SINICE - Cyanobateria

 

Ilustracje kilku sinic wg H. Miehe i W. Mevius / Leipzig 1944/

 

Dr Henryk St. Różański

 

Sinice - Cyanobacteria

 

Królestwo: Procaryota – bezjądrowe

Podkrólestwo: Eubacteria - eubakterie

Gromada: Sinice – Cyanobacteria = Schizophyta

 

Sinice były dawniej włączane do glonów Algae, gdzie stanowiły klasę Cyanophyceae. Istniały także układy taksonomiczne, gdzie sinice stanowiły typ w grupie plechowce jednokomórkowe Protophyta, Thallophyta (rośliny niższe) oraz takie, gdzie Cyanophyceae były klasą w gromadzie Schizophyta (rozprątki).

Sinice są to organizmy bezjądrowe, samożywne (autotroficzne), jednokomórkowe, wielokomórkowe i kolonijne. Należą do prokariontów gram-ujemnych. Ściana komórkowa sinic zbudowana jest z pektyn, celulozy, ksylozy, kwasu muraminowego (mureina), pochodnych kwasu uronowego i galaktozy. Na powierzchni ściany komórkowej sinic występuje często otoczka śluzowa zapobiegająca wysychaniu i umożliwiająca organizowanie kolonii.

Zespoły komórek sinicowych otoczonych śluzem noszą nazwę cenobii (liczba pojedyncza – cenobium, liczba mnoga – cenobia). Śluz może być zorganizowany w grube pochewki, w których mieszczą się nitkowate ciała sinic.

Sinice liczą około 2000 gatunków. Żyją w wodach słodkich, morskich i w źródłach solankowych. Wiele sinic żyje w symbiozie z glonami, grzybami, roślinami zarodnikowymi i nasiennymi. Mają zdolność wiązania wolnego azotu z powietrza. Wraz z grzybami tworzą porosty. Sinice żyją także na powierzchni wilgotnej gleby, wilgotnych skał, na korze drzew. Niektóre egzystują w przestworach międzykomórkowych glonów, paproci, mszaków i nasiennych roślin wodnych oraz lądowych (np. u Gunnera = przeplin).

Pierwotniaki Protista wchodzące w symbiozę z sinicami: Cyanophora paradoxa, Paulinella chromatophora.

         Gąbki Spongia wchodzące w symbiozę z sinicami: Theonella, Siphonochalina.

         Szczetnice Echiurida wchodzące w symbiozę z sinicami: Bonellia fuliginosa  Kedosoma gogoshimense.

Sagowce Cycadopsida wchodzące w symbiozę z sinicami: Cycas, Zamia.

Protoplast sinic można podzielić na dwie strefy zróżnicowane w obrazie mikroskopowym. Zewnętrzna strefa protoplastu to chromaplazma (chromatoplazma). W chromaplazmie znajdują się tylakoidy (poprawnie ujmując są to lamelle, czyli błonowe, spłaszczone woreczki; tylakoidy to wyżej uorganizowane struktury, występujące u eukariontów) zawierające barwniki: chlorofil a, c-fikocyjaninę, c-fikoerytrynę, karotenoidy i ksantofile. Do tylakoidów z barwnikami przylegają fikobilisomy, zawierające fikobliproteiny. Fikoblisomy przekazują energię z pochłoniętego światła do fotosystemu II. Adaptacja chromatyczna sinic polega na zmianie stosunków ilościowych barwników fotosyntetycznych, w zależności od barwy padającego światła.

Materiałem zapasowym sinic jest kwas poli-beta-hydroksymasłowy, glikogen (dawniej skrobia sinicowa), lipidy i cyjanoficyna. Cyjanoficyna jest związkiem azotowym, zawiera asparaginian i argininę. W chromaplazmie znajdują się także karboksysomy, zawierające karboksylazę rybulozo-1,5-bifosforanową. Karboksylaza ta włącza CO2 do rybulozo-bi-fosforanu tworząc 2 cząsteczki kwasu 3-fosfoglicerynowego.

Wakuole powietrzne służą do czasowego przechowywania gazów (np. tlenu, dwutlenku węgla, azotu, siarkowodoru), ponadto zapewniają unoszenie się sinic na powierzchni wód. Wakuole gazowe wpływają na wewnątrzkomórkowe ciśnienie. Dzięki temu sinice mogą opadać na dno zbiorników lub wypływać do górnych poziomów zbiorników wodnych.

Centralna część komórki to centroplazma, w której mieści się nukleoid z genami. Sinice nie mają jądra komórkowego. Nie zawierają histonów typowych dla chromosomów eukariocytów.

