Autor: RNDr. Horáková, CSc.
2018/2019
doc. Mgr. M. Vítězová, Ph.D.
ÚEB
Oddělení mikrobiologie
Mikrobi a člověk jsou dvě
extrémní formy jedné živé
hmoty. Život na této planetě se
obejde bez lidí, nikoliv však bez
mikrobů.
Adolf Branald
Doporučená literatura
Miroslav Němec, Dana Horáková
Základy mikrobiologie
ISBN: 80-210-2060-1
Miroslav Němec, Dagmar Matoulková
Základy obecné mikrobiologie
ISBN: 978-80-210-7923-6
Doporučená literatura
Miroslav Votava
Lékařská mikrobiologie obecná
ISBN: 80-86850-00-5
Ludmila Šilhánková
Mikrobiologie pro potravináře a biotechnology
ISBN: 978-80-200-1703-1
Doporučená literatura
Stanislav Rozsypal
Obecná bakterologie
Jiří Schindler
Ze života bakterií
ISBN: 978-80-200-1666-9
Doporučená literatura
Joanne M. Willey
Prescott's Microbiology
ISBN: 0073402400, 978-0073402406
Michael T. Madigan
Brock Biology of Microorganisms, Global Edition
ISBN: 1292068310, 9781292068312
Organizace výuky a pravidla
závěrečného hodnocení
• Výuka 2 h týdně – přednáška
• Studentům budou ve Studijních materiálech
k dispozici přednášky v pdf
• Ke zkoušce doporučuji:
 studium z uvedené povinné a doporučené literatury
 studium z poznámek z přednášek
• Zkouška písemná, test 30 otázek (odpovědi „multi
choice“ a slovní odpovědi)
• Minimální počet bodů pro úspěšné ukončení: 17
Mikroorganizmy
jsou tak malé…
Mohou být opravdu
důležité?
• Původci onemocnění
• Zemědělství
• Potravinářský průmysl
• Výroba energie
• Bioremediace
• Biotechnologie
10 nejvýznamnějších příčin úmrtí – vývoj
v průběhu století
Zdroj: United States National Center for Health Statistics
Chřipka a zánět plic
Tuberkulóza
Chřipka a zánět plic
Onemocnění žaludku
Onemocnění srdce
Infarkt
Onemocnění
ledvin
Onemocnění plic
Onemocnění srdce
Rakovina
Nehody
Dětské nemoci
Záškrt
Rakovina
Mozková mrtvice
Nehody
Sebevražda
Cirhóza jater
Vražda
AIDS
Cukrovka
Případů úmrtí na 100 tis. obyvatelPřípadů úmrtí na 100 tis. obyvatel
Historie mikrobiologie
Robert Hooke (1635-1703)
První pozorování buňky
ASM News 54: 183-185 (1665)
„Hookův" mikroskop
Plíseň rostoucí na kůži
Vynález mikroskopu
Zacharias Janssen - holandský výrobce brýlí
Popularizace mikroskopu a jeho využití
Anton van Leeuwenhoek (1632-1723)
Replika jednoduchého mikroskopu
k pozorování živých organizmů
(zvětšení až 200x)
První pozorování živých organizmů
obchodník s textilem v holandském Delftu,
člen městské rady, dvorní zeměměřič
Leeuwenhoekovy kresby
Kresby bakterií v dopise pro londýnskou
Royal Society z roku 1683
Pozoroval mikroflóru v biofilmu na
vlastních zubech
Mikroorganizmy označil jako
„little animalcules“
V 17. století byly mikroorgnaizmy
považovány za „kuriozity přírody“,
původ onemocnění byl přisuzován
magii
Leeuwenhoekovy preparáty
Řez očním nervem býka
Bakterie Spirillum pozoroval v kalné vodě v r. 1674
• Pozoroval pod mikroskopem např.
vlasy, spermie, vlastní výkaly
• Kresby prvoků, mikromycet a řas
Carl Linné (1707-1778)
švédský botanik
Carolus Linnaeus
Hierarchie
Binomická nomenklatura
Rostliny a živočichové
Nomenklatura organizmů
v knize Systema Naturae, 1735
Francesco Redi
• První experiment v historii biologie v r. 1670
• Série vzorků masa v miskách zakrytých krajkou nebo
korkem (ochrana před hmyzem)
• Závěr: maso neprodukuje larvy bez přítomnosti
hmyzu, který na něj naklade vajíčka
• Popírá Aristotelovu teorii samoplození
(400 před n.l.)
