Ciano Bacterias 1

BME. Ficologa. Csar Crdova. Semana 2

Lake Erie is sick. A thick and growing coat of toxic algae appears each summer, so vast that in 2011 it covered a sixth of its waters, contributing to an expanding dead zone on its bottom, reducing fish populations, fouling beaches and crippling a tourism industry that generates more than $10 billion in revenue annually.

2011 was the wettest spring on record. That summers algae bloom, mostly poisonous blue-green algae called Microcystis, sprawled nearly 120 miles, from Toledo to past Cleveland. It produced lake-water concentrations of microcystin, a liver toxin, that were 1,200 times World Health Organization limits, tainting the drinking water for 2.8 million consumers


http://ucjeps.berkeley.edu/INA.html


Superreino ProcytotaReino BacteriobiotaSubreino NEGABACTERIOBIONTADivisin BacteriaPhytotrophobacteriaSubdivisin CyanobacteriaProchlorobacteriaProchromobacteriaReino CyanobiotaDivisin Cyanophyta

Jeffrey,1971, Kew Bull. 37: 410


SuperreinoProkaryaReinoBacteria Subreino ArchaeaSubreino EubacteriaDivision GracilicutesCyanobacteriaTenericutesFirmicutesMargulis & Schwartz, 1998:16, 39-54


http://www.cyanodb.cz/


Trichodesmium Cianobacteria filamentosa no heterocstica.Importante fijadora de nitrogeno en el planeta. Fijar N2 durante el da ("diazocytes). "Diazocytes" equivalente a heterocistos. Diferenciacin celular (procesos y mecanismos moleculares).Proteccin a nitrogenasa del oxigeno . Mayor fijacin de nitrgeno es en la noche.Katagnymene spp. (vive en aguas superficiales de mares tropicales) . CIANOBACTERIAS MARINAS


Fay et al. ( 1968 ) 'heterocistos' sitio para la fijacin de N2.Fleming & Haselkorn ( 1973 ) aislaron nitrogenasa en heterocistos.4 dcadas como el "modelo de consenso" para el xito de la fijacin de N2 impulsada por la luz en cianobacterias.Bergman y Carpenter (1981) se demuestra que la nitrogenasa se localiza en cadenas cortas (diazocyte) de Trichodesmium.Se reconoce la fijacin de N2 impulsada por la luz en Trichodesmium.Involucra mecanismos para bajar temporalmente la produccin de oxgeno y la orquestacin de procesos que compiten con la energa de una manera multifactica. Trichodesmium es un potente fijadores de N2 durante el da.Ello tiene un gran impacto ecolgico global.


Fijacin de nitrgeno (nitrogenasa). Nostoc (fijan N2) simbiontes de plantas (nutrientes y fotosintatos)La simbiosis brinda ventajas sobre otras especies (N2 ). Simbiosis no especfica (angiospermas, gimnospermas, briofitos y hongos) Diversidad de especies (de vida libre a simbiticos)Rol importante en procesos biogeoqumicos globales (N y C).Ciclo de nitrgeno en el ecosistema.Podra reducir el uso de fertilizantes.CIANOBACTERIAS O ALGAS AZUL-VERDOSAS


Professor Birgitta BergmanDepartment of BotanyStockholm UniversityAspects of photosynthetic and nitrogen fixing cyanobacteria living freely and in symbiosis with plants. I) Ecophysiology, genetic diversity and cell differentiation in marine cyanobacteria II) Establishment and communication in cyanobacterial - plant symbiosishttp://www.su.se/emb/english/about-us/contact/staff/a-b/birgitta-bergman-1.118263


Reconocimiento de planta hospedera Interaccin (modifica su comportamiento en el proceso de infeccin y establecimientoSimbiosis Nostoc-Gunnera es nica.Sistema modelo Identificar mecanismos de comunicacin tempranaReconocimientoIntercambio de seales para el establecimiento Intercambio de seales para la adaptacinGlndulas Muclago rico en carbohidratos Factor de induccin de hormogonios (HIF)Afecta los patrones de expresin gnicaAfecta los patrones de expresin proteica Simbiosis en Cianobacteria (fijacin de nitrgeno)


