aktivovaný kal — mikrobiálna populácia schopná aeróbnymi procesmi rozkladať organickú hmotu v odpadových vodách (priemyselných, poľnohospodárskych) na oxid uhličitý a vodu (→ biologické čistenie odpadových vôd). Mikrobiálna populácia aktivovaného kalu závisí od typu odpadu a má pomerne malú pestrosť druhového zastúpenia. Podstatnú časť tvoria heterotrofné baktérie patriace ku gramnegatívnym nesporulujúcim druhom (napr. Achromabacter, Flavobacterium, Alcaligenes, Pseudomonas), prípadne ku grampozitívnym druhom baktérií zastúpeným čeľaďou Micrococcaceae. Na čistiacom procese sa zúčastňujú aj niektoré pohyblivé prvoky, napr. Paramecium, a to pohlcovaním baktérií. Ak sú zastúpené v nedostatočnom množstve, voda po čistení odteká zakalená od množstva baktérií. Z aktívneho kalu je možné izolovať aj zástupcov vláknitých húb a kvasiniek.

amylázy [gr.] — široká skupina enzýmov patriacich do skupiny hydroláz. Štiepia oligosacharidy a polysacharidy (škrob, glykogén, dextríny) tým, že hydrolyzujú ich α-(1→4)-glykozidové väzby. Vzniká glukóza, maltóza a dextríny podľa toho, aký druh amylázy sa na reakcii zúčastňuje. Tri skupiny amyláz (α, β, γ) sa odlišujú v štruktúre, mechanizme účinku a vo výskyte: α-amyláza je prítomná v slinných žľazách, v pankrease živočíchov a v klíčiacom obilí, β-amyláza v rastlinách a γ-amyláza v pečeni živočíchov. Z biotechnologického hľadiska sa α-amylázy delia na enzýmy bakteriálneho a fungálneho pôvodu. Hlavným producentom bakteriálnych α-amyláz je rod Bacillus (Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus stearotheromophylus, Bacillus licheniformis a i.). Producentmi α-amyláz fungálneho typu sú najmä kmene z rodov Aspergillus (Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Aspergillus awamori) a Mucor. β-amyláza je enzým produkovaný zástupcami rodov Bacillus (Bacillus polymyxa, Bacillus cereus, Bacillus megatherium), Streptomyces a Aspergillus. Preparáty s β-amylázovou aktivitou možno použiť na výrobu maltózových sirupov, ktoré majú nízku viskozitu, nekryštalizujú, sú bezfarebné, málo sladké a termostabilné. Využívajú sa v cukrárskom a pekárskom priemysle. Glukoamyláza je γ-amyláza produkovaná zástupcami rodov Aspergillus (Aspergillus awamori, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae), Rhizopus, kvasinkami Saccharomyces cerevisiae varieta diastaticus, Schwaniomyces occidentalis, Endomycopsis (Endomycopsis bispora, Endomycopsis fibuligera) a i. Glukoamylázové preparáty sa využívajú pri výrobe sirupov s vysokým obsahom glukózy pre liehovarníctvo, pri výrobe kryštalickej ᴅ-glukózy alebo fruktózových sirupov. V pivovarníctve slúžia na výrobu piva pre diabetikov.

asepsa [gr.], asepsis, aseptické operácie — biotechnol., mikrobiol. súhrn opatrení zabezpečujúcich dosiahnutie a udržanie potrebného stupňa mikrobiologickej čistoty až sterility. Aseptické operácie sú zamerané na zníženie rozsahu mikrobiálnej kontaminácie, zabraňujú rozšíreniu mikroorganizmov všade tam, kde mikroorganizmy nie sú žiaduce, napr. v zdravotníckych zariadeniach, mikrobiologických laboratóriách, v biotechnologickej výrobe (v prevádzkovom mikrobiologickom laboratóriu pri izolácii, úschove, selekcii, resp. kultivácii produkčných kultúr, vo výrobných halách pri výrobe potravín fermentáciou, pri spracúvaní konečných produktov, napr. injekčných foriem antibiotík). Nežiaduce mikroorganizmy z povrchu tuhých látok (laboratórne a prevádzkové zariadenia), roztokov (živné médiá) a vzduchu možno odstrániť mechanicky (filtráciou), fyzikálne (tepelnou sterilizáciou, žiarením, ultrazvukom) alebo chemicky (dezinfekčnými látkami), prípadne kombináciou týchto postupov. Zachovanie prísnej mikrobiologickej čistoty v prevádzke nie je zvyčajne potrebné, stačí potlačiť kontaminujúce mikroorganizmy natoľko, aby nepôsobili škodlivo pri kultivácii a fermentácii. Prevádzky sú riešené tak, aby umožnili komplexnú sanitáciu a čistenie.

autolýza [gr.], autolysis — prirodzený proces odumierania buniek (ich rozklad) vyvolaný aktivitou vlastných enzýmov (najmä tráviacich štiav), ktoré porušujú štruktúru bunkovej steny; posmrtné samonatrávenie buniek, pletív a tkanív.

