Biologie

E-learning jako vzdělávací nástroj školy 3. tisíciletí

  • Full Screen
  • Wide Screen
  • Narrow Screen
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Prokaryotické organismy

Email Tisk PDF

Charakteristika bakterií

Jsou jednobuněčné prokaryotické organismy, které žijí v nejrůznějších prostředích a to i v extrémních podmínkách, mohou žít ve vzduchu, v půdě, slané i sladké vodě, v tělech organismů, ale také např. v ledovcích či horských pramenech. Z hlediska výskytu jsou tedy bakterie všudypřítomné, tzv. kosmopolitní organismy.

Možné tvary bakteriálních buněk
Typické tvary bakterií ukazuje tabulka č. 1. Zpravidla je tvar kulovitý nebo tyčinkovitý.

bakterieTVAR
Tabulka č. 1 Tvary bakterií - koky, tyčinkovité, pučící bakterie, bakterie s přívěskem a jiné tvary bakterií. (Zdroj: http://cs.wikipedia.org/).

Grampozitivní a gramnegativní bakterie

Podle stavby buněčné stěny a její barvitelnosti Gramovou metodou se bakterie rozdělují na dvě skupiny. grampozitivní - G+ a gramnegativní - G- (viz. sekce "Základy obecné biologie - Prokaryotická buňka", 1. ročník).

Dýchání bakterií

Podle potřeby kyslíku se bakterie rozdělují do tří základních skupin:

  • obligátně (striktně) aerobní bakterie – potřebují ke svému životu výhradně kyslík, energii získávají jen v procesu aerobního dýchání;
  • obligátně (striktně) anaerobní bakterie – mohou růst jen v prostředí bez kyslíku, energii získávají kvašením nebo anaerobním dýcháním; 
  • fakultativně (příležitostně) anaerobní – příležitostně mohou žít bez kyslíku (v přítomnosti kyslíku ho dýchají, v jeho nepřítomnosti mohou dýchat jiné látky, např. dusičnany). Energii mohou získávat kvašením nebo aerobním či anaerobním dýcháním.
  • přidatnou skupinou jsou aerotolerantní bakterie, jedná se o anaerobní bakterie, které tolerují přítomnost kyslíku a mohou růst i za jeho přítomnosti, vůbec ho však pro tvorbu energie nevyužívají.

Výživa bakterií

 Podle zdroje uhlíku (a dusíku) se bakterie dělí na: (pozn. autora: z lat. trofie = výživa)

  • autotrofní (litotrofní) - zdrojem uhlíku je oxid uhličitý; zdrojem dusíku jsou anorganické látky, např. amonné soli, dusičnany;
  • heterotrofní (organotrofní) - zdrojem uhlíku je organická látka; zdrojem dusíku jsou anorganické látky (amonné soli, dusičnany ad.) a organické látky (bílkoviny, aminokyseliny).

Ve vztahu ke zdroji energie se bakterie rozdělují na:

1. Fototrofní - zdrojem energie je sluneční světlo, podle zdroje uhlíku se pak tyto bakterie rozdělují do dvou skupin:

  • fotoautotrofní (fotolitotrofní) - zdrojem energie je sluneční světlo a zdrojem uhlíku je oxid uhličitý;
  • fotoheterotrofní (fotoorganotrofní) - zdrojem energie je sluneční světlo a zdrojem uhlíku je organická látka.
2. Chemotrofní - tyto bakterie získávají energii přeměnou chemických látek, podle jejich zdroje uhlíku se rozdělují  do dvou skupin:
  • chemoautotrofní (chemolitotrofní) - zdrojem uhlíku je oxid uhličitý a zdrojem energie je přeměna anorganické látky;
  • chemoheterotrofní (chemoroganotrofní) - zdrojem uhlíku i energie jsou organické látky.