New PhytologistVol. 156, No. 3, Dec., 2002


a) SEM of a rice root infected with Nostoc. Nostoc ( )are a sheath of filaments covering the root surface. b) Enlargement of the rice root with cyanobacteria ( ) primarily in cracks in the root surface. (c) A transversesection of the infected rice root visualizedthrough light microscopy. Cyanobacteria areseen as dark, mucilage-embedded packages(arrows) surrounding the epidermal layer.(d) An enlargement of the last micrograph displaying a cyanobacterial package ( ) found intercellularly in the epidermal layer of the root. (e) Mucilaginous cyanobacteria present in close proximity to the epidermal layer of the root. (f) A root hair possiblycontaining cyanobacteria ( ) inside. The darker cells at the base of the root hairpossibly contain bacteria.50 m20 m0.5 mm0.02 mm0.02 mm 0.02 mm


www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.0914417107/-/DCSupplementalCyanobacteria

Zooplankton

O. Eperlanus

BMAA standard


Dr David G. AdamsBSc (1973), PhD (1978), Liverpool.Senior Lecturer in the School of Biochemistry and MicrobiologyTutor for Overseas Postgraduate Admissions (BMB)Background:Postdoctoral work in the University of Amsterdam, 1981. Appointed Lecturer 1985, Senior Lecturer 1995.Cyanobacteria: cell division, gliding motility, cellular differentiation and plant symbiosishttp://www.fbs.leeds.ac.uk/staff/profile.php?tag=Adams_DGGliding motility and chemotaxis. The mechanism of bacterial gliding motility is unknown. Beneath the outer membrane of motile cyanobacteria we have identified arrays of parallel fibrils that we believe provide the motive force for gliding. We are currently characterising the fibrils and fibril structural proteins. To study the chemotaxis of hormogonia we are cloning chemotaxis gene homologues and generating knock-out mutants to examine the effect on chemotaxis and plant infection.


PARED CELULARIgual al de bacterias Gram-negativas.Peptidoglicano o murena es la capa exterior de la membrana celular. El peptidoglicano es un polmero compuesto de dos derivados del azcar, N-acetilglucosamina y cido N-acetilmuramico y aminocidos.Encima del peptidoglicano se encuentra el espacio periplsmico (red flexible de fibrillas de peptidoglicano) Una membrana externa rodea el espacio periplsmicoLa pared celular de clulas vecinas presentan circumferential junction (15 nm de dimetro)El nmero de filas de junctional pore. alrededor de cada septo vara desde un anillo circular en Phormidium, a varias filas de poros que caracterizan el septo de Anabaena. Junctional pore) es de 70-80 nm de longitud y atraviesa la pared celular.


Igual al de bacterias Gram-negativas.Peptidoglicano o murena es la capa exterior de la membrana celular. El peptidoglicano es un polmero compuesto de dos derivados del azcar, N-acetilglucosamina y cido N-acetilmuramico y aminocidos.Encima del peptidoglicano se encuentra el espacio periplsmico (red flexible de fibrillas de peptidoglicano) Una membrana externa rodea el espacio periplsmicoLa pared celular de clulas vecinas presentan circumferential junction (15 nm de dimetro)El nmero de filas de junctional pore. alrededor de cada septo vara desde un anillo circular en Phormidium, a varias filas de poros que caracterizan el septo de Anabaena. Junctional pore) es de 70-80 nm de longitud y atraviesa la pared celular. PARED CELULAR


La pared celular de paredes vecinas de cianobacterias "gliding" presentan los junctional pores que son de 15 nm de dimetro 70-80 nm de longitud (atraviesa la pared celular). El nmero de filas de poros de unin alrededor de cada septo vara desde un anillo circular en Phormidium, a varias filas de poros que caracteriza el septo de Anabaena.


Algunas cianobacterias son capaces de "gliding", movimiento activo de un organismo en un sustrato slido donde no hay un rgano visible encargado del movimiento, ni un cambio en la forma del organismo.Gliding es un movimiento uniforme y lento (de hasta 600 m s-1 en Oscillatoria en una direccin paralela al eje longitudinal de la clula e interrumpida en ocasiones por retrocesos. "Gliding" es acompaado por una secrecin constante de mucus que deja un sendero mucilaginoso.Algunas cianobacterias (Phormidium, Oscillatoria) giran durante "gliding", mientras que otras cianobacterias no giran (Anabaena). La pared celular de las cianobacterias "gliding" tiene dos capas adicionales adems de la pared celular.


El "gliding" se produce por la secrecin de mucus a travs de los circumferential junctional. El mucus atraviesa la pared por las fibras de ocilina propulsando el alga hacia adelante.La orientacin de las fibras de oscilina de la capa externa determina si el alga rota durante el "gliding", funcionando a manera de un destornillador.En Anabaena, las fibras espirales de oscilina produce una rotacin en sentido horario, mientras que en Oscillatoria princeps y en Lyngbya aeruginosa, las fibras espirales de oscilina permiten una rotacin antihoraria.En Phormidium, las fibras de oscilina no estan distribuidas en espiraladas y por ende el filamento no rota.


