mikra - úvod

Univerzita Pardubice Foundations in MicrobiologyKathleen Park TalaroArthur TalaroOBECNÁ MIKROBIOLOGIE ÚVODIng. Petra Moťková, Ph.D.

Co je to mikroorganismus?

Mikrobiologie: věda zabývající se mikroorganismy a jejich interakcemi s prostředím. Studuje skupinu organismů, které mají zásadní vliv na životní prostředí, lidské zdraví a biotechnologické aplikace.

Mikroorganismy: Jedno i mnohobuněčné organismy mikroskopické velikosti (obvykle menší než 0,1 mm), které netvoří diferencované tkáně nebo pletiva a jsou viditelné pouze mikroskopem. Mikroorganismy jsou rozmanité, zahrnující bakterie, archaea, viry, prvoky, plísně a kvasinky.

Příklady mikroorganismů

• Staphylococcus aureus: Důležitý patogen u lidí, často nalezený na kůži a v nose.

  • Pozorování: na kultivačním médiu: KA, 24 h, 37 °C.

  • Mikroskopické pohledy:

    • Světelný mikroskop: x1500

    • Elektronový mikroskop: x13,335

• Virus HIV: Virus způsobující AIDS, má složitý cyklus replikace v lidském imunitním systému.

  • Pozorování: pomocí elektronového mikroskopu: x14,555.

  • Detail: HIV napadá CD4+ T-lymfocyty, což oslabuje imunitní odpověď a může vést k opportunistickým infekcím.

• Aspergillus niger: Plíseň hojně použitá v biotechnologiích (např. produkce kyseliny citrónové) a farmacii; pozorování pomocí elektronového mikroskopu: x67.

  • Detail: schopnost produkovat enzymy, které štěpí polysacharidy, což činí tuto plíseň důležitou pro průmyslovou fermentaci.

• Saccharomyces cerevisiae: Kvasinka využívaná v potravinářství při výrobě chleba a alkoholu; pozorování pomocí elektronového mikroskopu: x3,085.

  • Detail: odpovědná za fermentaci, kdy snižuje pH, čímž zvyšuje chuť a konzervaci potravin.

Typy mikroorganismů

• Prokaryota: Bakterie a archaea, charakterizované absencí pravého jádra. Bakterie hrají klíčovou roli v cyklech živin, jako je dusík a uhlík.

• Eukaryota: Rozdělují se na kvasinky, plísně, prvoky, řasy, viry a priony. Eukaryotické buňky mají vyvinuté organely, které plní specifické funkce v metabolizmu.

Další příklady mikroorganismů

• Flemingia: Složené z různých kmenů, které jsou přizpůsobeny různým environmentálním podmínkám, například tropickým lesům.

Vývoj bakterií

• 18 miliard let: vznik vesmíru

• 4,5 miliard let: vznik Země

• 3,5 miliard let: první prokaryotické organismy, které se vyvinuly do rozmanitých skupin, schopných přežít v extrémních podmínkách.

• 1,5 miliard let: první eukaryotické organismy, které měly složitější strukturu buněk a oddělené jádro.

• 0,6 miliard let: první mnohobuněčné organismy, což znamenalo přechod k komplexnějším formám života.

• 500 tisíc let: vznik druhu Homo sapiens, který se stal dominantní v rámci ekosystémů.

• 335 let: první objevení bakterií pomocí mikroskopu, což vedlo k revoluci v biologických vědách.

Historie mikrobiologie

• Jenner (1749-1823): zakladatel vakcinace proti pravým neštovicím (1796), prvního využití imunizace. Jeho práce položila základy pro moderní očkovací techniky.

• Pasteur (1822-1895): zakladatel mikrobiologie, vypracoval metodu tepelné sterilizace - pasterizace. Zkoumal nemoci a jejich prevenci, významně přispěl k pochopení infekčních chorob, zejména ve vztahu k potravinám a vodě.

• Semmelweis (1847): zavedl hygienu rukou na porodnických klinikách, čímž dramaticky snížil úmrtnost žen při porodech. Tato metoda byla v té době revoluční a vedla k interpretaci nemocí z aspektu prevence.

• Fleming (1928): objevení penicilinu, první antibiotika, které vedlo k revoluci v léčbě bakteriálních infekcí a změnilo přístup k infekčním chorobám.

• Koch (1843-1910): prokázal původce TBC a antraxu pomocí svojí metodiky známé jako Kochovy postuláty, které stanovily základní principy v mikrobiologickém výzkumu.

• Ivanovskij (1892): zakladatel virologie, první studoval viry, jejich strukturu a funkci, což vedlo k vývoji vakcín a antivirotik.

• Montagnier (1983): objev HIV, významná práce na komplexních virových onemocněních, přispěl k rozvoji antivirové terapie.

• Prusiner (1982): vyvinul prionovou teorii a definoval priony jako infekční proteiny, které způsobují neurodegenerativní onemocnění, ovlivňující chápání infekce a léčby.

Rozdělení mikrobiologie

Podle druhu mikroorganismu:

• Bakteriologie: studium bakterií a jejich interakcí s člověkem a prostředím.

