Shluk bakterií Escherichia coli zvětšený 10 000 krát.
Mikroorganismus (z řečtiny: μικρός
, mikrós, „malý“ a ὀργανισμός, organismós, „organismus“; také se píše mikroorganismus nebo mikroorganismus) nebo mikrob je mikroskopický organismus (obvykle příliš malý na to, aby byl viděn pouhým lidským okem). Studium mikroorganismů se nazývá mikrobiologie, což je téma, které začalo objevem mikroorganismů Antonem van Leeuwenhoekem v roce 1675 za použití mikroskopu podle jeho vlastního návrhu.
Mikroorganismy jsou velmi různorodé; patří mezi ně bakterie, houby, archea a protisty; mikroskopické rostliny (zvané zelené řasy); a zvířata jako plankton a planarián. Někteří mikrobiologové také zahrnují viry, ale jiní je považují za neživé. Většina mikroorganismů je jednobuněčná (jednobuněčná), ale to není univerzální, protože některé vícebuněčné organismy jsou mikroskopické, zatímco některé jednobuněčné protisty a bakterie, jako Thiomargarita namibiensis, jsou makroskopické a viditelné pouhým okem.
Mikroorganismy žijí ve všech částech biosféry, kde je kapalná voda, včetně půdy, horkých pramenů, na dně oceánu, vysoko v atmosféře a hluboko uvnitř skal v zemské kůře. Mikroorganismy mají zásadní význam pro recyklaci živin v ekosystémech, protože působí jako rozkladače. Protože některé mikroorganismy dokážou dusík fixovat, jsou životně důležitou součástí koloběhu dusíku a nedávné studie naznačují, že vzdušné mikroby mohou hrát roli při srážkách a počasí.
Mikroby lidé využívají také v biotechnologiích, a to jak při tradiční přípravě potravin a nápojů, tak v moderních technologiích založených na genetickém inženýrství. Patogenní mikroby jsou však škodlivé, protože napadají a rostou uvnitř jiných organismů a způsobují nemoci, které zabíjejí miliony lidí, další zvířata a rostliny.
Jednobuněčné mikroorganismy byly prvními formami života, které se vyvinuly na Zemi, přibližně před 3-4 miliardami let. Další evoluce byla pomalá a asi 3 miliardy let v prekambriu byly všechny organismy mikroskopické. Takže po většinu historie života na Zemi byly jedinými formami života mikroorganismy. Bakterie, řasy a houby byly identifikovány v jantaru, který je starý 220 milionů let, což ukazuje, že morfologie mikroorganismů se od triassického období změnila jen málo.
Většina mikroorganismů se může rychle rozmnožovat a mikrobi, jako jsou bakterie, si mohou také volně vyměňovat geny konjugací, transformací a transdukcí mezi široce se rozcházejícími druhy. Tento horizontální přenos genů spolu s vysokou rychlostí mutací a mnoha dalšími prostředky genetické variace umožňuje mikroorganismům rychle se vyvíjet (přirozeným výběrem), aby přežily v novém prostředí a reagovaly na stres prostředí. Tento rychlý vývoj je v medicíně důležitý, protože vedl k nedávnému vývoji „superbrouků“ – patogenních bakterií, které jsou odolné vůči moderním antibiotikům.
spekulativní a nezakládaly se na žádných datech ani na vědě. Mikroorganismy nebyly až do 17. století ani prokázány, pozorovány, ani správně a přesně popsány. Důvodem bylo, že všechny tyto rané studie postrádaly mikroskop.
= Historie klasifikace a struktury
Evoluční strom znázorňující společné předky všech tří domén života. Bakterie jsou zbarveny modře, eukaryota červeně a archea zeleně. Kolem stromu jsou znázorněny relativní pozice některých fyl.
Mikroorganismy lze nalézt téměř kdekoliv v taxonomické organizaci života na planetě. Bakterie a archea jsou téměř vždy mikroskopické, zatímco řada eukaryot je také mikroskopická, včetně většiny protistů, některých hub, stejně jako některých živočichů a rostlin. Viry jsou obecně považovány za neživé, a proto nejsou mikroby, i když oblast mikrobiologie zahrnuje také studium virů.
