Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem
Přírodovědecká fakulta
MYKOLOGIE
KBI/N022, P009, P511, K604
Doc. RNDr. Milan Gryndler, CSc.
Ústí nad Labem 2013
1
Obor:
1501R001 Biologie, 1501T001 Biologie
Klíčová slova:
Růst hub, fyziologie hub, pěstování hub, genetika hub, anaerobní
houby, symbióza, biotechnologie, patogenní houby, toxiny
Anotace:
Houby jsou mikroorganismy s různorodými vlastnostmi, které
nacházejí významné využití v řadě biotechnologií, jejich
biotechnologický potenciál však pravděpodobně ještě není ani zdaleka
využit. V současné době probíhá výzkum vlastností řady druhů hub a
hledání dalších možností jejich využití.
Předmět se proto zaměřuje zejména na ty aspekty mykologie, které
nejsou probírány v jiných předmětech a které jsou důležité teoreticky
nebo pro objasnění úlohy hub v přírodě i jejich význam pro člověka (ať
už v pozitivním nebo negativním smyslu slova).
2
Mykologie - nauka o houbách
Tento text je studijní oporou pro předmět „Mykologie“ vyučovaný na Katedře biologie
UJEP. Je inspirací a sumou námětů pro studium, nelze jej v žádném případě považovat za
výčet minimálních znalostí, postačujících ke složení zkoušky či získání zápočtu. Předmět
předpokládá znalosti získané v kursu „Systém a fylogeneze nižších rostlin“ a navazuje na
něj. Logicky by měly být zahrnuty také houby způsobující onemocnění rostlin. Ty jsou
však pojednány ve speciálním kursu, takže nebyly zařazeny. K úspěšnému studiu je třeba
extenzívní interakce s vyučujícím.
Osnova
1. Historie znalostí o houbách
2. Vymezení hub jako skupiny organismů
3. Kolik druhů hub v přírodě existuje?
4. Diverzita hub
5. Fyziologie hub
5. 1. Základní fyziologická charakteristika hub
5. 2. Uhlíkatá výživa hub - zdroj energie
5. 3. Dusík ve výživě hub
5. 4. Další prvky - makroelementy a mikroelementy
5. 5. Organické látky esenciální povahy
5. 6. Těkavé látky - málo prozkoumaný faktor ovlivňující houbový organismus
6. Růst hub
6. 1. Teoretické modely růstu a jejich konfrontace s pozorováním
6. 2. Kvantifikace růstu hub
7. Houby jako destruenti - rozklad složitých organických látek
7. 1. Houby a rozklad lignocelulózového komplexu
7. 2. Bílá a hnědá hniloba dřeva
8. Pěstování hub člověkem
8. 1. Historie pěstování jedlých hub
8. 2. Příprava substrátu a pěstební technologie
8. 3. Teoretické i praktické poznámky k pěstování jedlých hub
9. Některé důležité aspekty genetiky hub
9. 1. Poznámky ke „klasické“ genetice hub
9. 2. Genetický základ sexuality hub
9. 3. Plasmidy hub
9. 4. Genetické manipulace hub
9. 5. Mykoviry
10. Komunikace houbové buňky s prostředím
10. 1. Obecné poznámky
10. 2. Membránové přenašečové systémy hub
10. 3. Jak lze pozorovat transportní pochody na cytoplazmatické membráně?
11. Houbové toxiny
12. Mykorhizní symbióza
12. 1. Obecné poznámky k mykorhizní symbióze
12. 2. Arbuskulární mykorhizní symbióza
12. 3. Orchideoidní mykorhizní symbióza
12. 4. Ektomykorhizní symbióza
12. 5. Erikoidní mykorhizní symbióza
12. 6. Ekologie mykorhizní symbiózy
3
13. Čarodějné kruhy
15. Mykoparasitismus - parasitismus hub na jiných houbách
16. Symbióza hub s živočichy
17. Anaerobní houby
18. Léčivé houby
19. Antibiotika - příklad praktického využití hub: Penicilin
20. Antibiotika - příklad praktického využití hub: Mucidin
21. Houby patogenní pro člověka
22. Biotechnologie využívající houby
1. Historie znalostí o houbách
Za prvního mykologa bývá považován Ital P. A. Micheli (1679-1737), který
pravděpodobně jako první pozoroval mikroskopem výtrusy kloboukatých hub a spory
nižších hub (tzv. plísní) a uvědomil si, že jde o rozmnožovací částice. S houbami záměrně
experimentoval - přenášel výtrusy na různé substráty a pozoroval růst mycelia. I když
zůstal ve svém poznání dlouho osamocen, položil základy poznání hub jako svébytných
organismů s životním cyklem. Houby byly již velmi záhy zkoumány jako původci chorob
rostlin, o což se zasloužili Italové G. Targioni-Tozzetti (1712-1783) a F. Fontana (17301805). Šlo o zárodek prakticky orientované disciplíny fytopatologie. Velmi úzký vztah
hub a rostlin se také projevil tím, že houby byly zahrnuty do působnosti botaniky a byly
považovány za rostliny.
Systematická mykologie dostala své základy v pracích C. H. Persoona (1755-1837)
a E. M. Friese (1794-1878). Šlo zejména o popisy hub a jejich systematické uspořádání,
založené na zpracování nálezů hub v přírodě a na snaze postihnout jejich morfologii.
Mykologem světového formátu byl liberecký rodák A. K. J. Corda (1809-1849), který
vynikl využitím mikroskopie při studiu hub.
Kvalitativní skok zaznamenala mykologie v pracích bratrů Francouzů Ch. Tulasne (18161884) a L. R. Tulasne (1815-1885), kteří věnovali pozornost životním cyklům hub a
souvislosti mezi pohlavním a nepohlavním stádiem askomycetů. Současně
zaznamenáváme pod vlivem prací L. Pasteura (1822-1895) počátek snah o kultivaci hub
za kontrolovaných podmínek a studium hub jako živých, aktivních organismů. V této
oblasti se uplatnili H. A. de Bary (1831-1888) a M. S. Voronin (1838-1903). De Bary
v roce 1864 objevil pohlavní rozmnožování (gametangiogamii) u houby Rhizopus
nigricans. A. F. Blakeslee (1874-1954) definoval pojmy homothalismus a heterothalismus
(sexualita se u homothalických hub realizuje v rámci jedince, u heterothalických druhů se
realizuje v interakci dvou odlišně laděných jedinců).
Na našem území má studium hub dlouhou a bohatou tradici. Kromě již zmíněného A. K.
J. Cordy jsou počátky vědecké mykologie neoddělitelné od botanika F. M. Opize (17871858). Tito dva badatelé začali ve spolupráci s amatéry se systematickým studiem
mykoflóry našeho území. Pozornost byla věnována i nebezpečným jedovatým houbám,
které byly zpracovány v obrazovém atlasu lékaře prof. V. J. Krombholze (1782-1842), na
jehož vzniku se podílel jako kreslíř i Corda.
Zajímavou osobností české mykologie byl prof. J. Velenovský (1858-1949). Tento
nesmírně agilní člověk nasbíral množství mykologického materiálu zejména v okolí
4
Prahy a publikoval dílo nazvané „České houby“, které obsahuje velké množství popisů
druhů hub a je bohatě ilustrováno. Ukázalo se bohužel, že jde vesměs o popisy již
známých druhů hub a že tedy nejde o popisy platné. Velenovského zanícení pro
mykologii, i když působilo v pozdějších obdobích taxonomům potíže, přineslo veliký
užitek tím, že se přeneslo na jeho žáka prof. K. Cejpa (1900-1979). Ten měl kromě studia
lupenatých hub a nižších hub také široký přehled v mykologické systematice i v dalších
aspektech mykologie. Projevilo se to vydáním brilantní dvoudílné učebnice nazvané
„Houby“. Tato učebnice, i když je v současnosti v řadě hledisek zastaralá, nebyla dosud
překonána co do přehlednosti i detailů podávaných k jednotlivým taxonům. Prof. Cejp
byl významným pedagogem, který vychoval řadu následovníků.
Ve druhé polovině 20. století se ve světě vyvíjela mykologie ve znamení objevu
antibiotika penicilinu, který podnítil zejména studium mikroskopických anamorfních
askomycetů. Důležité byly také tragické zkušenosti se závažnými důsledky masivního
napadení některých zemědělských plodin houbovými patogeny, které způsobovaly lokální
hladomory i v Evropě. Proto se významně rozvíjela také fytopatologie.
Nejnověji, zejména v Asii a jmenovitě v Číně, zaznamenáváme bouřlivý rozvoj
technologií pěstování jedlých hub a nezanedbatelný význam mají i technologie pěstování
některých hub s léčivými účinky. To vše vyžaduje detailní znalosti o životních cyklech a
strategiích hub a o jejich ekologii i fyziologii, které jsou dnes získávány s využitím
nejmodernějších molekulárně genetických metod.
Houby dnes slouží při průmyslové výrobě důležitých chemických látek a máme důvody
se domnívat, že jsou vhodnými modelovými organismy použitelnými jako buněčné
továrny („cell factories“), které by v budoucnu mohly sloužit k výrobě cizorodých
peptidů a proteinů.
2. Vymezení hub jako skupiny organismů
Houby jsou skupinou organismů, která je zdánlivě dobře definována. Při bližším pohledu
však zjistíme, že jde o intuitivní názor, který je založen na empirické zkušenosti
s určitými typickými skupinami hub. Ve skutečnosti je ale definice hub jako taxonomické
skupiny (taxonu) obtížná přesto, že každá taxonomická skupina by měla mít závazný
popis, který ji vymezuje. V případě hub se někdy uvádí, že takovým popisem je práce:
Moore RT (1980) Taxonomic proposals for the classification of marine yeasts and other
yeast-like fungi including the smuts. Botanica Marina 23: 361-373. Platnost a užitečnost
tohoto popisu je však sporná, mj. i proto, že jde práci obtížně dostupnou, zastaralou a
významem omezenou. Bude proto užitečné si houby přiblížit na základě
charakteristických vlastností, které jsou při studiu hub různými systematiky respektovány.
Je třeba mít na paměti, že pravděpodobně nejdůležitějším úkolem systematiky není
„škatulkování“ (vzájemné odlišování) organismů, nýbrž postihnutí jejich vývojových
vztahů, tedy vzájemné příbuznosti.
Pro vymezení taxonu „Houby“ jsou důležité tyto charakteristické vlastnosti:
Heterotrofní osmotrofní výživa. Fagotrofní výživa byla pravděpodobně ztracena.
Buněčná stěna je přítomna a složena z polysacharidů, často obsahuje chitin.
Syntéza aminokyseliny lyzinu probíhá přes dráhu kyseliny alfa-aminoadipové.
Molekulárně genetické znaky.
5
Simpson a Roger (2004) považují houby za podskupinou říše Ophistokonta bez udané
úrovně rankingu (hierarchické úrovně), společně s volně žijícími amébami
(nukleariidami). Cavalier-Smith (1998) považuje houby za samostatnou heterotrofní říši s
vyloučením všech amébovitých organismů. Hibbett et. al. (Mycological Research 111:
509-547, 2007) neřeší vymezení hub, mlčky přijímá systém Cavaliera-Smithe (1998).
Hibbettova práce je přesto velmi uznávána zejména mezi molekulárními taxonomy. Jako
klasifikační kritéria využívá geny pro alfa a beta tubulin, jaderné geny LSU, SSU, 5.8S
rRNA, mitochondriální geny LSU, SSU, gen pro translační elongační faktor EF-1alfa a
gen pro podjednotky RNA polymerázy II RPB1 a RPB2. Nespoléhá tedy na jediný znak
a místo toho kombinuje řadu znaků, čímž dosahuje zvýšení spolehlivosti.
Důsledkem aplikace molekulárně genetických znaků (podobnosti genu pro beta tubulin)
je například překvapivý objev příslušnosti jednoduchých parazitických organismů dříve
považovaných za prvoky, mikrosporidií, mezi houby (Keeling et al. 2000, Molecular
Biology and Evolution 17: 23–31). V tomto případě morfologie zcela klame a pouze
molekulárně genetické znaky projevují skutečnou vývojovou souvislost mikrosporidií
s ostatními houbami.
Paleontologické nálezy vyšších hub (askomycetů a basidiomycetů) jsou poměrně chudé a
týkají se většinou dřevokazných hub nebo hub asociovaných s rostlinami, které lze někdy
rozeznat v uhelných slojích, v petrifikovaných kořenových pletivech a v jantaru. Dobře
zachovaná struktura plodnice fosilního askomycetu pochází z doby před asi 100 miliony
let (křída). Mnohem starší jsou nálezy hub náležejících do oddělení Glomeromycota,
které pocházejí z doby před cca 460 miliony let. Informace o paleontologických nálezech
hub jsou tak útržkovité, že nedovolují souvisle rekonstruovat vývojové vztahy mezi
jednotlivými skupinami hub.
3. Kolik druhů hub v přírodě existuje?
Důležitou otázkou je odhad počtu druhů hub v přírodě. Je zřejmé, že známé druhy hub
tvoří jen malou část skutečného celkového počtu druhů hub, tedy včetně těch dosud
neznámých. Takový odhad je výzvou pro teoretiky i pozorovatele/taxonomy a je
komplikován několika problémy. Prvním z nich spočívá v nejasnosti definice druhu u
hub. Nelze zvolit takovou přesnou definici, která by byla použitelná pro všechny skupiny
hub. Komplikací je například to, že nezřídka nejsme u hub schopni definovat ani
biologické individuum (jedince) nebo mezi houbovými skupinami nacházíme propastné
rozdíly v jejich genetické struktuře. Dalším problémem je praktická detekce hub
v prostředí. Jen málo druhů hub lze odhalit prostým pozorováním (např. inventarizací
plodnic). Také kultivační metody selhávají, protože kultivovat lze opět jen malou část
hub. To samozřejmě zatěžuje odhad počtu druhů značnou chybou.
Jedním ze způsobů odhadu počtu druhů je příklad takového odhadu u živočichů. Mora et
al. (2011, PLoS Biol. 9(8) e1001+127) k tomu využili saturačních závislostí objevu
různých taxonomických jednotek v čase. Po vynesení odhadovaného celkového vhodně
transformovaného počtu vyšších taxonů proti taxonomické úrovni (rod, čeleď, řád, třída,
oddělení) lze pozorovat lineární závislost, z níž vyplývá intuitivní schopnost taxonomů
volit taxonomické úrovně tak, aby byly jejich vzájemné „vzdálenosti“ po dvojnásobně
logaritmické transformaci přibližně ekvidistantní. V případě druhu však nelze tuto
6
„vzdálenost“ přímo určit, protože závislost počtu známých druhů na čase je velmi daleko
od saturace (nelze spolehlivě popsat její křivost). Popisovaný odhad však spoléhá na to,
že vzdálenosti mezi taxony jsou ve výše zmíněné závislosti ekvidistantní (intuice
taxonomů), čili odstraněním transformace dat lze stanovit odhad počtu druhů. Jako
všechny odhady počtu druhů je i tento odhad sporný, je zatížen řadou možná
neopodstatněných předpokladů a je tudíž nepřesný. Jde však o zajímavé intelektuální
cvičení. Odhady počtu druhů hub jsou ještě podstatně nepřesnější než odhady počtu druhů
živočichů a pohybují většinou ve stovkách tisíc.
Blackwell (2011, Am. J. Bot. 98: 426-438) uvádí, že pravděpodobný počet druhů hub by
mohl být až 5.1 milionu. Tak velký počet druhů naznačují molekulárně genetické práce,
zejména práce založené na masivně paralelním sekvenování amplikonů environmentální
DNA. Houby se tak stávají skupinou, která je extrémně bohatá na druhy a která v tomto
směru snese srovnání i s hmyzem. Odpovídá to extrémní variabilitě substrátů, které
mohou být v přírodě houbami osídleny a využity.
Budeme-li akceptovat pojetí hub podle Cavaliera-Smithe (2008) jako samostatné říše (s
respektováním pozdějších změn), můžeme v ní odlišit skupiny zástupců s různou
taxonomickou úrovní. Zejména lze vyčlenit výraznou skupinu pokročilých hub na úrovni
podříše, zvanou Dikarya, která zahrnuje zástupce tvořící alespoň v některých stádiích
životního cyklu hyfy s dvojjadernými buňkami. Patří sem stopkovýtrusé a vřeckovýtrusé
houby (Basidiomycota resp. Ascomycota, úroveň oddělení). Mezi houby dále patří
oddělení Chytridiomycota, Neocallimastigomycota, Blastocladiomycota, Glomeromycota
a Microsporidia. Řadíme sem také polyfyletickou (umělou) skupinu Zygomycota, která
dnes jako celek není uznávána a je tvořena několika skupinami hub nejistého zařazení.
4. Diverzita hub
Diverzita je taxonomická rozmanitost. Hodnocení diverzity organismů (včetně hub)
spočívá v hodnocení bohatosti jejich společenstev. Toto hodnocení je v případě hub
zatíženo metodickými obtížemi při jejich detekci. Známe například houby kultivovatelné
a nekultivovatelné a jen ty kultivovatelné (kterých je výrazná menšina) lze hodnotit
kultivačními metodami. Výrazné zlepšení vypovídací hodnoty detekčních metod znamená
zavedení molekulárně genetických postupů, zejména postupů sekvenačních (next
generation sequencing). Tyto postupy kultivovatelnost organismu nepředpokládají.
V optimálním případě by bylo při popisu diverzity na hodnocené lokalitě detekovat a
kvantifikovat veškeré druhy hub, které se zde vyskytují. To je ale z praktických důvodů
většinou nerealizovatelné. Velmi dobrým způsobem odhadu počtu druhů je tzv.
rarefakční analýza, při níž do grafu vynášíme počet zjištěných druhů nebo tzv. operačních
taxonomických jednotek (OTU) proti vzorkovacímu úsilí (počet vzorků, počet
hodnocených sekvencí atd.). Získáme saturační křivku, z níž lze při dostatečné křivosti
(dostatečné tzv. hloubce vzorkování) zjistit saturační hodnotu, tj. počet druhů či OTU.
OTU je jakákoli detekovaná taxonomická jednotka s vnitřní konzistencí ale nejasné
úrovně. Může jít např. o skupinu vzájemně podobných sekvencí s neznámou identitou. Při
vzorkování nejprve zjišťujeme nové dosud nezaregistrované druhy či OTU velmi často.
S postupem času (vzorkovacím úsilím, zvyšujícím se počtem analyzovaných vzorků)
frekvence nálezů dosud nedetekovaných druhů/OTU klesá a křivka závislosti počtu
nalezených druhů/OTU na vzorkovacím úsilí se zakřivuje, tedy nastává saturace.
7
Podrobná analýza řady pozorování ukazuje, že potřebné vzorkovací úsilí musí být velmi
značné, máme-li na lokalitě zachytit např. 90% druhů a může vyžadovat tisíce až desítky
tisíc analyzovaných sekvencí nebo vzorků. Tato skutečnost je pozoruhodná zejména
proto, že mnoho např. ekologických prací, vyvozujících dalekosáhlé závěry o ekologii
organismů, vychází z velmi malých souborů dat, kdy nedostatečné vzorkovací úsilí
nedovoluje ani zdaleka vyhodnotit saturační úroveň. Takové práce nedávají dobrou
představu o diverzitě sledované skupiny. V případě půdních druhů hub může počet jejich
OTU dosahovat několika set v 1 gramu půdy.