Heterocysty – komórki silnie załamujące światło w mikroskopie, większe od pozostałych komórek, o grubych ścianach komórkowych i mniej wysycone barwnikami. W heterocystach zachodzi wiązanie wolnego azotu z powietrza. Zawierają one fotosystem I, enzym nitrogenazę (do wiązania azotu; dzięki temu enzymowi powstają nitrozwiązki i związki amoniowe) oraz cyjanoficynę. W heterocystach odbywa się cykliczna fosforylacja i regeneracja ATP. Dawniej heterocysty uważano za komórki puste i uczestniczące w rozmnażaniu (hormogonii). W heterocystach panuje środowisko beztlenowe niezbędne do przeprowadzenia nitryfikacji.

Oscillatoria mają zdolność przeprowadzania fotosyntezy w warunkach beztlenowych. Donorem elektronów jest siarkowodór.

 

Pod względem morfologicznym sinice można podzielić na:

1.                            Sinice chrookokalne – komórki sinic są kuliste lub pałeczkowate, żyją pojedynczo lub w koloniach. Należą tutaj: Gleocapsa, Gleothece, Gleobacter, Synechococcus = Anacystis.

2.                            Sinice pleurokapsularne – sinice jednokomórkowe, często żyjące w koloniach, mające zdolność tworzenia beocytów. Beocyty to drobne potomne komórki powstające w wyniku wielokrotnego podziału protoplastu macierzystego. Służą do rozmnażania.  Jakiś czas beocyty są otoczone wspólną ścianą komórkową i otoczką śluzową. Po pewnym czasie ściana pęka uwalniając beocyty, z których każda jest zdolna do samodzielnego wzrostu i rozwoju. Tutaj należy Myxosarcina, Pleurocapsa, Dermocarpa.

3.                            Sinice nitkowate nie mające zdolności tworzenia heterocyst. Tutaj należy Lyngbya, Plectonema, Spirulina, Oscillatoria.

4.                            Sinice nitkowate mające zdolność tworzenia heterocyst. Są to sinice wielokomórkowe i kolonijne. Należą tutaj: Calothrix, Anabaena, Nostoc, Cylindrospermum.

 

Sinice rozmnażają się za pomocą endospor, egzospor i przez hormogonię. Endospory powstają w wyniku podziału komórki macierzystej, która pełni wówczas rolę sporangium. Po pęknięciu ściany komórkowej nowo powstałe drobne komórki zostają uwolnione. Beocyty można również zaliczyć do endospor.

Egzospory powstają po uprzednim otwarciu komórki i sukcesywnych podziałach protoplastu. Komórki potomne są na bieżąco uwalniane z otwartej dzielącej się komórki.

Hormogonia polega na wytwarzaniu śluzowych rozdzielaczy, np. w kształcie dwuwklęsłej soczewki, między stykającymi się komórkami ciała sinicy. Dzięki tym rozdzielaczom ciało sinicy ulega fragmentacji na odcinki zdolne do samodzielnego wzrostu i rozwoju.

Akinety są przetrwalnikami sinic, np. u Cylindrospermum i Anabaena.

Niektóre sinice mają zdolność pełzania po stałym podłożu, np. Oscillatoria.

         Sinice są organizmami bardzo starymi, żyjącymi już w prekambrze. Wiele złóż ropy naftowej powstało z masy martwych sinic (np. rodzaju Gleocapsomorpha). Sinice weszły w endosymbiozę z eukariocytami dając początek niektórym organellom (np. chloroplasty, mitochondria).

 

 

Systematyka sinic Cyanobacteria

 

Obecnie gromada Cyanobacteria obejmuje klasę Cyanophyceae, która została podzielna na dwa rzędy: Chroococcales i Nostocales.

Rząd: Chroococcales obejmuje rodzaje:

- Achroonema

- Aphanothece

- Chroococcus

- Coelosphaerium

- Eucapsis

- Gomphosphaeria

- Merismopedia

- Microcystis

 

Rząd: Nostocales obejmuje następujące rodziny:

- Oscillatoriaceae, a w niej rodzaje:

Anabaena

Aphanizomenon

Calothrix

Lyngbya

Nostoc

Oscillatoria

Pseudoanabaena

Spirulina

- Rivulariaceae, a w niej rodzaj:

Rivularia

- Scytonemataceae, a w niej rodzaje:

Scytonema

Tolypothrix

- Stigonemataceae, a w niej rodzaj:

Stigonema

 

Wybrani przedstawiciele sinic Cyanobacteria

        

        

1.     Gleocapsa minor – jednokomórkowa i kolonijna sinica żyjąca na wilgotnych podłożach i w płytkich zbiornikach, gdzie tworzy śluzowate kłaczkowate agregaty sinawej lub niebieskawo-zielonej barwy. Komórki są jajowate, kuliste lub pałeczkowate. Rozmnaża się przez podział komórek. Należy do rzędu Chroococcales.

