Page 1


OBSAH Předmluva

8

Bakterie

30

Není bakterie jako bakterie

32

Život bakterií

34

Symbióza s bakteriemi

43

Jednobuněčné organismy

48

Houby

52

Mnohobuněčné organismy

58

Jak vznikl život

62

Cestování v čase do historie objevů

72

NEMOCI A CO PROTI NIM MŮŽEME DĚLAT V ŘÍŠI MIKROBIOLOGIE

10

80

Co je to pandemie?

82

Hygiena

88

Doba kamenná

92

16

První města

93

S truktura a vzhled

20

Římská říše a středověk

94

Rozmnožování a způsob přenosu

22

Viry jako přátelé

26

Koronavirus

12

Viry


NAŠI PŘÁTELÉ A JAK SPOLU ŽIJEME

150

Užiteční pomocníci – čistírna odpadních vod

Novověk

96

Lidský faktor

98

Hygiena – když na tom záleží Imunitní systém

100 108

Nespecifická imunita

112

Specifická imunita

115

Očkování

124

Aktivní očkování

127

Pasivní očkování

130

Kritika očkování

131

Léky

136

Rezistence a výhled do budoucna

144

152

Mikrobiom – náš kamarád

156

Příroda si oddechla

162

Doslov

166

Rejstřík odborných termínů

168

Rejstřík nemocí

174

Odpovědi na otázky

178

Seznam použité literatury

182


MILÍ ČTENÁŘI, na počátku roku 2020 zažili školáci po celém světě jedno velké překvapení: koronaprázdniny. Jenže na rozdíl od dní, kdy nečekaně odpadne škola kvůli extrémním povětrnostním podmínkám, se z koronaprázdnin nikdo neradoval. Svět trnul strachy a očekával největší

ZAV ŘEN O

katastrofu od druhé světové války. Příčinou byl virus, který je v porovnání s člověkem velký asi jako myš vůči celé planetě.

Jak ale vlastně vzniká nová nemoc, co je to pandemie a proč existuje teprve posledních pár tisíc let? Čím se zabývá mikrobiologie a proč je pro nás tak důležitá? Dokážete si představit, že každá buňka našeho těla obsahuje tisíce organel, které se kdysi vyvinuly z bakterií? Tyto organely fungují jako jakési buněčné elektrárny a říká se jim mitochondrie. Žijí v symbióze se všemi živočichy, rostlinami a houbami, a to dost možná už od doby před více než 2 miliardami let – tedy od doby, kdy ještě neexistovaly žádné mnohobuněčné organismy. Dokonce i viry, které se ani nepočítají mezi živé organismy a které jsme ještě před pár lety řadili mezi parazity, jsou pro přírodu

8


však za normálních okolností zadrží náš imunitní systém. Pokud byste se rádi dozvěděli, jak to celé probíhá, pak doufáme, že si v této knize s chutí počtete!

Katrin a Karsten nepostradatelné. Virům například vděčíme za to, že se vyvinuli savci. Většina těchto mikroskopických složek přírody je nejen neškodná, ale dokonce i nevýslovně užitečná. Stačí si vzpomenout třeba na čistírnu odpadních vod, jeden z největších lidských vynálezů. Bez těchto wellness oáz pro mikroorganismy bychom se zalkli vlastním odpadem. Ovšem takovíto neúnavní pomocníci nežijí jenom v čističkách, oni jsou také v nás a na nás. Věděli jste, že naše tělo má více bakterií než vlastních buněk? V tomto mírumilovném soužití se bohužel občas něco pokazí a pak vznikají nemoci. Obzvlášť ošemetná situace nastává, když přicházíme do styku s dosud neznámými mikroorganismy a viry. I takové vetřelce

nížk y Katrin Autoři této k yobrazeni ve v e d z u o js a Karsten virus nety. Korona la p í š a n ti s o velik malá ý sotva jako lk e v im n ti it, je pro ste představ u k z i s ď te A myška. malá tak asi mohla co zlého by etě. bit naší plan o s ů p z a k š y m nic. tick y vůbec k ra p – ě n v Sprá


V ŘÍŠI MIKROBIOLOGIE

KORONAVIRUS Inteligentní bestie mezi viry Zavřeli školu – a to přitom nebyly prázdniny!