5. Fyziologie hub
5. 1. Základní fyziologická charakteristika hub
Fyziologie hub se zabývá studiem životních funkcí hub a jednotlivých pochodů v jejich
těle (stélce). Protože mnohé z těchto pochodů jsou obecně platné pro živé organismy,
uvedeme zde ty procesy, které jsou buď pro houby specifické, nebo jsou pro vysvětlení
fyziologie hub podstatné. Některá z těchto témat jsou však společná i pro jiné obory
biologie, především mikrobiologie. Největším českým odborníkem ve fyziologii hub je
dr. Václav Šašek, který se v době svého působení v Mikrobiologickém ústavu
ČSAV/AVČR fyziologii hub intenzívně věnoval. Části tohoto textu, které se věnují
fyziologii hub, proto se svolením dr. Šaška vycházejí z jeho názorů a jím zpracovaných
textů.
Již bylo uvedeno, že se houby živí osmotrofně tím způsobem, že buď přijímají z prostředí
jednoduché organické molekuly, které se zde vyskytují, nebo si tyto jednoduché molekuly
v prostředí vyrábějí enzymatickou hydrolýzou složitějších látek, např. polysacharidů.
K tomu mnoho hub produkuje příslušné extracelulární enzymy. Způsob výživy zodpovídá
za charakteristický tvar houbové stélky i za mimořádnou závislost hub na vlhkosti
vnějšího prostředí, které umožňuje difuzní šíření živin v prostředí.
Zajímavou kapitolou fyziologie hub je tzv. oligotrofní růst. Je to růst, který probíhá
v prostředí s extrémně nízkou koncentrací využitelných organických látek nebo
minerálních živin. Růst byl dokonce pozorován v destilované vodě, do níž se organické
látky mohly dostávat ze vzduchu v plynné formě a stopy minerálních látek v podobě
prachových částeček.
Pro houby je obecně charakteristické, že jsou schopné jako zdroj energie a živin využívat
velmi rozmanité organické substráty. Některé druhy hub jsou však naopak často značně
selektivní v nárocích na živiny a jsou schopné růst pouze na určitých substrátech. Tato
jejich charakteristika je dána rozmanitostí jejich ekologických funkcí a nik, které
zaujímají. Aby určitý substrát byla houba schopna využít, musí být splněny tři
předpoklady.
l. Houba musí být schopna syntetizovat a vylučovat enzymy potřebné pro hydrolýzu
substrátu na malé molekuly, které může houba osmotrofním způsobem přijmout.
Enzymová výbava houby proto odráží její ekologické funkce: např. celulolytické houby
jsou vybaveny celulolytickými enzymy.
2. Houba musí mít transportní mechanismy pro přenos jednoduchých látek (například
produktů enzymatického štěpení látek složitějších) do buňky. Vlastnosti transportní
mechanismů (přenašečových sytémů lokalizovaných v cytoplazmatické membráně) také
8
určují kultivační vlastnosti určité houby a její schopnost kompetice o živiny s ostatními
organismy v prostředí.
3. Houba musí být vybavena metabolickým aparátem potřebným pro zpracování
absorbovaných molekul na zdroje energie nebo stavební jednotky pro syntézu látek
potřebných pro růst a vývoj.
Není-li splněn některý z těchto předpokladů, houba není schopna růstu v prostředí, které
je jinak na živiny bohaté. Kromě toho může být příjem a metabolismus živin omezen
vnějšími podmínkami prostředí.
5. 2. Uhlíkatá výživa hub - zdroj energie
Uhlíkaté látky mají ve fyziologii hub dvě základní funkce: jsou zdrojem uhlíku pro
syntézu metabolitů nezbytných pro růst a vývoj houby (sacharidy, proteiny, lipidy,
nukleové kyseliny) a jejich oxidací získává houba zdroj energie nezbytný pro funkci
základních životních procesů. Houby jako celek jsou schopné metabolizovat velice
rozmanité uhlíkaté látky od malých molekul organických kyselin nebo monosacharidů až
po složité polymery jakými jsou polysacharidy nebo lignin.
Nejjednodušší sloučenina, kterou všechny houby dovedou využívat jako zdroj energie je
monosacharid glukóza. Metabolismus glukózy uvnitř houbové buňky nastává prakticky
ihned, protože houby mají všechny k tomu potřebné enzymy, tzv. enzymy konstitutivní.
Další monosacharidy (fruktóza, manóza, galaktóza) jsou houbami obecně využívány
dobře a nárůst biomasy je obdobný jako na glukóze, avšak metabolismus těchto cukrů
začíná poněkud opožděně - příslušné enzymy se musí teprve nasyntetizovat (enzymy jsou
substrátem indukovány a nazývají se proto adaptivní). Z pentóz mnohé houby dobře
metabolizují xylózu, zatímco jen menší množství hub je schopné využívat arabinózu.
Růst na disacharidech, oligosacharidech a polysacharidech vyžaduje syntézu
hydrolytických enzymů, které jsou většinou (i když ne vždy) extracelulární. Protože tyto
enzymy většinou nejsou konstitutivní, růst začíná až po určité fázi adaptace. Chybí-li tyto
enzymy, houba substrát nemůže využít. Například většina hub k růstu dobře využívá
jednotlivé monosacharidy, ale nikoli větší molekuly složené z těchto monosacharidových
subjednotek. To dokumentuje zjištění u hub Rhizopus nigricans, Blakeslea trispora a
Sordaria fimicola, které nerostou na sacharóze, i když glukózu i fruktózu jako substrát
využívají dobře. Jsou ale známy případy, kdy houby přijímají di- i trisacharidy
přenašečovým systémem.
Z ekologického hlediska je způsob výživy hub rozlišen tím, z jakých zdrojů přijímají
živiny. Houby saprotrofní rostou na mrtvých tělech rostlin nebo živočichů, anebo na
zbytcích organického původu, které mohou být v různém stadiu rozkladu. Protože
organickou hmotu dále rozkládají, jsou tyto houby nazývány rozkladači či destruenty.
Houby spolu s baktériemi mají významnou funkci v koloběhu živin v přírodě, protože
rozkládají všechen organický materiál, který se na zeměkouli v důsledku činnosti
zelených rostlin stále vytváří. Podílejí se na vzniku humusu, organické látky postupně
mineralizují. Tím vznikají látky, které se opět stávají živinami rostlin.
Jiné houby získávají organické látky přímo z živých organismů. Pokud těmto
organismům škodí, případně způsobí jejich smrt, jsou to paraziti. Parazitické houby
bývají často specializovány na určitého hostitele, např. paraziti rostlin, jako jsou padlí, rzi
9
a sněti. Jiné houby vyvolávají nemoci u živočichů, včetně člověka (houby patogenní). Ale
i u specializovaných parazitů nebo patogenů bývá zahrnuta v jejich životním cyklu
saprofytická fáze, kterou většinou prožívají v půdě na zbytcích organického materiálu
obdobného substrátu hostitele. U parazitických hub se někdy vytvářejí specializované
útvary, které jim umožňují účinné napadení a využití hostitele. U rostlinných parazitů
jsou to haustoria, což jsou rozvětvené hyfy uvnitř buněk hostitele, jimiž houba čerpá z
hostitele živiny. Některé houby jsou dokonce schopné lovit drobné živočichy, jmenovitě
háďátka, a to pomocí modifikovaných hyfových struktur. Tyto dravé houby mají na
myceliu prstencovité smyčky složené z kontraktilních buněk. Když háďátko v půdě
prstencem prolézá, buňky se smrští a zachycené háďátko se tak stane kořistí houby.
Buňky prstence některých druhů hub se při podráždění nesmršťují a zeslizovatí a tím
zvětší svůj objem. Živočich je tak v prstenci sevřen jako ve svěráku. V nejjednodušším
případě stačí, když se živočich zaklíní v myceliu a houba má dostatek času proniknout do
jeho těla.
Zajímavým případem využívání jiných organismů je konzumace bakterií přítomných
v nesterilním substrátu při pěstování žampiónů. Žampión produkuje lytické enzymy,
kterými způsobuje rozpouštění bakteriálních buněk. Žampión tak uvolňuje z baktérií
jednoduché látky, kterými se živí. Tento způsob výživy by bylo možné nazvat
fakultativní bakteriofágií.
Jestliže houba z hostitele čerpá živiny, avšak neškodí mu, naopak z tohoto spojení mají
obě zúčastněné strany užitek, nejedná se o parazitismus, ale o symbiózu. V této symbióze
mohou být houbovými partnery cévnaté rostliny, řasy nebo sinice, nebo dokonce i
živočichové. Některé případy soužití jsou zmíněny dále. Houby mohou také obývat
povrch těla živočicha nebo rostliny, případně jeho vnitřní orgány, aniž by svému hostiteli
jakkoli škodil. Potom jde o komensalismus.
5. 3. Dusík ve výživě hub
Pro růst a vývoj hub je nepostradatelným prvkem dusík. Houby potřebují dusík k syntéze
rozmanitých sloučenin, jako jsou aminokyseliny, bílkoviny, purinové a pyrimidinové
báze, nukleové kyseliny, glukosamin, chitin a různé vitamíny. Většina hub je schopná
využívat jednoduché anorganické zdroje dusíku jakož i organické zdroje, především
aminokyseliny. V houbové buňce aminokyseliny obvykle slouží jako donor dusíku pro
syntézu složitějších molekul. Určitý zdroj dusíku, který houba přijímá z živného media,
musí být v buňce přeměněn na aminokyselinu a až poté může být houbou dále využit.
Lilly (1965) původně rozdělil houby do 4 skupin, podle toho, jaký typ zdroje dusíku jsou
schopné utilizovat.
První skupina v tabulce nemá dnes již opodstatnění. Vznikla na základě interpretace
pokusů, které "dokazovaly", že některé houby jsou schopné fixovat vzdušný dusík. Dosti
početné práce o fixaci dusíku houbami (především kvasinkami) byly koncem 60. let
vyvráceny tím, že popsané pokusy byly opakovány za pečlivě kontrolovaných podmínek.
Jako možné metodické chyby byly uvedeny: asimilace stopových zdrojů dusíku v
atmosféře (NH3, NO, N2O), nepřesnost stanovování obsahu dusíku Kjeldahlovou
metodou, kontaminace značeného 15N2 stopami 15NH3). Později byly publikovány
výsledky o údajné fixaci dusíku myceliem houby Pleurotus ostreatus kultivovaném na
slámovém substrátu. Ty vycházely ze zjištění, že na konci kultivace bylo v substrátu
10
absolutní množství dusíku vyšší než na počátku. Zde se velmi pravděpodobně jedná o
fixaci dusíku baktériemi, které slámový substrát kontaminovaly. Substrát totiž nebyl
sterilizován, ale pouze pasterizován a sporulující baktérie (z nichž některé druhy dusík
fixují) v substrátu přežily. Nelze ovšem vyloučit i možnost nějaké symbiózy dusík
fixujících prokaryot s uvedenou houbou. Pro prvé vysvětlení svědčí pozorování z přírody,
že na hnijícím dřevu, kde je vyšší vlhkost, se uchycují a rostou baktérie, které jsou
schopné dusík fixovat. Vylepšují tak dřevokazné houbě dusíkovou bilanci. Lze shrnout,
že fixace dusíku byla prokázána pouze u prokaryot (některých baktérií a sinic), které jsou
jako jediné dosud známé organismy vybaveny nitrogenázovým enzymovým komplexem
redukujícím molekulu N2 na dvě molekuly NH3.
Schopnost využívat nitrát má převážná většina hub (2. skupina). Nepatří sem však mnozí
zástupci bazidiomycetů, dále řádu Blastocladiales a čeledi Saprolegniaceae, u nichž
schopnost metabolizovat nitráty zjištěna nebyla. Ta totiž souvisí s aktivitou dvou enzymů
- nitrát reduktázy a nitrit reduktázy. Nitrát reduktáza katalyzuje přenos elektronů z
NADPH na nitrát. K tomu vyžaduje molybden a železo jako kofaktory. Bylo zjištěno, že
tento enzym se účastní i přenosu nitrátů z prostředí do houbové buňky. Nitrit reduktáza,
která se podílí na další redukci, je enzymem dosti zvláštním. Je schopna přenosu šesti
elektronů z nitritů až na amoniak, a to jediným enzymatickým krokem. V dalším kroku
dochází k inkorporaci amonných iontů do organických molekul, zejména aminokyselin.
Důležitou funci má kyselina glutamová, jejíž vznik z kyseliny alfa-ketoglutarové je
katalyzován enzymem glutamát dehydrogenázou. Z glutamátu může další aminací (za
účasti enzymu glutamin syntetázy) vzniknout glutamin; nebo glutamová kyselina slouží
jako donor amoniaku při syntéze ostatních aminokyselin transaminační reakcí. V této
reakci glutamát (někdy i aspartát) předává svou aminoskupinu jiné alfa-keto kyselině.
Jsou-li v živném mediu přítomny jako zdroj dusíku amonné soli, většina hub (3. skupina)
je schopna je využívat jako jediný zdroj dusíku. Amonné ionty však hrají při růstu a
vývoji některých hub i určitou regulační úlohu - při metabolismu bílkovin a tvorbě
rozmnožovacích orgánů. Aktivita nitrát reduktázy je specificky indukována nitráty, avšak
je potlačena přítomností amonných iontů v mediu. V živných mediích je často jako zdroj
dusíku používán dusičnan amonný. Houby nejprve využijí ammoné ionty a až po jejich
úplné spotřebě dojde k využívání nitrátu. To se přirozeně odráží i v průběhu pH media spotřeba amonných iontů je doprovázena poklesem pH.
Většina hub (4. skupina) je schopná využívat jako zdroj uhlíku aminokyseliny, avšak ne
všechny jsou využívány stejně. To souvisí se specifickou schopností transportu
jednotlivých aminokyselin přes cytoplasmatickou membránu, protože se většinou jedná o
aktivní transport. Využívání peptidů a proteinů kromě toho závisí na schopností produkce
extracelulárních proteáz. Jen malý počet houbových druhů není schopen metabolizovat
žádný anorganický zdroj N (houby patřící do 4. skupiny) a pro svůj růst nejčastěji
vyžadují jako zdroj N glutamát nebo asparagin (někdy valin, cystein nebo leucin). Pro
úplnost je třeba zmínit, že četné druhy hub jako zdroj N dovedou využívat i močovinu,
protože produkují ureázu, která štěpí močovinu na oxid uhličitý a amoniak.
Pokud je v prostředí amonná forma dusíku lze pozorovat oxidativní procesy působené
houbami (oxidaci amonného dusíku na dusitan, snad až dusičnan) ale nepodařilo se
prokázat, že takto uvolněná energie může být houbou skutečně využita. Chemolithotrofie
tedy nebyla prokázána. Naproti tomu jsou některé houby v prostředí s velmi nízkou
11
dostupností kyslíku schopny redukovat dusičnan na N2O, nebo dusitan, čímž ve svém
metabolismu regenerují oxidační ekvivalent.
5. 4. Další prvky - makroelementy a mikroelementy
Kromě již zmíněného uhlíku a dusíku houby potřebují k růstu a vývoji ve větších
množstvích další prvky, tzv. makroelementy, které získávají z různých zdrojů. Dva z nich
(vodík, kyslík) jsou získávány z organických látek, CO2, O2 a H2O. Dalšími
makroelementy jsou S, P, Mg, K a pro některé houby i Ca.
Jako zdroj síry je většina hub schopná využívat sulfáty, které se dostávají do buněk
aktivním transportem. V houbové buňce jsou sulfáty zabudovávány do organických
molekul - některých aminokyselin, bílkovin a koenzymů. V některých houbách byla síra
zjištěna dokonce i ve formě elementární, a to v klidových formách - konidiích,
chlamydosporách a sklerociích, kde zřejmě působí jako faktor inhibující klíčení.
Fosfor se v houbách vyskytuje ve formě fosfátů (H2PO4-, HPO42-). V této formě je
integrální součástí makromolekul - DNA, RNA a fosfolipidů, jakož i menších molekul –
NAD, NADP, FAD, vitaminu B12, thiaminpyrofosfátu, pyridoxalfosfátu a koenzymu A.
Dále je obsažen v nukleotidech a deoxyribonukleotidech. Fosfor je úzce spojen s
přeměnami energie v buňce, neboť jej obsahuje i nejdůležitější energetické „platidlo“:
ATP. Buňky proto někdy tvoří zásoby velkého množství fosforu. Z důvodů neutralizace
osmotického působení zásobních fosfátů může být v buňkách koncentrace volných
fosfátů omezován jejich polymerizací, a tvorbou polyfosfátů ve vakuolách. Někdy jde o
polyfosfáty hořečnaté. Do houbových buněk se fosfor dostává aktivním transportem
především ve formě H2PO4- iontu.
Všechny houby potřebují k růstu hořčík, který má četné regulační funkce. ATP a ADP v
houbové buňce mají, vzhledem k negativnímu náboji fosfátové skupiny, afinitu k
hořčíkovým iontům. Ionty hořčíku a manganu tvoří komplexy s nukleotidy a tak většina
metabolických reakcí, které zahrnují přenos fosfátových skupin, vyžadují buď Mg2+ nebo
Mn2+ jako kofaktory. Hořčík kromě toho ovlivňuje strukturu a funkci buněčných
membrán.
Hlavní role draslíku v houbách je v regulaci buněčného osmotického potenciálu, který
ovlivňuje vstup vody do buňky a vznik turgoru nezbytného k růstu. Fyziologický účinek
draselných iontů souvisí s transportními mechanismy. Draslík se rovněž váže na některé
buněčné bílkoviny a aktivuje některé enzymy.
Růst a rozmnožování mnohých hub ovlivňuje přídavek vápníku v kultivačním mediu.
Vápník rovněž v mnohých případech ovlivňuje tvorbu rozmnožovacích orgánů hub.
Vápník se v houbových buňkách váže na různé membrány a má vliv na funkci
mikrotubulů a mikrofilamentů. Zdá se, že Ca není pro růst řady hub nepostradatelným
prvkem, protože není obsažen v některých definovaných médiích určených pro houby.
Snad může být nahrazen jiným dvojmocným kationtem, např. hořečnatým.