Rozmnožování bakterií

Převládá nepohlavní způsob, kdy z jedné buňky mateřské vznikají dvě buňky dceřinné, tzv. binární dělení, probíhá v těchto fázích: 

  1. Buňka se prodlouží až na dvojnásobek původní délky, její tloušťka zůstává stejná.
  2. Replikace bakteriálního chromozomu (kružnicové DNA).
  3. Uprostřed buňky se začne tvořit příčná přehrádka – buněčná stěna a plazmatická membrána, která rozděluje mateřskou buňku ve dvě buňky dceřiné. Do každé buňky proniká jedna replika (kopie) mateřského chromozomu.
  4. Dokončí se přehrádka a mateřská buňka se úplně rozdělí.
Dalším způsobem nepohlavního rozmnožování, avšak méně častým, je u bakterií pučení (obr. 3). Na určitém místě povrchu bakteriální buňky se tvoří nová buňka. Přitom se syntetizuje buněčná stěna nově vznikající dceřiné buňky a mateřská buňka si ponechává svou buněčnou stěnu. Jakmile se část rozděleného jádra mateřské buňky dostane do dceřiné buňky, může se dceřiná buňka oddělit od mateřské a poté dorůstá do její velikosti. 

Rozmnožování bakterií může být také "pohlavní". Jedná se o tzv. parasexuální rekombinaci mezi molekulami bakteriálních DNA. Pohlavní rozdíl mezi samčími a samičími buňkami určuje konjugativní plazmid, tzv. F-faktor (F-plazmid), též fertilní faktor, je-li v buňkách přítomen, jsou "samčí" - F+, není-li přítomen, jedná se o buňky "samičí" - F-); "samčí" buňka se spojí úzkým můstkem se samičí buňkou – část "samčího" chromozomu (F+) vstoupí do "samičí" buňky (F-) (viz. obr. 2), přenos DNA z buňky F+ (donorové) do buňky F- (akceptorové) je výhradně jednosměrný. Recipientní buňky F- tedy nikdy nesmí tento F-faktor obsahovat.  F-faktor může existovat buď jako část chromozomu buňky, nebo jako volný cirkulární chromozom, který se replikuje jednou při každém buněčném dělení. Ve druhém případě jsou F+ buňky jen potenciálně samčí, protože nemohou přenášet své geny do F- buněk a tím se nemohou párovat. Samčí buňky se mohou párovat jen v tom případě, pokud je fertilní faktor součásti chromozomu. Takové buňky se pak označují Hfr (high frequency of recombination - vysoká frekvence rekombinací). Výše popsaný způsob pohlavního rozmnožování se označuje pojmem konjugace (obr. 4).

conjugation

Obrázek č. 4 Průběh konjugace u bakterií. (Zdroj: http://en.wikipedia.org).

Vedle konjugace jsou známy ještě další dva mechanismy pohlavního rozmnožování bakterií:

  1. transformace - při ní živá bakterie přijímá zlomek molekuly DNA uvolněné z odumřelé buňky;
  2. transdukce - přenos části DNA z jedné buňky bakterie do druhé zajišťuje virus.   

Význam bakterií

Bakterie mohou mít pozitivní i negativní význam.

Příklady pozitivního významu bakterií

  • Modelové organismy pro výzkum živé hmoty, a to zejména v laboratořích genetiky, molekulární biologie a biochemie. Bakterie se pro tento účel využívají zejména kvůli velké rychlosti dělení a snadné manipulace s nimi. Významným modelovým organismem je Escherichia coli.
  • Lze je využít při čištění odpadních vod, podílejí se na samočištění vod.
  • Bakterie patří mezi významné reducenty (saprofyty) v přírodě - podmiňují mineralizaci - rozklad organických látek a jejich přeměnu na látky anorganické (hnilobné procesy ad.).
  • Umožňují koloběh látek v přírodě - zejména uhlíku, dusíku a síry.
  • Biotechnologické výroby - v mléčném průmyslu (výroba jogurtů, zakysaných produktů ad.) se hojně využívají bakterie rodu Lactobacillus (grampozitivní tyčky); při výrobě octu se využívají bakterie z rodu Acetobacter; pro výrobu bioplynu lze využít methanové obligátně anaerobní bakterie rodu Methanobacterium či Methanococcus.
  • Nitrifikační bakterie přispívají k obohacení půdy o dusík - oxidují amonné soli a dusitany na dusičnany - k významným zástupcům patří např. bakterie rodu Nitrosococcus nebo Nitrobacter (oba rody - gramnegativní chemoautotrofní bakterie).
  • Denitrifikační bakterie - ochuzují půdu o dusík tím, že redukují (rozkládají) dusičnany a dusitany na molekulární dusík, k těmto bakteriím patří např. některé druhy z rodu Pseudomonas (gramnegativní aerobní koky).
  • Velký význam pro některé rostliny a živočichy včetně člověka mají symbiotické bakterie, k nejvýznamnějším patří:
  1. V rostlinné řiši - hlízkové bakterie rodu Rhizobium (gramnegativní aerobní tyčky), symbioticky žijící s kořeny bobovitých rostlin (bakterie tvoří v hlízkách kořene tzv. bakteroidy). Fixují vzdušný dusík a přeměňují ho do formy využitelné rostlinou.
  2. U živočichů - bakterie rodu Succinivibrio a Butyrivibrio žijí v trávicí soustavě přežvýkavců, kde se podílí na rozkladu celulózy
  3. U člověka mohou bakterie tvořit ektosymbiózu nebo endosymbiózu. Ektosymbioticky žijící bakterie tvoří např. přirozenou mikroflóru na povrchu kůže. Z endosymbiotických bakterií je významná zejména Escherichia coli, žijící v tlustém stgřevě člověka. (Pozn. autora: výrazné zmnožení této bakterie ve střevní mikroflóře kojenců může vyvolat nemoci podobné salmonelovým zánětům). Při opakované léčbě antibiotiky může dojít k narušení rovnováhy výskytu této bakterie ve střevě (a střevní mikroflóry vůbec) a následně se může rozvinout stafylokoková infekce. Maz z mužských a ženských genitálií obsahuje Mykobakterie (grampotitivní koky). Základní složkou mikroflóry v pochvě jsou mléčné bakterie z rodu Lactobacillus (grampozitivní tyčky). Laktobacily udržují v pochvě nízkou hodnotu pH, což zabraňuje rozvoji jiných patogenních bakterií.