 

Gleocapsa

(źródło: University Ohio http://www.ohio.edu/)

 

2.     Nostoc /trzęsidło/ – sinica nitkowata z rzędu Hormogonales (lub obecnie do rzędu Nostocales) ze śluzowatymi otoczkami (pochewki). Żyje w wodach słodkich i na wilgotnych podłożach. Tworzy heterocysty i śluzowe rozdzielacze fragmentujące nitkowate ciało na odcinki potomne (hormogonia).

 

Nostoc

(źródło: University Ohio http://www.ohio.edu/)

 

3.     Oscillatoria /drgalnica) należy do rzędu Hormogonales. Ciało tej sinicy jest spłaszczone, wydłużone, złożone z szeregowo ułożonych komórek dyskowatych. Rozmnaża się przez hormogonia. Przednia część ciała wykonuje wahadłowe ruchy. Tylny koniec ciała jest wygięty. Drgalnica wytwarza osłonki śluzowe. Ma barwę niebiesko-zieloną. Żyje w wodach słodkich.

 

Oscillatoria

(źródło: http://botit.botany.wisc.edu/)

 

Oscillatoria

(źródło: http://www.dipbot.unict.it/)

 

 

4.     Rivularia – sinice o ciele silnie wydłużonym, spłaszczonym, złożonym z dyskowatych komórek. Na tylnym końcu tasiemkowate ciało ulega zwężeniu. Tasiemkowate ciała są otoczone pochewkami śluzowymi, które zlepiają się bocznymi ścianami tworząc kolonię. Żyją w wodach słodkich i morskich. W wodach morskich trzymają się raczej brzegu i ujść rzek. Wiąże wolny azot. Przykładowe gatunki: Rivularia bullata Berk.= Calothrix crustacea, Rivularia atra Roth, Rivularia dura Roth, Rivularia natans Welw., Rivularia bornetiana Setch. Zaliczane do rzędu Hormogonales lub do rzędu Nostocales, zależnie od przyjętego układu taksonomicznego.

5.      

Rivularia

(źródło: http://biology.smsu.edu/)

 

 

6.     Spirulina – należy do rzędu Nostocales (lub w innym systemie do rzędu Hormogonales), ciało nitkowate, spiralne. Żyje w wodach słodkich. Obecnie bardzo popularna sinica w biotechnologii. Istnieją hodowle Spirulina dla potrzeb przemysłu spożywczego i farmaceutycznego.

Spirulina

(źródło: http://www.ucmp.berkeley.edu/education/events/eukevol2.html)

 

 

7.     Lyngbya – sinica toksyczna dla ludzi i zwierząt. Zaklasyfikowana do rzędu Nostocales. Ciało nitkowate. Nie wytwarza heterocyst. Ciało okryte śluzowatą pochewką. Żyją w wodach słodkich i morskich.

 

Lyngbya

(źródło: http://www-cyanosite.bio.purdue.edu/index.html)

 

Lyngbya

(źródło: http://www.stanford.edu/~bohannan/Pages/gallery.html)

 

 

8.     Anabaena – żyją w wodach słodkich i morskich (np. Anabaena circinalis), na wilgotnych glebach, torfie, torfowiskach, w przestworach międzykomórkowych paproci (np. Azolla). Niektóre są toksyczne dla ludzi i zwierząt. Należą do rzędu Nostocales. Wiąże wolny azot dzięki obecności nitrogenazy w heterocystach. Wzbogaca podłoże w związki azotowe. Wykorzystywana jest do produkcji nawozów naturalnych. Wytwarza heterocysty. Ciało tej sinicy jest wydłużone i zbudowane ze zróżnicowanych strukturalnie i funkcjonalnie komórek ułożonych w paciorek. Zawiera genom kolisty i plazmidy.

 

Anabaena

(źródło: (źródło: University Ohio http://www.ohio.edu/)

 

Właściwości toksykologiczne sinic

 

Nadmierne występowanie sinic w zbiornikach powoduje deficyt tlenu i światła – czynników niezbędnych do życia innych organizmów wodnych (roślin, zwierząt, pierwotniaków). Nadmierne ilości sinic kolonijnych spowalniają mieszanie się wody z różnych poziomów zbiornika, czyli zaburzają krążenie wody w zbiorniku. Zajmują również miejsce potrzebne do rozwoju roślin i życia zwierząt.

Masowe pojawianie się sinic w wodzie kąpielowej jest również niebezpieczne dla ludzi. Związki barwnikowo-proteinowe sinic wywołują przy kontakcie ze skórą człowieka stan zapalny (rumień), pokrzywkę i wypryski. Pokrzywka może przybrać formę zlewających się pęcherzy. W razie dostania się do oczu sinice wywołują zapalenie spojówek i gałki ocznej.