Stopové prvky (mikroelementy), které většina hub potřebuje k růstu, byť ve velmi
nízkých koncentracích jsou železo, měď, mangan, zinek a molybden. Všechny fungují
jako kofaktory různých enzymů. Železo slouží jednak jako aktivátor některých enzymů,
12
jednak jako složka porfyrinů, které jsou důležité při přenosu elektronů. Rovněž měď
funguje jako aktivátor některých houbových enzymů, především oxidáz. Koncentace
mědi v živném mediu však musí být vyvážená, protože vyšší koncentrace působí na růst
hub inhibičně. U většiny hub jsou ionty manganu transportovány do buňky stejnými
přenašeči ako ionty hořčíku. Potřebou manganu se houby značně liší. V mnohých
případech absolutní nedostatek manganu v kultivačním mediu vyvolává morfologické
změny mycelia. Vysoké koncentrace iontů manganu v prostředí mohou někdy mít
neobvyklé následky; např. u kvasinek vyšší koncentrace Mn iontů inhibuje jaderné dělení
a zvláště replikaci mitochondriální DNA. Zinek, jehož funkce byla studována především
u kvasinek, se podobně jako některé jiné divalentní kationty, nejprve adsorbuje na nabitá
místa na plasmatické membráně, a pak je do buňky přenášen aktivním transportem. Zinek
je funkční komponentou mnohých houbových enzymů, včetně těch, které se podílejí na
syntéze DNA a RNA. Proto nepřítomnost zinku v kultivačním mediu má rozmanité
fyziologické důsledky. Je potlačena syntéza nukleových kyselin a proteinů. U některých
dimorfních hub zvýšená koncentrace zinku stimuluje tvorbu kvasinkovitých forem a
konečně zinek ovlivňuje i produkci některých houbových metabolitů (např. kyseliny
citronové nebo některých pigmentů). Molybden je potřebným kofaktorem pro aktivitu
xanthin dehydrogenázy. Vyšší koncentrace molybdenu v mediu inhibují růst
Saccharomyces cerevisiae tím, že se v mediu váží na glukózu. Kobalt se sice podílí na
mnohých reakcích v houbových buňkách, jeho úloha však není dosud zcela jasná, protože
enzymy, které jsou ionty kobaltu aktivovány, jsou rovněž aktivována jinými divalentními
kationty. Úlohu mikroelementů lze shrnout asi následovně. Většinou fungují jako
kofaktory enzymů. Většina poznatků byla získána na modelech kvasinek a proto,
vzhledem k velké fyziologické variabilitě hub, nelze tyto poznatky úplně zobecňovat.
5. 5. Organické látky esenciální povahy
Houby potřebují ke svému růstu a vývoji malá množství různých organických látek. Tyto
látky neslouží jako živiny v pravém slova smyslu (jako jsou např. zdroje uhlíku, dusíku a
minerálních látek), jsou však pro růst potřebné ve velmi nízkých koncentracích. Rozdíl
mezi vitamíny a ostatními růstovými látkami je především v požadovaných
koncentracích. U vitamínů je to koncentrace mikromolární nebo menší, u ostatních
růstových látek je vyšší. Vitamíny fungují jako koenzymy, ostatní růstové látky jsou
strukturálními elementy. Nároky na vitamíny se houby velice liší, a to nejen různé druhy,
ale i kmeny jednoho druhu. Potřebnost vitamínů je někdy absolutní (daná houba bez
příslušného vitamínu vůbec neroste) nebo částečná (přídavek vitamínu v mediu zvyšuje
růst). Někdy potřebnost vitamínu ovlivňuje kultivační teplota a složení media, případě je
potřeba vitamínu pouze v určitém vývojovém stadiu. Některé houby dovedou určitý
vitamín syntetizovat z prekursorů, např. v případě thiaminu. Molekula thiaminu se skládá
z pyrimidinového a thiazolového kruhu. Některé houby, mají-li v mediu obě tyto složky,
z nich thiamin dovedou vyrobit, jiné potřebují pouze pyrimidinovou část a další zase
pouze část thiazolovou. Obecně jsou pro houby nejdůležitějšími vitamíny thiamin, biotin,
riboflavin, pyridoxin, niacin, pantothenová kyselina a listová kyselina. Z dosud
dostupných informací nelze činit závěry, které by dávaly do souvislosti taxonomickou
příslušnost nebo ekologickou charakteristiku hub a jejich požadavky na různé vitamíny. Z
růstových látek houby nejčastěji vyžadují inositol, dále některé mastné kyseliny, rostlinné
hormony a některé těkavé látky.
13
Z vitamínů houby nečastěji potřebují thiamin (vitamín B1). Thiamin funguje ve formě
thiaminpyrofosfátu jako koenzym pro několik enzymů, které v metabolismu houbové
buňky katalyzují odstranění a přenos aldehydických skupin. U obtížně kultivovatelných
hub se v kultivačních médiích používá ve vysokých koncentracích dokonce až 100 mg/l.
Na druhém místě, co do četnosti požadavků hub, je biotin (vitamín H). V aktivní formě je
biotin kovalentně spojen se zbytkem lysinu na aktivních místech určitých karboxyláz.
Tento biotin-lysin komplex funguje jako koenzym při přenosu CO2 nebo karboxylových
skupin. Biotin je kofaktorem pro acetyl-CoA karboxylázu, čímž hraje důležitou roli při
syntéze lipidů. Biotin je u některých hub nepostradatelnou složkou kultivačních médií.
Působí obtíže při přípravě médií, protože je termolabilní (nesnáší autoklávování) a jeho
zásobní roztok se proto musí sterilizovat filtrací a přidávat do částečně vychladlého
média. Riboflavin (vitamín B2) je součástí flavinových koenzymů, které se podílejí na
přenosu elektronů. Pyridoxin (vitamín B6) je kofaktorem enzymů pro transaminační
reakce. Niacin (nikotinová kyselina) je v houbové buňce konvergován na nikotinamid a
jako takový je klíčovou součástí koenzymů nikotinamidadenindinukleotidu (NAD) a
nikotinamidadenindinukleotidfosfátu (NADP). Protože nikotinamidová složka je schopná
reverzibilních oxidačních a redukčních změn, jsou tyto koenzymy klíčové při reakcích
spojených s přenosem elektronů. Z mnohých enzymů, které vyžadují NAD/NADH, jsou
důležité
glukóza-6-fosfát
dehydrogenáza,
glycerolaldehyd-3-fosfát
zvláště
dehydrogenáza, isocitrát dehydrogenáza, nitrát reduktáza a NAD dehydrogenáza
respiračního řetězce přenosu elektronů. Pantothenová kyselina je komponentou
koenzymu A (CoA) a jako taková je důležitá při přenosu acetylových (CH3CO-) skupin.
Jedním z nejdůležitějších CoA derivátů je acetyl-CoA (CH3CO-CoA), který hraje
ústřední roli při syntéze a degradaci sacharidů, mastných kyselin, steroidů a
aminokyselin. Listová kyselina, respektive její deriváty, jsou důležitými koenzymy v
přenosu jednotek s jedním uhlíkem. Při formulaci kultivačních médií je třeba věnovat
vitamínům zvláštní pozornost, protože i jejich příliš vysoká koncentrace způsobuje
zhoršení nebo až zástavu růstu.
Z dalších růstových látek je nutné na prvém místě jmenovat inositol. Je to plně
hydroxylovaný derivát cyklohexanu, jehož jeden ze stereoisomerů - myoinositol - má v
metabolismu hub funkci růstové látky. Někdy je zařazován mezi vitamíny, i když jeho
primární funkce je jako strukturální komponenta určitých fosfolipidů. Jsou to fosfolipidy
buněčné membrány a inositol hraje roli při syntéze polysacharidů tvořících buněčnou
stěnu. O některých mastných kyselinách bylo zjištěno, že jejich nízká koncentrace v
kultivačním mediu stimuluje růst a ovlivňuje vývoj některých druhů hub. Protože mnohé
houby jsou původci rostlinných chorob, byl sledován účinek rostlinných hormonů,
především giberelinů a auxinů, na růst a vývoj hub. V nízkých koncentracích mnohdy
tyto látky vykazovaly stimulační účinky. Mají také zřejmě nějaký význam při
morfogenezi plodnic.
5. 6. Těkavé látky - málo prozkoumaný faktor ovlivňující houbový organismus
Různé těkavé látky (jejich struktura však většinou není známa) projevily stimulační nebo
inhibiční, někdy i morfogenetický vliv na růst některých hub. Např. těkavé látky z
čerstvého dřeva často brzdily růst některých dřevokazných hub, zatímco těkavé látky ze
dřeva, které bylo teplotně ošetřeno, jejich růst stimulovaly. Na rozdíl od vitamínů
mechanismus účinku růstových látek většinou není znám. Poměrně významnou látkou
mezi těkavými látkami je etylén, tzv. hormon stárnutí a zrání rostlin. Zdá se, že etylén
14
ovlivňuje chování některých fytopatogenních hub a hub ektomykorhizních a je možné, že
může ovlivňovat sezonalitu chování hub.
Bylo také pozorováno, že růst arbuskulárních mykorhizních hub je značně ovlivňován
oxidem uhličitým. Oxid uhličitý má také vliv na produkci a vývoj zárodků plodnic
(primordií) makromycetů, například u pěstovaných žampionů. Protože studium vlivu
těkavých látek na houby je po metodické stránce mnohem složitější, než studium
netěkavých rozpustných látek (někdy jsou označovány jako látky difusibilní), máme o
nich velmi málo znalostí.
6. Růst hub
6. 1. Teoretické modely růstu a jejich konfrontace s pozorováním
Modely mikrobiálního růstu (čistého výtěžku metabolismu určitého organismu) jsou
nejčastěji odvozeny ze způsobu rozmnožování jednobuněčných mikroorganismů
předpokládajícího dělení buněk, např. u bakterií. Tento model předpokládá, že po určité
tzv. generační době dochází k rozdělení mateřské buňky na dvě buňky dceřiné.
Výsledkem je exponenciální závislost počtu buněk (idealizovaný diskrétní model) nebo
biomasy (spojitý model) na čase. V případě hub takový model nelze použít, protože růst
hub se realizuje apikálním prodlužováním hyf a nikoli dělením buněk. Spojitý model
exponenciálního růstu je však možné akceptovat u kvasinkovitých organismů
rozmnožujících se pučením.
Nejjednodušším případem růstu houbové biomasy je růst lineární, kdy množství
vytvořené biomasy je úměrné délce časového intervalu, po který růst probíhal. Tento
případ odpovídá například jednoduchému apikálnímu prodlužování hyfy bez větvení. Lze
jej v umělých podmínkách modelovat, v přírodě však není obvyklý a obvykle indikuje, že
růst je limitován omezeným konstantním množstvím některé důležité živiny či
esenciálního růstového faktoru.
Hypotetickým příkladem růstu je růst dvourozměrný, kdy expanze biomasy houby
probíhá v nekonečně tenké vrstvě substrátu s konečnou plošnou koncentrací živiny.
Větvení rostoucího mycelia v dvourozměrném modelu probíhá tak, aby toto mycelium
právě využilo lokálně dostupné živiny se zanedbatelnou difuzí. Aby byla tato podmínka
splněna, stačí, aby bylo indukováno laterální větvení rostoucí hyfy vzrůstem koncentrace
živin, které je způsobeno příliš nízkou absorpcí rostoucím apexem (nízkou hustotu
absorbující biomasy). Takto je zajištěna konstantní koncentrace v celé kolonizované
ploše (dvourozměrném prostoru). Jsou-li rychlost prodlužování hyf v čase i prahová
koncentrace živin spouštějící větvení hyf konstantní (=stálé vlastnosti organismu), je
výsledná závislost biomasy na čase mocninnou funkcí, tedy: je úměrná druhé mocnině
času.
Model růstu v trojrozměrném prostoru, který je postaven na předpokladech analogických
předpokladům modelu dvojrozměrného, poskytuje opět mocninnou funkci závislosti
biomasy na čase, přičemž biomasa je v tomto případě úměrná třetí mocnině času.
V reálném světě nemůže ze zřejmých důvodů přesně platit dvojrozměrný model růstu a i
zmíněný trojrozměrný model je idealizovanou situací. Realističtější model má prvky růstu
trojrozměrného (probíhá v trojrozměrném prostoru) i dvojrozměrného (mycelium osidluje
15
povrch substrátu, po němž se povrchově šíří, má však nenulovou tloušťku, viz kolonie
houby na Petriho misce). Jeho matematický popis je navíc komplikován významným
vlivem difuze živin i metabolických zplodin a heterogenitou prostředí.
K tomu přistupují komplikace dané vlastnostmi toho kterého organismu: agregací hyf
(tvorba myceliálních provazců, rhizomorf), tvorbou specializovaných struktur
(diferenciace hyf na explorativní a absorpční, tvorba myceliálních ložisek). Modely růstu
houbové biomasy proto zpravidla nejsou fundamentální (vyplývající z teoretických
předpokladů) ale empirické (matematickými prostředky aproximující pozorované
hodnoty).
6. 2. Kvantifikace růstu hub
Obtížnou praktickou otázkou je experimentální kvantifikace růstu. Jen ve výjimečných
případech je možné růst mycelia měřit přímo, například vážkovým způsobem, kdy je čisté
mycelium usušeno a zváženo. Tento případ nastává téměř pouze v laboratorních tekutých
kulturách hub. Pokud má mycelium nějaké jednoznačné morfologické charakteristiky
(barvitelnost, rozměry, tloušťka buněčné stěny, charakteristické přehrádkování), kterými
je možné jej spolehlivě odlišit, lze použít mikroskopickou kvantifikaci délky a objemu
mycelia. To se provádí například při stanovení koncentrace mycelia arbuskulárních
mykorhizních hub v půdě. Toto stanovení je velmi pracné.
Mnohem častější je případ, kdy mycelium prorůstá pevný substrát a nelze jej vyčistit a
tím zpřístupnit pro přímé stanovení. V takovém případě je třeba použít nepřímé metody
stanovení, které jsou vždy zatíženy větší chybou než stanovení přímé. Tyto metody jsou
založeny na kalibraci biomasy houby vůči nějaké složce mycelia, kterou lze z materiálu
snadno extrahovat a kvantifikovat.
Takovou látkou je například N-acetyl-glukózamin, který lze získat kyselou hydrolýzou
houbového chitinu (je obsažen v buněčné stěně většiny hub). Další možností je extrakce
ergosterolu, který je specifickou složkou cytoplazmatické membrány hub a je často
používán ke kvantifikaci celkové houbové biomasy. Je také možné analyzovat mastné
kyseliny, které jsou specifické pro houby (tzv. signature fatty acids: 16:1ω7, 18:1ω7).
V případě mastných kyselin specifických pro houby je možné volbou vhodných
metodických postupů odlišit mastné kyseliny přítomné ve fosfolipidech buněčných
membrán od mastných kyselin přítomných v zásobních triglyceridech. Fosfolipidové
mastné kyseliny pak kvantifikují biomasu mycelia (buněčné povrchy), zatímco mastné
kyseliny v triglyceridech referují o fyziologickém stavu mycelia (tvorba zásob). Tímto
způsobem nelze odlišit více houbových taxonů. Biomasa se zde stanovuje a hodnotí jako
celek.
Samostatnou kapitolou při stanovení biomasy je stanovení na základě DNA, kterou lze
obvykle ze substrátu účinně extrahovat. Ke vlastní kvantifikaci pak je vhodná metoda
kvantitativní PCR. Zde je potřeba použít specifické primery a obvykle je možné
kvantifikovat jen omezený počet taxonů.
16
7. Houby jako destruenti - rozklad složitých organických látek
7. 1. Houby a rozklad lignocelulózového komplexu
Saprotrofní houby mají v přírodě nezastupitelnou úlohu jako rozkladači různých
organických látek, počínaje jednoduchými sacharidy a aminokyselinami a konče
složitými proteiny a lignocelululózovým komplexem. Zejména lignocelulózový komplex
je velmi odolný vůči rozkladu a tvoří významnou část dřevní hmoty a lesního i stepního
opadu. Pro stromy opadavého lesa je typické sezónní opadávání listů, které způsobuje
hromadění organické hmoty se snadno dostupnými živinami. Je jen málo skupin
organismů, které jsou schopny lignocelulózový komplex rozkládat, jde většinou o houby
z oddělení Basidiomycota nebo Ascomycota.
Největší koncentrace biomasy půdních saprotrofních hub nacházíme do hloubky několika
centimetrů, což odpovídá akumulaci opadu a koncentraci dostupné organické hmoty. Po
rozkladu snadno dostupných organických látek je substrát osídlen celulolytickými druhy,
například Trichoderma spp., které způsobují rozklad celulózy a hemicelulóz. Po
spotřebování celulózy a hemicelulóz nastává rozklad ligninu lignolytickými houbami,
které patří zejména k lupenatým basidiomycetům (Mycena, Clitocybe ...), ale i
k mikroskopickým houbám (Humicola, Phialophora ...). Při rozkladu ligninu se uvolňují
využitelné látky, na nichž se živí další doprovodné houby patřící nejvíce k askomycetům
a imperfektním houbám. Rozklad lesního opadu na humus trvá minimálně 3 roky a závisí
na kvalitě opadu (druhu rostlin, které jej produkují) a na klimatických faktorech (teplotě a
vlhkosti).
Houby jsou schopny produkovat extracelulární enzymy, které jim umožňují degradovat
lignocelulózový komplex. Celulóza, která je nejrozšířenějším polysacharidem v pletivech
rostlin, představuje pro houby podstatný zdroj uhlíku. Molekula celulózy se skládá asi z 8
- 12 tisíc glukózových podjednotek spojených beta-D-glykozidickou vazbou mezi uhlíky
C1 a C4. Mnohé patogenní i saprotrofní houby produkují celulázy, což je soubor enzymů,
které se podílejí na štěpení celulózy až na glukózové podjednotky. Jde o 1,4-betaglukanázu, celobiohydrolázu a 1,4-beta-glukosidázu, které se podílejí na degradaci
celulózy a oxidázy, peroxidázy a enzymy produkující peroxid vodíku, které se podílejí na
degradaci ligninu. Aktivita těchto extracelulárních enzymů může být použita jako měřítko
degradační aktivity mikrobiálního společenstva kolonizujícího substrát.
Lignin je po celulóze druhým nejrozšířenějším organickým polymerem na zemi. Tvoří 15
- 35 % dřevní hmoty. Lignin obaluje vlákna celulózy a je příčinou odolnosti dřeva proti
mechanickým i biologickým činitelům. Lignin se samotný v přírodě nevyskytuje, pouze
ve spojení s celulózou (lignocelulózový komplex). Makromolekula ligninu obsahuje
aromatické subjednotky koniferylalkohol, kumarylalkohol a sinapylalkohol, které jsou
nepravidelně pospojovány různými typy vazeb v trojrozměrnou síť. Na rozdíl od celulózy
se lignin nepodařilo izolovat ze dřeva v nezměněné formě, což by bylo potřebné pro
studium mechanismu jeho biodegradace. Druhou složitostí je, že houby, které rozkládají
lignin, jej nedovedou metabolizovat jako jediný zdroj uhlíku, pouze za přítomnosti
dalších přístupných uhlíkatých látek, jako je celulóza, celobióza nebo glukóza. Třetí, a
hlavní problém tkví v nepravidelné struktuře makromolekuly ligninu - je to
heteropolymer spojený různými typy chemických vazeb a je tedy nepravděpodobné, že
by jeden typ enzymu mohl způsobit významnější depolymerizaci.
17
Velmi koncentrovaný lignocelulózový komplex nacházíme ve dřevě. Zároveň je tento
substrát výrazně homogennější než opad, což znamená, že umožňuje vznik menšího počtu
ekologických nik a je tedy kolonizován podstatně chudším společenstvem
mikroorganismů než opad. Celulóza poskytuje lignocelulózovému komplexu pevnost,
lignin způsobuje jeho odolnost vůči rozkladu. Rozklad dřeva proto probíhá velmi pomalu.
V první fázi rozkladu, která trvá i několik let, dochází ke kolonizaci dřeva myceliem hub.
Ve druhé fázi dřevo ztrácí mechanické vlastnosti a „řídne“. Ve třetím, konečném stádiu se
rozložená hmota rozpadá a je zabudována do půdy. Dřevní hmotu nejvíce rozkládají
basidiomycety z třídy Agaricomycetes.
