Cíle výuky
- Prozkoumat oligotrofy a jejich adaptaci na prostředí chudé na živiny
Oligotrof je organismus, kterému se daří v prostředí s velmi nízkým obsahem živin. Lze je postavit do kontrastu s kopiotrofy, kteří preferují živinami bohaté prostředí. Oligotrofové se vyznačují pomalým růstem, nízkou rychlostí metabolismu a obecně nízkou hustotou populace. Oligotrofní prostředí zahrnují hluboké oceánské sedimenty, jeskyně, ledovcový a polární led, hluboké podpovrchové půdy, vodonosné vrstvy, oceánské vody a vyluhované půdy. O ekosystému nebo prostředí se říká, že je oligotrofní, pokud nabízí jen málo podmínek pro život. Tento termín se běžně používá pro popis prostředí vody, ledu, vzduchu, hornin nebo půdy s velmi nízkým obsahem živin. Oligotrofní prostředí jsou zvláště zajímavá z hlediska alternativních zdrojů energie a strategií přežití, na které by se život mohl spoléhat. Příkladem oligotrofní bakterie jsou Caulobacter crescentus.
Caulobacter crescentus je gramnegativní oligotrofní bakterie široce rozšířená ve sladkovodních jezerech a tocích. Řídicí obvody, které řídí a urychlují průběh buněčného cyklu Caulobactera, zahrnují celou buňku fungující jako integrovaný systém. Řídicí obvody monitorují prostředí a vnitřní stav buňky, včetně buněčné topologie, a řídí aktivaci subsystémů buněčného cyklu a asymetrické dělení buněk Caulobacter crescentus. Proteiny řídicího systému buněčného cyklu Caulobacter a jeho vnitřní organizace jsou spolukonzervovány napříč mnoha druhy alfaproteobakterií, ale mezi jednotlivými druhy existují velké rozdíly ve funkčnosti regulačního aparátu a periferním propojení s dalšími buněčnými subsystémy. Řídicí systém buněčného cyklu Caulobacter byl evolučním výběrem znamenitě optimalizován jako celkový systém pro robustní fungování tváří v tvář vnitřnímu stochastickému šumu a nejistotě prostředí.
Řídicí systém bakteriální buňky má hierarchickou organizaci. Signalizační a řídicí subsystém komunikuje s prostředím pomocí senzorických modulů umístěných z velké části na povrchu buňky. Logika genetické sítě reaguje na signály přijímané z prostředí a z vnitřních senzorů stavu buňky s cílem přizpůsobit buňku aktuálním podmínkám.