Mikrobiologie

Jen menšina druhů bakterií a virů vyvolává onemocnění člověka, tyto druhy se označují jako patogenní.

Princip vyvolání onemocnění

Bakterie se mohou v organismu množit, přičemž spotřebovávají živiny nebo rozkládají tkáně. Také mohou uvolňovat toxické látky (např. v případě tetanu).

Viry napadají buňky hostitelského organismu (včetně člověka) a využívají je ke svému rozmnožování, čímž je vyčerpávají či zcela ničí.

Organismus tedy poškozují samotné mikroorganismy i látky, které při jejich působení vznikají (toxiny, odpadní látky, látky vzniklé rozpadem buněk). Proti mikroorganismům a jejich toxinům bojuje imunitní systém. Působení imunity může do určité míry poškozovat i vlastní buňky. Tělo je pak vyčerpáváno jak snahami o „opravu“ svých poničených součástí, tak vkládáním zdrojů do imunitní odpovědi.

Příznaky onemocnění (např. horečka, produkce hlenu) pak mnohdy nevyvolávají mikroorganismy samy o sobě, ale imunitní reakce na ně – např. horečka zpomaluje množení mikroorganismů, hlen je odstraňuje ze sliznic.

Různé mikroorganismy napadají různé části těla (např. viry hepatitidy se množí hlavně v játrech, viry rýmy hlavně v nosní sliznici). Právě zde pak dojde k největšímu poškození a imunitní odpovědi.

Pokud se patogen (např. bakterie, virus) dostane do organismu, nutně to neznamená, že způsobí onemocnění. Vliv má např. to, o který mikroorganismus jde či kde v těle se konkrétně nachází (např. bakterie E. coli je prospěšná ve střevě, ale nevítaná v močovém měchýři). Závisí také na aktuálním stavu imunitního systému.

Přenos nákazy a prevence

Mikroorganismy se mohou šířit např. kapénkami (drobnými kapičkami, které vyjdou z těla např. při kašlání), přímým kontaktem, vodou či potravinami, krví či při sexuálním kontaktu. Některé nemoci přenáší živočichové (např. klíště).

Předcházení infekčním onemocněním (prevence) spočívá v zabránění výše zmíněných způsobů přenosu (např. respirátorem u infekcí dýchacího ústrojí, prezervativem u sexuální aktivity). Přítomnost mikroorganismů omezuje dodržování hygieny (např. mytí rukou, dezinfekce povrchů a prostor).

Léčba, antibiotická rezistence

Ústup onemocnění v zásadě zajistí působení imunitního systému. To podpoříme např. tím, že v době nemoci organismus nepřetěžujeme, odpočíváme. Dále je možné zmírňovat příznaky (např. snižovat horečku, tlumit bolest), obecně se snažit zabraňovat poškození organismu.

Některé látky mohou cíleně působit proti mikroorganismům jakožto původcům nemocí. Antivirotika omezují množení virů, proti bakteriím působí antibiotika.

Zásadním problémem je, že při používání antibiotik typicky přežívají ty nejodolnější bakterie. U bakterií vzniká tzv. antibiotická rezistence (odolnost vůči antibiotikům), bakteriální infekce bývá čím dál obtížnější léčit.

Očkování

Očkování spočívá nejčastěji ve vpravení mrtvého/oslabeného mikroorganismu (či jeho části) do těla. Tělo si proti němu následně vytvoří protilátky a získá imunitní paměť. Nedochází při tom k propuknutí onemocnění, proti němuž se očkuje. Očkování obecně má minimum závažných vedlejších účinků, bez něj by se vážná onemocnění daleko častěji šířila.

Viry jsou nebuněčné částice, které potřebují ke svému rozmnožování hostitelskou buňku (jsou to nitrobuněční parazité). Mimo hostitelskou buňku neprojevují známky života, nemají metabolismus. Bývají velké v řádu desítek až stovek nanometrů, k jejich zobrazování je obvykle třeba elektronový mikroskop.

Stavba virů

Částice virů se v základu skládají z nukleové kyseliny (DNA, nebo RNA) (a), ta nese genetickou informaci. Je zabalena v bílkovinné schránce (kapsidě, b). Vně kapsidy může být virový obal (c, ten v sobě mívá zanořené bílkoviny – d).

Virová onemocnění

Viry napadají bakterie (virům napadajícím bakterie se říká bakteriofágy), rostliny, živočichy i další organismy. U člověka vyvolávají onemocnění, mezi která patří například:

• infekční hepatitida (žloutenka)^{† (typ B)}
• klíšťová (meningo)encefalitida^✶
• HIV/AIDS
• chřipka^✶
• opar
• zarděnky^†
• dětská obrna^†
• spalničky^†
• příušnice^†
• plané neštovice^✶
• infekce HPV (může vést k rakovině děložního čípku)^✶
• covid-19^✶

Symbol † výše označuje závažná (zvláště dětská) onemocnění, proti nimž se v Česku povinně očkuje. Proti nemocem označeným ^✶ je očkování dobrovolné. U nemocí bez označení očkování není k dispozici.