Od té doby určoval běh našeho každodenního

Důvod, který k tomu vedl, vám zpočátku

života jeden drobounký patogen: zavřely se

připadal nejspíš dost nepochopitelný:

nejen školy a restaurace, ale také školky, hřiště,

koronavirus. Najednou o něm mluvili všichni

bazény, obchody, muzea, továrny a mnoho

a pro dospělé byl všudypřítomným tématem

dalšího. Leckde byl dokonce vyhlášen zákaz

číslo jedna.

vycházení. Všechna tato opatření se zdají být naprosto šílená, když si uvědomíme, kdo

Prvních pár dnů bez školy vám určitě připadalo

že nás to tu vlastně ohrožuje. Jen se znovu

bezva. Ale pak vám asi začali chybět kamarádi

podívejte na obrázek zeměkoule na straně 9.

a vadilo vám, že nemůžete chodit na kroužky. Nesmělo se ani za babičkou a za dědou

Vidíte na něm překvapivý poměr. Pokud

a mluvit s nimi jen po telefonu bylo pro

by byli oba autoři této knihy velcí jako celá

všechny takové divné.

naše Země, pak by virus jen stěží dosahoval velikosti malé myšky. Proč se ale něčeho tak

Na počátku roku 2020 děsil koronavirus celý

malého tak strašně bojíme?

svět. Dne 30. ledna 2020, dlouho předtím, než se zavřely školy, a jen měsíc poté, co byl virus

Abychom vám to mohli vysvětlit, chtěli

objeven, informovala Světová zdravotnická

bychom vás zavést do říše mikrobiologie.

organizace (WHO) o „globálním stavu

Důvodem pro tuto návštěvu je, že svět, jak ho

zdravotní nouze“. K něčemu takovému dochází

znáte, se všelijakými živočichy a rostlinami,

jen velmi zřídka!

je vlastně jen polovina toho, co na Zemi ve

12


skutečnosti existuje. Před našima očima totiž zůstává ukrytý ještě jiný svět, který je natolik fantastický, že i ty nejnapínavější historky jsou proti němu vyloženě nuda.

Mikroorganismy a viry mohou být extrémně nebezpečné a jsou všudypřítomné, ovšem většinou jsou neškodné a nesmírně užitečné.

Na krásném koronaviru není na pohled vidět, jak dokáže bý t nebezpečný

INFOBOX 1 Ve skutečnosti existuje celá řada různých koronav irů – odborníci jim říkají čeleď Coronav iridae. Název dostaly už v roce 1968 na základě svého vzhledu, který svým tvarem vědcům připomínal sluneční korónu, tedy světelný prstenec, který vzniká při zakrytí slunce.1 Virus, který otřásl světem počátkem roku 2020, se nazývá SARS-CoV-2 a způsobuje onemocnění covid-19. Tady v knize mu říkáme jednoduše koronav irus.

13


V ŘÍŠI MIKROBIOLOGIE

VIRY Geniální nanoroboti Než se pustíte do čtení, musíme uvést na

povrchy s tzv. ACE2 receptory. Tyto

pravou míru jednu věc: na stránce 13 jste viděli

receptory jsou bohužel přítomny na tělních

parádní obrázek koronaviru. Ale přísně vzato

buňkách mnoha orgánů, jako jsou plíce,

to není tak docela pravda, protože ve vědě se

srdce, nosohltan, ledviny, žaludek a střeva.

virus pokládá za virus teprve tehdy, když se

Obzvláště velké množství jich je na plicních

nachází v hostitelské buňce a v ní se pustí do

buňkách, a proto může koronavirus vyvolat

své často značně destruktivní práce. To, co jste

zápal plic. Dalším příkladem je virus klíšťové

viděli na obrázku, je virion, který je vybaven

encefalitidy. Ten dokáže zakotvit pouze na

ochrannou vrstvou, aby dokázal přežít ve

nervových buňkách a může způsobit zánět

volné přírodě. Tento rozdíl je důležitý, protože

mozkových blan. Tyto viry byste si klidně

virion mimo buňku nezmůže prakticky nic. Na

mohli bez obav vzít do ruky a hrát si s nimi.

povrchu má však drobné struktury, kterým se

Nebyly by ničím jiným než neživými zrnky

říká S proteiny (S od slova „spike“, což anglicky

prachu, jen mnohem menší. Pokud se ale tato

znamená „hrot“ nebo „bodec“). S jejich pomocí

zrnka prachu dostanou na správnou buňku,

se viry dokážou zachytit na buňkách živých

pak se na ní zachytí.

tvorů.

