Užitečné informace / Useful information

PAKLIŽE BYSTE CHTĚLI  ZÍSKAT BLIŽŠÍ PŘEDSTAVU, JAKÝM ZPŮSOBEM BAKTERIE FUNGUJÍ, JAK SPOLU KOMUNIKUJÍ A JAKÝ JE JEJICH POTENCIÁL, SHLÉDNĚTE NÍŽE UVEDENÉ VIDEO, KDE JE VŠE VELMI DOBŘE POPSANÉ paní Bonnie Bassler Ph.D., profesorkou na Princetonu, katedra molekulární biologie. Bonnie Bassler poprvé popsala mechanismus komunikace bakterií. Mimo jiné získala i prestižní cenu "MacArthur Fellowship" v roce 2002.

Should you like to find out about processes and system of communicating among bacteria, please see video shot from TED, where Bonnie Bassler, profesor on Pricetown, describes it. She has also received an MacArthur Fellowship Award in 2002. 

Bakterie

Bakterie (Bacteria, dříve též Bacteriophyta či Schizomycetes), nebo také eubakterie (Eubacteria), je doména jednobuněčných prokaryotických organismů. Mívají kokovitý či tyčinkovitý tvar a zpravidla dosahují velikosti v řádu několika mikrometrů. Studiem bakterií se zabývá bakteriologie, významně tuto vědu rozvinuli Robert Koch a Louis Pasteur.

Typickou součástí bakteriálních buněk je peptidoglykanová buněčná stěna, jaderná oblast (nukleoid), DNA bez intronů, plazmidy a prokaryotický typ ribozomů. U bakterií se nevyskytuje pohlavní rozmnožování, namísto toho se nejčastěji dělí binárně. Bakterie jsou nejrozšířenější skupinou organismů na světě. Dříve se druhy bakterií klasifikovaly podle vnějšího vzhledu, dnes jsou moderní zejména genetické metody. Díky nim se dnes rozlišuje asi 25 základních kmenů bakterií.

Bakterie mají velký význam v planetárním oběhu živin a mnohdy vstupují do oboustranně prospěšných svazků s jinými organismy. Mnohé patří mezi komenzálické druhy, které žijí například v lidské trávicí soustavě. Na druhou stranu je známo i mnoho patogenních bakterií, tedy druhů, které způsobují infekce. I člověk mnohé z bakterií využívá, například v potravinářském a chemickém průmyslu. Vědci využívají bakterie ve výzkumu.

Historie

Bakterie poprvé pozoroval roku 1676 nizozemský přírodovědec Antoni van Leeuwenhoek, a to mikroskopem vlastní výroby. Jméno bacterium zavedl až Christian Gottfried Ehrenberg v roce 1838. Pojem pochází z řeckého slova bacterion, které znamená malý klacek či tyčka (první pozorované bakterie byly tyčinky). V roce 1859 Louis Pasteur dokázal, že kvašení způsobují bakterie, a že tyto bakterie nevznikají spontánně z neživé hmoty. Pasteur také prosazoval názor, že mikroorganismy včetně bakterií způsobují nemoci. Robert Koch byl průkopníkem v oblasti lékařské mikrobiologie a studoval původce cholery, TBC a anthrax. Při výzkumu TBC s konečnou platností dokázal, že bakterie jsou původci této nemoci, za což dostal v roce 1905 Nobelovu cenu. Takzvané Kochovy postuláty jsou výčtem čtyř kritérií, která jsou nutná k tomu, aby byl daný patogen uznán za původce určité nemoci.

V devatenáctém století již bylo známo, že jsou mnohé bakterie patogenní, ale nebyly známy účinné antibakteriální léky. V roce 1910 však Paul Ehrlich vyvinul první chemoterapeutikum proti bakterii Treponema pallidum (původce syfilis), a to díky záměně běžně používaných laboratorních barviv za sloučeninu, která selektivně zabíjela bakterie. Tradičně se však za první systémově použitelné antibiotikum uvádí penicilin, jehož účinků si všiml v roce 1928 Alexander Fleming. Gramovo barvení, metoda k rychlé klasifikaci bakterií do několika skupin, bylo vyvinuto v roce 1884 Hansem Christianem Gramem.