Edward Jenner (1749 – 1823) britský lékař
vakcinace proti pravým neštovicím (1798)
„otec
imunologie“
osmiletý James Phipps
Louis Pasteur (1822-1895)
• Mikroorganizmy jsou
příčinou nemocí
• Fermentace
• Pasteurace
Kniha o pivu
Kniha o vínu
„otec mikrobiologie“
Slavný Pasteurův experiment
s lahví s labutím hrdlem (1854)
1857 studium fermentace
1860 původce choroby bource morušového (Nosema
bombycis)
1862 vyvrácení teorie samoplození mikroorganizmů
(živé organizmy mají původ v neživé hmotě)
1864 příčinou přeměny vína v ocet je mikroorganizmus
„Mycoderma ceti“, v množení se jí zabrání zahřátím
(pasteurace)
1864 – 1876 příčinou etanolového, mléčného a máselného
kvašení jsou živé mikroorganizmy, nikoliv „fermenty“ (vs.
Liebig)
1879 studium cholery drůbeže (Pasteurella) a imunity slepic
1881 vyvinul vakcínu proti sněti slezinné (veřejný pokus: ovce)
1882 sérum proti vzteklině vyzkoušeno na zvířatech
1885 sérum proti vzteklině vyzkoušeno na člověku
Louis
Pasteur
Louis Pasteur
- život bez kyslíku
u mikroorganizmů
Louis Pasteur - mikroorganizmy jsou zodpovědné za
kvasné procesy, efektivita aerobního metabolizmu
(1857)
1847 - ve vídeňské porodnici
zavedl dezinfekci rukou mezi
vyšetřeními (a po pitvách)
vymýcení horečky omladnic
(poporodní sepse způsobené
bakteriemi)
Pozn.: neprokázal agens
způsobující onemocnění,
přestože si všiml shody příznaků
u zemřelého lékaře a ženy po
porodu, nikdy nenechal vzorky
mikroskopovat
Sherwin B. Nuland
Špinavé ruce
Mikrobi, horečka
omladnic
a podivuhodný
příběh Ignáce
Semmelweise
nakladatelství
Dokořán
Překlad Marta
Jakešová
ISBN 80-7363-002-8
Ignaz Filip
Semmelweiss
(1818-1865)
Streptococcus pyogenes
Zdroj: Wikimedia
Joseph Lister – aseptické metody v chirurgii
(1864)
Robert Koch (1843-1910)
německý lékař a mikrobiolog
zakladatel bakteriologie
• Potvrdil Pasteurovu teorii o mikroorganizmech jako
původcích nemocí („germ theory“)
• Zavedl metodiku kultivace čistých kultur
1876 kultivace původce sněti slezinné
(Bacillus anthracis) - počátky vědeckého
výzkumu nakažlivých nemocí
1877 barvení mikrobů anilinovými barvami
1877 společně s Tyndallem: zničení spor bacilů je
možné jen zahřátím na teplotu >100oC nebo
opakovaným varem
1882 společně s Hessem: příprava tuhých médií
(želatina, agar) pro izolaci a kultivaci mikrobů
1882 objev původce tuberkulózy
(Mycobacterium tuberculosis, 'BK')
[Nobelova cena 1905]
1883 objev původce cholery (Vibrio cholerae), Egypt
Robert Koch
Od roku 1982 se 24. březen připomíná
jako Světový den tuberkulózy.
Robert Koch:
Etiologie anthraxu (1876)
Kochovy mikrofotografie kultur Bacillus anthracis
Kožní léze způsobené anthraxem
Zdroj: Bravata, DM; Holty, JE; Liu, H; McDonald, KM;