Los pili son apndices protenicos que se proyectan sobre la superficie de la pared de las clulas de cianobacterias.En Synechocystis hay dos tipos de de pili. Una capa uniforme, semejante a un cepillo fino, con cerdas de 3-4 nm de dimetro y una longitud de 1 m. Pilis mas gruesos y flexibles con un dimetro de 6-8 nm de longitud y de 4-5 m.El pili esta formado por 500 a 1000 unidades del polipptido pilina.Cada unidad de la pilina tiene entre 145 y 170 aminocidos (parecido a la oscillina)Synechocystis se desplaza a una velocidad de 1 a 2 m s-1 por un mecanismo denominado "Twitching" (cambios de configuracin del pili).El pili mueve la clula a lo largo de una superficie, por procesos de extensin del pili, adhesin y retraccin reiterativa.Synechocystis presenta fototaxis positiva y negativa a la luz azul (450 nm) pero no al rojo o rojo lejano.La luz azul estimula la produccin de adenosina monofosfato cclico (cAMP), un mensajero importante en sistemas biolgicos.El pili y el "twitching


El estuche mucilaginoso (EPS) esta compuesto de muclago y una pequea cantidad de celulosa.El estuche protege a las clulas de la deshidratacin.El crecimiento activo parece ser necesario para la formacin de un estuche, de hecho un desarrollo pobre conlleva a la formacin de esporas y akinetos. El estuche de Gloeothece sp. est compuesto de polisacridos con azcares neutros y cidos uronicos, incluida la galactosa, glucosa, manosa, ramnosa, 2-O-metil-D-xilosa, cido glucurnico y cidos galacturnicos.El estuche de Gloeothece sp. contiene el 2% de protenas y trazas de cidos grasos y fosfatos.ESTUCHES MUCILAGINOSOS


PIGMENTOS FOTOSINTETICOSClorofila aFicobilinasFicocianinaFicoeritrinaAlloficocianina

OTROS PIGMENTOSCarotenoidesMoleculas que absorben UV


Energa luminosa es cosechada por la clulaSolo colores especficos son absorbidosOtros colores son reflejados FOTOSINTESIS Y PIGMENTOS


CLOROFILA A


FICOBILINAS


FOTOSINTESIS Y PIGMENTOS


PRODUCTOSDE RESERVAAlmidnCianoficinaCuerpos Poli P


Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) [P(3HB-co-3HV)] co-polymer has immense potential in the field of environmental and biomedical sciences as biodegradable and biocompatible material. The present study examines a filamentous N2-fixing cyanobacterium, Nostoc muscorum Agardh as a potent feedstock for P(3HB-co-3HV) co-polymer production and characterization of co-polymer film for commercial applications.


Ambiente MarinoZona litoralCalothrix (Lichina)PhormidiumNodulariaGloeotheceRivulariaLa mayora son fijadoras de Nitrgeno.ECOLOGA DE LAS CIANOBACTERIAS


ECOLOGA DE LAS CIANOBACTERIASOcano abiertoPicofitoplancton (< 2 m)Mas de 10 000 cel/mlBaja tasa de hundimiento SynechococcusSynechocystisProchlorococcus


NeurotoxinasHepatotoxinasCianotoxinasAlgunas cianobacterias producen toxinas. Las cianotoxinas son disuasivos de herbvora El pastoreo de invertebrados sobre Microcystis aeroginosa incrementa la produccin de cianotoxinas.Hay interaccin aleloptica con otras especies. Puede actuar como alguicida.


Aflatoxina (Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria y Trichodesmium) y saxitoxina. Alcaloides que bloquean la transmisin de la seal de neurona a neurona y de neurona a msculo.Los sntomas incluyen temblores de msculo, jadeos y convulsiones. Las neurotoxinas puede ser mortales (paro respiratorio) en altas concentraciones.AnabaenaOscillatoriaAphanizomenonTrichodesmiumNEUROTOXINAS


Microcistinas (Microcystis, Anabaena, Nostoc, Nodularia y Oscillatoria) y nodularinas (Nodularia)Son inhibidores de la fosfatasa (causan sangrado en el hgado).Sntomas incluyen debilidad, vmitos, diarrea y extremidades fras.AnabaenaOscillatoriaMicrocystisNodulariaNostocHEPATOTOXINAS