Spolu s vývojem bakteriologie se vyvíjelo i studium systematiky bakterií. Ve starším pojetí zahrnovala říše bakterie (Monera) všechny prokaryotní organismy. V roce 1977 Carl Woese zjistil, že Archaea mají vlastní vývojovou linii, odlišnou od linie bakterií. Z toho vyplývající taxonomie byla založená na sekvenaci určitého úseku rRNA, a rozdělila prokaryotické organismy na dvě samostatné domény

Bakterie jsou nejrozšířenější skupinou organismů na světě. Celkově se odhaduje, že na Zemi žije asi 5×1030 (jedinců) bakterií. Celkový počet druhů se dá jen tušit, odhady sahají od 107 k 109 druhů. Bakterie je možné nalézt v půdě, vodě, ovzduší i jakožto symbionty uvnitř a na povrchu mnohobuněčných organismů. V jednom gramu půdy žije asi 40 miliónů bakterií, v jednom mililitru sladké vody je jich přibližně milion. Jsou však známy i druhy, které se specializují na prostředí, kde by ostatní organismy mohly přežívat jen stěží (vroucí voda v sopečných jezerech, nejvyšší vrstvy atmosféry a podobně). Některé druhy bakterií jsou dle výzkumů schopny přežít i ve vesmíru, tedy ve vakuu a o teplotě −270 °C.

Bakterie však mají různé požadavky na prostředí v němž žijí, významným hlediskem je teplota, kyselost a množství kyslíku. Podle teplotního optima se bakterie dělí na psychrofilní (do 20 °C), mezofilní (20-40 °C), termofilní (40 °C a více) a případně též hypertermofilní s optimem kolem 80 °C. Na základě kyselosti rozlišujeme alkalofilní (v zásaditém prostředí), neutrofilní (v ± neutrálním prostředí s pH 6-8) či acidofilní (v kyselém prostředí). Dalším významným hlediskem je vztah ke kyslíku. Aerobní bakterie (př. Mycobacterium) vyžadují kyslík v atmosférické koncentraci, mikroaerofilní (Lactobacillus) v koncentraci velmi nízké (cca 2 %), většina bakterií však patří mezi fakultativně anaerobní, které rostou lépe v přítomnosti kyslíku, ale dokáží růst i bez něho. Na okraji tohoto spektra jsou striktně anaerobní druhy, které žijí jen v prostředí bez kyslíku (většina druhů rodu Clostridium). Z dalších limitujících činitelů je možno zmínit vlhkost (většina je vlhkomilných, suchomilné jsou nokardie či aktinomycety), hydrostatický tlak (z hlubokých moří známe i barofilní bakterie), osmotický tlak (především v závislosti na množství solí), a podobně.

Patogenní bakterie

Některé bakterie způsobují choroby, někdy souhrnně zvané bakteriózy či bakteriální infekce. Ty se neomezují na člověka, naopak různé bakterie napadají široké spektrum hostitelských druhů včetně hub, rostlin a prvoků. Přestože některé bakterie mohou být patogeny i na samotném povrchu těla daného organismu, značné množství jich vstupuje dovnitř různými tělními otvory, například u rostlin průduchy, skrz sliznice živočichů, ranami, případně přes kůži. V místě, kde se usídlí, mohou způsobit hnisání, ničit tkáň či pletiva (např. nekróza) či škodit svými vlastními toxiny.

Názvy bakteriálních nemocí se často tvoří přidáním koncovky -óza k názvu dané patogenní bakterie. Mezi nejběžnější lidské bakteriální nemoci patří například zubní kaz, z vážnějších nemocí je ve světě velmi častá tuberkulóza, v roce 2002 jí byly podle WHO infikovány dvě miliardy lidí a ročně na ní umíraly dva miliony lidí. Existují různé možnosti nákazy. S potravou (alimentárně) se do těla dostává například Salmonella (salmonelóza), Shigella spp. (shigelóza provázená průjmy) nebo Listeria spp. (původce listeriózy), vzdušnou cestou například Mycobacterium spp. (TBC a lepra) nebo Chlamydophila psittaci (původce jedné z chlamydióz). Ranami se do těla dostane například původce tetanu, Clostridium tetani. Speciální případ jsou přenosy přes členovce, vyskytující se například u bakterií Borrelia spp. (jeden druh původcem boreliózy), Rickettsia spp.(tyfus a jiné), a u mnohých dalších. Přes urogenitální trakt se bakterie mohou dostat do těla pohlavním stykem, jako například Neisseria gonorrhoeae (kapavka) či Treponema pallidum (syfilis).

