Baktérie - odhalenie sveta mikroorganizmov

Mikrobiológia sa zaoberá skúmaním mikroorganizmov, ktoré ako jedince sú príliš malé na to, aby ich bolo možné pozorovať voľným okom. Sú to objekty veľkosti 0,1 mm a menšie. To znamená, že priame pozorovanie mikrobiálnych buniek bolo možné až po zostrojení mikroskopov v 17. storočí. Neskorším pribúdaním informácií došlo k rozdeleniu mikrobiológie na viacero disciplín. Štúdiom baktérií sa zaoberá bakteriológia.

Najvýznamnejším pozorovateľom mikroorganizmov bol Holanďan ANTHONY VAN LEEUWENHOEK (1632-1723). Leeuwenhoek si zostrojil jednoduché mikroskopy s jedinou šošovkou. Od roku 1673 až do svojej smrti posielal pravidelné správy o svojich pozorovaniach Kráľovskej spoločnosti do Londýna. V rôznych nálevoch, odstátej dažďovej vode, v slinách, zubnom povlaku a inom materiáli pozoroval rôzne mikroorganizmy (animalcula - zvieratká). Podľa zakreslených pozorovaní z roku 1676 ako prvý videl baktérie.

Odvážny anglický lekár švajčiarskeho pôvodu EDWARD JENNER (1749-1823) zaviedol roku 1796 ochranné očkovanie - vakcináciu - proti pravým kiahňam. Vakcíny pripravoval z materiálu z kravských kiahní (lat. vacca = krava). V súčasnosti sa na Slovensku podáva vakcína pod označením PDT, ktoré značí začiatočné písmená patogénov (Bordetella pertussis - čierny kašeľCorynebacterium diphteriae - záškrtClostridium tetani - tetanus).

V 19. storočí sa už mikrobiológia formovala ako samostatná biologická veda. Jej ústrednou postavou vo Francúzsku bol LOUIS PASTEUR (1822-1895), ku ktorému sa neskoršie pripojil v Nemecku ROBERT KOCH. Roku 1860 predložil Pasteur ďalšie dôkazy o tom, že mliečne, alkoholové alebo maslové kvasenie sprevádza výskyt mikroorganizmov.

Pasteurove poznatky o príčinách "chorôb" vína a piva ho viedli k úvahám o tom, že mikroorganizmy môžu byť pôvodcami infekčných chorôb človeka. Lekár IGNAZ SEMMELWEIS (1818-1865) zaviedol v jednej viedenskej pôrodnici umývanie rúk lekárov vodou s obsahom chlóru, čím výrazne znížil úmrtnosť rodičiek a položil základy používania antiseptík. Britský chirurg JOSEPH LISTER (1827-1912) pod vplyvom Pasteurových dôkazov o prítomnosti mikroorganizmov vo vzduchu usudzoval, že chirurgická sepsa môže byť následkom mikrobiálnej infekcie. V rokoch 1864-67 zaviedol prísnu sterilizáciu chirurgických nástrojov a chirurgické zákroky pri postreku dezinfekčných roztokov.

Jeden z najvýznamnejších Pasteurových úspechov bolo zavedenie jeho metódy očkovania proti besnote, ktorá je však vírusového, nie bakteriálneho pôvodu. Ešte predtým objavil Koch roku 1883 pôvodcu cholery (Vibrio cholerae) a roku 1884 pôvodcu tuberkulózy (Mycobacterium tuberculosis). Jeho žiak, Japonec S. KITASATO objavil pôvodcu tetanu (Clostridium tetani). Spolu s ďalším Kochovým žiakom EMILOM BEHRINGOM vyvinuli anitoxín na liečenie tetanu a diftérie (záškrtu). Pôvodcu diftérie (Corynebacterium diphteriae) objavil až roku 1884 FRIEDRICH LÖFFLER. Pasteurovi žiaci EMIL ROUX a ALEXANDER YERSIN objavili roku 1888 difterický toxín. Druhý z nich roku 1894 objavil pôvodcu moru (Yersinia pestis).

Úspechy očkovania proti besnote výrazne napomohli založeniu Pasteurovho ústavu v Paríži v roku 1888.

Kochove postuláty

Významný objav, že baktérie môžu byť pôvodcami infekčných chorôb zvierat a človeka sa dosiahol pri výskume antraxu domácich zvierat, ktorý je prenosný aj na človeka. Definitívny dôkaz o bakteriálnom pôvodcovi antraxu (Bacillus anthracis) podal nemecký lekár ROBERT KOCH (1843-1910). Predložil kritériá, podľa ktorých sa určitý mikroorganizmus môže prehlásiť za pôvodcu určitého ochorenia - Kochove postuláty:

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

Morfológia baktérií

Bakteriálna bunka je veľká v priemere 0,3-2,0 µm. Len niektoré vodné baktérie majú veľkosť niekoľko desiatok i stoviek mikrometrov. Tvar buniek baktérií je rôzny: guľovitý tvar majú koky, guľovité bunky usporiadané do retiazok sa volajú streptokoky, koky zoskupené do strapca sú stafylokoky, mierne zahnuté bunky sú vibriá, špirálovite stočené sú spirily a spirochéty. Paličkovité baktérie schopné utvárať spóry sa volajú bacily.