Geosmina y MIB, compuestos orgnicos voltiles (COV), son dos terpenoides (isoprenoides) que se produce por cianobacterias. Tienen un fuerte aroma a tierra o barro y es el responsable de los olores en el agua potable. Concentraciones de 10 ng l-1 son perceptibles.Se utiliza para la industria de alimentos, bebidas y perfumes La geosmina y MIB resisten el tratamiento de agua.Bioacumulacin en peces y mariscos causa mal saborNi geosmina ni MIB son txicos para los vertebradosEstos COV actan como infoqumicos atrayendo nematodos a las colonias de cianobacterias, donde los nematodos se alimentan y depositan sus huevosCALIDAD DEL AGUA


En China, la industria de Spirulina tiene ms de 90 plantas, con una produccin de 400 toneladas de polvo seco.Adems de las pastillas y cpsulas de Spirulina, tambin hay pasteles y chocolate relleno de Spirulina. Spirulina esta disponible en tiendas de alimentos naturales.LAS CIANOBACTERIAS SE UTILIZAN COMO ALIMENTO Y SUPLEMENTO HUMANO Y DE ANIMALES.


En Japn, Aphanothece sacrum, Nostoc verrucosum, N. commune y Brachytrichia se han utilizado como alimento desde tiempos antiguos. Bernal Daz del Castillo (Corts a Mxico, 1521) describe como los indgenas preparan pasteles con unas natas que recogen del lago el cual cuaja y tienen sabor a queso.


Aphanizomenon flos-aquae ha sido cosechada del lago de Klamath (California) desde 1980 y se vende como alimento y suplemento para la salud. En 1998, 10x106 kg (peso seco) se comercializ con un valor de $ 100 millones.Como puede ser sano si es que producen cianotoxinas.


ANTIBIOTICOSNostoc secreta bacteriocinas, un antibitico de naturaleza protenica.Scytonema hofmanni produce cianobacterina, una lactona clorinadaEstos antibiticos probablemente desempear un papel activo en la supervivencia, inhibiendo el crecimiento de otros organismosSIDEROFOROS

La necesidad de hierro y su baja solubilidad en hbitats acuticos, ha llevado a la evolucin de un mecanismo de adquisicin de hierro.Las cianobacterias liberan quelante extracelulares especficos para el herro llamados siderforos que ayudan a solubilizar y asimilar el Fe3.


ESTROMATOLITOS: Datan de hace unos3.450 ma.


Las cabezasde Estromatolitosson de una textura gelatinosao cartilaginosa, hemisfrica como resultado laminacin concntrica. Existen en el intermareal del sur de Florida y en las Bahamas Durante el da hay un crecimiento de los filamentos en la superficie del Estromatolito, Durante la noche los sedimentos se acumulan en la superficie, formando lminas hasta100 m de espesor. En la maana los filamentos penetran a travs del depsito de sedimentos, y desarrolla una capa hialina de 200 m de espesor, con una baja concentracin de sedimentos atrapados.


Estosperodos alternosde crecimiento y el depsitoda lugar a una estructura laminada.Los estromatolitosse formaronhace 3.500 millones deaos, aunque losprimerosse formaron porla deposicinno biolgicadeCaCO3 y despues en los ltimos 2700millones de aosse formaronpor la presencia de cianobacteriasLas lminasde los estromatolitosdepende delas fluctuacionesderivadasdelos movimientosfsicosdela tierra, el solyla luna,yrequierede algn tipo de ritmicidad para su incremento.


La periodicidad mostrada en las lminas se debe principalmente al ciclo diario de fotosntesis de los organismos en los estromatolitos.Adems, los estromatolitos son heliotrpicos y crecer hacia la luz del sol. Este heliotropismo permite el clculo de la extensin de la deposicin de un ao en una estromatolito.El heliotropismo hace que el crecimiento de estromatolitos sea en forma de onda sinusoidal.El conteo de lminas ha permitido conocer que hace 1000 millones de aos el ao consisti en aproximadamente 435 das.


Estromatolitos en Highborne Cay, Bahamas.a. Imagen de Google Earth mostrando campo de estromatolitos (flecha)b. Estromatolito submareal laminado (s) e intermareal (t) no laminado en la de Costa de Highborne Cay. c. Estromatolitos colonizados con el alga Batophora. Un corte muestra la construccin laminar del estromatolitod) Micrografa de una seccin vertical de estromatolitos tipo 2. Cyanobacteria (fecha de la izquierda) en la capa superficial del estromatolito. Micritic crust (m) es visible como un precipitado blanco en la superficiee) Seccin delgada para visualizar granos de arena (o), EPS (e) y Cyanobacteria (c, flecha). f) Imagen con M de epifluorescencia (650 nm) para mostrar la colonizacin de cyanobacteria (flecha) entre las capas de arena (o).Foster, J. S., Green, S. J., Ahrendt, S. R., Golubic, S., Reid, R. P., Hetherington, K. L. & Bebout, L. 2009. Molecular and morphological characterization of cyanobacterial diversity in the stromatolites of Highborne Cay, Bahamas. ISME J 3:573-87.