Lidské tělo bojuje s bakteriemi pomocí některých složek imunitního systému. Proti extracelulárním bakteriím (žijícím mimo lidské buňky, obvyklé infekce) v těle bojují hlavně buňky neutrofily – k tomu jim však pomáhá i tzv. komplement a různé protilátky. Vnitrobuněčné bakterie jsou cílem aktivovaných makrofágů a TC-lymfocytů.

Význam pro člověka

Využití v průmyslu

Bakterie, jako Lactobacillus, se (společně s kvasinkami a plísněmi) často již tisíce let používají k přípravě fermentovaných (kvašených) potravin, jako je sýr, sójová omáčka, nakládaná zelenina, kyselé zelí, ocet, víno a jogurt. Jogurt a kefír se vyrábí kvašením mléka za přítomnosti bakterií; mléko díky tomuto procesu dostává jiné příchuti. Mléčných bakterií se využívá při průmyslové produkci kyseliny mléčné. Ta totiž vzniká kvašením sacharidů. Fermentací sacharidů za přítomnosti máselných bakterií se zase využívá k produkci kyseliny octové a máselné, kvašením vzniklé kyseliny máselné se průmyslově vyrábí butanol a aceton. Dalšími látkami, jež jsou produkovány bakteriemi, jsou xanthan (používá se jako mazivo, přísada do potravin, při výrobě nátěrových hmot, keramiky a různých dalších prostředků) a kurdlany (potenciální uplatnění v potravinářství). V průmyslu se též uplatňují enzymy získané z bakterií. Některé proteázy se přidávají do některých pracích prášků, ke štěpení škrobu se užívá amyláz, v medicíně našly uplatnění streptokinázy.

Mnohdy se v biotechnologii přistupuje k cílenému šlechtění bakterií za účelem zlepšení jejich vlastností. V praxi to znamená hledat v kultuře náhodné mutanty, bakterie s, nebo bez určitého plazmidu, nebo je cíleně rekombinovat a mutovat. Uvažuje se například o šlechtění bakterií fixujících dusík.

Využití v ochraně životního prostředí

Schopnost bakterií rozkládat mnohé látky se využívá především v zpracovávání (např. toxického) odpadu i jiných způsobech bioremediace. V čistírnách odpadních vod je velmi často podporován růst aerobních rozkladných bakterií tím, že je odpadní voda promíchávána kyslíkem za vzniku tzv. aktivovaného kalu, rozkladných bakterií se však na podobném principu využívá i v různých domácích septicích. Bakterie schopné trávit uhlovodíky v ropě jsou využívány při čištění ropných skvrn, na pláže se někdy přidává hnojivo, aby se růst bakterií podpořil (např. po havárii tankeru Exxon Valdez). V chemickém průmyslu se bakterie používají k produkci nejrůznějších chemických látek, případně léků či agrochemikálií. Bakterie se rovněž používají namísto pesticidů v biologickém boji proti škůdcům. V tomto ohledu je známá půdní bakterie Bacillus thuringiensis (BT). Pomocí geneticky upravených bakterií se také vyrábí inzulin a další hormony, enzymy, růstové faktory či protilátky.

 Využití ve výzkumu

Ve výzkumu se bakterií využívá kvůli rychlému růstu a poměrně snadné manipulaci s nimi. Bakterie jsou modelové organismy pro molekulární biologii, genetiku a biochemii. Vědci například cíleně mutují DNA bakterií a následné fenotypy zkoumají — tímto způsobem se zjišťuje funkce genů, enzymů a metabolických cest, jejich značná část se dá později aplikovat i na komplexnější organismy. Modelovým organismem je zejména bakterie Escherichia coli. Schopnosti některých patogenních bakterií inkorporovat plazmidy do DNA hostitele se využívá v genetickém inženýrství: zejména Agrobacterium tumefaciens je používaná při cílené přípravě geneticky modifikovaných plodin. (zdroj Wikipedia)