Cytológia baktérií

Bunka baktérie je typická prokaryotická bunka. Jej nepravé jadro (nukleoid) tvorené zväčša jednou kruhovou molekulou DNA nie je od cytoplazmy ohraničené jadrovou membránou. Bakteriálna bunka nemá organely typické pre eukaryotické bunky (endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, lyzozómy). Bunkovú stenu tvorí mureín. Niektoré baktérie sú ešte obalené rôsolovitým polysacharidovým púzdrom, ktoré ich chráni pred obrannou reakciou vyšších organizmov. Hoci bakteriálnej bunke chýbajú membránové organely, povrch cytoplazmatickej membrány môže tvoriť rôzne vchlípeniny a tvoriť aj viacvrstvové štruktúry, na ktorých prebiehajú mnohé metabolické pochody. Tieto štruktúry sú známe ako mezozómy. Mnohé baktérie nesú bičíky (flagely) a fimbrie (pilusy) umožňujúce okrem iného konjugáciu. Dodatočnou genetickou informáciou môžu byť kruhové plazmidy.

Fotosyntetizujúce baktérie majú cytoplazmatickú membránu na niektorých miestach preliačenú. Utvára vačky, ktoré obsahujú farbivo, umožňujúce premenu svetelnej energie slnečného žiarenia na energiu chemickú. Je to látka podobná chlorofylu - bakteriochlorofyl. Bakteriálna fotosyntéza takéhoto typu je anoxygénna, tzn. že jej produktom nie je kyslík, ako je to v prípade oxygénnej fotosyntézy siníc a rastlín.

Gramovo farbenie

V roku 1884 Dán CHRISTIAN GRAM (1853-1938) vypracoval metódu na farbenie baktérií v živočíšnych tkanivách, známu ako Gramovo farbenie. Je to diferenciačné farbenie založené na rôznom sfarbení buniek gram-pozitívnych a gram-negatívnych buniek baktérií. Rozdiel medzi týmito dvoma bunkami je predovšetkým v ich bunkovej stene. Bunkové steny G+ baktérií majú oveľa hrubšiu vrstvu peptidoglykánu ako bunkové steny G- baktérií. Okrem toho majú G- bunky vo vonkajšej bunkovej stene aj množstvo lipidov.

Princíp Gramovo farbenia spočíva v tom, že sa obidva typy buniek (G+ aj G-) zafarbia farbivom kryštálovou violeťou, čím sa obe sfarbia do fialova. Preparát sa potom morí jódom v roztoku jodidu draselného, ktorý s farbivom vytvorí komplex v obidvoch bunkách. Potom sa farbivo vymýva etanolom (alebo acetónom), pričom komplex sa vyplavuje len z G- baktérií (rozpúšťa sa vonkajšia lipidová vrstva bunkovej steny), ktoré sa odfarbia. Napokon sa preparát dofarbuje karbolfuchsínom (alebo safranínom). G+ bunky teda po Gramovom farbení ostávajú fialové, G- bunky sú červené (alebo ružové).

Rozdelenie baktérií na základe Gramovo farbenia má aj hlbší význam, pretože medzi obidvoma typmi existujú mnohé ďalšie rozdiely (napr. v citlivosti na antibakteriálne látky typu antibiotík atď.).

Rozmnožovanie baktérií

Bunka baktérie sa rozmnožuje nepohlavne priečnym delením. Niektoré druhy sa množia podobne ako kvasinky pučaním. Keď je v prostredí veľa živín, bunky zahajujú viac replikácií, čím vznikajú mnohojadrové útvary rozpadajúce sa na samostatné jedince. V nepriaznivých podmienkach prostredia vytvárajú spóry (bacily).

Pri baktériách je známa konjugácia, ktorá prebieha ako jednosmerný prenos genetickej informácie z donorovej bunky (odovzdávajúcej) do recipientnej bunky (prijímajúcej). Podmienkou konjugácie je existencia pilusov, ktorými disponuje donorová bunka, a príslušných receptorov na recipientnej bunke, ktoré rozpoznajú pilusy donorovej bunky. Po spojení buniek dôjde za súčasnej replikácie DNA k prenosu jednej kópie genetickej informácie do recipientnej bunky.

Výskyt a význam baktérií

S baktériami sa stretávame všade. Sú vo vzduchu, vo vode aj v pôde, vyskytujú sa na povrchu i vnútri organizmov. Nie sú iba v krvi zdravého človeka. Ich rozšírenie a množstvo závisí od vhodnosti životných podmienok: od zdroja potravy, teploty, pH prostredia. Aeróbne baktérie vyžadujú kyslík, anaeróbne baktérie žijú v prostredí bez kyslíka. Prevažná časť baktérií patrí medzi heterotrofné organizmy: saprofyty a parazity. Početné sú aj symbiotické baktérie.

Baktérie zohrávajú dôležitú úlohu pri kolobehu látok v prírode, ktorý je podmienkou zachovania života. Mnohé sa využívajú v biotechnológiách, farmácii, potravinárstve a pod.