• Mykologie: studium hub a jejich roli v ekosystémech, medicíně a průmyslu.

• Virologie: studium virů, jejich struktury, funkce a vlivu na hostitele.

• Parazitologie (helmintologie, protozoologie, entomologie): studium parazitických organismů a jejich vlivu na hostitele.

• Algologie: studium řas a jejich vlivu na ekosystémy a člověka.

Podle zařazení:

• Obecná mikrobiologie: teoretické základy a principy.

• Aplikovaná mikrobiologie: použití mikroorganismů v lékařství, průmyslu a zemědělství.

Význam mikroorganismů

• Všudypřítomné: nacházejí se v různých prostředích, jako je voda, půda, a uvnitř a vně těl rostlin, živočichů a lidí.

• Žádoucí:

  • Výroba alkoholických nápojů, sýrů, chleba, které jsou základem výživy.

  • Produkce antibiotik, vitamínů a enzymů, zlepšení lidského zdraví a výživy.

• Nežádoucí:

  • Příčinou nemocí jako je respirační infekce, potravinová infekce a rozklad potravin, které mohou ztratit své nutriční hodnoty.

Taxonomie - klasifikace

Základní jednotka: druh (species)

• Rod: Druhy blízce příbuzné tvoří rod (genus).

• Skupiny: skupiny (tribus) a čeledě (familia). Soubor čeledí tvoří řád (ordo) a třídy (classis).

• Nejvyšší taxony: říše (regnum).

Taxonomie - nomenklatura názvosloví

• Latinské termíny: rodové a druhové jméno (např. Bacillus anthracis, Staphylococcus aureus).

• Vědecké názvy: jsou nesklonné, zatímco triviální názvy lze skloňovat (např. bacily, stafylokoky).

Živé buňky - obecně

Živé buňky: nezávisle životaschopné, organizované, schopné rozmnožování, nesou dědičnou informaci, metabolismus, otevřený systém, který interaguje s okolím.

Prokarytická buňka

• Každá bakterie je tvořena jednou buňkou, menší než eukaryotická buňka (0,3-10 µm) a specializuje se na funkce jako rozklad látek a účast v cyklech živin.

• Tvar a uspořádání buněk:

  • Koky (cocci): kulovité buňky; mohou být uspořádány do řetězců (streptokoky) nebo hroznovitě (stafylokoky).

  • Tyčinkovité bakterie (bacilli): dlouhé, tyčkovité; mohou být v izolaci nebo v párech (diplobakterie).

  • Další tvary: Vibrióny (zakřivené), spirály a vláknité struktury.

Struktura bakteriální buňky

• Konstrukce: pouzdro, buněčná stěna, cytoplazmatická membrána, cytoplazma, ribozomy, plazmidy, pili, bičík, nukleoid (kruhová DNA).

• Jádro: Uvnitř buňky, na cytoplazmatické membráně, složené z jedné dvoušroubovice DNA uzavřené do kruhu – nukleoid, který je zodpovědný za hereditu.

• Plazmidy: nepovinné pro buňku, ale nesou výhodné vlastnosti (rezistence, produkce toxinů), malé kruhové úseky DNA, které mohou být přeneseny mezi bakteriemi.

• Cytoplasma: polotekutá výplň buňky, obsahuje vodu, metabolické produkty, granula, bílkoviny (více než 50 % všech bílkovin) důležité pro buněčné reakce.

• Ribosomy: vznik bílkovin, menší než eukaryotické ribosomy, složení: rRNA, bílkoviny, ionty, aminokyseliny, nezbytné pro translaci.

• Cytoplasmatická membrána: polopropustná, důležitá pro metabolismus, složená z lipidů a bílkovin, dvojitá vrstva fosfolipidů, která kontroluje transport látek dovnitř a ven z buňky.

• Buněčná stěna: chrání buňku a poskytuje pevnou oporu, tvořena polysacharidy (peptidoglykany), dává tvar buňce a chrání ji před osmotickým tlakem.

• Sliz, pouzdro, glykokalyx: dodatková ochranná funkce proti vlivům prostředí, zubní plak tvořen slizovými pouzdry, které zajišťují adhezi mikroorganismů k biomateriálům.

• Fimbrie (pili): nepohybové struktury pro přilnutí na povrchy, hrají důležitou roli při infekcích, účastní se výměny genetické informace (sex-pili).

• Bičíky: dlouhá vlákna pro pohyb bakterií, rotační mechanismus, který umožňuje aktivní pohyb a nachází se především u těch bakterií, které potřebují mobilitu pro přežití.

• Spory: odolné vůči vlivům (teplota, záření, chemikálie), vytváří se za nepříznivých podmínek, poté klíčí ve vhodných podmínkách; tento proces pomáhá bakteriím přežít v extrémních podmínkách.

Porovnání prokaryotických a eukaryotických buněk

Informační zdroje

Různé odkazy na obrázky a diagramy spojené s bakteriemi, strukturou buněk a klasifikací.