7. 2. Bílá a hnědá hniloba dřeva
Rozeznáváme 2 způsoby rozkladu. Houby mohou produkovat pouze celulolytické
enzymy. V tomto případě rozkládaná hmota hnědne (nebo červená), protože v ní
rozkladem stoupá relatívní obsah ligninu. Tento typ hniloby se nazývá hnědou hnilobou a
je způsobován například houbami Fomitopsis pinicola, Gloeophyllum sepiarium,
Piptoporus betulinus nebo Serpula lacrymans. Druhý typ rozkladu nastává tehdy, když je
houba schopna produkovat nejen celulolytické ale i lignolytické enzymy. To je případ
druhů Pleurotus ostreatus, Schizophyllum commune, Fomes fomentarius nebo Trametes
versicolor. Tento typ hniloby nazýváme bílou hnilobou a příslušné houby pak
lignikolními houbami. I když studiu mechanismu rozkladu ligninu houbami bílé hniloby
je v posledních letech věnováno mimořádné úsilí, celý proces není ještě zcela objasněn.
Nejvíce studovaným modelem je druh Phanerochaete chrysosporium, pro jehož
ligninolytické účinky jsou podmínky podrobně popsány (především je vyžadován vyšší
parciální tlak kyslíku v atmosféře a limitace dusíkem v živném medium). Je zatím sporné,
zda i ostatní, méně dobře prostudované houby bílé hniloby, vyžadují stejné fyziologické
podmínky. Je pozoruhodné, že u mnohých studovaných hub bílé hniloby byly zjištěny
značné rozdíly ve složení ligninolytického komplexu, přitom však všechny tyto houby
jsou schopné intenzívně lignin rozkládat.
Z hlediska ochrany životního prostředí, respektive nápravy škod, které na životním
prostředí napáchal člověk, je významné zjištění, že houby bílé hniloby jsou schopné,
kromě molekul ligninu, štěpit i jiné aromatické látky, včetně těch, které jsou významnými
polutanty životného prostředí (polychlorované bifenyly, polycyklické aromatické
uhlovodíky, chlorfenoly, chlorligniny, polychlorované dioxiny, DDT, trinitrotoluen a
další). Při rozkladu těchto látek se totiž uplatňuje stejný komplex enzymů, jímž houby
štěpí lignin. Nejvíce poznatků v tomto směru bylo opět získáno studiem houby
Phanerochaete chrysosporium, avšak i další druhy hub bílé hniloby připadají (vedle
baktérií) v úvahu pro dekontaminaci znečištěných půd a vod. Lze tak soudit z toho, jak
rychle se tato část environmentální mikrobiologie rozvíjí.
8. Pěstování hub člověkem
8. 1. Historie pěstování jedlých hub
Houby jsou odedávna složkou lidského jídelníčku. Člověk pěstuje jedlé houby po řadu
století. Máme o tom 1400 let staré doklady z Číny, kde se pravděpodobně pěstovala
dřevokazná houba rodu ucho (Hirneola). Pěstování hub v Asii však zřejmě probíhalo již
18
dříve. V Evropě máme náznaky svědčící o pěstování hub u Plinia Staršího s prvního
století n. l. Určitou brzdou rozvoje pěstování hub v Evropě byl názor, že houby jsou cosi
nečistého. Houbami jako organismy a způsobem jejich rozmnožování a pěstování se
poprvé vědecky zabýval neapolský šlechtic Giambattista della Porta (1535-1615) v díle
Magia Naturalis.
O větším rozmachu pěstování hub v Evropě pak lze hovořit v době vlády francouzského
krále Jindřicha IV. Navarského koncem 16. a začátkem 17. století, jehož rozsáhlé
ekonomické aktivity v Severní Americe stimulovaly dovoz teplomilného ovoce a
zeleniny, které byly v královských zahradách pěstovány v pařeništích. V těchto
pařeništích zárověň plodily i houby, zřejmě žampióny. Máme o tom zmínky v literárním
díle o zahradnictví sepsaném královským zahradníkem N. de Bonnefonsem (1650).
Technologie pěstování žampiónů se postupně rozšiřovala, až bylo kolem roku 1810
zavedeno pěstování žampiónů v opuštěných podzemních vápencových lomech na
periferii Paříže.
Způsob pěstování spočíval nejprve na využívání dlouhých podlahových záhonů („oslí
hřbety“), postupně byly vyvinuty technologie pěstování žampiónů v policích, v bednách,
v pytlích, ve vysokých záhonech a v lisovaných blocích. Cílem tohoto vývoje bylo
zlepšování ekonomické efektivity procesu, jeho zlevňování a zvyšování výnosů.
Pěstování hub, má-li být ekonomicky životaschopné, vyžaduje za dnešních podmínek
trhu s houbami buď velmi levnou pracovní sílu, nebo nákladné investice do zařízení a
distribuce. V případě pěstování žampiónů to platí obzvláště.
8. 2. Příprava substrátu pro žampióny a pěstební technologie
Před vlastním započetím pěstebního procesu je třeba připravit substrát. Surovinami pro
jeho přípravu jsou zpravidla živočišné výkaly jako zdroj dusíku (například koňský hnůj,
kejda nebo drůbeží podestýlka), sláma (hlavní zdroj energie), různé organické příměsi,
sádra a voda. Jednotlivé složky se smísí a podrobí dvoufázovému fermentačnímu procesu.
V první fázi fermentace dojde k narušení slámy, k jejímu částečnému rozložení a
k rozmnožení některých termofilních mikroorganismů (fermentace probíhá při
samozáhřevu na 78-82 ºC). Vzhledem k tomu, že jde o aerobní proces (substrát je při
fermentaci provětráván), nejde o pravou fermentaci (kvašení), termín „fermentace“ je zde
použit z konvenčních důvodů, je zažit. Při první fázi fermentace se zvyšuje v substrátu
koncentrace amoniaku. Ten se částečně podílí na desinfekci substrátu, je však ve
vysokých koncentracích toxický pro žampion. Po proběhlé první fázi fermentace substrát
nemá dostatečnou selektivitu pro žampión a obsahuje zárodky živočišných škůdců a
konkurenčních plísní. Amoniak a zárodky nežádoucích mikroorganismů se zneškodní ve
druhé fázi fermentace, kdy dojde k pasterizaci a v substrátu převládne společenstvo
termotolerantních mikroorganismů. Druhá fáze fermentace je opět aerobní. Obě fáze
přípravy substrátu trvají dohromady asi 10 až 12 dnů.
Vyrobený substrát se ihned očkuje žampiónovou sadbou a distribuuje např. do pěstebních
polic, kde se inkubuje - rozmnožuje se v něm mycelium žampiónu. Tato fáze trvá asi 15
až 17 dnů. Pak je zpravidla překryt krycí zeminou a další týden inkubován. Teplota
vzrůstá až k 27 ºC. Následuje chladový šok, kdy je substrát ochlazen větráním o několik
stupňů, což způsobí nasazení tvorby plodnic. V průběhu následujících 3 až 4 týdnů pak
nastávají zpravidla 3 sklizňové vlny.
19
Popsaná technologie pěstování žampiónů využívá nesterilní směsný substrát. Technologie
pěstování jiných druhů hub se od tohoto procesu výrazně liší například substrátem (dřevní
houby pěstované na dřevě nebo pilinových substrátech) nebo sterilitou (využívají se
zpravidla substráty tepelně sterilizované). Můžeme sledovat zřetelnou tendenci využívat
různé zemědělské odpady jako suroviny pro výrobu pěstebních substrátů a zároveň
využití vyplozených substrátů jako organických hnojiv. Výrobu hub tak lze považovat za
bezodpadovou technologii.
Dnes je pěstování hub ve světovém měřítku gigantickým průmyslem, v němž je vedoucí
zemí Čína. Pěstují se kromě žampiónů dále hlívy, kukmáky, ucha, houževnatec jedlý,
penízovka sametonohá a další druhy. Sortiment pěstovaných druhů se postupně rozšiřuje.
V roce 2011 se podle údajů FAO na celém světě vyprodukovalo 7.7 milionu tun jedlých
hub v hodnotě 14 miliard dolarů.
8. 3. Teoretické i praktické poznámky k pěstování jedlých hub
Houby se pěstují především pro jejich plodnice (které však tvoří pouze část celé stélky).
Ve většině případů neznáme mechanismy a faktory spouštějící fruktifikaci, protože
z genetického hlediska jde o vzácný děj, jehož studium dosud není metodicky zvládnuto.
Překvapivě ani u žampiónu nejsme schopni dosáhnout fruktifikace za definovaných
podmínek in vitro a je třeba ji indukovat přítomností půdy a vhodných mikroorganismů.
Fruktifikace je posloupnost růstu a diferenciace nepravých pletiv, která postupně dávají
vznik výtrusorodé vrstvě (rouško) a vedou ke zvětšování a tvarovým změnám plodnice.
Protože je diferenciace složitý proces, musí být řízen, organizován. Zdá se, že alespoň u
některých modelových případů je řízen látkami s účinky podobnými účinkům rostlinných
růstových regulátorů. Je velmi málo prostudován. Ektomykorrhizní houby (viz níže)
potřebují od rostlinného partnera látky nutné pro tvorbu plodnic. Chemická podstata
těchto látek není dosud známa, a to je příčinou proč zatím nedovedeme (a patrně ještě
delší dobu nebudeme umět) pěstovat třeba hřiby ke kulinářským účelům způsobem,
jakým se pěstují např. žampióny.
Pěstování hub ve velkém závisí v prvním kroku na laboratorní kultuře houby (izolát,
„kmen“). Tato laboratorní kultura je postupně namnožena na vhodném substrátu
(zpravidla sterilní obilky) do objemu, který postačuje k inokulaci konečného substrátu.
Toto inokulum se nazývá jako „spawn“. Mycelium ze spawnu prorůstá a kolonizuje
konečný substrát, který přeměňuje se značným výtěžkem na vlastní biomasu.
Při manipulaci s izoláty a jejich využití pro kultivaci je třeba respektovat sexualitu hub,
protože pro úspěšnou fruktifikaci je třeba kombinovat vzájemně kompatibilní kmeny.
Izoláty hub jsou nejsnadněji získávány z explantátů plodnic. Takové izoláty
basidiomycetů jsou dikaryotní a obsahují proto kompletní informaci pro tvorbu plodnice.
Mohou být proto jednoduše použity pro množení inokula.
Jinak je tomu u askomycetů, které se vyskytují ve formě monokaryotních mycelií a
k dikaryotizaci dochází až při oplození askogonu anteridiem. Z oplozeného askogonu
vyrůstají dikaryotní askogenní hyfy, které se větví a apikálně se na nich tvoří vřecka
(asky). Ostatní části v plodnice jsou monokaryotní, tvořené jedním párovacím typem
mycelia, který nazýváme typ mateřský, a který v plodnici zásadním způsobem převládá.
Při explantaci plodnice pak získáme s velmi vysokou pravděpodobností kulturu právě
20
tohoto mateřského párovacího typu. Chceme-li získat u takovéto houby plodnice
(askokarp v případě askomycetů), musíme při inokulaci vždy kombinovat 2 různé
párovací typy tak, aby po oplození mohl vznikout plnohodnotný plodný dikaryon
(askogenní hyfy).
9. Některé důležité aspekty genetiky hub
9. 1. Poznámky ke „klasické“ genetice hub
Dikaryotní houby (Basidiomycota, askogenní hyfy u oddělení Ascomycota), i když jsou
v haploidním stavu (dikaryotní buňky obsahují haploidní jádra), chovají se jako diploidní,
protože obsahují 2 sady genů.
U askomycetů, které tvoří vřecka, v nichž probíhá redukční dělení i následné mitózy
s dělícím vřeténkem orientovaným souběžně s podélnou osou vřecka, je možná tzv.
tetrádová analýza. Protože při redukčním dělení nastává crossing over, tedy výměna částí
chromatid oddělujících se chrómozómů, je možné výhodně sledovat genetickou
vzdálenost nějakého genu nejen od centromery, ale i od některého genu, který se projeví
přímo na vlastnostech diferencovaných askospor (barva askospory). Tato genetická (a
přeneseně i fyzická) vzdálenost je úměrná pravděpodobnosti crossing overu mezi těmito
lokusy.
Velmi zajímavý a unikátní fenomén, s nímž se setkáváme u askomycetů, je parasexualita
(parasexuální cyklus). Je to alternativa k pohlavnímu rozmnožování, která byla nalezena
poprvé u hub rodu Aspergillus v polovině 20. století. Parasexuální cyklus spočívá v tom,
že monokaryotní buňky různých mycelií spolu mohou splývat. Děje se to tak, že se
vytvářejí mezihyfové spoje (anastomózy), v nichž splývá cytoplazma obou mycelií. Tak
se získá mycelium s buňkami obsahujícími jádra obou rodičovských linií. V případě, že
se jedná o jádra, která jsou geneticky odlišná, hovoříme o tzv. heterokaryonu.
Heterokaryotické mycelium má vlastnosti dárce i příjemce, přičemž pro tyto vlastnosti
platí pravidla ovládající fenotypovou dominanci a recesivitu genů. Aspergillus se žlutými
konidiemi se kombinuje ve směsné kultuře s Aspergillem se zelenými konidiemi za
vzniku heterokaryotní kolonie, která produkuje konidiofory. Na konidioforech se
vytváření konidie. Konidie jsou u Aspergillu jednojaderné (tj. každá konidie obsahuje jen
jedinou alelu genu pro barvu) a tato alela ovládá barvu pouze „své“ konidie.
Heterokaryóza se zde projeví tak, že se na jediném konidioforu tvoří konidie obou barev.
V heterokaryonu mohou splynout dvě rozdílná jádra a tím nastává diploidizace. Diploidní
mycelium pak produkuje na konidioforech diploidní konidie, z nichž každá nese
vlastnosti obou rodičovských mycelií. Postupně mitotickou redukcí se u původně
diploidního mycelia snižuje počet chromozómů až na haploidní stav. Tak může docházet
ke kombinaci různých chrómozómů od různých rodičovských mycelií v jednom jádře.
Může ale proběhnout také tzv. mitotický crossing over, při němž dojde ke vzájemné
výměně částí dvou homologních chromozómů. V tom případě se kombinují vlastnosti
obou rodičovských mycelií v jediném chromozómu.
21
9. 2. Genetický základ sexuality hub
Pohlavnost hub je ovládána geneticky. Heterothalické askomycety mají bipolární
sexualitu, která je řízena tzv. MAT geny. U většiny askomycetů (vyšší askomycety)
rozpoznáváme 2 tzv. párovací typy MAT1 a MAT2, tj. 2 pohlaví. To, zda je mycelium
pohlavně laděno jako MAT1 nebo MAT2 záleží na tom, jaké geny jsou lokalizovány
v tzv. „mating-type locus“, lokusu určujícím párovací typ. Tento lokus se nazývá MAT1
a není alelický, tj. nenese různé alely téhož genu, ale jeho obsah i organizace je u obou
párovacích typů naprosto odlišná, jde o tzv. idiomorfy. Tyto 2 verze lokusu MAT1 se u
heterothalických druhů nazývají MAT1-1 a MAT1-2. Idiomorfa MAT1-1 odpovídá
fenotypu MAT1 a obsahuje gen pro tzv. α-doménu (α-box), idiomorfa MAT1-2 odpovídá
fenotypu MAT2 a obsahuje gen pro tzv. „high mobility group domain“ (HMG-box). Tyto
MAT proteiny působí jako transkripční faktory spouštějící pohlavní cyklus. U
homothalických askomycetů jsou většinou geny kódující α-box a HMG-box v jediném
lokusu (lokus MAT1 u Cochliobolus homomorphus), jen výjimečně jsou umístěny na
dvou různých místech genomu (lokusy MAT1 a MAT2 u Emericella nidulans).
Nižší askomycety mají poněkud odlišnou funkci pohlaví určujících genů. U kvasinky
Saccharomyces cerevisiae rozeznáváme 2 párovací typy MATa a MATα. Tyto párovací
typy vždy exprimují jeden typ feromonu a jeden typ feromonového receptoru, který
přijímá feromon opačného párovacího typu. Buňky párovacího typu MATa exprimují
feromon nazývaný a-faktor (směs dvou 12-ti aminokyselinových lipopeptidů) a receptor
Ste2p, buňky MATα produkují feromon nazývaný α-faktor (13-ti aminokyselinový
peptid) a receptor Ste3p. Pokud receptor přijme příslušný feromon, dochází k iniciaci
signální kaskády zastavující buněčný cyklus („cell cycle arrest“) a ústící do transkripční
aktivace genů zúčastněných v procesu plazmogamie a karyogamie.
Mnohem složitější je sexualita u basidiomycetů. Tyto houby mají více až velice mnoho
párovacích typů, které jsou definovány různými kombinacemi feromonů a receptorů.
Například druh Schizophyllum commune má v přírodě tisíce párovacích typů. Rozpoznání
sexuálního partnera a sekvence událostí vedoucí až k formování plodnice a meióze
vyžaduje funkci dvou na sobě nezávislých genových komplexů nazývaných A a B. Každý
z těchto komplexů obsahuje 2 lokusy: Aα a Aβ v případě komplexu A a Bα a Bβ
v případě komplexu B. Každý z těchto 4 lokusů existuje v mnoha variantách. U lokusu
Aα známe 9 různých variant, u lokusu Aβ jich známe 32 a u lokusů Bα a Bβ je známo po
9 variantách. Teoreticky je tedy možné, aby tato houba existovala ve 23328 párovacích
typech (pohlavích). Aby byl vzniklý heterokaryon fertilní, je třeba, aby se původní
primární mycelia lišila alespoň v jednom ze dvou lokusů komplexu A a současně alespoň
v jednom ze dvou lokusů komplexu B.
9. 3. Plasmidy hub
U hub je známa řada cytoplazmatických genetických elementů, plasmidů, které jsou
možná u hub podobně časté jako bakteriální plasmidy u bakterií. Replikují se odděleně od
genomu. Důležitou skutečností je to, že jen malá část houbových plasmidů je skutečně
přítomna ve volné cytoplazmě (plasmid 2µm ze Saccharomyces cerevisiae, killer
plasmidy Kluyveromyces lactis), naprostá většina je přítomna v mitochondriích. Dále,
plasmidy hub jsou mnohem častější než plasmidy jiných eukaryorních organismů, zdá se,
že houby jsou v tomto směru mezi eukaryotními organismy výjimečné. Houbové
22
plasmidy mohou mít buď formu lineární, nebo formu kruhovou. Kruhová forma je u hub
velmi vzácná a vyskytuje se u rodu Neurospora. Jeden z proteinů kódujících párovací typ
u houby Absidia glauca byl nalezen také na cirkulární molekule DNA, která je přítomna
ve volné cytoplazmě.
Přítomnost některých plasmidů v myceliu má vztah k jeho senescenci. Mycelium bez
plasmidu nepodléhá senescenci (je schopno růst po neomezenou dobu ve dlouhé trubici
s živným médiem. Inkorporace mitochondriálních plasmidů (ARmarDNA, ARkalDNA u
Neurospora spp.) způsobuje senescenci pravděpodobně tím, že porušuje strukturu genů,
které ztrácejí funkci. Mycelium tak postupně ztrácí životaschopnost, růst se zastavuje nastává senescencence.