Negativní význam bakterií

Bakterie, které vyvolávají méně i více závažná infekční onemocnění se označují pojmem patogenní. Místem průniku do těla je vstupní brána.
Přenos (vektor) bakteriálních infekcí se děje:
  • vzdušnou cestou;
  • alimentární cestou (voda, jídlo .....);
  • živočichy (tzv. zoonózy);
  • pohlavním stykem.

Infekce přenášené vzdušnou cestou

  • Angína - původcem je Streptococcus pyogenes; postihuje mandle a krční oblast hltanu. K typickým příznakům patří bolesti v krku, často horečky (febrilie). U dětí též bolesti břicha a zvracení. Inkubační doba je 1 až 3 dny. Přenos přímý i nepřímý.
  • Spála – původcem je Streptococcus pyogenes; charakteristickým příznakem této nemoci je typický krupičkovitý červený exantém, který se vytvoří do 2 dnů od propuknutí nemoci, nejčastěji v podpažní ajmce, v oblasti třísel a podbříšku. Inkubační doba 2 - 5 dnů. K dalším příznakům patří vysoká horečka, zarudlé hrdlo, povlak na jazyku a bolest v krku. Spálou lze opakovaně onemocnět!
  • Růže (Erysipelas) – způsobuje ji Streptococcus; jedná se o akutní dobře ohraničený zánět kůže s inkubační dobou  2 až 5 dnů, infekce se nečastěji přenáší přes oděrky nebo popálenou kůži; k typickým příznakům patří iniciální třesavka, zvracení a horečka.
  • Tuberkulóza (TBC)Kochův bacil, Mycobacterium tuberculosis; postihuje nejčastěji plíce (i jiné orgány). Inkubační doba je 6 až 8 týdnů. Kapénková infekce. Zdrojem nákazy je nakažený člověk nebo krávy. U TBC je typické bacilonosičství.
  • Záškrt – původcem je Corynebacterium diphteriae. Patří dnes k již sporadickým infekcím; děti jsou zpravidla proočkované, proto je posun infekce ke starší populaci (u nás se nevyskytuje), více rozšířen v rozvojových zemích. Má charakter velmi silné angíny! (Kdysi byla v epidemické oblasti u této infekce úmrtnost až 50 %).
  • Dávivý (černý) kašel (Pertuse), tj. akutní zánět dýchacích cest. Inkubační doba je 6 – 10 dnů. Dnes rodinný výskyt (kdysi epidemický). Původcem nemoci je bakterie Bordetella pertusis.

