterii, a jej zaletą jest znacznie krótszy czas uzyskania wyników, zwłaszcza w przypadku konieczności analizy licznych próbek. Analiza DGGE pozwoliła również na stworzenie profili prążkowych, charakterystycznych dla danej próbki wody jeziornej, dzięki którym można było prześledzić zmiany sezonowe zachodzące w zespołach cyjanobakterii, oraz określić, jakie czynniki wpływają na podobieństwa i różnice pomiędzy nimi. Wyniki analiz pokazały, że w badanych jeziorach mazurskich najbardziej zróżnicowana struktura taksonomiczna cyjanobakterii występuje w miesiącach letnich. Najważniejszym czynnikiem wpływającym na podobieństwo zespołów cyjanobakterii pomiędzy analizowanymi próbkami wody z poszczególnych jezior nie jest ich bezpośrednie połączenie albo zbliżony stan troficzny, ale sezon pory roku, w którym pobierano próbki do badań. W większości jezior istnieje też podobny potencjał występowania poszczególnych taksonów cyjanobakterii, a tylko ich aktualna liczebność zależna jest od aktualnie panujących warunków środowiskowych. Oznacza to, że nawet jeziora o stosunkowo niskim statusie troficznym, w odpowiednich warunkach środowiska (takich jak np. podwyższona temperatura wody lub wysokie nasłonecznienie), mogą pojawiać się zakwity tych mikroorganizmów. W niniejszej pracy opracowano procedurę rozpoznawania toksycznych rodzajów cyjanobakterii w próbkach środowiskowych z zastosowaniem analizy DGGE, w której użyto fragment genu mcya z klastra kodującego enzymy syntetyzujące mikrocystyny. Wyniki tej analizy wskazują, że pomimo bardzo dużego zróżnicowania struktury taksonomicznej zespołów cyjanobakterii w badanych jeziorach SWJM, jedynie przedstawiciele dwóch

rodzajów z nich - Microcystis spp. i Planktothrix spp. mogą wytwarzać mikrocystyny. Toksyczne genotypy znajdowano we wszystkich badanych jeziorach, jednak najczęściej wykrywano te należące do Planktothrix spp. Prawdopodobne jest, że w czasie trwania badań uchwycono moment rozprzestrzeniania się toksycznego Planktothrix spp. do mezotroficznego jeziora Mamry, w którym wcześniej nie wykrywano toksycznych genotypów tego taksonu. Ponieważ doniesienia ostatnich lat wskazują, że do potencjalnie toksycznych cyjanobakterii należą również taksony pikocyjanobakterii, sprawdzono czy wśród szczepów Synechococcus spp., wyizolowanych we wcześniejszych latach z jezior mazurskich, znajdują się takie, które posiadają geny kodujące wytwarzanie mikrocystyn. Wykazano, że w jednym ze szczepów, wyizolowanym z jeziora Bełdany, obecne były geny z klastra mcy. Trzy sekwencje: mcya, mcyd i mcye, są wykazanymi po raz pierwszy w świecie sekwencjami genów mcy,występującymi u pikocyjanobakterii. Badania z zastosowaniem real-time PCR pozwoliły na prześledzenie zmian w udziale toksycznych genotypów w całkowitej liczebności populacji Microcystis i Planktothrix spp. w okresie sezonu wegetacyjnego. Stwierdzono, że średnie całkowite liczebności komórek Planktothrix spp. były o rząd wielkości wyższe, niż liczebności komórek Microcystis spp. Udział toksycznych genotypów w całkowitej liczebności Microcystis spp. był zmienny, ale w większości próbek niski, tylko w trzech z nich przekraczał 30%. Nie zaobserwowano żadnej tendencji, z jaką udział toksycznych komórek Microcystis spp. zmieniałby się w okresie sezonu wegetacyjnego. Natomiast w populacjach Planktothrix spp., udział toksycznych genotypów był zawsze bardzo wysoki (>75%), choć zaobserwowano też tendencję do nieznacznego zmniejszania się udziału toksycznych komórek cyjanobakterii w populacji w czasie sezonu. Stwierdzono, że na podstawie udziału toksycznych komórek w całkowitej liczebności Planktothrix spp. w próbkach pobieranych wiosną, można prognozować zagrożenie wystąpieniem toksycznego zakwitu w badanym jeziorze w późniejszych miesiącach. Wyniki badań wykazały także, że w przypadku osiągnięcia dużej biomasy przez mazurskie populacje Planktothrix spp. zawsze będzie istniało duże ryzyko skażenia wody mikrocystynami. Analizując stężenia mikrocystyn w badanych próbkach stwierdzono, że gdy liczebność dwóch potencjalnie toksycznych rodzajów cyjanobakterii osiąga 6,6 x 10 6 kom/l, całkowite stężenie mikrocystyn przekracza graniczne bezpieczne stężenie dla wód wykorzystywanych jako woda pitna (1 µg/l). Wykazano korelację pomiędzy liczebnością toksycznych komórek Planktothrix spp. a stężeniem toksyn w próbce. Takich zależności nie znaleziono natomiast w przypadku Microcystis spp. Oznacza to, że głównym taksonem cyjanobakterii

odpowiedzialnym za wytwarzanie mikrocystyn w badanych jeziorach mazurskich jest rodzaj Planktothrix. W prezentowanej pracy zbadano też, czy w wybranych jeziorach SWJM występują bakterie posiadające geny mlr odpowiedzialne za degradację mikrocystyn. Potwierdzono, że w badanych jeziorach występują bakterie mogące rozkładać mikrocystyny, a badania filogenetyczne zaklasyfikowały te bakterie do rodziny Sphingomonadaceae, w której wcześniej opisywano taksony bakterii posiadające zdolność rozkładu toksyn. Stwierdzono również, że bakterie te w jeziorach mazurskich występują przede wszystkim w osadach dennych, a do wód powierzchniowych mogą rozprzestrzeniać się w sprzyjających warunkach środowiska.