Olshen, RA; Owens, DK (2006):Systematic review: a
century of inhalational anthrax cases from 1900 to
2005. Annals of Internal Medicine 144 (4): 270–80.
Bioterorismus – použití biologických
agens za účelem smrti nebo
vyvolání onemocnění populací
Zdroj: textbookofbacteriology.net
zvětšení 1000x
Vibrio cholerae - 1883
Fotografie: elektronový mikroskop, Leodotia Pope,
Department of Microbiology, University of Texas, USA
Kochovy postuláty (1876)
1. Z nemocného jedince musí být
mikrob opakovaně izolován, nesmí
se vyskytovat ve zdravém jedinci
2. Mikrob musí být izolován v čisté
kultuře
3. Po naočkování čisté kultury
vnímavému zvířeti se musí
vyvinout typické onemocnění
4. Z tohoto zvířete musí být izolován
tentýž mikrob
Kochovy postuláty - animace
Robert Koch - objev původce
tuberkulózy (1882)
Bakterie ve sputu pacienta Řez plicním uzlíkem
Mycobacterium tuberculosis
Koch a Hess - zavedení pevných půd pro
kultivaci mikroorganizmů (1882)
Z historie mikrobiologie
1877 - SCHLOESING, MÜNTZ: nitrifikace půdy je dílem
mikroorganizmů
1878 - SÉDILLOT: prvé použití termínu 'mikrob'
1879 - NEISSER: objev původce kapavky (Neisseria gonorrhoeae)
1879 - HANSEN: objev původce malomocenství Mycobacterium
leprae)
1880 - EBERTH: objev původce břišního tyfu (Salmonella typhi)
1882 - LÖFFLER, SCHÜTZ: objev původců červenky a vozhřivky
1883 - KLEBS: tyčinkovité bakterie v hrdle nemocných záškrtem
1884 - MEČNIKOV: fagocytóza mikroorganizmů
1884 - LICHTHEIM: patogenita houby Absidia corymbifera u člověka
1884 - LÖFFLER: kultivace původce záškrtu
(Corynebacterium diphtheriae) v koagulovaném séru s
bujonem a glukózou
1884 - GAFFKY: izolace a kultivace Salmonella typhi - viz 1880
1884 - NICOLAIER: mikroskopický průkaz původce tetanu
1884 - ESCHERICH: izolace Bacterium coli (dnes Escherichia coli)
1884 - GRAM: diferenciační barvení bakterií
Hans Christian Joachim Gram
Barvení bakterií dle Grama - 1884
Sergej Vinogradskij
(1856-1953)
• ruský mikrobiolog
• člen Petrohradské akademie věd,
Francouzské akademie věd,
Královské společnosti v Londýně
• studoval bakteriální procesy probíhající v půdě
• izoloval nitrifikační bakterie
• objevil chemolitotrofii
• zformuloval principy koloběhu látek v přírodě
Konec „zlaté éry“ mikrobiologie
• 1914 – v době 1. světové války utlumen výzkum v oblasti mikrobiologie
(uzavřen Pasteurův institut v Paříži)
• Výzkum zaměřen na vývoj antibakteriálních sér potřebných pro válečnou
medicínu (lepra, tuberkulóza, tyfus, záškrt, tetanus…)
Paul Ehrlich
zakladatel „moderní chemoterapie“
(Nobelova cena : 1907)
Treponema pallidum - původce syfilis
Alexander Fleming (1881 – 1955)
objev penicilínu 1928, Nobelova cena: 1945
Rebecca C. Lancefield (1895 – 1981)
Popis streptokokových antigenů - 1934
Popis virové infekce bakterií - 1943
Salvatore Luria
Max Delbrück
Luria, S. E., Delbrück, M.: Mutations of bacteria from
virus sensitivity to virus resistance. Genetics 28, 491
(1943)
„Moderní éra“ mikrobiologie ve 20. stol.
Odvětví mikrobiologie:
• Lékařská mikrobiologie a imunologie
• Zemědělská mikrobiologie a průmyslová mikrobiologie
(na základě koncepce Beijerincka a Winogradskeho)
• Mikrobiologie vodních ekosystémů a půdní mikrobiologie
• Mikrobiální ekologie (60. – 70. léta)
• Mikrobiální systematika
• Mikrobiální fyziologie
• Cytologie
• Mikrobiální biochemie
• Bakteriální genetika
• Virologie
• Molekulární biotechnologie
a. Biotechnologie
b. Genomika (transkriptomika, proteomika, metabolomika)
Další významná data….