Prokaryoty jsou organismy, kterým chybí buněčné jádro a na ostatní membrány vázané organely. Jsou téměř vždy jednobuněčné, i když některé druhy jako myxobakterie se mohou v rámci svého životního cyklu agregovat do složitých struktur.
Skládají se ze dvou domén, bakterií a archeí, prokaryota jsou nejrozmanitější a nejhojnější skupinou organismů na Zemi a obývají prakticky všechna prostředí, kde je k dispozici nějaká tekutá voda a teplota je pod +140 °C. Vyskytují se v mořské vodě, půdě, vzduchu, trávicím traktu zvířat, horkých pramenech a dokonce hluboko pod zemskou kůrou ve skalách. Prakticky všechny povrchy, které nebyly speciálně sterilizovány, jsou pokryty prokaryotami. Počet prokaryot na Zemi se odhaduje na zhruba pět milionů bilionů bilionů, tedy 5 × 1030.
Bakterie Staphylococcus aureus zvětšené asi 10 000x
Bakterie jsou prakticky všechny neviditelné pouhým okem, s několika extrémně vzácnými výjimkami, jako je Thiomargarita namibiensis. Jsou to jednobuněčné organismy a chybí jim membránově vázané organely. Jejich genom je obvykle jedinou smyčkou DNA, i když mohou obsahovat i malé kousky DNA zvané plazmidy. Tyto plazmidy se mohou přenášet mezi buňkami pomocí bakteriální konjugace. Bakterie jsou obklopeny buněčnou stěnou, která poskytuje jejich buňkám sílu a tuhost. Množí se binárním štěpením nebo někdy pučením, ale pohlavní reprodukci nepodstupují. Některé druhy vytvářejí mimořádně odolné spory, ale pro bakterie je to mechanismus přežití, ne reprodukce. Za optimálních podmínek mohou bakterie růst extrémně rychle a mohou se zdvojnásobit tak rychle jako každých 10 minut.
Archaea jsou také jednobuněčné organismy, kterým chybí jádra. V minulosti nebyly rozdíly mezi bakteriemi a archaea rozpoznány a archaea byla klasifikována s bakteriemi jako součást království Monera. Nicméně v roce 1990 mikrobiolog Carl Woese navrhl třídoménový systém, který rozděluje živé věci na bakterie, archaea a eukaryota. Archaea se liší od bakterií jak v genetice, tak v biochemii. Například, zatímco bakteriální buněčné membrány jsou vyrobeny z fosfoglyceridů s esterovými vazbami, archaeanské membrány jsou vyrobeny z etherových lipidů.
Archaea byly původně popsány v extrémních prostředích, jako jsou horké prameny, ale od té doby se vyskytují ve všech typech biotopů. Až nyní si vědci začínají uvědomovat, jak časté jsou archee v životním prostředí, přičemž crenarchaeota je nejběžnější formou života v oceánu, dominující ekosystémům pod 150 m hloubky. Tyto organismy jsou také běžné v půdě a hrají zásadní roli při oxidaci amoniaku.
Ostreococcus je nejmenší známý volně žijící eukaryota s průměrnou velikostí 0,8 µm
Většina živých organismů, které jsou ve své dospělé podobě viditelné pouhým okem, jsou eukaryota, včetně člověka. Velké množství eukaryot jsou však také mikroorganismy. Na rozdíl od bakterií a archeí obsahují eukaryota ve svých buňkách organely, jako je buněčné jádro, Golgiho aparát a mitochondrie. Jádro je organela, ve které je uložena DNA, která tvoří genom buňky. Samotná DNA je uspořádána do složitých chromozomů.
Mitochondrie jsou organely životně důležité v metabolismu, protože jsou místem cyklu kyseliny citronové a oxidativní fosforylace. Vyvinuly se ze symbiotických bakterií a uchovávají si zbytkový genom. Stejně jako bakterie, i rostlinné buňky mají buněčné stěny a kromě organel v jiných eukaryotech obsahují organely, jako jsou chloroplasty. Chloroplasty produkují energii ze světla fotosyntézou a byly také původně symbiotickými bakteriemi.
