Baktérie - odhalenie sveta mikroorganizmov

Mikrobiológia sa zaoberá skúmaním mikroorganizmov, ktoré sú vo všeobecnosti ako jedince príliš malé na to, aby ich bolo možné pozorovať voľným okom. Priame pozorovanie drvivej väčšiny mikrobiálnych buniek bolo preto možné až po zostrojení prvých mikroskopov. Neskorším pribúdaním informácií došlo k rozdeleniu mikrobiológie na viacero disciplín, pričom štúdiom baktérií sa detailne zaoberá bakteriológia.

História mikrobiológie a slávne objavy link

Najvýznamnejším a vôbec prvým pozorovateľom mikroorganizmov bol Holanďan ANTHONY VAN LEEUWENHOEK (1632–1723). Tento vynálezca si zostrojil jednoduché mikroskopy s jedinou šošovkou, ktoré zväčšovali až 500-násobne. V roku 1673 ako prvý človek na svete pozoroval v stere zo svojho zuba baktérie, ktoré vo svojich nákresoch označil ako zvieratká (animalcula).

Odvážny anglický lekár EDWARD JENNER (1749–1823) zaviedol v roku 1796 ochranné očkovanie (vakcináciu) proti pravým kiahňam. Vakcíny pripravoval z materiálu z kravských kiahní (lat. vacca = krava). Tento princíp sa využíva dodnes. V súčasnosti sa na Slovensku podáva napríklad známa vakcína pod označením PDT, čo sú začiatočné písmená patogénov: čierny kašeľ (Bordetella pertussis), záškrt (Corynebacterium diphteriae) a tetanus (Clostridium tetani).

V 19. storočí sa mikrobiológia sformovala ako skutočná samostatná veda. Jej ústrednou postavou bol LOUIS PASTEUR (1822–1895). Dokázal, že mliečne, alkoholové alebo maslové kvasenie (čo predstavuje pravý anaeróbny biologický rozklad cukrov) sprevádza výskyt mikroorganizmov a že práve baktérie môžu kontaminovať víno. Zaviedol preto proces pasterizácie, čo je spôsob sterilizácie potravín citlivých na vysoké teploty pomocou tepla. Jeho poznatky viedli k úvahám, že mikroorganizmy sú pôvodcami infekčných chorôb. Položil taktiež základy pre princípy profylaxie ochorení zavedením prvých metód ochranného očkovania proti besnote (aj keď tá je vírusového pôvodu).

Pod vplyvom Pasteurových objavov lekár IGNAZ SEMMELWEIS (1818–1865) zaviedol vo viedenskej pôrodnici povinné umývanie rúk lekárov vodou s obsahom chlóru. Britský chirurg JOSEPH LISTER (1827–1912) zasa usúdil, že chirurgická sepsa je následkom mikrobiálnej infekcie zo vzduchu, a zaviedol prísnu sterilizáciu chirurgických nástrojov dezinfekčnými roztokmi.

Kochove postuláty link

Definitívny dôkaz o tom, že konkrétne baktérie spôsobujú konkrétne ochorenia, podal nemecký lekár ROBERT KOCH (1843–1910) pri výskume antraxu (Bacillus anthracis). Okrem toho neskôr objavil aj pôvodcov cholery (Vibrio cholerae) a tuberkulózy (Mycobacterium tuberculosis). Predložil prísne kritériá, podľa ktorých sa určitý mikroorganizmus môže prehlásiť za pôvodcu určitého ochorenia. Tieto pravidlá sú známe ako Kochove postuláty:

• mikroorganizmus musí byť prítomný v každom prípade danej choroby
• mikroorganizmus sa musí izolovať z chorého hostiteľa a rásť v čistej laboratórnej kultúre
• špecifická choroba sa musí reprodukovať naočkovaním čistej kultúry do zdravého citlivého hostiteľa
• mikroorganizmus sa musí znova izolovať z experimentálne infikovaného hostiteľa

Cytológia baktérií link

Z hľadiska vnútornej stavby je bunka baktérie typická prokaryotická bunka. Jej nepravé jadro (nukleoid) tvorené zväčša jednou kruhovou molekulou DNA nie je od cytoplazmy ohraničené jadrovou membránou a bunke chýbajú membránové organely. Pre detailný opis vnútorných štruktúr (ako sú plazmidy, ribozómy či fimbrie) odkazujeme na článok o prvobunkových organizmoch.

Gramovo farbenie link

Kľúčovou štruktúrou baktérií je ich bunková stena, ktorú tvorí polymér peptidoglykán (mureín). Bunková stena je pórovitá, dáva bunke tvar a chráni ju pred osmotickým tlakom. Na základe jej stavby vypracoval dánsky vedec CHRISTIAN GRAM v roku 1884 diferenciačnú metódu známu ako Gramovo farbenie. Princíp spočíva vo farbení buniek kryštálovou violeťou, následnom morení jódom v roztoku jodidu draselného a vymývaní etanolom. Na základe reakcie delíme baktérie do dvoch obrovských skupín:

• grampozitívne baktérie – majú bunkovú stenu tvorenú veľmi hrubou vrstvou peptidoglykánu, etanol z nich farbivo nevyplaví a pri farbení zostávajú modré (resp. fialové)
• gramnegatívne baktérie – majú len tenkú vrstvu peptidoglykánu, nad ktorou sa nachádza ešte jedna vonkajšia fosfolipidová membrána; etanol túto vrstvu rozpustí, farbivo sa vyplaví a po dofarbení karbolfuchsínom sa javia ako ružové (resp. červené)

Morfológia baktérií link

Priemerná bakteriálna bunka dosahuje veľkosť len 0,3–5,0 µm (teda tisícin milimetra). Vďaka týmto mikroskopickým rozmerom ich zvyčajne nemôžeme pozorovať voľným okom. Bez ohľadu na ich malú veľkosť je však tvar buniek baktérií veľmi rozmanitý a slúži ako jeden zo základných znakov pri ich klasifikácii.