1943 - 44: KIMURA, HOTTA: izolace viru dengue
1943 - 44: ESSEN, LEMBKE: průkaz viru infekční žloutenky
1944: WAKSMAN: objev streptomycinu, prvního účinného
antibiotika proti tuberkulóze [výroba od roku 1949, Nobelova cena
1952]
1944: SABIN: izolace virů horečky papatači (SFN, SFS) z krve
pacientů a průkaz vektoru (Phlebotomus, koutule)
1944: AVERY, MacLEOD, McCARTY: důkaz přenosu genetické
informace u bakterií (Streptococcus pneumoniae) pomocí čisté
DNA (DNA je chemickým základem dědičnosti)
1945: DELBRÜCK: přepis sekvence nukleotidů DNA do sekvence
aminokyselin v proteinech
1946: LEDERBERG, TATUM: důkaz přenosu genetické informace
u bakterií (Escherichia coli K12) konjugací [Nobelova cena 1958]
Popis konjugace u bakterií - 1946
Joshua Lederberg (1928 – 2008)
Source: U.S. National Library of Medicine,
Profiles in Science
Nobelova cena 1958
James Watson a Francis Crick
3D model struktury DNA - 1953
Nobelova cena - 1962
Foto: thehistoryblog.com
rentgenová
difrakce
Rosalind Franklin
rentgenová
krystalografie
Poválečná mikrobiologie
1954: SALK: usmrcená vakcína proti poliomyelitidě; zahájena
masová vakcinace dětí v USA
1955: LITTLEFIELD, KELLER, GROSS, ZAMECNIK: důkaz biosyntézy
proteinů v ribozómech
1955: TAYLOR: použití sajících myšek pro izolaci arbovirů
1956-57: VOLKIN, ASTRACHAN: průkaz m-RNA (po infekci
bakteriálních buněk fágemT2 se v nich tvoří RNA, jejíž obsah
nukleových bazí je stejný s obsahem bazí infikujícího fága)
1957: JACOB a MONOD: regulace syntézy proteinů u bakterií
1957: SABIN: živá (atenuovaná) vakcina proti poliomyelitidě (i v ČR)
1957: WORK, TRAPIDO: izolace viru KFD (horečky Kyasanurského
lesa) z člověka, opic a klíšťat Haemaphysalis spinigera
1958: HOAGLAND, ZAMECNIK, STEPHENSON: poznání funkce t-RNA
(vazba aktivovaných aminokyselin a jejich přenos do mikrozomálních
proteinů)
1958: BÁRDOŠ, DANIELOVÁ: izolace viru Ťahyňa z komárů Aedes na
Slovensku; první izolace arboviru z komárů v Evropě
1960: BÁRDOŠ, SLUKA: průkaz lidských onemocnění virem Ťahyňa
("valtická horečka")
1958: SIMPSON: izolace původce konžské hemorag. horečky CCHF
Jacques Lucien Monod (1910 – 1976)
Genetická regulace proteosyntézy - 1957
Nobelova cena 1965
“In science, self-satisfaction is
death. Personal self-satisfaction is
the death of the scientist.
Collective self-satisfaction is the
death of the research.“ New Scientist, 1976
Gerald M. Edelman
(1929 – 2014)
Rodney R. Porter
(1917 – 1985)
Popis chemické struktury a funkce protilátek - 1962
Nobelova cena 1972
Z historie mikrobiologie 60. let…
1961: OCHOA, KORNBERG: enzymy syntézy DNA [Nobel.cena 1967]
1961: BRENNER, JACOB, MESELSON, HALL, SPIEGELMAN: důkaz
přenosu informace z DNA na m-RNA (jejím přepisem) a do
ribozomů u bakterií infikovaných fágemT2
1961-66: NIRENBERG, MATTHAEI, LENGYEL, SPEYER, OCHOA,
HOLLEY, KHORANA aj.: stanovení sekvence nukleotidů
v kodonech (tripletech) DNA - rozluštění genetického kódu
a důkaz molekulární podstaty dědičnosti
[Nobelova cena 1968]
1962-63: SEITELBERGER, ZISCHINSKY: izolace viru zarděnek
Rubella
rod Rubivirus, čeleď Togaviridae;
patří mezi RNA viry
Exantém zarděnek
Foto: dermnetnz.org
Z historie mikrobiologie 60. let…
1964: EPSTEIN, ACHONG, BARR: virus Epstein-Barrové
původcem karcinomu člověka
1967: ČUMAKOV: izolace původce krymské hemoragické
horečky (CCHF)
1968: STEGERT, HENNESSEN, STILLE: izolace viru
Marburg (epidemie 1967, zdroj kočkodani)
1969: BUCKLEY: izolace arenaviru Lassa - hemoragická
(krvácivá)horečka
Z historie mikrobiologie 70. let…
1970: TEMIN, BALTIMORE: objev reverzní transkriptázy