Infekce přenášené alimentární cestou

  • Průjmová infekční onemocnění (Salmonella) - Salmonella enterica, Salmonella enteritidis ad. Vektorem jsou nedostatečně tepelně zpracované výrobky z masa, ryb, ale také vajíčka, majonézy a jiné výrobky). Nemoc propukne obvykle do několika hodin od nákazy; dostaví se horečka, bolesti břicha, zvracení a průjem. Člověk je ohrožen dehydratací – je zapotřebí hlídat dostatečný příjem tekutin. Léčba tak jako u všech bakteriálních infekcí probíhá užíváním antibiotik. Infekce obvykle propukne jako následek hromadného stravování. Výskyt je endemický či epidemický, zejména v letních obdobích.
  • Břišní tyfus (Salmonella typhi) – tzv. vodní epidemie. Nositelem je jen člověk, bacilonosičství bývá ve žlučníku. Vektorem jsou kontaminovaná voda a potraviny. K typickým příznakům patří horečka, červená skvrna na břichu, zvětšená játra a slezina, při této infekci nejsou průjmy. Jedná se o infekci, při které se tvoří zánět nebo nemoc s jinými ložisky, nejčastěji ve žlučníku, játrech, kloubech, v chlopních v srdci apod.
  • Úplavice (Shigella) - jedná se o prudký zánět tlustého střeva! Při této infekci jsou typické tenesmy – bolestivé nutkání na stolici! Nemoc má vysoký stupeň nákazy (celoroční výskyt), typické jsou epidemie (k vyvolání nákazy postačí už pouhých 200 zárodků). U nás se vyskytují spíše lehčí formy, šíření umožňuje nízká hygienická úroveň ve veřejných zařízeních a dopravních prostředcích, školách, časté jsou též výskyty mezi homosexuály a v rodinách.

K dalším infekcím přenášeným alimentární cestou patří paratyfy – akutní střevní infekce (výskyt paratyfu A je typický pro Středomoří, Blízký východ a Asii) a cholera (Vibrio cholerae) s endemickým výskytem v Indii a jihovýchodní Asii. Jedná se o akutní nezánětlivé onemocnění tenkého střeva. Zdrojem infekce bývá často brakická kontaminovaná voda, nemocný člověk, případně kontaminované potraviny (nejčastěji korýši, měkkýši, ryby). Pro choleru jsou typické těžké vodnaté průjmy, zvracení a nadměrná ztráta tekutin.

Infekce přenášené pohlavním stykem

viz. sekce "Průřezová témata; Základy epidemiologie a hygieny".

Infekce přenášené zvířaty - zoonózy

Borrelióza (Lymeská nemoc) - bakterii rodu Borella přenáší klíště (54 %) nebo krev sající hmyz (19 %) - komáři r. Aedes, Culex, případně mouchy. (Pozn. autora: Incidence borreliozy je v ČR asi 37 / 100 000 obyvatel). Nejdůležitější je včasné odstranění infikovaného klíštěte z místa přisání na těle a rovněž včasná diagnostika infekce odborným lékařem. Nemoc probíhá v několika stadiích s postižením řady orgánů. Zpočátku vzniká obvykle kožní forma, později se přidávají chřipkové příznaky. Při dalším šíření borrelií vzniká artritida - zánětlivé onemocnění kloubu. V závažnějších případech může být poškozená z některých funkcí centrálního nervového systému.

Opakovací otázky:

  1. Vysvětlete, jak dýchají aerobní a anaerobní bakterie?
  2. Jak se označují bakterie, které mohou žít příležitostně bez kyslíku?
  3. Popište možné způsoby rozmnožování bakterií.
  4. Jmenujte alespoň na 4 příkladech pozitivní využití bakterií.
  5. Jak se mohou přenášet bakteriální infekce?
  6. Charakterizujte bakteriální infekce přenášené vzdušnou cestou.
  7. Co je borrelióza?
  8. Doplňte uvedená tvrzení:
  • bakterie, které vyvolávají méně či více závažná onemocnění, se označují jako ______________;
  • prudký zánět tlustého střeva (původcem je Shigella) způsobuje ____________, infekce, při které jsou typické tenesmy;
  • v tlustém střevě člověka žije bakterie ________________;
  • u fotoautotrofních bakterií je zdrojem energie ___________________ a zdrojem uhlíku __________________;
  • u chemoheterotrofních bakterií je zdrojem energie _________________ a zdrojem uhlíku ___________________.










Navigace: 1. ročník Základy mikrobiologie Prokaryotické organismy