Jakmile se jim to podaří, následuje krok 2:

Jenže viriony mají jeden velký problém,

viriony jako by měly k buňce klíč a dokázaly

protože pomocí těchto S proteinů se dokážou

ji tím klíčem jednoduše „odemknout“. Hned

zachytit pouze na velmi specifickém povrchu.

jak to udělají, vnesou do buňky svou RNA či

Tak třeba koronavirus dokáže dobýt pouze

DNA s návodem na výrobu dalších virů. Tím

16


pro viry začíná jejich zásadní poslání: pomocí

produkt uvolněn z hostitelské buňky ve formě

vlastních pomocných proteinů převezmou

virionu. Infikované buňky přitom mohou

kontrolu nad buňkou. Nyní jsou tu pánem

dokonce prasknout. Vědci tomuto procesu

viry a z buňky si udělají líheň svých potomků.

říkají lytický cyklus.

Jakmile je výroba virů dokončena, je výsledný

rozříznutý Zhruba takto vypadá uprostřed je koronavirus. Spirála výrobu viru. RNA s návodem na

INFOBOX 1 Princip klíče a zámku Jak název napov ídá, něco zde zapadá do něčeho jiného. K tomu je zapotřebí vznikl vědět, že každá biologická buňka je obklopena membránou (viz kapitola Jak nějak život). Tato membrána funguje podobně jako naše kůže. Buňky ale musejí jako malé komunikovat s okolním prostředím. V tom jim pomáhají proteiny. Jsou něco z bodu A do stroječky, které vykonávají určité práce, něco stavějí nebo něco přepravují podobně jako bodu B. A podle toho, jakou zastává stroječek funkci, má také určitý tvar, speciální třeba i traktor vypadá jinak než vrtačka. Plicní buňka má na svém povrchu ny virionů. proteiny, které mají také jedinečný tvar, do kterého přesně zapadají S protei h Princip zámku a klíče najdete také na stránkách 116–121 v pasáži o antigenec a protilátkách.

17


NT E M I R E EXP

Odborníci dokážou znečištění vzduchu v domácnosti celkem snadno odhalit: vezmou si malé ploché mističky (takzvané Petriho misky) s gelem, který obsahuje živné médium (živiny, na nichž si plísně rády smlsnou), a několik minut je nechají otevřené na vzduchu. Poté misky uloží na týden na teplé místo. Po týdnu spočítají plísňové kolonie, které se na živném médiu vytvořily. Aby se zjistilo, kde je v bytě plísňová koncentrace nejvyšší, umístí odborník misky do sklepa, do obývacího pokoje nebo na balkon a později výsledky porovná. Stejným způsobem jsme postupovali i my (viz obrázky) a Robert Koch (viz kapitola Cestování v čase do historie objevů).

Nejvyšší znečištění vzduchu bývá v kuchyni. Tamní vlhkost a dostatek výživy představují pro mikroorganismy dokonalé životní podmínky. Proto by se tu neměly povalovat žádné staré potraviny a povrchy v kuchyni by měly být suché.

56


Zde můžete vidět, kde se vyskytují choroboplodné zárodky ve vzduchu u nás doma. Většinu z nich jsme zachytili na zahradě (tři misky vlevo). V pracovně a v ložnici nebylo praktick y nic. Několik kolonií vybujelo jen v miskách, které jsme otevřeli v kuchyni. Některé misky jsme nechali otevřené hodinu, jiné 30 minut.

Ty to krásné kolonie jsme našli ve sklepní místnosti, kde máme uložená čerpadla. Je to ta ková vyzděná jáma, ve kt eré se do domu čerpá dešťová voda a z do mu odčerpává voda odpa dní. V této místnosti je vždy příjemn é vlhko, ideální klima pro plísně. Pro lidi je takové klima škodlivé, ale našim čerpadlům je to naštěstí úplně jedno.

57


V ŘÍŠI MIKROBIOLOGIE

JAK VZNIKL ŽIVOT Zní to jako pohádka! V kapitole o virech jste si všimli, že není vůbec

reprodukovat ve velké skleněné baňce.

snadné popsat, co to život vlastně je. Pokud je

Baňkou sršely blesky, všechny složky směsi

obtížné už to, jak to asi teprve vypadá s otázkou:

se zahřívaly a ochlazovaly (chemická evoluce).