u onkogenních virů (retrovirů): virová RNA je přepsána na
DNA a ta včleněna do genomu hostitelské buňky
[Nobelova cena 1975]
1970-71: NATHANS, SMITH, ARBER: objev restriktáz (sekvenčně
specifické DNázy)
1972: JACKSON, SYMONS, BERG: včlenění genů fága lambda
galaktózového operonu E. coli do DNA viru SV40 in vitro
1973: BISHOP, DAVIDSON, HOLMES, BUCK: rotaviry jako hlavní
původci nebakteriálního průjmu dětí
1973-74: COHEN, CHANGOVÁ, BOYER, COHEN, HELLING: genetické
inženýrství - do DNA bakteriálních plazmidů lze in vitro
zabudovat jakýkoliv gen jiného organizmu (dokonce i
eukaryota: Xenopus laevis) a dále zavést cestou transformace
do Escherichia coli
1975: MILSTEIN, KOEHLER: příprava monoklonálních protilátek
1976: NIME: Cryptosporidium parvum jako původce akutního
průjmu člověka (epidemie v Milwaukee se 400 000 případy)
Z historie mikrobiologie 70. let…
1977: BOWEN, JOHNSON, PATTYN: izolace viru Ebola (velká
epidemie hemorhagické horečky v Sudanu a Zaire 1976)
1977: McDADE: izolace původce legionářské
horečky(Legionella pneumophila) - epidemie ve
Philadelphii 1976
1977: SKIRROW: Campylobacter jejuni jako významný původce
bakteriální enteritidy
1978: WOESE: doména Archaea
Aaron Klug
(*1926)
Struktura viru
tabákové mozaiky
Nobelova cena - 1982
Stanley B. Prusiner
(*1942)
Objev prionů
Nobelova cena - 1997
Priony : Proteiny jako genetický agens ?
Onemocnění - kuru, Creutzfeldt-Jacob nemoc, nemoc
šílených krav ….
Jsou významní i mikrobiologové
českého původu???
• August Josef Corda (1809 - 1849)
jeden z prvních českých badatelů, kteří
používali mikroskop; mykolog
• Vilém Dušan Lambl (1824 – 1895)
popsal bičíkovce Giardia (Lamblia)
intestinalis
Giardia lamblia
střevní parazit
Historie české mikrobiologie
Stanislaus Josef Mathias von Prowazek
šlechtic von Lanow
(1875 Jindřichův Hradec - 1915 Cottbus), rodným jménem
Stanislav Provázek
- objevil patogen epidemie tyfu, na který ve 40 letech zemřel
(Rickettsia prowazekii).
Jaroslav Hlava (1855-1924)
• Profesor patologické anatomie na LF Univerzity Karlovy v Praze
• zakladatel české bakteriologie
• nechal postavit nový patologicko-anatomický ústav
pod názvem Hlavův ústav
• Děkan lékařské fakulty UK, rektor UK 1906 – 1907
• Přítel Jaroslava Kvapila, divadelní nadšenec
Historie české mikrobiologie
Ivan Honl (1866-1936)
• Hlavův asistent, první profesor bakteriologie na
Karlově univerzitě
• studoval hlavně tuberkulózu, zavedl u nás
sérologickou diagnostiku
• jako jeden z prvních pozoroval antibiotický účinek
pseudomonádových metabolitů na G+ koky
(pyocyanasa), výroba léčivého přípravku Anginol
před 1. světovou válkou - „Honlovy Anginolky“)
Historie české mikrobiologie
František Patočka (1904-1985)
• zakladatel moderní české
bakteriologie a virologie
• jako první u nás izoloval virus
chřipky (1937)
• studoval anaeroby, listerie,
rickettsie aj.
• zavedl metodu tkáňových kultur
• v roce 1970 vydal učebnici
Lékařská mikrobiologie
Vybraní laureáti Nobelovy ceny
Rok Jméno laureáta Oblast
1901 von Behring sérum proti záškrtu
1902 Ross malárie
1905 Koch tuberkulóza
1908 Mečnikov imunita
1945 Fleming penicilin
1962 Watson, Crick struktura DNA
1968 Holley, Khorana genetický kód
1997 Pruisner priony
2002 Brenner, Hervitz genetické regulace vývoje orgánů
a programované buněčné smrti
2005 Marshall, Warren Helicobacter pylori, zánět žaludku
2008 zur Hausen Objev lidských papilomavirů způsobujících
rakovinu děložního čípku
2011 Steinman Objev dendritických buněk a jejich role
v adaptivní imunitě
2015 Campbell a Omura Nová terapie proti škrkavkám
2015 Youyou Tu Nová terapie proti malárii