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