Viry v rámci onemocnění ovlivňují organismus člověka tak, že se množí v jeho buňkách, které tím vyčerpávají, mění či zcela ničí.

Viry rychle mutují (dochází k postupným změnám jejich genetické informace), virová onemocnění jsou mnohdy značně proměnlivá. Např. každý rok typicky převládne určitý kmen viru chřipky.

Léčba a prevence virových onemocnění

Virová onemocnění lze tlumit antivirotiky (virostatiky). Ta mnohdy mívají množství nežádoucích účinků, proto se běžná virová onemocnění zpravidla léčí tlumením příznaků. Vážnějším virovým onemocněním je vhodné předcházet. Vývojem antivirotik se zabýval český vědec Antonín Holý (1936–2012), jím vyvíjená látka je např. součástí léků proti HIV/AIDS.

Prevencí před virovými onemocněními je např. dodržování hygieny či používání ochranných pomůcek. Proti některým virovým nemocem lze očkovat, tedy „naučit“ imunitní systém rozpoznat určitou část viru bez prodělání daného onemocnění. Díky očkování byly celosvětově vymýceny pravé neštovice, které byly smrtelnou nemocí.

Bakterie jsou obvykle jednobuněčné organismy. Jejich buňky jsou drobné (velké v řádu mikrometrů), mají jednodušší stavbu než buňky živočichů, rostlin či hub. Kruhová DNA (a) v buňkách bakterií je uložena volně v cytosolu (v oblasti zvané nukleoid). Buňku ohraničuje cytoplazmatická membrána (b), buněčná stěna (c) a případně slizové pouzdro (d). Bakterie se mohou pohybovat např. za pomoci bičíků (e) a přichycovat na povrchy pomocí brv (f). Bakterie mohou být různého tvaru, např. kulovité (koky) či tyčinkovité.

Bakterie žijí ve všech prostředích. Sinice (ty jsou skupinou fotosyntetizujících bakterií) žijí zejména ve vodě.

Bakterie podle způsobu života

• Mohou způsobovat onemocnění, u člověka např. angínu, zápal plic, salmonelózu či lymskou boreliózu. Léky zvané antibiotika bakterie ničí či omezují jejich množení. U bakterií se však působením přírodního výběru vyvíjí odolnost vůči těmto lékům (rezistence). Proti některým bakteriálním onemocněním (např. černému kašli, záškrtu) existuje očkování.
• Podílejí se na koloběhu látek v přírodě, působí jako rozkladači.
• Mohou žít v mutualismu (vzájemně prospěšné symbióze) s dalšími organismy. Ve tlustém střevě člověka např. rozkládají nestrávené látky a vytvářejí vitamíny, zároveň zabírají místo, a tím zabraňují množení škodlivých mikroorganismů. Bakterie pomáhají s trávením přežvýkavcům. Rostlinám výměnou za látky vzniklé při fotosyntéze poskytují dusík získaný ze vzduchu.
• Sinice byly prvními organismy, které při fotosyntéze uvolňovaly kyslík, a tím pravděpodobně umožnily rozvoj života až do dnešní podoby. Jsou obvykle modrozeleně zbarvené. Jsou jednobuněčné či tvoří kolonie buněk. Voda s přemnoženými sinicemi je nevhodná ke koupání, neboť do ní uvolňují jedovaté látky.

Využití bakterií člověkem

Člověk využívá nezelené bakterie k výrobě potravin (např. sýrů, kefíru, jogurtů, sójové omáčky, kysaného zelí, octa…). Bakterie (zvláště geneticky modifikované) mohou též vytvářet užitečné látky, jako třeba inzulin či enzymy. Bakterie se využívají v čistírnách odpadních vod, kde rozkládají organické látky.

Bakterie a viry náleží mezi mikroorganismy. Některé jejich druhy mohou způsobovat nemoci člověka. Celkově však v přírodě mají daleko rozmanitější role.

Stavba

Bakterie jsou jednobuněčné organismy. Jejich buňka je typicky menší než buňka rostlin, živočichů či hub, má také jednodušší stavbu. Genetická informace bakterie je v základu zapsána v kruhové DNA (a), buňky bakterií nemají pravé jádro. Bakteriální buňka je ohraničena cytoplazmatickou membránou (b), vně ní se nachází buněčná stěna (c), případně slizové pouzdro (d). Bakterie mohou mít bičíky (e) k pohybu či brvy (f) sloužící zejména k přichycení k podkladu.

Velikost bakterií se pohybuje v řádu jednotek až desítek μm (mikrometrů).

