Olympijský duch na sebe může brát nejrůznější podoby. Jednu z těch bizarnějších předvedli mikrobiologové, kteří minulý týden vyhlásili výsledky první mikrobiologické olympiády. Vyšly v časopise Nature Reviews Microbiology (pro zhlédnutí by měla stačit registrace zdarma).
Sprint
Tuto disciplínu pojali mikrobiologové trochu jinak. Mikroorganismy nejsou žádní velcí běžci. Když už se pohybují, tak raději ve vodním prostředí. Ale v jedné činnosti jsou mnohem rychlejší než všechny "vyšší" organismy: v rozmnožování.
Ilustruje to i tato imaginární "sportovní událost". Na startu jsou tři borci. Zástupcem organismů vybavených buňkou s jádrem (eukaryotů, kam patří lidé) byla kvasinka, tedy druh, který lidé tisíciletí "šlechtí" tak, aby se množil pokud možno co nejrychleji.
Zástupcem bakterií byla Escherichia coli, kterou známe z loňské "okurkové aféry". Ale to bylo jen několik poněkud zvrhlých zástupců této bakterie. Ve skutečnosti je bakterie označovaná obvykle jen "E. coli" prakticky neškodná a snadno se kultivuje, takže je doma v drtivé většině mikrobiologických laboratoří.
Stříbrná ve sprintu: bakterie E. coli pod mikroskopem
Posledním účastníkem byl drobný bakteriofág. To je virus, který napadá bakterie. Neumí se sám množit, musí k tomu přinutit napadenou buňku. Podle odborných odhadů jsou bakteriofágy nejrozšířenější organismy na naší planetě.
Kvasinka se rozdělí zhruba za 90 minut a po době odpovídající fotbalovému zápasu tak máte z jedné dvě. Podstatně menší a jednoduší bakterie E. coli se v dobrých podmínkách rozdělí zhruba za 17 minut. To znamená, že za 90 minut jich z jedné buňky bude 32 (každá nová buňka se za 17 minut znovu rozdělí).
Umělecké ztvárnění podoby bakteriofágu T4
Bakteriofág je ještě mnohem rychlejší. Fágy donutí bakterii vyrábět vlastní kopie a poté prorazí jejím obalem ven a buňku tím zničí. Protože viry jsou velmi malé, jedna buňka jich zvládne vyrobit ohromné množství. V případě "závodu" to bylo 25. Každý z bakteriofágů může napadnout další buňky. V druhé generaci jich tak teoreticky může být až 625. O vítězi tedy za chvíli není pochyb.
Podle autorů této "povídky" (jsou jimi Merry Youle a Forest Rohwer) z příběhu plyne jednoduché poučení: bakterie a eukaryotické buňky se dělí, bakteriofágy se doslova množí. Mimochodem, stejně rychlého množení jsou schopny i další viry, například HIV, jak zaznělo v našem připomenutí práce prof. Holého.
Štafeta patogenů
Řada disciplín v mikrobiologické olympiádě je poměrně technicky komplikovaná a znalost detailů je důležitá jen pro odborníky. Ale některé z nich jsou založené na poznatcích obecnějších. Mezi ně patří i štafeta patogenů.
Autoři Stephen P. Diggle, James Gurney a Eric J. G. Pollitt nechali na papíře soutěžit několik poměrně dobře známých mikroorganismů: černý mor (Yersinia pestis), chlamydii (Chlamydia trachomatis), ptačí chřipku (virus H5N1) a běžnou chřipku.
"Závod" spočíval v tom, jak rychle se dokáže nemoc šířit od jednoho hostitele k druhému, až dosáhne cílové hodnoty. Jako hostitelé byli pro účely olympiády vybráni lidé.
Omluva pro ptačí chřipkuNekažme si tím tak významnou "sportovní akci", ale v tomto ohledu je závod zřejmě trochu neobjektivní: ptačí chřipka patrně není tak nebezpečná, jak autoři uvádějí. Statistika je totiž silně poznamenaná tím, že laboratorně se ptačí chřipka potvrzuje jen u skutečně vážných případů. Mnohonásobně více lidí ji mohlo zcela nepozorovaně přechodit, upozorňují někteří epidemiologové. |
To znevýhodnilo především ptačí chřipku, která si skvěle vedla v tréninku na ptácích, ale v závodě nemohla uspět. Handicapovaly ji dva faktory. Za prvé se jí člověk od člověka těžko nakazí. Napadá totiž hlubší části dýchacího traktu než běžná chřipka a doslova ji tak hůře vykašláváme z těla do okolí.
Za druhé je smrtelně nebezpečná. Zabila přes polovinu všech prokazatelně nakažených a ostatní silně oslabila. A hostitel, který nemůže chodit nebo přímo zemře, virus daleko neroznese. Ptačí chřipka tak skončila na posledním místě. Podle autorů ovšem bude dál "tvrdě trénovat" a je dost dobře možné, že na další olympiádě v roce 2016 už bude připravená podat lepší výkon. Doufejme, že ne.
Bronz si odnesla "černá smrt". Stejně jako ptačí chřipka i bakterie Yersinia je pro lidské hostitele příliš nebezpečná. Nakažení rychle uléhají a nemoc dále nešíří. A to ani přesto, že se z člověka na člověka přenáší poměrně dobře.
Na stříbrném stupínku se umístila chlamydie, která je podle autorů "stále populárnější mezi mladými hostiteli". Ta hostiteli neublíží a umožní mu nemoc šířit dále. Bohužel metoda přenosu je zase komplikovaná: se sexem to totiž klapne jen ve zcela mizivém procentu sociálních kontaktů.
Vítězem je tak chřipka, která se šíří snadno a nositeli obvykle nepůsobí vážné potíže.
Autoři však upozorňují, že tento "závod" byl jen nepřesným obrazem skutečného stavu a za určitých podmínek mohl dopadnout úplně jinak. Zásadně například závisí na hustotě výskytu možných hostitelů: velké množství lidí na malém prostoru je ideální i pro smrtící a zároveň nakažlivé choroby.
I tak ale dostáváme dva hlavní faktory, které ovlivňují evoluční úspěch patogenu. Jak je patrné, evoluce dává přednost "bacilům", které se snadno přenáší (tj. přenosnost) a nositeli způsobí spíše jen méně vážný průběh nemoci (tj. toxicita).
Bohužel tedy zřejmě neplatí domněnka vyslovená už v 19. století, podle které se nemoci postupně vyvíjejí k neškodnosti. I smrtící choroby před sebou mají světlou evoluční budoucnost, když se dokážou dost rychle šířit. Na "zlato" sice asi nikdy nedosáhnou, ale to pro nás není příliš útěcha.
Mimo soutěž představujeme i mikrobiologické umění. Na snímku je Petriho miska naočkovaná bakterií Bacillus subtilis. Tyčinkovitá bakterie se běžně vyskytuje v půdě. Tato barevná směs je výsledkem experimentu. Snímek je výsledkem práce Fernana Federicia, Tima Rudgeho, Pj Steinera a Jima Haseloffa. Na jeho začátku náhodně vědci smíchali bakterie, které různě fluoreskují. Kolonie se rozrůstá ve tvarech, které lze předpovídat dle matematických modelů.
Plavání
Divácky nejvděčnější disciplínou první mikrobiologické olympiády se stalo plavání. A to především proto, že jako u jediné disciplíny je v tomto případě na co se dívat. Závod se totiž doopravdy konal v britském Oxfordu. Tým organizátorů tvořili Bradley C. Steel, Nicolas J. Delalez, Ashley L. Nord, Richard M. Berry a Judith P. Armitage.
Na startu se sešla poměrně pestrá směsice účastníků, přestože účast byla velmi výrazně omezena. Mikroorganismy se vyskytují ve velikostech zhruba od 1 do 100 mikrometrů (tj. miliontin metru). Vzhledem k tomu, že bazén měřil 100 mikrometrů, měla by velikost na "závod" velký vliv. Proto se na start mohly dostavit jenom mikroorganismy o velikosti maximálně pár mikrometrů.
Genetická budoucnostKdyž už jsme zmínili genetické úpravy, řekněme si rovnou, že s těmi budou mít pořadatelé dalších mikrobiologických olympiád těžkou hlavu. V oboru je to jednoznačně trend blízké budoucnosti. U bakterií se už dnes provádí tak často a v takovém rozsahu, že už to nikoho nepřekvapuje. Je dokonce dost dobře možné, že v roce 2016 se dočkáme na startovní čáře i "umělého" účastníka, jehož genetický kód bude napsaný člověkem. |
Průběh byl překvapivě vyrovnaný. Na prvním místě byla v čase 2,02 sekundy Rhodobacter sphaeroides. Živí se fotosyntézou a pohybuje se pomocí jediného bičíku. Na druhém místě byla upravená bakterie E. coli, poháněná více bičíky, s časem 2,08 sekundy. Bronz si odnesla za čas 2,12 zánětlivá pseudomonáda (Pseudomonas aeruginosa).
Diváckým vítězem je ale mořská bakterie Vibrio alginolyticus. Ta se nechala zmást, vyplula na hladinu, kde předváděla dokonalá kolečka a o závod se nestarala.
A jak vědci dokázali ostatní bakterie donutit, aby pluly přímo? Genetickou modifikací. Zhruba polovinu účastníků připravili o senzorické "orgány", takže bakterie nedostávají žádné informace z okolí. Nemohou se tak vydat jiným směrem, například za potravou.
Výsledkový servis
Ostatní závody olympiády proberme jenom krátce, přece jen jde v podstatě o zábavu:
Kultura bakterií zlatého stafylokoka
V boxerské části zvítězil "zlatý stafylokok". Přesněji kmen této bakterie, kterému nedá "knockout" prakticky žádné používané antibiotikum.
Na programu byl i hod oštěpem. Zde šlo o schopnost dosáhnout co nejdále mimo vlastní buňku. Zvítězila americká rez Puccinia monoica. To je opravdu velmi zajímavá houba, která napadá některé kvetoucí rostliny a zjednodušeně řečeno u nich vyvolá "falešné kvetení" (jde jen o listy se změněnou barvou a tvarem, které vyrábí i nektar a vonné látky, ale fyziologicky to nejsou květy). Tato houba vyrábí také látky lákající hmyz, který pak přenáší houbu na další rostliny. Tyto látky se šíří vzduchem na velké vzdálenosti, a právě to vyneslo puccinii zlato.
Mimochodem, možná trochu nezaslouženě. Stejně dobře si mohla zlato odnésti rez Uredia pisi nebo Puccinia violacea, které umí v podstatě totéž (jak napsal botanik Jiří Sádlo už při zveřejnění "objevu" chování P. monoicy v roce 1997).
V potápění zvítězila rozsivka Rhizosolenia. Tento organismus žije ve velkých shlucích, které se třikrát až čtyřikrát denně synchronizovaně potápí z hladiny moře do hloubek za živinami.
Na "zimních hrách" pak zvítězil jeden kmen bakterie Colwellia psychrerythraea, získaný z usazenin v Arktidě. Tato bakterie se dokáže pohybovat při -10 °C, dělit i při teplotě -12 °C a ještě při -20 °C je metabolicky aktivní (vyrábí funkční enzymy).