9. 4. Genetické manipulace hub
Houby jsou z praktického hlediska důležitými objekty genetické manipulace. Jedním
z nejdůležitějších biotechnologicky využívaných mikroorganismů je kvasinka
Saccharomyces cerevisiae. Mimo výrobu alkoholu a pekárenství se uplatňuje jako
produkční mikroorganismus při výrobě léčiv získávaných s využitím klonovaných genů.
K tomu bylo ale potřeba nalézt vhodný transformační systém a klonovací vektor, který po
zavedení do kvasinkové buňky zajistí exprexi žádoucích genů (heterologní exprese). Jako
tyto vektory se využívají různě pozměněné varianty již zmíněného plasmidu 2µm (tzv.
kvasinkové epizomální plasmidy, YEps), které se vyskytují u většiny kmenů
Saccharomyces cerevisiae. Plasmid 2µm je jedním z mála plasmidů nacházejících se
volně v cytoplazmě buněk eukaryotních organismů. Má délku 6 kbp a v buňce se
vyskytuje v 70 až 200 kopiích. V buňce se replikuje. Některé připravené varianty tohoto
plasmidu se replikují jak v kvasinkách, tak i v bakteriích Escherichia coli a v obou
organismech mohou být také selektovány. Homologní rekombinací může být celý
plasmid integrován do genomu kvasinky a může se z něj rekombinací opět uvolnit.
Transformovaná buňka může být zdrojem rekombinantních peptidů, ale transformace
není dokonale stabilní.
Existují další vektory, které se nemohou v buňce samostatně replikovat a aby způsobily
selektovatelnou transformaci, musejí být zabudovány do genomu, jsou to tzv. kvasinkové
integrační plasmidy (YIps). To znamená, že získání transformantů je obtížnější než
v předchozím případě. Transformanty jsou však velmi stabilní.
K transformaci hub lze využít schopnost bakterie Agrobacterium tumefaciens indukovat
tumory u dvouděložných rostlin, přičemž této transformace je dosaženo integrací genů
ovládajících tvorbu rostlinných růstových látek. K tomuto účelu bakterie nese veliký Ti
(tumor inducing) plasmid, který nese genovou výbavu potřebnou při vlastní transformaci
i geny, které se integrují do genomu hostitele. Tyto geny jsou shromážděny v úseku
plasmidu, který se nazývá T-DNA a je ohraničen specifickými krátkými nukleotidovými
motivy. Vše, co je uzavřeno mezi těmito motivy, je integrováno do genomu hostitele. Ti
plasmid je však příliš velký na to, aby s ním bylo možné jednoduše manipulovat. Proto
byl rozdělen na 2 funkčně odlišné části: velký helper plasmid, který nese geny potřebné
při procesu transformace a je trvale přítomen v buňkách bakterie (nese svůj specifický
selekční marker) a vektor nesoucí další selekční marker a T-DNA, který je dostatečně
malý na to, aby s ním bylo možno bez komplikací manipulovat. T-DNA může být
nahrazena DNA, která má být vnesena do hostitele. Protože tento je transformační
23
element rozdělen na 2 zmíněné části, je označován jako o tzv. binární vektor. Binární
vektory jsou běžně užívány ke genetické transformaci rostlin.
Ukázalo se, že je-li helper plasmid dostatečně virulentní (když účinně zajišťuje přenos TDNA do buňky), může být použit nejen ke transformaci rostlin ale také hub. Dokonce
bylo zjištěno, že i selekční markery užívané pro selekci transformantů rostlin mohou být
účinné pro selekci transformantů hub. Tímto způsobem byla získána řada transformantů
hub různých druhů.
9. 5. Mykoviry
Zajímavými genetickými elementy, které se vyskytují u hub všech oddělení, jsou
mykoviry. Jejich genetická informace je zapsána na dvouřetězcové RNA (dsRNA).
Infekce mykoviry se může projevovat viditelnými příznaky, a nebo (velmi často) může
zůstat bez symptomů. Mohou se vyskytovat v cytoplazmě nebo mohou být striktně
vázány na mitochondrie.
Jedna skupina mykovirů, mitoviry, upoutala pozornost badatelů, protože může podstatně
ovlivňovat virulenci patogenních hub tím, že zpomaluje jejich růst a sporulaci. Většina
mitovirů je známa z fytopatogenních hub jako např. Ophiostoma, Cryphonectria,
Botrytis, měně víme o mitovirech kolonizujících rody Sclerotinia, Thanatephorus,
Thielaviopsis, Helicobasidium, Tuber a Glomus. Tento nepoměr je způsoben právě
potenciální možností využívat mitoviry při kontrole virulence patogenů.
Mykoviry lze v houbách detekovat tím, že z nich vyextrahujeme celkovou RNA, která
však bývá znečištěna DNA. Proto je třeba tuto DNA odstranit naštěpení enzymem
DNÁzou. Pak se odstraní jednořetězcová RNA naštěpením nukleázou S1 a dvouřetězcová
RNA se denaturuje a reverzní traskripcí převede na cDNA.
10. Komunikace houbové buňky s prostředím
10. 1. Obecné poznámky
Jako všechny živé organismy musí i houby komunikovat s prostředím. Tato komunikace
je komplexním jevem a je založena na fyzikálních a chemických interakcích. Kromě
výměny signálů (informace) musí houbová buňka přijímat z prostředí živiny a naopak
musí do prostředí vylučovat zplodiny metabolismu. Většina těchto procesů je řízena
geneticky a spočívá např. na membránových receptorech nebo přenašečových systémech
(transportérech).
Přenašečové systémy jsou proteinové struktury lokalizované v lipidových membránách,
které jsou zodpovědné za proces přenosu určité látky (skupiny látek) z jedné strany
membrány na druhou (z vnějšího prostředí do buňky nebo naopak). Přenos může probíhat
ve směru koncentračního gradientu (usnadněná difuze) nebo proti němu za spotřeby
energie (aktivní transport) ve formě ATP, gradientu jiné látky (často protonů) nebo na
úkor energie elektrického potenciálu na membráně.
24
Vlastní přenos látky z prostředí do buňky lze zhruba popsat Ohmovým zákonem
(usnadněná difuze) nebo, jde-li o reakci katalyzovanou přenašečovým systémem,
matematickým popisem formálně odpovídajícím rovnici Michaelise-Mentenové,
popisující enzymovou reakci. Jde o saturační kinetiku popsanou maximálně možnou
hodnotou rychlosti přenosu a konstantou poloviční saturace, což je taková koncentrace
přenášené látky vně buňky, při níž se rychlost přenosu rovná polovině rychlosti
maximálně možné.
10. 2. Membránové přenašečové systémy hub
Přenašeče jsou různě specifické, specializované na různé látky. Známe přenašečové
systémy pro sacharidy, aminokyseliny, nukleotidy, minerální kationty a anionty.
Zvláštním případem látek jsou plyny, které jsou rozpustné v tucích, a proto snadno
procházejí lipidovými membránami. Tím je zajištěno, že oxid uhličitý může snadno
odcházet z buňky a kyslík do ní může snadno vstupovat.
Přenašečové systémy do značné míry určují a vysvětlují kultivační vlastnosti a požadavky
jednotlivých organismů. Například některé kvasinky mají vysoké hodnoty maximální
rychlosti příjmu sacharidů a vysoké hodnoty konstanty poloviční saturace. Proto mohou
růst velmi rychle, ale v přírodě je jejich růst omezen na prostory s vysokou koncentrací
cukrů. Naproti tomu některé vláknité půdní houby mají nízké hodnoty maximální
rychlosti příjmu sacharidů a nízké hodnoty příslušné konstanty poloviční saturace, což
znamená, že sice rostou pomalu, ale mohou využívat i velmi nízké koncentrace cukrů
v prostředí.
Některé kovové prvky (železo) tvoří velmi špatně rozpustné sloučeniny a nejsou tudíž ve
formě volného iontu pro živé organismy prakticky dostupné. Organismy včetně některých
hub musí pro zefektivnění příjmu těchto prvků vytvářet tzv. siderofory, které působí jako
chelatační činidla a udržují tak daný prvek v roztoku a tudíž přístupný pro houbu.
10. 3. Jak lze pozorovat transportní pochody na cytoplazmatické membráně?
Přenos elektricky nabitých iontů přes membránu lze charakterizovat jako prostorový
elektrický proud (=pohyb elektrického náboje), jehož orientace je dána polohou
příslušných přenašečových systémů na membráně. Prostorové proudy kolem metabolicky
aktivní buňky lze elektrometricky detekovat. Tak lze lokalizovat například
rozdiferencované části jednobuněčných stélek specializované na generaci membránového
potenciálu a části specializované na aktivní transport, který je tímto potenciálem poháněn.
Za zmínku stojí způsob, jakým lze prostorové elektrické kolem houbové (i jiné) buňky
detekovat. Detekce se provádí pomocí tzv. vibrující sondy. Je to platinová kulička
mikroskopických rozměrů, která se vibračním způsobem periodicky přemisťuje mezi
dvěma krajními polohami, které jsou od sebe vzdáleny několik desítek mikrometrů.
V krajní poloze sondy je vždy změřen elektrický potenciál a potenciály v obou krajních
polohách se integrují. Tím je dosaženo zásadního potlačení šumu, který by jinak měření
znehodnotil. Vzhledem k tomu, že tímto způsobem lze změřit rozdíl potenciálů obou
krajních poloh sondy a zároveň je znám elektrický odpor prostředí (média), lze podle
Ohmova zákona určit proud, který v prostředí teče. Změnami krajních poloh sondy
25
vzhledem k buňce lze elektrické pole i proudové hustoty v okolí buňky „ohmatat“ a tím
určit, ve kterých částech buňky/stélky/hyfy dochází ke generaci proudu a ve které k jeho
spotřebě.
U hub byla prokázána cyklická elektrická aktivita, která připomíná produkci akčních
potenciálů u nervových buněk živočichů. Tato elektrická aktivita byla zaznamenávána
metodickými prostředky obvyklými v neurofyziologii. Bylo ukázáno, že některé
dřevokazné houby (Armillaria bulbosa) reagují změnou frekvence změn polarizace
cytoplazmatické membrány na přítomnost využitelného substrátu (dřeva). Pokud bylo ke
kultuře přidáno čerstvě nařezané dřevo, frekvence akčních potenciálů vzrostla, pokud
bylo odstraněno, opět klesla. To bylo pozorováno opakovaně.
11. Houbové toxiny
Houby působí na své prostředí produkcí řady látek, produktů sekundárního metabolismu,
které mohou být vysoce biologicky aktivní. Mohou například působit jako alelopatika,
látky potlačující růst jiných organismů, a tím omezovat přítomnost konkurenčních
organismů v prostředí. To je pravděpodobně případ některých houbových toxinů, i když
toto působení není příliš běžné, protože se toxiny většinou v přírodě vyskytují jen
v nízkých koncentracích a jsou také imobilizovány na sorpčním půdním komplexu.
Poměrně vysoké koncentrace toxinů však nacházíme tam, kde je velká koncentrace
biomasy houby, například v plesnivých potravinách, v plodnicích hub nebo
v laboratorních kulturách.
Průmyslově důležitou skupinou houbových toxinů jsou námelové alkaloidy, skupina látek
produkovaná houbami Claviceps purpurea (paličkovice nachová) a Claviceps paspali,
které byly v minulosti hrozbou při výrobě chleba z napadeného žita obsahujícího
sklerocia paličkovice, tzv. námel. Po požití takového chleba nastávala vážná otrava, která
končila útrapami a smrtí, pokud postižení neměli možnost změnit stravu. Projevovala se
mj. křečemi a stažením cév, které v končetinách působilo zhoršení prokrvení a končilo
snětí. Tato otrava měla často až epidemický charakter a znamenala vážný společenský
problém. Námelové alkaloidy, deriváty kyseliny lysergové a klaviny, mají dnes využití
v medicíně a některé jsou zneužívány při výrobě drog (LSD).
Další důležitou skupinou houbových toxinů jsou aflatoxiny, které byly pojmenovány po
houbě Aspergillus flavus, která způsobovala úhyn drůbeže krmené krmivem
kontaminovaným právě touto houbou. Aflatoxinů je známo několik druhů, z nichž
nejnebezpečnější jsou aflatoxiny B1 a B2. Jsou produkovány některými druhy rodu
Aspergillus, mají karcinogenní účinky, poškozují játra a imunitní systém. Některé druhy
rodů Penicillium a Aspergillus produkují další toxin patulin, který bývá přítomen
v plesnivém ovoci. Je také karcinogenní a poškozuje slezinu a játra.
Plesnivé obilí a siláž často obsahují toxiny trichoteceny. Jsou produkovány houbami rodů
Fusarium, Trichoderma, Myrothecium a Trichotecium. Jejich nejdůležitejším účinkem je
poškození trávicího ústrojí a tzv. toxickou aleukii, která má vysokou úmrtnost. Toxiny
tohoto typu mají na svědomí smrt velkého množství lidí v bývalém Sovětském svazu po
2. světové válce, v jejím průběhu a pravděpodobně také v období Leninovy tzv. „nové
ekonomické politiky“, tedy období společenského chaosu, kdy obilí zůstávalo přes zimu
26
nesklizené na poli a využito bylo až na jaře, kdy však již bylo kontaminováno houbami
produkujícími toxiny.
Toxiny velkých hub (tj. druhů produkujících plodnice) způsobují otravy houbařům. Za
nejjedovatější houbu je označována Amanita phalloides (muchomůrka zelená). Obsahuje
peptidické toxiny amanitiny (amatoxiny) a falloidiny (falotoxiny). Alfa-amanitin blokuje
transkripci (syntézu mRNA) tím že inhibuje RNA-polymerázu II. Falloidiny nevratně
poškozují jaterní buňky. Otrava začíná 6 až 12 hodin (někdy i po více než 24 hodinách)
po požití houby a projevuje se nevolností, zvracením, průjmy. Tyto příznaky jsou později
komplikovány selháním ledvin a jater se žloutenkou - tzv. faloidní neboli hepatorenální
syndrom. Léčba je velmi obtížná až téměř nemožná, i když francouzský lékař P. Bastien
dokázal bez úhony 3x přežít dobrovolnou otravu smrtelnou dávkou Amanita phalloides
tím, že po vypuknutí příznaků dostal injekci vitamínu C a antibiotiky si vydesinfikoval
střeva. Smrtelná dávka pro dospělého člověka je cca 50 g čerstvých plodnic.
Velmi zákeřné jsou otravy působené látkami obsaženými v některých pavučincích,
orelaniny. Z lékařského hlediska jde o tzv. nefrotoxický syndrom s nevolností, bolestmi
hlavy a břicha a nadměrným močením. Důvodem smrti je poškození ledvin. U
Cortinarius orellanus (pavučince plyšového) nastávají příznaky otravy nejdříve 4 den po
požití. Pacienti umírají většinou po dvou až třech týdnech ale je znám případ úmrtí i po
161 dnech léčení. Smrtelná dávka pro dospělého člověka je 30 g čerstvých plodnic.
Některé houby (Inocybe patoullardii) způsobují tzv. muskarinový typ otravy, který se
projevuje zvýšeným pocením a sliněním, dušností, poruchami vidění, zúženými
zornicemi, změnami rychlosti srdečního tepu a bolestmi břicha. Muskarinový typ otravy
je poměrně častý. Příslušný toxin se nazývá muskarin a působí na receptory
parasympatických nervových zakončení. Muskarin se vyskytuje v malém množství také u
Amanita muscaria.
Amanita muscaria a Amanita pantherina obsahují jako hlavní toxiny kyselinu
ibotenovou, muscimol a muskazon. Způsobují tzv. pantherinový neboli psychotonický
syndrom - působí na centrální nervový systém. Otrava nastává velmi rychle po požití.
Účinky této houby byly ve středověku využívány při rituálních obřadech a pro
vyprovokování bojovné nálady u některých skandinávských a sibiřských národů.
Účinky na psychiku a vnímání byly zaznamenány také u jiných druhů hub, z nichž
nejpopulárnější jsou účinky lysohlávek (Psilocybe spp.). Tyto účinky jsou způsobovány
psychotropními látkami psilocybinem a psilocinem. Kult užívání lysohlávek je znám u
indiánů z jižní a střední Ameriky, kde byl přísně společensky regulován a měl
náboženský a léčitelský význam. Lysohlávky lze snadno kultivovat i za velmi
primitivních podmínek, proto se staly oblíbenou a vyhledávanou drogou. Při otravě
nastávají bolesti hlavy, poruchy rovnováhy a dostavuje se pocit štěstí (může být
doprovázen pocitem změněného vědomí a vnímání) nebo deprese a zlost, vše může být
kombinováno s halucinacemi. Užívání těchto hub může vést k psychózám a rozštěpení
osobnosti a pravděpodobně i k cévním příhodám.
Otrava hnojníkem inkoustovým (Coprinus atramentarius) je zajímavá tím, že nastává
pouze tehdy, jestliže je za několik hodin po tepelně zpracované houbě požit alkohol.
Způsobuje ji toxin koprin. Příznaky otravy se projevují několik minut po požití alkoholu
jako silné zažívací potíže (zvracení), které jsou komplikovány bolestmi hlavy, třesavkou a
27
bušením srdce. Jde vlastně o silnou kocovinu, kdy se v těle vlivem působení toxinu na
enzym aldehyddehydrogenázu hromadí toxický acetaldehyd.
12. Mykorhizní symbióza
12. 1. Obecné poznámky k mykorhizní symbióze
Pojem „mykorhiza“ pochází z 19. století a byl poprvé použit pro popis soužití houby a
kořenu rostlin a již v této době existovala představa o fyziologické funkci tohoto soužití.
Dnes tento termín používáme jednak pro určitý způsob soužití houby a kořene rostliny,
jednak pro označení orgánu vzniklého modifikací kořene přítomností houby. Chceme-li
od sebe tyto pojmy odlišit, je vhodné pro způsob soužití zavést označení „mykorhizní
symbióza“.
Původně byla mykorhizní symbióza považována za jakýsi mimořádný jev v přírodě,
avšak postupem času se ukázalo, že je tomu naopak. Vyskytuje se u více než u 95 %
rostlinných druhů Ve druhé polovině 20. století byly znalosti o mykorhizní symbióze
shrnuty profesorem J. L. Harleyem. Dnes rozlišované typy mykorhizní symbiózy většinou
vycházejí právě z jeho práce. Rozeznáváme endomykorhizní a ektomykorhizní typ
symbiózy podle toho, zda houba proniká do vnitřního prostoru buňky nebo zůstává v
mezibuněčných prostorech. Důležitým faktem je to, že mykorhizní symbióza se odehrává
výhradně v kořenové pokožce (rhizodermis) a v primární kořenové kůře. Jen velmi málo
rostlinných druhů nežije v mykorhizní symbióze.
12. 2. Arbuskulární mykorhizní symbióza
Arbuskulární mykorhizní symbióza je fylogeneticky nejstarším typem mykorhizní
symbiózy a pravděpodobně také nejstarším typem symbiózy, v níž se účastní houby.
Vznikla v období před 460-410 miliony let a první náznaky výskytu organismů, které
jsou velmi pravděpodobně předky dnešních arbuskulárních mykorhizních hub, byly
zjištěny u suchozemských mechorostů. Zde však pravděpodobně ještě nelze hovořit o
mykorhizní symbióze, stejně jako v případě kolonizace kůry rhizomů rostlin oddělení
Rhyniophyta. U této posledně jmenované skupiny rostlin však již docházelo k masívní
kolonizaci a fyziologická funkce tohoto soužití mohla být již velmi podobná dnešní
arbuskulární mykorhizní symbióze. Zcela potvrzenou máme arbuskulární mykorhizní
symbiózu u antarktických cykasů o stáří vyšším než 200 milionů let.
Arbuskulární mykorhizní symbióza je primárním (univerzálním) a nejvíce rozšířeným
typem mykorhizní symbiózy. U některých skupin rostlin byla nahrazena jiným typem
mykorhizní symbiózy (např. ektomykorhizní symbiózou u mnoha dřevin mírného pásu).
Některé skupiny ji pravděpodobně ztratily sekundárně tím, že začaly produkovat pro
mykorhizní houby toxické látky (čeleď Brassicaceae).
Arbuskulární mykorhizní houby patří do oddělení Glomeromycota, které čítá asi 250
druhů. Velmi rozšířenými druhy jsou např. Glomus mosseae a Glomus intraradices. Jsou
to obligátně biotrofní organismy, které potřebují hostitelskou rostlinu k tomu, aby mohly
uzavřít svůj životní cyklus. Mycelium je u těchto hub nepřehrádkované (pokud se
přehrádky tvoří, je to důsledek stárnutí mycelia, stresu či oddělování spor). Metabolicky
28
aktivní mycelium tedy typicky obsahuje velké množství jader a dalších organel ve
společné cytoplazmě. Tyto organizmy tvoří chlamydospory velkých rozměrů. V jediné
spoře bylo nalezeno, podle druhu mykorhizní houby, od jednoho tisíce až do dvaceti tisíc
jader.
Vzhledem k tomu, že u arbuskulárních mykorhizních hub neznáme pohlavní
rozmnožování, je otázkou, jak se udržuje diverzita genomu v myceliu a jak jsou z něj
odstraňovány nevýhodné změny vzniklé např. mutací. V důsledku rychlého růstu hyf a
jejich malého objemu by také mělo dojít k rychlé ztrátě některých typů jader, a tudíž k
nevratným změnám na molekulární úrovni. Jedním z mechanizmů zabraňujících náhodné
ztrátě části genomu může být již zmíněná výměna jader v důsledku mezihyfových
anastomóz.
Nepohlavní způsob rozmnožování u arbuskulárních mykorhizních hub přetrvává
pravděpodobně již z velmi vzdálené minulosti. Genetická struktura těchto hub totiž
neumožňuje tvorbu gamet, geneticky reprezentujících mateřský organizmus. To, že se
jedná o nepohlavně se rozmnožující organizmy přežívající po několik set milionů let bez
podstatných evolučních inovací, protiřečí základním evolučním teoriím, které učí, že
nepohlavně se množící organizmy nutně hromadí ve své genetické informaci chyby, které
od určitého množství znemožňují další existenci svého nositele. Absence pohlavního
rozmnožování (sexu) po dlouhou dobu znemožňuje škodlivé mutace vyředit za pomoci
rekombinačních procesů. Je možné, že arbuskulární mykorhizní houby (podobně jako
například některé imperfektní askomycety a bazidiomycety) kompenzují nepříznivé vlivy
nepohlavního rozmnožování tak, že rekombinaci zajišťují pomocí parasexuality, kdy
dochází k přenosu jader mezi hyfami prostřednictvím hyfových spojů, anastomóz.
Hyfy těchto hub tvoří v půdě rozsáhlou síť, jejíž jednotlivé větve se mohou vzájemně
propojovat pomocí anastomóz. Houba proniká pomocí apresorií do kořene. Podle
charakteru kolonizace kořene rozlišujeme 2 typy infekce: typ Paris a typ Arum, který je
častější. Rostlina se může kolonizovat jednak myceliem existujícím v půdě, jednak
klíčními hyfami vyrůstajícími z vyklíčivší chlamydospory. Specifita výběru partnerů
v arbuskulární mykorhizní symbióze je velmi nízká. Jeden a tentýž druh mykorhizní
houby může žít v symbióze s velmi širokou škálou hostitelských rostlin a naopak.
Diagnostickou strukturou arbuskulární mykorhizní symbiózy je arbuskula. Je to
intracelulární útvar, vzniklý dichotomickým větvením hyfy, která pronikla do buňky. Při
průniku je perforována buněčná stěna kořenové korové buňky, nedochází však k narušení
cytoplazmatické membrány, která se před pronikající a větvící se hyfou neustále
vchlipuje. Vzniklý útvar je velmi komplexní a vyplňuje velkou část buňky. Má velký
specifický povrch a je místem intenzívní výměny hmoty, energie a informace. Ve
fyziologicky aktivní arbuskule nastává zejména předávání fosforu od houby k rostlině.
Arbuskula prochází senescentním cyklem: zhruba po týdnu aktivního života nastává lyze
jemnějších struktur arbuskuly, která je pravděpodobně uskutečněna rostlinou. Po ní
zůstane v cytoplazmě buňky amorfní zbytek po materiálu arbuskuly uzavřený ve vakuole
a pahýl nejsilnějších větví arbuskuly.
Arbuskulární mykorhizní symbióza se vyskytuje u většiny kulturních rostlin: cukrové
třtiny, kukuřice, obilnin, brambor, sóji a u mnoha dalších druhů rostlin pěstovaných jako
zeleniny, ovoce nebo technické plodiny. Z toho je zřejmá důležitost této mykorhizní
symbiózy pro agroekosystém.
29
12. 3. Orchideoidní mykorhizní symbióza
Je typem mykorhizní symbiózy rostlin řádu Orchidales. Charakteristickou vlastností
orchidejí je tvorba velmi malých semen prakticky bez zásobních látek. Po vyklíčení
semene se proto musí klíční rostlina (protokorm) napojit na síť mycelia orchideoidní
mykorhizní houby, která je schopna jí zásobovat živinami. Orchideoidní mykorhizní
houba má vysoký saprotrofní potenciál a je schopna rozkládat a využívat půdní
organickou hmotu. Pravděpodobně je schopna žít v půdě jako saprotrof i v nepřítomnosti
orchideje. Ve stadiu protokormu však nelze ještě hovořit o mykorhizní symbióze, neboť
rostlina nemá vytvořen kořen.
Po vytvoření kořenového systému nastává typická orchideoidní mykorhizní kolonizace,
kdy mykorhizní houba proniká do cytoplazmy buněk v hlubších vrstvách kořenové kůry.
Cytoplazmatická membrána opět zůstává nenarušena a vchlipuje se před pronikajícími
hyfami. V cytoplazmě se tak vytváří komplexní hyfový smotek (peloton), podléhající
senescentnímu cyklu, který se může i několikrát opakovat. Tomuto majoritnímu typu
mykorhizní kolonizace orchidejí říkáme typ tolypofágní. Vzácně se vyskytuje ještě typ
ptyofágní, kdy hyfy v cytoplazmě nevytvářejí peloton, ale z jejich apexů se odškrcují
membránové měchýřky (ptyozómy), které jsou cytoplazmou využívány. Tento typ
mykorhizní symbiózy není téměř prostudován a byl popsán u několika málo tropických
orchidejí. Nejznámější orchideoidní mykorhizní houbou je Rhizoctonia solani, anamorfní
basidiomycet, a v tomto typu mykorhizní symbiózy žije řada dalších zejména
basidiomycetů (orchideoidní mykorhizní houby Rhizoctonia repens a R. mucoroides byly
poprvé popsány a izolovány počátkem 20. století. V průběhu doby byly převážně
z kořenů orchidejí izolovány další druhy rhizoktonií, např. Rhizoctonia solani nebo
Rhizoctonia goodyeare-repentis.
Anamorfní druh Rhizoctonia solani, který tvoří orchideoidní mykorhizy, se dnes člení na
anastomózní skupiny. Náležitost nějakého izolátu k určité anastomózní skupině je určena
podle toho, jak je tento izolát schopen tvořit hyfové spoje (anastomózy) se sérií
srovnávacích izolátů. Těchto anastomózních skupin je známo celkem 13 (AG-1 až AG-12
a AG-BI) a uvnitř nich lze pozorovat také určitou podobnost sekvencí ITS oblasti rDNA .
Anamorfní rod Rhizoctonia v jeho nejširším pojetí, který zde souhrnně nazýváme
rhizoktonie či rhizoktoniové izoláty, dnes můžeme označit za skupinu, do níž patří
nejvíce druhů hub vytvářejících orchideoidní mykorhizy. Na základě morfologických
znaků vegetativního mycelia byl později tento rod rozčleněn do několika opět
anamorfních rodů, například Epulorhiza, Ceratorhiza nebo Moniliopsis. Dlouho však
nebylo zřejmé, zda jsou tyto houby schopny tvořit také pohlavní stadia a k jakým
perfektním druhům případně náleží. V 60. letech 20. století byla vyvinuta a úspěšně
použita kultivační metoda, která u některých izolátů vyprovokovala tvorbu pohlavních
struktur. Metoda spočívá v překrytí agarové kultury sterilizovanou zeminou, umožňující
občasnou fruktifikaci těchto izolátů, a tím i platný popis jejich pohlavně úplného neboli
perfektního stadia (podle pravidel platných v mykologii mají anamorfní a teleomorfní
stadium téhož houbového organizmu dvě různá platná jména). K jednotlivým
anamorfním rodům tak byla přiřazena tato jména: Tulasnella (= anamorfní stadium
Epulorhiza), Sebacina (= Epulorhiza), Ceratobasidium (= Ceratorhiza), Thanatephorus
(= Moniliopsis) a Waitea (= Moniliopsis) ještě dříve, než mohly být tyto anamorfy
identifikovány geneticky. Tak jako všechny ostatní dosud poznané taxony hub vytvářející
30
orchideoidní mykorhizy, i všechny „rhizoktoniové“ izoláty patří mezi stopkovýtrusé
houby.
Fyziologická funkce orchideoidní mykorhizní symbiózy není tak jednoduše popsatelná
jako funkce symbiózy u protokormu. Zřejmě zde dochází k obousměrnému přenosu
minerálních živin i organického uhlíku. Známe také mykorhizní symbiózu nezelených
orchidejí neschopných fotosysntézy (hlístník hnízdák), kdy dochází k výživě rostliny
uhlíkem a energií prostřednictvím houby. Tento způsob výživy se nazývá mykotrofie.
Význam orchideoidní mykorhizní symbiózy je podtržen tím, že orchideje vytvářejí malý
počet tlustých kořenů, které tak mají malý specifický povrch a tudíž samy o sobě
nedostatečně zajišťují absorpci živin z půdy.
Velká závislost orchidejí na jejich mykorhizní symbióze je jedním z důvodů jejich
obtížného umělého množení. Při něm se využívá inokulace pěstebního substrátu
mykorhizní houbou a následného výsevu semen. Tato technologie je zejména v případě
orchidejí mírných pásů nedořešená a její výsledky jsou nejisté.
12. 4. Ektomykorhizní symbióza
V ektomykorhizní symbióze žije zhruba 2000 rostlinných druhů, většinou stromů a keřů,
zejména v lesích mírného pásu a v severských (boreálních) ale i v tropických lesích
(včetně lesů tvořených bobovitými rostlinami), a odhadem se jí účastní přinejmenším
5000 druhů bazidiomycetů a askomycetů. Typicky se na ploše lesa (i monokulturního) o
velikosti 0,1 hektaru nachází asi 13–35 druhů ektomykorhizních hub. Jiné údaje hovoří o
66 druzích (roční průměrná hodnota) ektomykorhizních hub s nadzemními plodnicemi na
ploše 0,15 hektaru, přičemž počet druhů saprotrofních bazidiomycetů s nadzemními
plodnicemi nalezených na téže ploše byl jen poloviční.
Mykorhizní houba neproniká do vnitřních prostor buněk rhizodermis ani kořenové kůry.
Po kolonizaci jemného postranního kořene dojde k poškození vrcholového meristému
s následným narušením prodlužovacího růstu a zvýšenému tloustnutí. Může také dojít ke
změnám větvení. Takto vzniklá struktura je na povrchu kryta hyfovým pláštěm a
v mezibuněčných prostorech primární kořenové kůry obsahuje hyfy, které tvoří Hartigovu
síť. Ektomykorhizy mívají kyjovitý tvar a jejich morfologie se u různých kombinací
hostitel-mykorhizní houba poněkud liší. Jsou myceliem propojeny s půdním prostředím.
Ektomykorhizní houby patří v naprosté většině mezi askomycety a basidiomycety. Mají
velmi různou specifitu: známe zcela nespecifické houby (Cenococcum geophilum) i
houby s absolutní specifitou (Suillus grevillei žije pouze v symbióze s modřínem). Mají
také velmi různý saprotrofní potenciál. Některé z nich nelze kultivovat na umělých
živných médiích (Cortinarius, Russula), některé další lze naproti tomu kultivovat velmi
snadno (Boletus, Laccaria). Zdá se, že tento typ mykorhizní symbiózy vznikl nezávisle
hned několikrát (možná mnohokrát) a že je fylogeneticky nestabilní. Některé vývojové
linie pravděpodobně v průběhu vývoje několikrát změnily životní strategii (symbiotická
vs. nesymbiotická).
Biomasa mycelia (včetně mycelia v mykorhizách) může nabývat značných hodnot.
Odhaduje se, že v lesní půdě se na 1 hektaru plochy nachází asi 800 kg mycelia. Biomasa
ektomykorhizních hub zde může tvořit asi jednu třetinu celkové mikrobiální biomasy a je
31
také zodpovědná za přítomnost asi jedné třetiny rozpuštěné organické hmoty v půdním
roztoku. Vzhledem k tomu, že do půdy rozvádí značné množství uhlíkatých látek z
kořenů rostlin, může být důležitým faktorem ovlivňujícím koloběh zejména uhlíku v
ekosystému. Zároveň je zřejmé, že biomasa ektomykorhizních hub je faktor významně
ovlivňující vlastnosti půdního prostředí, které obývá.
12. 5. Erikoidní mykorhizní symbióza
V erikoidní mykorhizní symbióze žije velká většina zástupců rostlin řádu Ericales. Tyto
rostliny se vyznačují velmi jemnými kořeny s potlačenou kořenovou kůrou. Z toho
vyplývá, že erikoidní mykorhizní symbióza spočívá v kolonizaci zejména buněk
kořenové pokožky - rhizodermis - houbovými strukturami. Erikoidní mykorhizní
symbióza je dalším endomykorhizním typem symbiózy, tj. houba proniká do buněk
kořenové kůry hostitele. Je pravděpodobně poněkud více specifická (tj. partneři –
hostitelská rostlina a izolát mykorhizní houby – jsou vzájemně více vybíraví), než je tomu
u arbuskulární mykorhizní symbiózy a ve většině případů i u symbiózy ektomykorhizní.
Jistá volnost ve výběru rostlinného partnera však byla také pozorována. Erikoidní
mykorhizní houba Hymenoscyphus ericae byla totiž například zjištěna ve rhizoidech řady
foliózních játrovek. Po izolaci houby a po kolonizačních pokusech in vitro bylo
prokázáno, že houba tvořila jak normální mykorhizy erikoidního typu, tak i žila v
symbióze s rhizoidy játrovky. Jde o důkaz, že jedna a táž symbiotická houba je schopna
tvořit symbiózu jak s cévnatými, tak i s bezcévnými rostlinami.
Erikoidní mykorhizní symbióza vznikla pravděpodobně před zhruba 140 miliony let a zdá
se, že se houboví partneři vyvinuli ze saprotrofních askomycetů. Bylo to odhadnuto
pomocí molekulárně-genetické analýzy mykorhizních hub. Je typická pro kyselé prostředí
s velmi nízkými koncentracemi živin a jejich pomalým oběhem.
12. 6. Ekologie mykorhizní symbiózy
Mykorhizní houba působí na rostlinu tak, že propojuje její kořen s půdním prostředím a
ovlivňuje jeho fyziologii. Zejména se uplatňují 3 vlastnosti mykorhizní houby: 1)
vláknitý tvar mycelia, který umožňuje efektivní transport látek, 2) malé rozměry (průměr)
hyf, umožňující využívat půdní prostory které nejsou v dosahu kořene a 3) těsný, přímý,
nezprostředkovaný kontakt s hostitelskou rostlinou. Tyto vlastnosti mycelia vysvětlují
pozorované experimentální zlepšení růstu rostliny způsobené zlepšenou minerální
výživou, lepším přísunem vody nebo zvýšenou odolností proti chorobám. Tyto změny
mají ekologické důsledky - zlepšení kompetiční schopnosti hostitelské rostliny.
Protože některé mykorhizní houby jsou velmi málo specifické ve výběru hostitelských
rostlin, mycelium mykorhizních hub (myceliální kontinuum) může propojovat velmi
nepříbuzné rostliny (např. dřeviny s trávami). V takovém případě může docházet
k výměně energií bohatých uhlíkatých látek mezi bohatě rostoucími rostlinnými druhy a
druhy malého vzrůstu, které by jinak trpěly např. nedostatkem světla. To může vést
k omezení kompetice uvnitř společenstva mykorhizních rostlin a zvětšení jeho druhové
rozmanitosti.
32
Mykorhizní symbióza je pravděpodobně nejméně významná v primární sukcesi při
dostatku živin a absenci stresu (ruderální rostlinná společenstva). Ruderální společenstvo
je postupně nahrazeno přechodným společenstvem kompetičně úspěšných rostlin, které
jsou více závislé na mykorhizní symbióze. Konečné, klimaxové stádium vývoje
rostlinného společenstva je charakteristické velkou odolností proti stresu a zároveň
vysokou závislostí rostlin na mykorhizní symbióze.
13. Čarodějné kruhy
Výskyt plodnic saprotrofních i ktomykorhizních makromycetů může být organizován na
okrajích kruhů. Kdysi se myslelo, že jde o místa vyšlapaná vílami či čarodějnicemi, proto
označení „čarodějné kruhy“. Tyto kruhy mají rozměry od desítek centimetrů do sta metrů
a jsou nejlépe patrny výšky (např. na letištích). Kruhy se mohou rozpadat na oblouky
nebo pruhy. Růst plodnic v kruzích je znám u desítek druhů hub.
Nejznámějším případem je Marasmius oreades, špička travní. Původní bodová kolonie se
v trávě zvětšuje a mycelium produkuje toxické látky (kyanovodík) které travní porost
silně poškozují tak, že rostliny odumírají. Tím se uvolňují do půdy minerální živiny
(dusík), které jsou přeživším rostlinám k dispozici. Proto rostliny, které přežily, rostou
bujněji a jsou tmavě zelené. Uprostřed kruhu mycelium stárne a odumírá a uvolněná
plocha je opět kolonizována původním travním společenstvem.
Protože růst mycelia probíhá směrem od centra kruhu, čarodějný kruh se postupně
zvětšuje. Průměr kruhu je pak úměrný stáří kolonie houby. Zdá se, že některé houbové
kolonie mají podle velikosti a rychlosti růstu stáří více než 600 let. Tento charakter růstu
je pravděpodobně velmi častý ale jen někdy se projevuje změnami prostředí, které lze
vizuálně postřehnout.
Rychlost růstu čarodějných kruhů se liší podle druhu houby a podle půdních podmínek,
teplot a vlhkosti. Může být v nepříznivých podmínkách nepatrná ale pokud jsou
podmínky vhodné pro růst mycelia, může dosahovat desítek centimetrů i více než 1 metr
ročně (například u druhu Langermannia gigantea, vatovec obrovský).
14. Lišejníky: zvláštní případ soužití hub s řasami nebo sinicemi
Dalším známým příkladem soužití hub s jinými organismy jsou lišejníky. Toto soužití
mezi houbou (mykobiontem) a fotosyntetizujícím mikroorganismem (fotobiontem),
kterým je buď zelená řasa, nebo sinice, je nazýváno lichenismus. Nově vzniklý podvojný
organismus je schopen žít na takových místech, kde by žádný z partnerů samostatně žít
nemohl, např. na holých skalách. Fotobiont tvoří fotosyntézou cukry a jiné organické
látky (pokud je fotobiontem sinice, uplatňuje se i její schopnost fixovat vzdušný dusík),
houba dodává vodu a minerální živiny, které získává naleptáváním hornin. Symbióza
obou složek se projevuje i v nepohlavním rozmnožování lišejníků, při němž se tvoří
rozmnožovací orgány složené z mykobionta i fotobionta.
Lišejníky, kterých je popsáno asi 14 000 druhů, tvoří pouze ekologickou skupinu;
charakter stélky a pohlavní rozmnožování většinou určuje houba a proto jsou lišejníky ve
fylogenetickém systému řazeny do systému hub (lichenizované houby). V přírodních
33
podmínkách rostou lišejníky velmi pomalu, stélka se zvětší jen o několik mm za rok.
Obdobná je situace i při jejich umělé kultivaci v laboratorních podmínkách, i když
některé druhy rostou v laboratoři rychleji než v přírodě. V laboratoři se podařilo
vypěstovat mykobionta i fotobionta odděleně a pěstovat je v čistých kulturách. Dokonce
byly provedeny umělé syntézy lišejníků z jednotlivých partnerů.
Z ekologického hlediska jsou lišejníky nesmírně důležitými činiteli při primárním
zvětrávání hornin a vzniku půdy. Houba je velmi odolná vůči výkyvům teplot a vlhkostí,
což jí umožňuje se udržet na povrchu zvětrávaného materiálu. Vytváří zde organickou
vrstvu, která umožňuje kolonizaci dalšími organismy. Některé druhy lišejníků jsou
bioindikátory znečištěného ovzduší; zvláště citlivě reagují na oxid siřičitý, a proto se již
mnohé druhy ve městech nevyskytují.
15. Mykoparasitismus - parasitismus hub na jiných houbách
Mykoparasitismus je poměrně častým jevem. Odhaduje se, že asi 3000 druhů hub
parazituje na jiných houbách. Nekrotrofní parazitické houby nejprve svými toxiny zabijí
hostitelskou buňku a pak se z jejích zbytků živí saprotrofně, k čemuž mají důkladnou
enzymovou výbavu. Tak je tomu u mnoha půdních mikroskopických hub, například u
rodu Trichoderma a druhu Clonostachys rosea (Gliocladium roseum). Biotrofní paraziti
neusmrcují hostitelskou buňku, ale vysílají do ní specializovaný orgán (haustorium) nebo
hyfy, kterými čerpají výživu.
V posledních desetiletích se mykoparazitické houby využívají v biologickém boji
s fytopatogenními houbami. Nejúčinnějším způsobem aplikace je inokulace půdy sporami
mykoparazitické houby. Tímto způsobem se aplikují spory hub rodu Trichoderma v boji
proti fytopatogenním druhům rodů Verticillium, Sclerotinia, Botrytis a Fusarium.
Plodnice makromycetů bývají často napadány mykoparazitickými houbami.
Nejznámějším případem je napadení plodnic stopkovýtrusé houby Scleroderma citrinum
(pestřec obecný) hřibem cizopasným (Xerocomus parasiticus). Podobně jsou také
podzemní plodnice u rodu Elaphomyces (jelenka) napadány vřeckovýtrusou houbou
Cordyceps ophioglossoides (housenice cizopasná). Velmi známé jsou zlatožluté povlaky
mikroskopické houby Apiocrea chrysosperma (nedohub zlatovýtrusý) na přezrálých
plodnicích Xerocomus chrysenteron (hřibu žlutomasého).
16. Symbióza hub s živočichy
Existuje rovněž symbióza hub se zástupci živočišné říše. V těchto případech je nutno
chápat termín symbióza velmi obecně, protože se často jedná o určité područí, v kterém
houba žije, i když na druhé straně se živočišný partner často o houbu velmi pečlivě stará.
Většinou tak živočichové (jedná se převážně o zástupce hmyzu) obcházejí svou
neschopnost metabolizovat celulózu a lignin.
Symbiotická houba může žít v interakci z živočichem tak, že buď obývá vnitřní prostor
jeho těla po celý život (endosymbióza) nebo se vyskytují na jeho povrchu. Uvnitř buněk
měňavek žijí houby rodu Cochlonemus a Endocochlus, v tělních dutinách kroužkovců se
vyskytují rody Catenaria a Nematoctonus. Endosymbiózy jsou nevíce rozšířené u hmyzu.
34
Houby mohou žít ve zvláštních buňkách mycetocytech které mohou být organizovány
v orgánech zvaných mycetomata.
Brouci ze skupiny Scolytinae (kůrovci) si v rostlinných pletivech vytvářejí chodbičky,
v nichž pěstují asociované houby. Jde o mutualistický vztah, v němž brouk využívá
symbiotickou houbu jako zdroj potravy a jako ochranu proti obranným látkám, kterými
rostlina reaguje na napadení broukem. Houba je naopak broukem přenášena a očkována
do nově osídlených prostor. Přísně vzato, tato asociace obsahuje ještě další složky - jiné
houby, roztoče, kvasinky a bakterie. Síla vazby mezi broukem a je velmi různá, od
volného vztahu až po naprostou závislost (houba bez brouka z prostředí zmizí, brouk se
živí výhradně houbou). Zcela závislí na houbě jsou tzv. ambrosioví brouci, kteří se
zavrtávají do xylemu mrtvých stromů a jsou schopni trávit pouze houbovou biomasu, jenž
jim poskytuje steroly, které neumějí sami syntetizovat. Ambroziový způsob života
představuje velmi výhodnou evoluční inovaci, protože v průběhu evoluce vznikl
nezávisle několikrát. Umožňuje broukům osídlovat široké spektrum hostitelských rostlin.
Ambróziové houby (Raffaelea) tvoří v chodbičkách (galeriích) ambrosiovou vrstvu, která
musí být broukem udržována a ten na ní spásá konidie. Brouk přenáší inokulum houby
v tzv. mykangiích. Lýkožraví kůrovci se naprotitomu živí rostlinnými pletivy, která
mohou kombinovat s myceliem hub. Často spolupracují s fatopatogenními houbami, které
jim usnadňují průnik do rostliny (Ophiostoma, Ceratocystis).
Samičky některých pilořitek, jejichž larvy žijí ve dřevě, mají mezi články zadečku
kapsovité útvary mycetangia obsahující houby. Při kladení vajíček se vajíčka infikují
houbou a tím je zajištěna kontinuita soužití. Vylíhnuté larvy vyžírají ve dřevě chodbičky,
přičemž částečný rozklad dřevní hmoty a její stravitelnost jsou zajišťovány právě
houbami rodů Stereum, Amylostereum a Cerrena.
Velmi známé je soužití jihoamerických mravenců rodu Atta s houbami, které si mravenci
pěstují v podzemních pěstírnách (zahrádkách), které zásobují nastřihanými listy.
Mravenci se živí výhradně houbami, jsou na nich zcela závislí. Jsou nazýváni listokazy,
protože okusují listy stromů, a to mnohdy ve velkém měřítku. Tito mravenci se
specializují na jednotlivé úkony spojené s pěstováním hub, a navíc jsou své určité funkci
přizpůsobeni i stavbou těla. Dělba práce je následující: jedni mravenci vylezou na strom a
přehryžou stopky listů. Pod stromem druhá skupina mravenců velkými kusadly vykrajuje
okrouhlé kousky. Další skupina - nosiči - přenáší tyto kousky listů do mraveniště.
Mraveniště, které je zpravidla rozsáhlé a zasahuje několik metrů pod zem, je rozděleno na
poschodí s velkým počtem sklípků. Nosiči svůj náklad ukládají v horních poschodích,
kde jej zpracují mravenci - drtiči. Ti kusadly kousky listů rozmělňují. Zaočkování houbou
provedou příslušníci další profese, kteří ze sklípků, kde již houba roste, přenesou kousky
podhoubí a nasadí je do připraveného substrátu. Substrátem houba rychle prorůstá,
mravenci jej pravidelně postřikují svými výměšky a na jeho povrchu okusují mycelium. Z
konečků okousaných vláken začnou vyrůstat zvláštní zduřelé měchýřky, bohaté na
bílkoviny. Ty jsou jedinou potravou všech příslušníků mraveniště. Pokud mravenci o
substrát pečují, udržují v něm monokulturu jediného houbového druhu. Jakmile
mraveniště opustí, je substrát rychle kolonizován různými druhy hub. Houby z mraveniště
se podařilo izolovat do čisté kultury a vypěstovat do stadia plodnic. Nejznámější druh byl
popsán jako Rozites gangliophora.
Podobně se chovají také jihoameričtí termiti. Využívají přitom rozkladu dřeva a trávy
enzymy hub. Termiti se živí požíráním dřeva a různých rostlinných zbytků. Protože
35
nejsou schopni trávit lignocelulózový materiál, řeší to tak, že v termitištích na substrátu
ze svých výkalů pěstují houby, které požírají a k trávení pak využívají houbou
produkované celulázy. Tak se udržuje v trávicím traktu, v prostředí hnízda i ve
zpracovávaném materiálu vysoká koncentrace rozmnožovacích částic houby. Na povrchu
termitiště se objevují plodnice hub, které vyrůstají ze substrátu bohatého na živiny. Tyto
plodnice, které jsou mnohdy značně veliké (průměr klobouku až 30 cm), s oblibou sbírají
domorodci a je možno je vidět na trzích v některých oblastech Asie (např. v Thajsku).
Tyto bazidiomycety byly určeny, zařazeny do rodu Termitomyces a je celkem popsáno na
30 druhů. Kromě druhů rodu Termitomyces byly v substrátu nalezeny i dva druhy patřící
do rodu Xylaria.
17. Anaerobní houby
Široce zakořeněná představa o houbách jako striktně aerobních organismech není přesná.
Velmi známým příkladem, který porušuje toto zažité pravidlo je řada kvasinek, které jsou
běžně schopny žít v anaerobním prostředí. Existuje ale také významné oddělení
vláknitých hub zvané Neocallimastigomycota, které zahrnuje striktně (obligátně)
anaerobní organismy, které se vyskytují v zažívacím traktu některých velkých savců,
například skotu. Jde o mikroorganismy, které na základě molekulárně genetických znaků
jednoznačně patří mezi houby. Důležitou modifikací (adaptací na anaerobní podmínky) je
absence mitochondrií, které jsou nahrazeny hydrogenozómy. V úzkém smyslu slova
nazýváme anaerobními houbami právě oddělení Neocallimastigomycota.
Dlouho však nebylo jasné, o jaké organismy se jedná. Předpokládalo se, že jde o prvokyjednobuněčné živočichy. Badatelé totiž v obsahu bachoru nacházeli po požití potravy
prvokům podobné jedno- i vícebičíkaté zoospory. Ostatní struktury těchto organismů
(mycelium, sporangia), které jsou skryty v pevných částečkách potravy, unikaly
pozornosti až do roku 1974, kdy byly C. G. Orpinem poprvé definitivně identifikovány, i
když byly zprvu považovány za chytridiomycety. Rozlišujeme druhy se stélkou
monocentrickou a stélkou polycentrickou. Zástupci těchto hub náležejí například do rodů
Neocallimastix, Orpinomyces, Piromyces, Anaeromyces. U skotu se vyskytují
v bachorové šťávě. Není přesně známo, jakým způsobem je zažívací trakt mladých zvířat
kolonizován.
Bachor jako životní prostor obývaný anaerobními houbami je velmi specifické prostředí.
Kyslík se zde nevyskytuje, oxidačně redukční je záporný (-300 až -350 mV), panují zde
tedy silně redukční podmínky. pH je slabě kyselé až neutrální (6-7). Teplota je proti savčí
tělesné teplotě mírně zvýšená (38-42 ºC), což je způsobeno uvolňováním tepla při
intenzívních biochemických reakcích. Bachor obsahuje složité mikrobiální společenstvo,
v němž anaerobní houby zajišťují rozklad převážně polysacharidových složek potravy a
uvolňují cukry, molekulární vodík, etanol, oxid uhličitý a organické kyseliny. Některé
z těchto látek jsou využity zvířetem, jiné jsou dále zpracovány bakteriální složkou
bachorového společenstva, čímž vzniká značné množství metanu.
Teoreticky a potenciálně i prakticky je zajímavý způsob, jakým anaerobní houby
rozkládají polysacharidy včetně celulózy. Využívají k tomu tzv. celulozóm, modulární
bílkovinnou strukturu, která obsahuje bílkovinnou kostru, na niž se váží organizující
bílkoviny zvané dokeriny, které umožňují vazbu aktivních enzymových složek
celulozómu: celuláz, xylanáz, glukanáz ... Na hlavní bílkovinnou kostru se však váží také
36
CBD (cellulose binding domains), které váží celý celulozóm na povrch rozkládaného
substrátu, kde jej koncentrují a tím zvyšují účinnost rozkladu. Podobné celulozómy byly
popsány u anaerobních bakterií Clostridium cellulovorans. Celulozóm má velmi nadějný
praktický potenciál pro využití při zcukřování rostlinné biomasy.
18. Léčivé houby
Houby se používaly, podobně jako léčivé rostliny, k léčení od starověku. Ve staré Číně se
používal v ženském lékařství námel, využívalo se jeho vasokonstrikčních účinků. Číňané
také dlouho znají housenici čínskou (Ophiocordyceps sinensis), kterou užívají jako
posilující prostředek a prostředek posilující imunitu. Další důležitou léčivou houbou je
paličkovice nachová, námel. I když námel používali i staří Řekové, evropská medicína se
stavěla k houbám jako léčivům spíše odmítavě. Lze říci, že léčivých účinků hub si cenila
východní medicína mnohem více. Tato situace se odráží i do současnosti, i když se
v posledních desetiletích mění. Houby se však zařazují mezi tzv. doplňky stravy, tj.
prostředky bez deklarovaného léčivého účinku. Jejich nevýhodou je často zbytečně
přemrštěná cena, která může omezit jejich dostupnost. Léčivé houby se dnes používají
buď jako tzv. „nutriceutical“, tedy samostatně užívaný preparát (sušená biomasa nebo
extrakt), nebo jako tzv. „nutraceutical“, kdy se užívají jako příměs do stravy.
Odhaduje se, že existuje asi 10000 druhů makromycetů (druhů tvořících makroskopické
plodnice). Z nich asi 20 druhů se dnes používá jako léčivých. V roce 1999 se ve světě
obchodovalo léčivých hub asi za 6 miliard dolarů, z toho připadalo asi 1.5 miliardy dolarů
za nejvíce užívaný druh - Ganoderma lucidum (lesklokorku lesklou). Pokud nebereme
v úvahu antibiotika, je ekonomicky významných čistých preparátů vyráběných z léčivých
hub jen několik. Jde o lentinan, schizophyllan a krestin.
Lentinan je čistý polysacharid izolovaný z plodnic a mycelia Lentinula edodes (shii-take,
houževnatec jedlý). Má protinádorové účinky a působí nepřímo stimulací imunitní
odpovědi. Používá se injekčně jako podpůrný přípravek v kombinaci s jinými léčivy.
Krestin je protein-polysacharidový komplex extrahovaný z mycelia Trametes versicolor
(outkovka pestrá). Kromě stimulace imunity také přímo brzdí růst některých nádorů.
Schizophyllan je polysacharid z mycelia Schizophyllum commune, který opět stimuluje
imunitu a potlačuje růst některých nádorů. Zkouší se také polysacharid z Ganoderma
lucidum.
Ganderma lucidum (lesklokorka lesklá) a několik příbuzných druhů rodu Ganoderma je
po staletí velmi populární v Číně. Uměle se pěstuje a užívá se jako tonikum i jako
prostředek pro podporu imunity. Má protinádorové účinky.
Mechanismus účinku působení houbových polysacharidů na imunitu je velmi složitý a je
předmětem intenzívního výzkumu. Struktura beta(1,3)-vazby na hlavním řetězci
polysacharidu, kombinovaná s vazbou beta(1,6), která umožňuje větvení polysacharidu,
podmiňuje biologickou aktivitu celé makromolekuly. V tenkém střevě stimuluje
lymfoidní tkáň zvanou Peyerovy plaky a tím podporuje imunitní reakci.
Houba Lentinula edodes snižuje hladinu cholesterolu v krvi. Za tuto aktivitu je
pravděpodobně zodpovědná látka eritadenin, která se v houbě vyskytuje. Další látkou,
která snižuje krevní cholesterol je lovastatin přítomná v Pleurotus ostreatus.
37
Léčivou houbou, jejíž pěstování a konzumace doznaly bouřlivý rozvoj v posledním
desetiletí v Číně je housenice červená, Cordyceps militaris. Jde o houbu, jejíž účinky jsou
ze všech léčivých hub nejlépe prostudovány. Houba napadá housenky některých druhů
motýlů a pod zemí, když se přemění v kukly, je prorostou a mumifikují. Kukla je bohatá
na organické látky a proto musí houba zajistit, aby ji nezkonzumovaly jiné půdní
mikroorganismy. Dosahuje toho pravděpodobně produkcí řady sekundárních metabolitů,
které potlačují růst konkurenčních mikroorganismů. Kromě beta-glukanu, který je mezi
houbami obecně rozšířen, tak obsahuje jako hlavní účinnou látku kordycepin. Chemicky
jde o nukleotid 3-deoxyadenosin, který má slabé antibiotické účinky a řadu dalších
doložených vlastností. U této konkrétní látky byly prostudovány účinky na funkci
imunitního systému a řadu dalších tělních systémů. Je známo, že se účastní odpovědi na
některé virové infekce a velmi pravděpodobně zvětšuje odolnost organismu proti
nádorovým onemocněním. V některých případech těchto účinků je přímo známa jejich
molekulární podstata. Kordycepin podstatně ovlivňuje tvorbu bílkovin (proteinů) tím, že
předčasně a nesprávně ukončuje jejich syntézu v ribozómu. Je to způsobeno nesprávným
zkrácením molekul mediátorové RNA, která za normálních podmínek nese kompletní
informaci o struktuře produkované bílkoviny. Organismus je pak podstatně oslaben a je
oslaben tím více, čím více proteinů produkuje. Rostoucí mikroorganismy produkují
hodně proteinů a mohou být proto kordycepinem senzibilizovány („zcitlivěny“) pro jiná
(dosud neznámá) antibiotika, která housenice snad vyrábí a která dosud neumíme
extrahovat. Způsob, jak si housenice chrání „svoji“ mumifikovanou kuklu je
mnohotvárný, houba se pravděpodobně nespoléhá jen na jedinou ochrannou látku či
strategii. Je proto možné, že nám kromě kordycepinu poskytne ještě některé další
zajímavé produkty, které s touto ochranou souvisí.
