Využití pokročilých technik elektronové mikroskopie při ultrastrukturní analýze mikrobiálních buněk a produktů mikrobiálních technologií
Loading...
Date
Authors
Havlíčková, Anna
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Tato diplomová práce se v teoretické části zaobírá přímými a nepřímými mechanismy podpory růstu rostlin prostřednictvím rhizobakterií, na které navazuje část o vybraném modelovém organismu Azotobacter vinelandii. Druhá část teorie se zaobírá elektronovou mikroskopií od možných interakcí elektronového svazku se vzorkem, přes typy elektronových mikroskopů až po různé metody přípravy biologických vzorků. V experimentální části je pojednáváno o kultivaci vybrané bakterie, gelaci připravených buněčných kultur prostřednictvím vybraných síťovacích činidel (chlorid vápenatý, kyselina jablečná, glukono--lakton s uhličitanem vápenatým) a především o různých metodách přípravy a analýzy čistých i enkapsulovaných kultur pro elektronovou mikroskopii. Konkrétně byla vybrána analýza pomocí kryogenní skenovací elektronové mikroskopie a skenovací transmisní elektronové mikroskopie. Oběma technikami byly uvnitř bakterií pozorovány poly-3-hydroxybutyrátové granule, u kterých bylo potvrzeno, že jsou elastické i za kryogenních teplot. Dále bylo zjištěno, že dochází k síťování extracelulárního alginátu i u vzorků bez přídavku síťovacích činidel, avšak přítomná hydrogelová síť byla u těchto vzorků podstatně řidší než u vzorků s přídavkem všech použitých síťovacích činidel. V této práci byla také porovnávána hustota hydrogelové sítě síťované glukono--laktonem, kdy při využití tohoto činidla s přídavkem uhličitanu vápenatého byla pozorována výrazně hustší hydrogelová síť, než při použití činidla samotného. V neposlední řadě bylo při porovnání získaných výsledků s literární rešerší zjištěno, že bakterie A. vinelandii tvoří kapsule, při jejichž tvorbě dochází ke změně tvaru z oválné na kulovitou bakterii a také ke zmenšení dané buňky. Z výsledných snímků bylo zjištěno, že jsou tyto kapsule tvořeny dvěma vrstvami, které se v literatuře nazývají jako elektrontransparentní intin a elektrondenzní exin.
In the theoretical part, this thesis deals with direct and indirect mechanisms of plant growth-promoting rhizobacteria, which is followed by a section on the selected model organism Azotobacter vinelandii. The second part of the theoretical section deals with electron microscopy starting with the possible interactions of the electron beam with the sample, through types of electron microscopes to various methods of preparing biological samples. The experimental part discusses the cultivation of selected bacterial cultures, the gelation of the cell cultures using chosen cross-linking agents (calcium chloride, malic acid, glucono--lactone with calcium carbonate) and, above all, various methods of preparation and analysis of pure and encapsulated cultures by the means of electron microscopy. In particular, cryogenic scanning electron microscopy and scanning transmission electron microscopy imaging were selected. Using both techniques, poly-3-hydroxybutyrate granules, which were confirmed to be elastic even at cryogenic temperatures, were observed inside the bacteria. Furthermore, it was found that cross-linking of extracellular alginate occurs even in samples without the addition of cross-linking agents. However, the hydrogel network present in these samples was significantly thinner than in samples with the addition of all cross-linking agents used. In this work, the density of the hydrogel network cross-linked with glucono--lactone was also compared. When using this agent with the addition of calcium carbonate, a significantly denser hydrogel network was observed in comparison with using the agent alone. Last but not least, when comparing the obtained results with the literature, it was found that the A. vinelandii bacteria form capsules, during the formation of the capsules the shape of the cells changes from an oval to a spherical bacterium and also the size of the given cell is reduced. From the resulting images, it was found that these capsules are made up of two layers, to which literature refers as electron-transparent intine and electron-dense exine.
In the theoretical part, this thesis deals with direct and indirect mechanisms of plant growth-promoting rhizobacteria, which is followed by a section on the selected model organism Azotobacter vinelandii. The second part of the theoretical section deals with electron microscopy starting with the possible interactions of the electron beam with the sample, through types of electron microscopes to various methods of preparing biological samples. The experimental part discusses the cultivation of selected bacterial cultures, the gelation of the cell cultures using chosen cross-linking agents (calcium chloride, malic acid, glucono--lactone with calcium carbonate) and, above all, various methods of preparation and analysis of pure and encapsulated cultures by the means of electron microscopy. In particular, cryogenic scanning electron microscopy and scanning transmission electron microscopy imaging were selected. Using both techniques, poly-3-hydroxybutyrate granules, which were confirmed to be elastic even at cryogenic temperatures, were observed inside the bacteria. Furthermore, it was found that cross-linking of extracellular alginate occurs even in samples without the addition of cross-linking agents. However, the hydrogel network present in these samples was significantly thinner than in samples with the addition of all cross-linking agents used. In this work, the density of the hydrogel network cross-linked with glucono--lactone was also compared. When using this agent with the addition of calcium carbonate, a significantly denser hydrogel network was observed in comparison with using the agent alone. Last but not least, when comparing the obtained results with the literature, it was found that the A. vinelandii bacteria form capsules, during the formation of the capsules the shape of the cells changes from an oval to a spherical bacterium and also the size of the given cell is reduced. From the resulting images, it was found that these capsules are made up of two layers, to which literature refers as electron-transparent intine and electron-dense exine.
Description
Keywords
Elektronová mikroskopie, kryogenní skenovací elektronová mikroskopie (cryo-SEM), skenovací transmisní elektronová mikroskopie (STEM), rhizobakterie podporující růst rostlin (PGPR), Azotobacter vinelandii, alginát, poly-3-hydroxybutyrát., Electron microscopy, cryogenic scanning electron microscopy (cryo-SEM), scanning transmission electron microscopy (STEM), plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR), Azotobacter vinelandii, alginate, poly-3-hydroxybutyrate.
Citation
HAVLÍČKOVÁ, A. Využití pokročilých technik elektronové mikroskopie při ultrastrukturní analýze mikrobiálních buněk a produktů mikrobiálních technologií [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Procesy a materiály medicínských aplikací
Comittee
doc. PharmDr. Ing. Radka Opatřilová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Martin Vala, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
Date of acceptance
2024-05-27
Defence
Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace studentky-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla výborný výtah výsledků své diplomové práce, řádně zodpověděla všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagovala na připomínky. V diskusi tak studentka prokázala výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky diplomové práce. Komise zhodnotila její diplomovou práci celkově jako výbornou.
Pekař: Co všechno je vidět na SEM snímku? Jak funguje síťování kyselinou jablečnou?
Obruča: Pozorovali jste v okolí buněk vyšší koncentraci alginátu?
Vala: Jaké je závěr z porovnání použitých technik pro vizualizaci buněk?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení