Bakterie

Bakterie jsou jednobuněčné mikroorganismy, které řadíme k prokaryotním organismům. Jsou to jedny z nejstarších a nejrozšířenějších organismů na Zemi.

Existuje nespočet druhů bakterií, od těch, které jsou prospěšné (např. bakterie ve střevech, které pomáhají při trávení), po patogenní bakterie, které mohou způsobovat onemocnění (např. streptokoky či E. coli).

Struktura bakterie

• Buněčná membrána: Tato tenká vrstva obklopuje bakterii a odděluje její vnitřní prostředí od vnějšího. Buněčná membrána reguluje vstup a výstup látek a je důležitá pro udržení homeostázy.

• Buněčná stěna: Většina bakterií má buněčnou stěnu, která poskytuje tvar a ochranu. Buněčná stěna je složena hlavně z peptidoglykanu, což je polymer, který dodává mechanickou pevnost. Bakterie se dělí na dvě skupiny podle struktury buněčné stěny: gram-pozitivní (silná buněčná stěna) a gram-negativní (tenká buněčná stěna s vnější membránou).

• Cytoplazma: Vnitřní část bakterie, kde se nachází všechny buněčné komponenty. Cytoplazma obsahuje vodu, ionty, živiny a enzymy, které jsou nezbytné pro metabolické procesy. Na rozdíl od eukaryotních buněk, se v cytoplazmě bakterií nenachází žádné membránové struktury.

• Genetický materiál: DNA bakterií se nachází volně v cytoplazmě, není obalena membránou, proto nehovoříme o jádře. Je tvořena jedním kruhovým chromozomem. Ten je v tzv. nukleolární oblasti a je uchycen v jednom místě k cytoplazmatické membráně. Toto místo je označováno jako mesosom. Některé bakterie mohou mít také malé kruhové DNA molekuly nazývané plazmidy, které obsahují dodatečné geny.

• Ribozomy: Tyto malé struktury jsou odpovědné za syntézu proteinů. Bakteriální ribozomy jsou menší než eukaryotické, ale plní stejnou funkci.

• Přídatné struktury: Některé bakterie mají další struktury, jako jsou:

  • Flagely: Dlouhé bičíky, které umožňují pohyb bakterie.

  • Pili: Krátké, vláknité struktury, které pomáhají bakteriím přichytit se k povrchům nebo k sobě navzájem.

  • Sklovité nebo kapsulární vrstvy: Ochranné vrstvy, které mohou chránit bakterie před imunitním systémem hostitele nebo vysycháním.

Open

Funkce bakterií

1. Degradace a rozklad - Bakterie hrají zásadní roli v rozkladu organické hmoty. Pomocí enzymů rozkládají mrtvé organismy a rostliny, čímž uvolňují živiny zpět do půdy a cyklu živin.

2. Cykly živin - Bakterie jsou klíčové pro biogeochemické cykly, jako je např. cyklus dusíku.

3. Symbiotické vztahy - Mnoho bakterií žije v symbiotických vztazích s rostlinami a živočichy. Například bakterie v lidském střevě (mikro biom) pomáhají při trávení, produkci vitaminů a ochraně proti patogenům. U některých rostlin, jako jsou luštěniny, bakterie fixují atmosférický dusík, což rostlinám poskytuje nezbytnou živinu.

4. Potravinářský průmysl - Bakterie se využívají při výrobě fermentovaných potravin, jako jsou jogurty, sýry, kysané zelí a kvašené nápoje. Proces fermentace, který bakterie provádějí, mění chuť a konzistenci potravin a prodlužuje jejich trvanlivost.

5. Biotechnologie - Vědci využívají bakterie v biotechnologických aplikacích, jako je produkce antibiotik, enzymů, biopaliv a genového inženýrství. Bakterie mohou být také použity k čištění znečištěných oblastí.

6. Imunitní systém - Některé bakterie mohou stimulovat imunitní odpověď a chránit organizmy před infekcemi. Přítomnost prospěšných bakterií v těle pomáhá udržovat rovnováhu a zdraví imunitního systému.

Rozmnožování bakterií

Bakterie se obvykle rozmnožují asexuálně, což znamená, že k reprodukci nepotřebují partnera. Nejčastější metodou je binární fúze, což je proces, při kterém se jedna bakterie rozdělí na dvě identické dceřiné buňky. Tento proces probíhá tak, že bakterie nejprve rostou a zvětšují svůj objem, zatímco zdvojují své vnitřní struktury, včetně kruhové molekuly DNA. Jakmile se DNA duplikuje, dojde k oddělení a vznikají dvě identické bakterie, které mohou začít proces reprodukce znova. Tento proces může probíhat velmi rychle, v ideálních podmínkách (např. při dostatečném přísunu živin a příznivé teplotě) může bakterie rozšířit svou populaci za 20 minut až několik hodin.

Kromě binární fúze existují také jiné způsoby rozmnožování a genové výměny, které bakterie mohou využívat:

• Konjugace: Tento proces zahrnuje přenos genetického materiálu mezi dvěma bakteriemi prostřednictvím přímého kontaktu. Bakterie si mohou vyměňovat plazmidy, což jsou malé kruhové molekuly DNA.

• Transdukce: Při transdukci viry (bakteriofágy) přenášejí genetický materiál z jedné bakterie do druhé.

• Transformace: Některé bakterie mohou absorbovat volný genetický materiál z okolního prostředí a integrovat ho do své vlastní DNA.

Viry

Jsou nebuněčné mikroorganismy, které jsou mnohem menší než bakterie.