19. Antibiotika - příklad praktického využití hub: Penicilin
Penicilin je považován za první antibiotikum objevené A. Flemingem. Ve skutečnosti
bylo již před objevem penicilinu objeveno několik jiných antibiotických látek (sparassol)
a sám Fleming nebyl schopen penicilin účinně izolovat, chemicky popsat a testovat. Byl
pouze schopen pozorovat jeho účinky in vitro. Tyto práce se datují do roku 1928, kdy
Fleming působil jako lékař v jedné z Londýnských nemocnic. Penicilin byl izolován,
charakterizován a testován H. Floreym v Oxfordu, kde byla zavedena před 2. světovou
válkou jeho pokusná výroba.
Problém s výrobou penicilinu spočívá v tom, že jde o slabou kyselinu, která je zároveň
v kyselém vodném prostředí velmi nestabilní. Pokud je však vodný roztok penicilinu
(např. kultivační tekutina po kultivaci houby Penicillium notatum) okyselen a ihned
důkladně promísen s vhodným nepolárním, vodou nemísitelným rozpouštědlem, přejde
penicilin (který není v kyselém prostředí disociován) kvantitativně do nepolární fáze,
v níž může být odpařením zkoncentrován. Tohoto principu bylo využito při izolaci
penicilinu. Nestabilita penicilinu v kyselém prostředí byla odstraněna chemickou
modifikací, takže je možné jej aplikovat perorálně, aniž by byl zničen silně kyselým
prostředím žaludku.
Z obavy před tím, že by mohl být penicilin ukořistěn Němci při jejich předpokládané
invazi do Anglie, byly práce na penicilinu přesunuty do USA, kde byla také postupně
zavedena jeho průmyslová výroba. Práce na výzkumu a zavádění penicilinu značně
38
podpořily vážnost, rozvoj a podporu mykologie jako vědního oboru (C. Thom, K. B.
Raper).
Penicilin působí na rostoucí Gram-pozitivní (v menší míře na někt. Gram-negativní)
bakterie, u nichž indukuje buněčnou lyzi. Je to způsobeno poruchou stavby buněčné stěny
bakterie, která ztrácí mechanickou integritu a osmotické síly pak způsobí rozpad buňky.
Výhodou penicilinu a jeho moderních derivátů je jejich velmi nízká toxicita pro živočišné
organismy. Nevýhodami jsou možné alergické reakce a snadný vznik rezistence u
cílových mikroorganismů.
20. Antibiotika - příklad praktického využití hub: Mucidin
Mucidin je jediné klinicky užívané antibiotikum československého původu. Bylo
objeveno skupinou dr. Vladimíra Musílka v Mikrobiologickém ústavu ČSAV v Praze
v 60. letech 20. století. Toto antibiotikum produkuje dřevokazná houba Oudemansiella
mucida (slizečka porcelánová). Působí proti jiným houbám. Na rozdíl od penicilinu je
mucidin chemicky stabilní a velmi málo rozpustný ve vodě. Jeho příprava spočívá
v extrakci (vytřepání) do vhodného nepolárního rozpouštědla a v jednoduché purifikaci.
Protože byl mucidin aplikován zevně, bylo možné používat i surový extrakt z kultury
houby.
K měření antibiotické aktivity mucidinu v extraktech se využívá tzv. titrační plotny, což
je vrstva vhodného živného agarového média obsahující homogenně rozptýlené zárodky
vhodného testovacího organismu, například kvasinky rodu Candida. V médiu se
korkovrtem vytvoří jamky, do nichž se pipetuje testovaný extrakt případně ředící řada
standardního roztoku antibiotika. Antibiotikum difunduje do okolního média a jeho
koncentrace klesá se vzdáleností od jamky. Aktivita antibiotika se projeví tak, že v okolí
jamky nenastane růst testovacího organismu. Velikost této inhibiční zóny odpovídá
koncentraci antibiotika v jamce.
Mucidin působí na řadu vláknitých hub i kvasinkovitých organismů často mnohem lépe,
než ostatní antibiotika (např. fungicidin). V jeho přítomnosti dochází k poruchám růstu,
buňky mají abnormální tvar a na ultrastrukturní úrovni je patrné zásadní poškození
mitochondrií. Bylo zjištěno, že mucidin blokuje dýchací řetězec tím, že blokuje přenos
elektronů z cytochromu b na cytochrom c1.
Mucidin se vyráběl ve fermentorech a aplikoval se pod jménem Mucidermin ve formě
zásypu, masti nebo spreje. Byl ve své době velmi žádaným antibiotikem. Jeho výroba
byla ukončena Koncem 70. let 20. století z neznámých důvodů.
O něco později byla produkce chemicky identického antibiotika objevena zahraničními
badateli u penízovky nahořklé (Strobilurus tenacellus) pod názvem strobilurin A. Priorita
dr. Musílka nebyla uznána a strobilurin A dal jméno celé skupině antibiotik, tzv.
strobilurinových antibiotik. Tato antibiotika mohou být efektivně získávána chemickou
syntézou bez účasti biologického produkčního procesu a jejich chemická stavba může být
podle potřeby modifikována. Tak byla například firmou Bayer zvýšena rozpustnost
antibiotika do té míry, že může být používáno jako systemické - pronikající do celého
39
organismu. Používá se však nikoli v humánní nebo veterinární medicíně ale při ochraně
rostlin (obilnin a zeleniny).
21. Houby patogenní pro člověka
Choroby působené houbami nazýváme mykózy a podle toho, zda jsou povrchové nebo,
napadají vnitřní prostředí organismu je označujeme jako invazívní (systemické) nebo
neinvazívní (nesystemické). Lze proti nim bojovat řadou antifungálních léčiv
(Amfotericin B, Thiabendazol, 5-fluorocytosin, Ketokonazol, Itakonazol, Flukonazol).
Účinná léčiva mají někdy závažné vedlejší účinky a často vyžadují i speciální způsoby
podání (injekce, infuze). Mykózy, které se rozvinou zejména do systemické podoby jsou
velmi vážné zejména u imunodeficientních pacientů a pacientů s medikamentózně
potlačenou imunitou (posttransplantační stavy) nebo se silnými dávkami antibiotik.
Mezi invazívní mykózy patří aspergilózy, blastomykózy, kandidózy, kokcidiomykózy,
kryptokokózy, histoplazmózy, parakokcidiomykózy, sporotrichózy a zygomykózy. Jsou
velmi nebezpečné zejména u pacientů s imunodeficiencí.
Aspergilózy jsou působeny askomycety rodu Aspergillus. Mají vysokou úmrtnost. Je
možné je detekovat pomocí specifických galaktomannanů v krvi. Známe například
cerebrální aspergilózu (napadení mozku), sinuitidu (napadení kostních dutin obličejové
části hlavy), nebo keratitidu (napadení oční rohovky). Známy jsou i popáleninové infekce
- sekundární kolonizace místa popálenin.
Nejčastější formou mykóz u člověka jsou kandidózy. Houby rodu Candida jsou normální
součásti mikroflóry povrchu těla, kde se chovají jako komensálové a člověk má proti nim
vysokou přirozenou imunitu. To je případ druhů Candida parapsilosis a Candida
guilliermondii. Mohou ale napadat plíce (kandidózní pneumonie), ústní dutinu, břišní
dutinu (peritonitida) a řadu vnitřních orgánů včetně žlučníku, jater, urogenitální soustavy
i centrální nervovou soustavu. Kandidózy, působené nejčastěji druhem Candida albicans,
jsou velmi různorodé. Časté jsou vulvovaginální infekce přenášené pohlavní cestou.
Candida jako původce lidského onemocnění byla poprvé jednoznačně rozpoznána při
záměrném vyvolání infekce inokulací pravděpodobně právě houby Candida albicans do
vaginy těhotné ženy Hausmannem v roce 1875. Vaginální kandiózy jsou častější u
těhotných žen (30%) než u žen ostatních (5%) a jsou významně častější u žen užívajících
některé druhy orální antikoncepce. Známy jsou také kolonizace penisu, kde vytvářejí
infekční ložiska a způsobují leze tkání.
Nepříjemné jsou kandidózy ústní dutiny (zejména u dětí), jícnu, žaludku i ostatních částí
zažívacího traktu. V ústech se projevují jako nepřehlédnutelné světlé povlaky například
na jazyce, dásních nebo patře apod. Mohou být jako mukokutánní infekce přítomny na
velké části povrchu těla. Jsou známy případy, kdy se lokální infekce kůže projevuje
tvorbou granulomatózních výrůstků bizarních tvarů.
Dalším onemocněním působeným houbami jinak normálně přítomnými v komensální
tělesné mykoflóře jsou kryptokoky. Cryptococcus neoformans je nejdůležitějším
houbovým patogenem člověka. Lze jej v krvi detekovat podle extracelulárních
polysacharidů. Kryptokokózy mají velkou úmrtnost a jsou nebezpečné pro
imunodeficientní pacienty. Cryptococcus způsobuje plicní infekce, infekce centrální
40
nervové soustavy, okultní onemocnění prostaty odolné vůči léčbě, genitální léze,
hepatitidu, thyroiditidu, sinusitidu, infekce slinných žláz, zánět hltanu, infekci žlučníku a
žlučovodů, enteritidu, peritonitidu, mastitidu (ta je známa i u dobytka, který se nakazí
kontaminovaným dojícím strojem, je kvůli ní veterinárně vyšetřován). Cryptococcus
může způsobovat závažné osteolytické léze a artritidu.
Mezi neinvazívní mykózy patří chromoblastomykóza, oční mykózy (mykotická
keratitida), lobomykóza (masívní napadení končetin), mycetomata, kožní mykózy,
onychomykózy (na nehtech), piedra (ložiskové napadení vlasů), pityriasis versicolor
(pigmentované plochy pokožky) a tinea (napadení kůže na různých částech těla).
Nejznámějším neinvazívním onemocněním je tinea. Rozeznáváme několik forem podle
toho, jakou část těla postihují. Např. tinea pedis postihuje chodidla a meziprstní prostory
na nohách, kde způsobuje nepříjemné praskání kůže. Jde o infekční onemocnění
způsobované houbami Trichophyton rubrum nebo Trichophyton mentagrophytes.
Postihuje asi 15% lidské populace. Stejnými houbami je způsobena i tinea corporis, která
postihuje kůži, kde vytváří mapy se začervenalým okrajem. Často bývá na člověka
přenesena ze zvířat.
22. Biotechnologie využívající houby
Biotechnologie jsou technologie, které využívají organismy k získání produktů jiných,
než je biomasa těchto organismů. Houby jsou využívány zejména v řadě biotechnologií
souvisejících s potravinářstvím, farmaceutickým průmyslem, nebo s výrobou některých
organických látek. Nejstarší houbovou biotechnologií je pravděpodobně výroba alkoholu
(etanolu).
Organizovaná výroba etanolu v podobě kvašených nápojů začala asi před 10000 lety na
Středním východě a v Persii. Šlo zřejmě o výrobu kvašených alkoholických nápojů
z medu, tedy něco na způsob medoviny. Později, asi před 8000 lety se na Středním
východě začaly vyrábět kvašené nápoje z vinných hroznů, šlo tedy o počátky výroby
vína. Je možné, že zkvašování bylo využíváno jako způsob konzervace šťávy. Zhruba
před 5000 lety již ve Středomoří probíhal čilý obchod s vínem. Před cca 2800 lety se
potom začalo v Indii vyrábět ječné a rýžové pivo. Kvašené nápoje jsou známy také ze
staré Číny, Babylónie, Egypta a z řady území předkolumbovské jižní a střední Ameriky.
Ve středověku znala Evropa medovinu, pivo a víno.
K výrobě alkoholu se používá pivní kvasinka Saccharomyces cerevisiae, kterou řadíme
mezi vřeckovýtrusé houby. Je schopna běžně zkvašovat cukry až do koncentrace etanolu
asi 8 až 10%. Tzv. hlubokoprokvašující rasy kvasinek dosahují koncentrace etanolu
kolem 18%. Toto omezení je způsobeno tím, že etanol je ve vysokých koncentracích
toxický i pro samotné kvasinky (má konzervační účinky).
Na přelomu 10. a 11. století objevili alchymisté v lékařské škole v Salernu (Itálie), že
destilací vína je možné získat čistší a silnější alkoholický nápoj, destilace tak byla využita
ke zvýšení koncentrace alkoholu. Proces destilace však již předtím znali Řekové a
Arabové. Opakovanou destilací je možné koncentraci etanolu dále zvyšovat až na 96%,
což je koncentrace etanolu v azeotropní směsi s vodou. Další zvyšování jeho koncentrace
je možné s využitím sušidel (tzv. absolutní alkohol).
41
Do vlastní kvasné reakce vstupují monosacharidy (nikoli však všechny monosacharidy),
například glukóza. Aby mohl být takto zpracován škrob, musí být nejprve rozštěpen na
glukózové jednotky enzymem amylázou. Proto je před započetím kvasného procesu při
výrobě piva nejprve potřeba rozštěpit škrob. Využívá se k tomu amylázy z klíčícího
ječmene a výsledkem tohoto procesu (sladování) je slad, který již obsahuje velké
množství glukózy, která může být zkvašena. Glukóza vstupuje do procesu anaerobní
glykolýzy, který umožňuje získat z jedné molekuly glukózy 2 molekuly ATP. Toto je
důvod, proč anaerobní glykolýza probíhá: je zdrojem energie pro organismus žijící
v anaerobním prostředí.
Výsledkem anaerobní glykolýzy je kromě uvedených dvou molekul ATP také pyruvát (2
molekuly pyruvátu na jednu molekulu glukózy). Kromě toho se uvolní 2 atomy vodíku,
jejichž elektrony redukují 2 molekuly NAD+ za vzniku 2 molekul NADH (přenašeč
redukčního ekvivalentu). Pokud se má energie z anaerobní glykolýzy získávat
kontinuálně, pak by to znamenalo, že buňka by musela mít neomezený zdroj NAD+ a
musela by mít možnost neomezeného hromadění NADH, což není reálně možné. Proto se
musí vznikající NADH recyklovat, musí předávat svůj redukční ekvivalent na nějakou
další molekulu a tím se oxidovat. Vhodnou molekulou, která je schopna tento redukční
ekvivalent přijmout je naštěstí pyruvát pocházející z glykolýzy, který je schopen se
redukovat přijetím 2 elektronů vodíků přenášených NADH. Produktem této redukce
pyruvátu je právě etanol. Vzhledem k tomu, že využití energie ve zkvašované glukóze
prostřednictvím anaerobní glykolýzy je velmi neefektivní (čistý výtěžek pouhých 2
molekul ATP), vznikající etanol je energeticky velmi bohatou látkou a lze jej aerobní
oxidací dále využít jako zdroje energie.
Při alkoholickém kvašení nevzniká pouze etanol ale také řada vedlejších produktů,
z nichž některé jsou žádoucí (různé vonné a chuťově významné látky), ale jiné mohou být
škodlivé. Takovou škodlivou látkou je vyšší aromatický alkohol tryptophol (2-(1H-indol3-yl)ethanol). Jako sekundární produkt fermentace se vyskytuje ve víně i v pivu. Je
látkou, kterou kvasinky využívají jako signální molekulu ve vzájemné komunikaci typu
„quorum sensing“. Způsobuje spánek (produkuje ho také např. Trypanosoma brucei,
původce spavé nemoci). Je genotoxický a způsobuje mutace, a pravděpodobně poškozuje
játra, kde také může vznikat.
V přírodě nejrozšířenější organická látka - celulóza - je polymerem glukózy. V principu
je tedy možné z celulózy získat glukózu a jejím zkvašením pak etanol, který lze použít
jako paliva ve výbušných motorech. Význam potenciálního využití celulózy pro výrobu
etanolu je tedy evidentní. Problém spočívá v tom, že celulózu je třeba před fermentací
nejprve hydrolyzovat na glukózové jednotky (tzv. zcukření, sacharifikace). K hydrolýze
se buď využívá silných kyselin za vysokých teplot nebo houbových celulolytických
enzymů. V obou případech jde o procesy velmi drahé, které ekonomicky diskvalifikují
průmyslové využití celulózy jako suroviny pro výrobu etanolu. V principu však tomuto
využití nic nebrání, je třeba vyřešit značné technické obtíže spojené s procesem zcukření.
Tímto problémem se ve světě zabývá řada výzkumných programů (vládou podporovaná
kanadská firma Iogen).
Houbové organismy mohou být využity jako buněčné továrny, „cell factories“. Podle
legislativy USA je kvasinka Saccharomyces cerevisiae považována za obecně bezpečný
organismus („Generally Recognized As Safe“, GRAS). Znamená to, že se u ní
nepředpokládá patogenní působení nebo jiné nebezpečné chování. Ona a několik
42
podobných hub, které mají tento status, proto může být používána k produkci
rekombinantních proteinů a metabolitů použitelných např. pro farmaceutické účely.
Kvasinky mohou ve své proteinové frakci obsahovat až několik desítek procent žádaného
rekombinantního proteinu.
Saccharomyces cerevisiae v současnosti umožňuje heterologní produkci lidského
interferonu, lidského epidermálního růstového faktoru, lidského hemoglobinu a dalších
proteinů. Tímto způsobem se také vyrábí povrchový antigen viru hepatitidy B, který je
využíván pro bezpečnou výrobu vakcíny. Určitou nevýhodou je to, že Saccharomyces
cerevisiae příliš vznikající protein glykosyluje. Z tohoto důvodu se hledají další
organismy, které zajišťují glykosylaci probíhající v míře podobné glykosylaci v lidské
buňce. Takovým organismem je kvasinka Pichia pastoris. Problémem je zde ale to, že
tato kvasinka není uznána jako GRAS. Nicméně slouží k efektivní výrobě hirudinu, což je
inhibitor thrombinu, který je používán k omezení srážlivosti krve.
Houbové organismy se používají ke komerční produkci mnoha heterologně
exprimovaných enzymů používaných v potravinářství, v pracích prostředcích a
v kožedělném, textilním a papírenském průmyslu. Dále se touto cestou vyrábějí enzymy
používané pro léčebné a diagnostické účely. Velmi široce potravinářsky používaným
enzymem produkovaným houbou Aspergillus niger var. awamori, který původně pochází
z hovězího dobytka, je renin (chymosin), který se používá jako syřidlo. V pracích a
čistících prostředcích a v kožedělném průmyslu se používají lipolytické enzymy, které
zde mohou být kombinovány s proteázami, oxidázami a peroxidázami. Obvykle jde o
houbové enzymy exprimované v jiné houbě.
K heterologní produkci rekombinantních proteinů se kromě výše zmíněných houbových
organismů dále používají kvasinky Hansenula polymorpha, Yarrowia lipolytica a
Kluyveromyces lactis a také vláknité houby Aspergillus nidulans a Trichoderma reesei.
Výhodou těchto vláknitých hub je vhodná míra glykosylace produkovaných proteinů a
zejména to, že umožňují žádané produkty produkovat extracelulárně. V tom případě je
velmi usnadněná izolace a purifikace produktu.
43
Download

MYKOLOGIE