Viry jsou naopak nebuněčné. Tvoří je v základu nukleová kyselina (DNA, nebo RNA; na obrázku a). Ta je zabalena v bílkovinné schránce (kapsidě, b), případně ještě zvnějšku opatřena membránou – virovým obalem (c). Virový obal v sobě může mít zanořené bílkoviny pro uchycení na hostitelskou buňku (d).

Virová částice je velká zpravidla v řádu nm (nanometrů), tedy daleko menší než bakterie.

Rozmnožování

Bakterie jsou schopné samostatného rozmnožování, k němuž potřebují vhodné zdroje (např. živiny). Dělící se bakterie nejdříve zkopírují svou DNA, pak dochází k rozdělení buňky vedví.

Naopak viry ke svému rozmnožování potřebují buňku jiného organismu, kterou využijí jako „továrnu“ ke zkopírování své genetické informace, případně výrobě dalších součástí virové částice.

Způsob života a výskyt v přírodě

Bakterie a viry jsou v přírodě všudypřítomné, obývají prakticky všechna prostředí. Z tohoto důvodu se např. vesmírné sondy mířící na jiná vesmírná tělesa sterilizují.

Viry (respektive jejich různé druhy) mohou využívat ke svému rozmnožování všechny skupiny buněčných organismů (včetně bakterií). Pokud při rozmnožování virů dojde k výraznějšímu poškození hostitelského organismu, vznikají onemocnění.

Bakterie mohou žít volně, nebo využívat jako hostitele (či „partnery“) složitější buněčné organismy (zejména živočichy, rostliny).

• Přemnožení či působení některých bakterií v cizím organismu způsobuje nemoci.
• Mnohé bakterie mohou žít s jinými organismy ve vzájemně prospěšném vztahu (mutualismu). Např. organismus člověka obsahuje mikrobiom (zejm. bakterií) v trávicí soustavě či na kůži. Bakterie mohou pomáhat s trávením i u jiných organismů (např. přežvýkavců). V rámci mutualismu s rostlinami mohou např. vázat vzdušný dusík.

Některé skupiny bakterií dokáží provádět fotosyntézu (typicky sinice).

Bakterie jsou v přírodě typickými rozkladači, podílí se na koloběhu látek.

Užitečné mikroorganismy

Člověk cíleně využívá zejména bakterie. Ty mají uplatnění v potravinářství (mj. při kvašení, např. jogurtů, sýrů, zelí). Geneticky upravené bakterie se využívají v biotechnologiích, slouží k výrobě konkrétních chemických látek (např. inzulin). Rozkládání organických látek bakteriemi hraje roli ve fungování čistíren odpadních vod.

Viry jsou v současnosti využívány spíše příležitostně, např. při genetických úpravách organismů či v rámci specifických způsobů léčby vybraných onemocnění.

Jako prvoci se označují jednobuněčné eukaryotní organismy. Nepatří mezi živočichy, vyšší rostliny ani houby. Jedná se o umělou skupinu organismů, mezi sebou nemusejí být blízce příbuzné. Jednobuněční prvoci jsou obvykle velcí desítky až stovky mikrometrů.

Způsoby života

Prvoci mají rozmanité způsoby života: mohou žít volně, ale i jako paraziti jiných organismů (a způsobovat onemocnění). Také mohou žít s jinými organismy v mutualistickém vztahu (vzájemně prospěšné symbióze): např. bachořci v trávicí soustavě dobytka či brvitky v trávicí soustavě termitů rozkládají těžko stravitelné látky. Prvoci zpravidla získávají energii z organických látek (jsou heterotrofní), někteří (navíc) dokáží provádět fotosyntézu.

Stavba buněk, příklady druhů

Buňky prvoků vypadají podobně jako buňky dalších eukaryotních organismů: mají pravé jádro (a) ohraničené membránou. Na povrchu buňky je cytoplazmatická membrána (b), někdy si prvoci mohou vytvářet schránky (např. dírkonošci mají schránky z uhličitanu vápenatého a tím se podílejí na vzniku hornin). Fotosyntetizující druhy mají chloroplasty (c, např. krásnoočko štíhlé či zelené). Většina druhů má mitochondrie (d) pro získávání energie ze živin (u některých druhů tyto organely však zcela vymizely, jindy jsou redukované či přeměněné).

Prvoci se mohou pohybovat pomocí brv (řasinek, e) (např. trepka – II), obdobně stavěných avšak delších bičíků (f, např. krásnoočko – I, trypanozoma ve spojení s undulující membránou) či pomocí panožek (např. měňavka). Přijímanou potravu pohlcují. Odpadní látky vypuzují z buňky, množství vody v buňce mohou mnohé druhy regulovat pomocí stažitelné (či pulzující) vakuoly (g).

Příklady parazitických druhů

Mezi parazitické druhy způsobující nemoci patří trypanozoma spavičná (je původcem spavé nemoci, přenáší ji bodalka – moucha tse tse), zimnička (způsobuje malárii, přenášejí ji komáři rodu Anopheles) či toxoplazma (definitivním hostitelem bývají kočky).