         Spożycie wody zanieczyszczonej sinicami wywołuje rozwolnienie, niekiedy biegunkę krwawą, ponadto ból brzucha, nudności, wymioty, wzdęcia, dłuższy przykurcz miocytów gładkich (kolka). Metabolity wtórne sinic posiadają właściwości neurotoksyczne i hepatotoksyczne. Mogą powodować hemolizę krwi i uszkadzać szpik kostny. Oddziałują także na psychikę zwierząt i człowieka (halucynacje, niepokój, zmiany nastroju). Wywołują drgawki, drżenie, nerwobóle, mięśniobóle, dreszcze, uczucie zimna. Toksycznie działają także osiedlające się w koloniach sinic - bakterie i grzyby oraz ich produkty przemiany materii.

Opisano przypadki śmierci zwierząt pojonych wodą, w której żyły sinice. Śmierć była poprzedzona objawami ze strony układu nerwowego (drgawki,, początkowo pobudzenie psycho-ruchowe, potem oszołomienie i śpiączka).

Analizy wody pitnej i kąpielowe powinny zawsze uwzględniać badania na występowanie sinic. Sinice są bardzo wrażliwe na siarczan miedzi.

Niektóre sinice są jadalne i zupełnie nieszkodliwe, np. spirulina.

 

Właściwości farmakologiczne sinicy Spirulina

 

         Składnikami aktywnymi Spirulina są: fikocyjanina, polipeptydy, chlorofil, aminokwasy (np. leucyna, izoleucyna, lizyna, fenyloalanina, treonina, walina), kwasy nukleinowe, kwas linolenowy (gamma linolenowy kwas, w tym także kwasy tłuszczowe omega-6), sulfolipidy, polisacharydy, karotenoidy (beta-karoten - 14 mg/10 g ekstraktu spiruliny), ksantofile (miksoksantofil, zeaksantyna, kryptoksantyna, echinenon) witamina B12 (20 ug/10 g ekstraktu spiruliny), sporo związków żelaza, magnezu, wapnia, miedzi, fosforu, selenu.

Skład chemiczny Spirulina:

Cukrowce: od 15 do 25%

Tłuszczowce: od 0,6 do 0,8%

Białkowce: od 55 do 70%

Sole mineralne: od 7 do 13%

 

Spirulina działa przede wszystkim odżywczo, odtruwająco (detoksykacja = detoksyfikacja) i wzmacniająco ogólnie. Działanie farmakologiczne jest wypadkową i sumą działań poszczególnych składników tej sinicy.

Ekstrakty z sinicy Spirulina aktywują limfocyty NK (Natural Killer Cells), które niszczą komórki nowotworowe. Wzmagają wydzielanie interferonu gamma, interleukiny-4, interleukiny-1-beta oraz cytokin. Cytokiny pobudzają proliferację i czynności limfocytów oraz makrofagów tkanki łącznej. Obserwowano remisję nowotworów po podaniu ekstraktu Spirulina. Pod wpływem składników proteinowo-barwnikowych Spirulina następuje stymulacja całego układu odpornościowego ustroju. Zahamowane zostaje uwalnianie histaminy, przez co zmniejszają się wysięki i stany zapalne. Spirulina działa przeciwalergicznie wywierając wpływ przeciwhistaminowy.

Spirulina zawiera antyoksydanty (przeciwutleniacze) i wymiatacze wolnych rodników. Zmniejsza stężenie cholesterolu we krwi, działa przeciwmiażdżycowo.

Spirulina jest obecnie sprzedawana w nowoczesnych formach farmaceutycznych (tabletki doustne, odżywki w proszku). Spirulina wchodzi również w skład wielu kosmetyków. Spirulina w tabletkach zażywana jest w dawce 2-3 g/dobę. Istnieją preparaty złożone zawierające obok ekstraktu ze Spirulina także inne składniki dodatkowe, np. ekstrakt z glonu Chlorella, karnitynę, koenzym Q10, cynk, wapń, selen.

 

 

 

Wirusologia, riketsjologia, priony, viroidy, rickettsia, szczepionki, leki przeciwwirusowe, interferon

http://www.parazyt.gower.pl/virus.html

 

Parazytologia i genetyka lekarska

Parazyty

http://www.parazyt.gower.pl/parazytologia2002.htm

 

Fitoterapia, zielarstwo

Rośliny lecznicze

http://www.rozanski.henryk.gower.pl/fitofarmakologia.htm

 

Wykaz stron autora

http://rozanski.wizytowka.pl

 

 

 

Dokument chroniony prawami autorskimi

 

Henryk Różański

Krosno 2003