Jak vznikl život? Přesně to neví nikdo, ale

Vědci tomuto prostředí říkají prapolévka

rádi bychom vám v pěti krocích vysvětlili, jak

nebo také prebiotická či primordiální polévka.

si většina vědců v současné době vznik života

Důležitou součástí této „polévky“ byl metan,

představuje. Celé jsme to hodně zjednodušili.

nejjednodušší molekula uhlovodíku.

Abyste skutečně pochopili všechny reakce,

Veškerý život, který známe, je tvořen uhlovodíky.

museli byste strávit mnoho let studiem chemie, biologie a fyziky. Následující etapy vám tedy mají poskytnout pouze přibližnou představu.

Molekula metanu má velmi jednoduchou

1. KROK: PRAPOLÉVKA  KOLÉBKA

strukturu: skládá se pouze z jediného atomu

ŽIVOTA NA ZEMI

uhlíku a čtyř atomů vodíku. Proto se taky nazývá uhlovodík. Velmi dobře hoří, a proto se

Dva američtí vědci Stanley Miller a Harold

běžně spaluje v kuchyních s plynovými sporáky.

Clayton Urey provedli na univerzitě v Chicagu

Po provedení experimentu byli vědci ohromeni,

v roce 1953 průkopnický experiment:

protože pětina (20 %) metanu se přeměnila

věděli, jaké složení měl vzduch asi před

v mnohem složitější molekuly: vznikly organické

čtyřmi miliardami let a jaké podmínky tehdy

sloučeniny, a tím byl vytvořen chemický základ

panovaly na Zemi. A toto prostředí se pokusili

pro vznik prvních živých organismů.

62


Písmenem C se značí atom uhlíku a písmenem H atom vodíku. Pokud se atomy spojí, hovoříme o molekule.

Prapolévka byla na počátku veškerého života na Zemi. Zatím v ní ještě nic nežilo, ale obsahovala všechny složky, které jsou k životu potřeba.


NEMOCI A CO PROTI NIM MŮŽEME DĚLAT

CO JE TO PANDEMIE? Problém, který jsme si způsobili sami Po většinu lidských dějin žádné pandemie

bujaře oslavily! Konečně se totiž mohly

neexistovaly. Naši předkové samozřejmě

šířit nejen v malé populaci. Díky obchodu

také trpěli nemocemi, můžeme je dokonce

a cestování se jim najednou otevřel celý svět.

vysledovat v zubním kameni lidí z doby kamenné. Jenže tehdy lidé žili v malých

Pravděpodobně nejznámější pandemickou

oddělených skupinách, a tak se nemoci

chorobou je mor (viz infobox). Nejvíce

nemohly tak dobře šířit. Velké skupiny by

informací máme o třetí morové pandemii,

v přírodě jednoduše nenalezly dostatek

protože k ní došlo jen o něco více než před

potravy. Ovšem naši předkové si byli nemocí

100 lety. Vypukla v Číně, stejně jako pandemie

velmi dobře vědomi. Stejně jako některá další

koronaviru. Odtamtud se rozšířila do celého

zvířata byli dokonce obeznámeni s lékařskými

světa. Jak jste se již dozvěděli v kapitole

protiopatřeními (ale o tom více v kapitolách

Cestování v čase do historie objevů, působilo

Hygiena, Očkování a Léky).

v Evropě v té době mnoho vědců, kteří se zabývali mikrobiologií. Jejich znalosti byly

Se vznikem prvních stálých osad před

v boji proti moru využity, a tak byla Evropa

10 000 lety a počátkem zemědělství byl

nejhoršího ušetřena. Podle dokumentů

vynalezen také obchod na větší vzdálenosti.

z tohoto období zemřelo v Evropě na mor

Kdyby patogeny uměly jásat, tak by to nejspíš

pouze 457 lidí. Mezinárodní spolupráce, důsledné dodržování karanténních opatření a obecně lepší hygiena tak zachránily život pravděpodobně milionům Evropanů.

82


Lidé si dříve mysleli, že mor přenášejí krysy. Ale není to pravda. Hlodavci sice mohou být nositeli moru, ale ten se přenáší kousnutím blechy. Žádné blechy = žádný mor, někdy je to takhle jednoduché.14 Jakmile však mor jednou propukne, může se přenášet kapénkovou infekcí i z člověka na člověka.