Struktura virů

• Genetický materiál - Viry obsahují buď DNA (deoxyribonukleovou kyselinu), nebo RNA (ribonukleovou kyselinu) jako svůj genetický materiál. Nikdy neobsahují obojí najednou. Tento genetický materiál nese informace potřebné pro reprodukci viru a syntézu jeho proteinů.

• Kapsid - Kapsid je proteinový obal, který chrání genetický materiál viru. Skládá se z proteinových podjednotek nazývaných kapsoméry, které se shromažďují a vytvářejí různé geometrické tvary. Kapsid hraje klíčovou roli při ochraně viru před enzymy a imunitním systémem hostitele.

• Obálka - Některé viry mají lipidovou obálku, která je odvozena z membrány hostitelské buňky. Tato obálka obsahuje lipidy a také proteiny, které jsou důležité pro připojení viru k hostitelské buňce. Viry s obálkou jsou obvykle citlivější na vnější vlivy, jako jsou detergenty a teplo, ve srovnání s neobalenými viry.

• Glykoproteiny - Na povrchu obálky nebo kapsidu se nacházejí specifické proteiny nazývané glykoproteiny. Tyto proteiny hrají klíčovou roli při připojování viru k receptorům na povrchu hostitelské buňky. Umožňují viru vstoupit do buňky a začít proces infekce.

• Vnitřní struktury - Některé viry mohou mít další struktury, jako jsou enzymy (např. proteázy, polymerázy), které jsou potřebné pro replikaci viru po vstupu do hostitelské buňky. Tyto enzymy mohou pomoci viru překonat obranné mechanismy hostitele a usnadnit jeho reprodukci.

• Velikost a tvar - Viry se liší velikostí a tvarem. Obecně jsou viry mnohem menší než bakterie, typicky v rozmezí 20 nm (nanometrů) až 300 nm. Tvary virů mohou být různé – od kulovitých a vláknitých po komplexní struktury.

Open

Funkce virů

• Infekce hostitelských buněk - Hlavní funkcí virů je infikovat hostitelské buňky. Po připojení k receptorům na povrchu buňky viry pronikají do vnitřku buňky, kde mohou reprodukovat svůj genetický materiál a vytvářet nové virové částice. Po infekci buňky virus přehraje svůj genetický materiál a přinutí buňku, aby vyráběla nové virové částice, které poté opouštějí buňku a mohou infikovat další buňky.

• Evoluce a variabilita - Virové infekce mohou přispět k evoluci a variabilitě genů v hostitelských organismech. Například viry mohou přenášet genetický materiál mezi různými organismy (transdukce), což může vést k novým vlastnostem a adaptacím.

• Regulace populace hostitelů - V některých případech mohou viry regulovat populace hostitelských organismů. Například virové infekce mohou snižovat počet bakterií v ekosystému, což může mít pozitivní efekt na biologickou rozmanitost a stabilitu.

• Biotechnologické aplikace - Viry se využívají v biotechnologii, například v genovém inženýrství a terapii. Vědci mohou využívat viry jako vektory pro přenos genů do cílových buněk, což může být užitečné při léčbě genetických onemocnění nebo při vývoji vakcín.

• Očkování - Některé viry se používají jako základ pro výrobu vakcín. Inaktivované nebo oslabené viry mohou být použity k trénování imunitního systému k rozpoznání a obraně proti konkrétním virům.

• Potenciální aplikace v léčbě rakoviny - Některé výzkumy se zaměřují na využití virů k cílení na rakovinné buňky. Tyto viry mohou infikovat a destrukčně působit na nádorové buňky, zatímco zdravé buňky zůstávají nepoškozené.

Rozmnožování virů

Viry se množí prostřednictvím procesu, který vyžaduje hostitelskou buňku. Na rozdíl od bakterií se viry nemohou reprodukovat samostatně.

Postup rozmnožování

1. Připojení k hostitelské buňce - Viry se nejprve připojují k povrchu hostitelské buňky prostřednictvím specifických receptorů. Tento proces je často závislý na interakci mezi virovými glykoproteiny a receptory na povrchu buňky.

2. Vniknutí do buňky - Po připojení virus proniká do hostitelské buňky. V závislosti na typu viru může být tento proces proveden různými způsoby, například fúzí s buněčnou membránou nebo endocytózou (pohlcením buňky).

3. Uvolnění genetického materiálu - Jakmile je virus uvnitř buňky, uvolní svůj genetický materiál (DNA nebo RNA) do cytoplazmy buňky. Tento genetický materiál pak slouží jako šablona pro syntézu nových virových komponentů.

4. Replikace a transkripce - V hostitelské buňce probíhá replikace virového genetického materiálu. V závislosti na typu viru se může genetický materiál replikovat různými způsoby. Například RNA viry mohou používat RNA-dependentní RNA polymerázu k syntéze nových RNA kopií.

5. Syntéza virových proteinů - Hostitelská buňka také syntetizuje virové proteiny na základě instrukcí obsažených ve virovém genetickém materiálu. Ribozomy hostitelské buňky čtou mRNA a vytvářejí virové proteiny, které jsou potřebné pro tvorbu nových virových částic.

6. Sestavení nových virů - Jakmile jsou virové RNA/DNA a proteiny syntetizovány, tyto komponenty se shromažďují a vytvářejí nové virové částice (viriony).

7. Uvolnění virů - Nově vytvořené viry mohou opouštět hostitelskou buňku různými způsoby. Některé viry způsobují smrt hostitelské buňky (lytický cyklus), což vede k uvolnění virionů do okolí. Jiné viry mohou opouštět buňku postupně a způsobit, že buňka zůstává životaschopná (lyzogenní cyklus).

Rozdíly mezi bakteriemi a viry