Jednobuněčné eukaryoty jsou ty eukaryotické organismy, které se skládají z jediné buňky během celého svého životního cyklu. Tato kvalifikace je významná, protože většina vícebuněčných eukaryot se skládá z jediné buňky zvané zygota na začátku svého životního cyklu. Mikrobiální eukaryoty mohou být buď haploidní nebo diploidní a některé organismy mají vícebuněčná jádra (viz coenocyt). Nicméně ne všechny mikroorganismy jsou jednobuněčné, protože některé mikroskopické eukaryoty jsou vyrobeny z více buněk.
Z eukaryotických skupin jsou protisty nejčastěji jednobuněčné a mikroskopické. Jedná se o velmi různorodou skupinu organismů, které není snadné klasifikovat. Několik druhů řas jsou mnohobuněčné protisty a slizovité plísně mají jedinečné životní cykly, které zahrnují přechod mezi jednobuněčnou, koloniální a mnohobuněčnou formou. Počet druhů prvoků je nejistý, protože jsme možná identifikovali jen malou část rozmanitosti v této skupině organismů.
Mikroskopický roztoč Lorryia formosa.
Většinou jsou zvířata mnohobuněčná, ale některá jsou příliš malá na to, aby byla vidět pouhým okem. Mikroskopičtí členovci zahrnují prachové roztoče a pavoučí roztoče. Mezi mikroskopické korýše patří kopepové a kladocera, zatímco mnoho hlístic je příliš malých na to, aby byly vidět pouhým okem. Další zvláště běžnou skupinou mikroskopických zvířat jsou rotifery, což jsou filtrační krmiva, která se obvykle nacházejí ve sladké vodě. Mikroskopinci se rozmnožují sexuálně i asexuálně a mohou se dostat do nových biotopů jako vajíčka, která přežijí drsné prostředí, které by dospělé zvíře zabilo. Některá jednoduchá zvířata, jako jsou rotifery a hlístice, však mohou zcela vyschnout a zůstat nečinná po dlouhou dobu.
Houby mají několik jednobuněčných druhů, jako jsou pekařské kvasnice (Saccharomyces cerevisiae) a štěpné kvasnice (Schizosaccharomyces pombe). Některé houby, jako například patogenní kvasnice Candida albicans, mohou v některých prostředích projít fenotypovým přepínáním a růst jako jednotlivé buňky, v jiných jako vláknité hyfy. Houby se množí jak asexuálně, pučením nebo binárním štěpením, tak produkcí spor, které se nazývají konidia, pokud jsou produkovány asexuálně, nebo basidiospory, pokud jsou produkovány sexuálně.
Mikroorganismy se vyskytují téměř ve všech biotopech vyskytujících se v přírodě. Dokonce i v nepřátelském prostředí, jako jsou póly, pouště, gejzíry, skály a hluboké moře. Některé typy mikroorganismů se přizpůsobily extrémním podmínkám a udržují kolonie; tyto organismy jsou známé jako extremofily. Extremofilové byli izolováni ze skal až 7 kilometrů pod zemským povrchem a bylo naznačeno, že množství živých organismů pod zemským povrchem může být srovnatelné s množstvím života na povrchu nebo nad ním. Extremofilové jsou známí tím, že přežívají delší dobu ve vakuu a mohou být vysoce odolní vůči záření, které jim může dokonce umožnit přežít ve vesmíru. Mnoho typů mikroorganismů má intimní symbiotické vztahy s jinými většími organismy; některé z nich jsou vzájemně prospěšné (mutualismus), zatímco jiné mohou být škodlivé pro hostitelský organismus (parazitismus). Jestliže mikroorganismy mohou způsobit onemocnění v hostiteli, jsou známé jako patogeny.