• guľovité baktérie (koky) – tieto sférické bunky sa často zoskupujú a vytvárajú charakteristické útvary; ak tvoria páry, nazývame ich diplokoky, zoskupenia do štvoríc tvoria tetrády (tetrakoky), guľovité bunky usporiadané do dlhých retiazok sa volajú streptokoky (častí pôvodcovia bakteriálnej angíny) a bunky zoskupené do priestorového strapca pripomínajúceho hrozno sú stafylokoky
• paličkovité baktérie (bacily) – majú podlhovastý, tyčinkovitý tvar a podobne ako koky sa môžu zoskupovať do párov (diplobacily) alebo do dlhých retiazok (streptobacily); mnohé druhy sú v nepriaznivých podmienkach schopné utvárať mimoriadne odolné kľudové štádiá nazývané spóry (endospóry)
• špirálovité baktérie – ak sú bunky len mierne zahnuté do tvaru rožteka alebo čiarky, označujeme ich ako vibriá; skutočne špirálovite stočené bunky sa volajú spirily a spirochéty
• vláknité baktérie (aktinomycéty) – ich bunky tvoria dlhé vlákna, ktoré sa dokonca môžu spletať do štruktúry pripomínajúcej podhubie (mycélium), čím sa vizuálne podobajú na mikroskopické huby

Zatiaľ čo mnohé baktérie sú nepohyblivé, viaceré morfologické typy nesú na pohyb bičíky. Medzi bežné bičíkaté baktérie zaraďujeme najmä vibriá, spirily a mnohé bacily.

Rozmnožovanie a prenos genetickej informácie link

Baktérie sa rozmnožujú výlučne nepohlavne, a to procesom známym ako priečne delenie. Ide o priame rozdelenie bunky. Počas tohto procesu sa najprv zdvojí bakteriálna DNA a následne sa bunka zaškrtí na dve rovnaké polovice. Výsledkom sú klony, teda bunky geneticky úplne zhodné s materskou bunkou. Generačná doba bakteriálnych buniek pri tomto delení za optimálnych podmienok trvá priemerne približne 30 minút.

Hoci baktérie nemajú skutočné pohlavné rozmnožovanie, dokážu si medzi sebou vymieňať gény prostredníctvom horizontálneho prenosu génov, čím vznikajú nové genetické kombinácie. Najvýznamnejším spôsobom je konjugácia. Ide o dej, pri ktorom sa dve bunky dočasne spoja a darcovská bunka jednosmerne odošle príjemcovi časť svojej DNA (zvyčajne vo forme malého kruhového plazmidu). Toto fyzické spojenie sa uskutočňuje prostredníctvom špeciálnych cytoplazmatických výbežkov nazývaných sex pilusy (fimbrie). Ďalšími formami výmeny DNA sú transformácia (prijatie voľnej DNA z okolitého prostredia) a transdukcia (prenos génov z jednej baktérie do druhej pomocou vírusov – bakteriofágov).

Výskyt a význam baktérií link

S baktériami sa stretávame absolútne všade: vo vzduchu, vo vode, v pôde, ale aj na povrchu pokožky človeka či v jeho hrubom čreve. Výnimkou je však krv zdravého človeka, v ktorej sa za bežných okolností žiadne baktérie nenachádzajú. Ich rozšírenie extrémne závisí od podmienok prostredia, primárne od prítomnosti kyslíka, dostupného zdroja potravy, ideálnej teploty a tolerovaného pH prostredia. Z hľadiska nárokov na prítomnosť kyslíka ich rozdeľujeme do troch skupín:

• obligátne aeróbne baktérie – kyslík nevyhnutne potrebujú na bunkové dýchanie a bez neho nedokážu žiť
• obligátne anaeróbne baktérie – kyslík je pre ne toxický a energiu získavajú výlučne kvasením alebo anaeróbnou respiráciou (napríklad pôvodca tetanu)
• fakultatívne anaeróbne baktérie – kyslík prednostne využívajú, ale v prípade jeho nedostatku vedia bez problémov prejsť na kvasenie (napríklad črevná baktéria Escherichia coli)

Baktérie zohrávajú kľúčovú úlohu pri kolobehu látok v prírode. Podľa spôsobu života a získavania živín medzi nimi nájdeme viaceré ekologické skupiny:

• saprofyty (rozkladače) – mineralizujú odumretú organickú hmotu, čím vracajú anorganické látky do prostredia
• parazity (patogény) – žijú na úkor hostiteľa a vyvolávajú infekčné ochorenia
• symbiotické baktérie – žijú s inými organizmami vo vzájomne prospešnom (mutualistickom) vzťahu; napríklad rod Rhizobium žije v koreňových hľuzkách bôbovitých rastlín a fixuje pre ne vzdušný dusík, zatiaľ čo črevná mikroflóra živočíchov pomáha s trávením, tvorí vitamíny B a K a stimuluje imunitný systém

Okrem nezastupiteľnej úlohy v prírode sa dnes mnohé druhy baktérií bežne využívajú aj v moderných biotechnológiách, farmácii a potravinárstve.