INFOBOX 1 Mor vyvolaný bakterií Yersinia pestis způsobil nejméně tři velké pandemie: justiniánský mor v 6. století: někteří vědci se domnívají, že ve Východořímské říši zemřela až polovina populace; „černou smrt“ ve 14. století: tato pandemie trvala sedm let a o život připravila na 25 milionů lidí – třetinu tehdejší populace; při třetí morové pandemii na konci 19. století zemřelo na celém světě přes dvanáct milionů lidí. Pozor: Mor ještě nebyl zcela vymýcen, v červenci 2020 propukl na severu Číny.

83


NAŠI PŘÁTELÉ A JAK SPOLU ŽIJEME

UŽITEČNÍ POMOCNÍCI – ČISTÍRNA ODPADNÍCH VOD Ukázkový příklad udržitelnosti Jen si to přiznejme: mobilní telefony, počítače

a živočichů v Kielské zátoce, která je součástí

i auta jsou skvělé věci. Ovšem vskutku

Baltského moře. Zjistilo se, že neovlivňuje. Voda

geniální vynález, na který lidé přišli, je čistírna

tam byla natolik čistá, že dokonce ani plavci si

odpadních vod (čistička). Ano, opravdu čtete

vůbec nevšimli, že je poblíž čistírna.

správně. Máme na mysli ona skrytá průmyslová zařízení na krajích měst, která shromažďují

Abyste pochopili, jak se z nechutné odpadní

vše, co spláchneme do záchodu. Víte vlastně,

vody našeho kanalizačního systému může

kde se ve vašem městě čistírna odpadních vod

znovu stát voda čistá, musíme vás vytáhnout

nachází? Pravděpodobně ne, protože většina

do přírody. Určitě jste už slyšeli, že v přírodě

lidí nechce ani vědět, kam směřuje páchnoucí

všechno funguje v kolobězích. Možná znáte

voda z jejich odpadního potrubí. Dáme vám

koloběh vody: voda se nad mořem odpařuje,

malou nápovědu: protéká-li vaším městem

v podobě mraků se dostane nad pevninu, tam

řeka, je čistírna odpadních vod vždy za městem

se vyprší, steče se do řek a jimi proudí zpět do

po směru proudu. Ptáte se proč? Nikdo přece

moře. Takový koloběh existuje i u organického

nechce, aby odpadní voda z čistírny protékala

materiálu, tedy u zbytků rostlin a živočichů.

městem. Přitom by to vůbec nevadilo. Karsten

V biologii se tento koloběh dělí do tří oblastí.

si během studií přivydělával jako výzkumný

První oblast patří rostlinám. Ty čerpají ze

potápěč a pravidelně se potápěl u výstupního

vzduchu oxid uhličitý a z půdy živiny a vodu,

potrubí čistírny odpadních vod Bülk poblíž

z nichž produkují za pomoci slunečního světla

Kielu. Oceánografický institut chtěl zjistit, zda

biomasu (organické sloučeniny, jako je třeba

čistírna odpadních vod ovlivňuje život rostlin

cukr). Proto jim říkáme producenti.

152


Do druhé oblasti spadáme my lidé a všichni

Tady vstupují do hry jako třetí oblast

ostatní živočichové. Živíme se rostlinami,

rozkladači (destruenti). Jsou to

které našemu tělu dodávají energii nebo které

mikroorganismy, které organický materiál

naše tělo využívá jako stavební materiál pro

rozkládají tak, aby se z něj stal opět materiál

nové buňky. Místo „živíme se“ bychom také

anorganický, který může být absorbován

mohli říct, že „konzumujeme“, a proto se druhá

rostlinami. Tento proces degradace probíhá

skupina nazývá konzumenti.

ve dvou velkých krocích, jednou s kyslíkem a jednou bez kyslíku. Pokud zahyne nějaký

Tento koloběh se samozřejmě musí znovu

živý organismus, ať už se jedná o rostlinu,

nějak uzavřít, jinak by se všude povalovaly

živočicha, houbu, nebo bakterii, spadnou jeho

odumřelé rostliny a mrtvá zvířata.

zbytky (biomasa) na zem a zůstanou tam ležet. To se děje všude, na vaší zahradě, v lese,

Bez mikroorganismů bychom se zalkli vlastním odpadem.

na poli, ale také ve vodě, v řekách, jezerech a mořích.

Věčný koloběh přírody