Extremofilové jsou mikroorganismy, které se přizpůsobily tak, aby mohly přežít a dokonce prospívat v podmínkách, které jsou obvykle pro většinu forem života smrtelné. Některé druhy byly například nalezeny v těchto extrémních prostředích:
Extremofilové jsou významní v různých ohledech. Rozšiřují pozemský život do velké části zemské hydrosféry, kůry a atmosféry, jejich specifické evoluční adaptační mechanismy na jejich extrémní prostředí mohou být využity v bio-technologii a jejich samotná existence v takto extrémních podmínkách zvyšuje potenciál pro mimozemský život.
Symbiotické mikroby jako houby a řasy tvoří asociaci v lišejníku. Některé houby tvoří mycorhizzal symbiózy se stromy, které zvyšují přísun živin do stromu.
Význam pro lidské zdraví
Mikroorganismy mohou vytvářet endosymbiotický vztah s jinými, většími organismy. Například bakterie, které žijí v lidském trávicím systému, přispívají k imunitě střev, syntetizují vitaminy, jako je kyselina listová a biotin, a fermentují nestravitelné sacharidy.
Mikroorganismy jsou příčinou mnoha infekčních onemocnění. Mezi dotčené organismy patří patogenní bakterie způsobující onemocnění, jako je mor, tuberkulóza a antrax; prvoci způsobující onemocnění, jako je malárie, spavá nemoc a toxoplazmóza; a také houby způsobující onemocnění, jako je kožní onemocnění, kandidóza nebo histoplazmóza. Jiná onemocnění, jako je chřipka, žlutá zimnice nebo AIDS, jsou však způsobena patogenními viry, které obvykle nejsou klasifikovány jako živé organismy, a nejsou tedy mikroorganismy podle přísné definice. Od roku 2007 nejsou známy žádné jasné příklady archeálních patogenů, i když byl navržen vztah mezi přítomností některých methanogenů a lidským periodontálním onemocněním.
Hygiena je prevence infekce nebo zkažení potravy eliminací mikroorganismů z okolí. Vzhledem k tomu, že mikroorganismy, zejména bakterie, se vyskytují prakticky všude, znamená to ve většině případů redukci škodlivých mikroorganismů na přijatelnou úroveň. V některých případech je však nutné, aby předmět nebo látka byly zcela sterilní, tj. zbavené všech živých entit a virů. Dobrým příkladem je podkožní jehla.
Při přípravě potravin jsou mikroorganismy redukovány konzervačními metodami (jako je přidání octa), čistým nádobím používaným při přípravě, krátkou dobou skladování nebo chladnými teplotami. Pokud je nutná úplná sterilita, jsou dvěma nejčastějšími metodami ozařování a použití autoklávu, který připomíná tlakový hrnec.
Existuje několik metod pro zjišťování úrovně hygieny ve vzorku potravin, pitné vody, vybavení atd. Vzorky vody lze filtrovat přes extrémně jemný filtr. Tento filtr se pak umístí do živného média. Mikroorganismy na filtru pak vyrostou a vytvoří viditelnou kolonii. Škodlivé mikroorganismy lze v potravinách zjistit umístěním vzorku do živného vývaru určeného k obohacení dotyčných organismů. Pro zjišťování lze pak použít různé metody, jako je selektivní médium nebo PCR. Hygienu tvrdých povrchů, jako jsou hrnce na vaření, lze testovat tak, že se jich dotknete pevným kusem živného média a pak na něm mikroorganismy porostou.
Neexistují podmínky, za kterých by všechny mikroorganismy rostly, a proto je často zapotřebí několik různých metod. Například vzorek potravy může být analyzován na třech různých živných médiích, která mají indikovat přítomnost „totálních“ bakterií (stavy, kdy roste mnoho, ale ne všechny bakterie), plísní (stavy, kdy růstu bakterií brání např. antibiotika) a koliformních bakterií (ty indikují kontaminaci odpadních vod).
Historie Země · Věda o Zemi · Struktura Země · Desková tektonika · Geologické dějiny Země · Geologie
Klima · Zemská atmosféra
Biosféra · Původ života · Mikrob · Rostliny · Plísně · Fauna · Zvířata · Biologie · Evoluční historie života
Divočina · Ekologie · Ekosystém
Hmota · Energie · Mimozemský život · Vesmír