Fossil cyanobacteria preserved in silicified stromatolites of the 1400 million-year-old Gaoyuzhang formation of northern China. (a) Eoentophysalis belcherensis. (b) Palaeolyngbya barghooriana. (c) Oscillatoriopsis. (From Golubic and Seong-Joo, 1999.)


http://www.cyanodb.cz/main


SYNECHOCOCCINEAE806 Synechococcales389 Merismopediaceae AphanocapsaNgeli53 MerismopediaMeyen36 SynechocystisSauvageau29La mayora de las especies crece como perifiton, bentos y metafiton en ambientes lnticos y lticos. Cosmopolita, aun cuando algunas especies tienen distribucin limitada.


SYNECHOCOCCINEAE806 Synechococcales389 Merismopediaceae AphanocapsaNgeli53 MerismopediaMeyen36 SynechocystisSauvageau29Flotando libremente en el agua o como metafiton, detritus entre la vegetacin acutica sumergida. Varias especies pequeas son planctnicos, algunos viven en biotopos halfilos (orilla del mar, pantanos halofiticos) o en aguas termales. Cosmopolita. Varias especies ecolgica y geogrficamente limitadas en su distribucin. Se desplazan por "glide".


SYNECHOCOCCINEAE806 Synechococcales389 Merismopediaceae AphanocapsaNgeli53 MerismopediaMeyen36 SynechocystisSauvageau29Son planctnicos en reservorios de agua dulce, ambientes halofticos o marinos. Aparece en piscinas de aguas termales y minerales. Algunas especies se encuentran dentro de pelos huecos de osos polares en cautiverio.


OSCILLATORIINEAE1558 Chroococcales797 Chroococcaceae ChroococcusNgeli85 Microcystaceae GloeocapsaKtzing89 MicrocystisKtzing 54Son planctnicos en reservorios de agua dulce, ambientes halofticos o marinos. Aparece en piscinas de aguas termales y minerales. Algunas especies se encuentran dentro de pelos huecos de osos polares en cautiverio.


OSCILLATORIINEAE1558 Chroococcales797 Chroococcaceae ChroococcusNgeli85 Microcystaceae GloeocapsaKtzing89 MicrocystisKtzing 54Gnero ampliamente distribuido en aguas dulces, sobre todo en metafiton, tambin en biotopos aerofiticos, trmicos y suelo.


OSCILLATORIINEAE1558 Chroococcales797 Chroococcaceae ChroococcusNgeli85 Microcystaceae GloeocapsaKtzing89 MicrocystisKtzing 54Flotacin libre en el plancton de agua dulce, en reservoriosd de agua eutrficos (forma floraciones en agua pesada). Algunas especies son bentnicas, epfitas o epilticas en diferentes tipos de aguas estancadas y en movimiento y en rocas humedas. Cosmopolita (con excepcin de regiones subpolares).


OSCILLATORIINEAE1558Oscillatoriales761 Oscillatoriaceae LyngbyaC. Agardh ex Gomont98 OscillatoriaVaucher ex Gomont57 Phormidiaceae ArthrospiraSitzenberger ex Gomont 6 PhormidiumKtzing ex Gomont 169 TrichodesmiumEhrenberg ex Gomont10


NOSTOCIINEAE928 Nostocales928 Nostocaceae AnabaenaBory de Saint-Vincent ex Bornet & Flahault 73 AphanizomenonA. Morren ex Bornet et Flahault12 NostocVaucher ex Bornet et Flahault 67


NOSTOCIINEAE928 Nostocales928 Nostocaceae AnabaenaBory de Saint-Vincent ex Bornet & Flahault 73 AphanizomenonA. Morren ex Bornet et Flahault12 NostocVaucher ex Bornet et Flahault 67 Rivulariaceae RivulariaC. Agardh ex Bornet et Flahault40 CalothrixC. Agardh ex Bornet & Flahault92 Scytonemataceae ScytonemaC. Agardh ex Bornet & Flahault110 Stigonemataceae StigonemaC. Agardh ex Bornet et Flahault40


NOSTOCIINEAE928 Nostocales928Scytonemataceae ScytonemaC. Agardh ex Bornet & Flahault110 Stigonemataceae StigonemaC. Agardh ex Bornet et Flahault40


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Ciano Bacterias 1