Oslabenie bunkovej steny v osmoticky nestabilizovanom prostredí má za následok vstup vody dovnútra bunky a jej následný rozklad. Autolýza prebieha po vyčerpaní živín, bunky sa prestanú rozmnožovať a v kultivačnom médiu sa hromadia toxické metabolity. Autolýzu buniek možno indukovať mechanicky (osmotický šok, opätovné rozmrazovanie a zmrazovanie, ultrazvuk, vysoký tlak), chemicky (detergenty, antibiotiká) alebo enzymaticky.

V biotechnologickej praxi sa autolýza využíva najmä pri izolácii vnútrobunkových proteínov. V potravinárstve sú procesy autolýzy (prebiehajúce v svalovine zabitého zvieraťa) rozhodujúce pre akosť mäsa (→ zrenie mäsa). Autolýza formálne nadväzuje na posmrtné stuhnutie (rigor mortis), čo sa prejavuje navonok stuhnutím a následným zmäknutím mäsa, ako aj chemickými zmenami, z ktorých sú najnápadnejšie zmeny kyslosti (tvorba kyseliny mliečnej) a trvalá denaturácia proteínov.

Bacillus [lat.] — rod aeróbnych baktérií tvoriacich endospóry; tyčinkovité grampozitívne mikroorganizmy, ktoré môžu byť aeróbne i fakultatívne anaeróbne. V prírode sú hojne rozšírené, a to najmä v pôde a vo vodných zdrojoch (najrozšírenejší je Bacillus subtilis). Väčšinou sú nepatogénne. Výnimkou je Bacillus anthracis spôsobujúci pri zvieratách a pri náhodnom prenose aj u človeka ochorenie antrax (→ slezinová sneť). Mimo živého organizmu tvorí spóry dlhodobo prežívajúce v pôde. Pri šírení krvou môže spôsobiť smrteľné zlyhanie krvného obehu a funkcie pľúc. Niektoré druhy rodu Bacillus sú patogénne pre hmyz.

Metabolická variabilita rodu Bacillus produkujúceho celý rad enzýmov (amylázy, proteázy, pektinázy) sa využíva vo viacerých priemyselných odvetviach, najmä v pivovarníctve a v textilnom priemysle, v poľnohospodárstve pri výrobe biologických insekticídov (Bacillus thuringiensis) a detergentov, ako aj niektorých hydrolytických enzýmov (alkalické proteázy, α-amylázy). Niektoré druhy patria k významným producentom polypeptidových antibiotík, napr. Bacillus licheniformis a Bacillus subtilis pri výrobe bacitracínu, Bacillus polymyxa pri výrobe polymyxínu a Bacillus brevis pri výrobe gramicidínu. Komerčný záujem o tieto baktérie podmieňuje skutočnosť, že napr. Bacillus subtilis vylučuje priemyselne významné enzýmy priamo do rastového média v koncentráciách presahujúcich 10 g/l.

baktérie [gr.] — heterogénna skupina jednobunkových organizmov rozličného tvaru a veľkosti s bunkovou organizáciou prokaryontného typu. V prírode sa vyskytujú všade tam, kde nachádzajú vhodné podmienky na svoju existenciu (pôda, voda, vzduch, iné organizmy).

Podľa systematickej klasifikácie sa rozlišujú 2 skupiny baktérií: archebaktérie (archaebaktérie, Archeobacteria) a eubaktérie (pravé baktérie, Eubacteria). Archebaktérie patria k prvým živým formám na Zemi, sú príbuzné tak eubaktériám, ako aj eukaryontom. Od eubaktérií sa líšia zložením membránových lipidov a bunkovej steny i citlivosťou na antibiotiká. Pre archebaktérie je typická adaptácia na extrémne podmienky prostredia: striktná anaerobióza, vysoká koncentrácia solí, vysoká teplota. Väčšina baktérií patrí do skupiny eubaktérií, ktoré sa rozdeľujú na základe rôznych kritérií.

Podľa tvaru buniek možno rozlíšiť 3 základné morfologické typy baktérií: guľôčkovité (koky), paličkovité (nazývané aj bacily) a špirálovité (spirily). Rozmnožujú sa nepohlavne, väčšinou priečnym delením. Koky sa môžu deliť v jednej, vo dvoch alebo v troch rovinách. Dcérske bunky sa buď úplne oddelia, alebo ostávajú spojené, čo je dôležitým taxonomickým znakom.

Niektoré baktérie majú vláknitý tvar (aktinomycéty), malá skupina baktérií tvorí bizarné bunky s dlhými výbežkami, ktoré sa rozmnožujú pučaním. Podľa štruktúry bunkovej steny sa rozlišujú grampozitívne a gramnegatívne baktérie, podľa kyslíka potrebného na rast a rozmnožovanie aeróbne a anaeróbne baktérie, podľa pH optimálneho na rast a rozmnožovanie acidofilné (→ acidofília) a alkalifilné baktérie, podľa teploty optimálnej na rast a rozmnožovanie psychrofilné, mezofilné a termofilné baktérie, podľa schopnosti tvoriť spóry (odpočinkové štádiá) sporulujúce a nesporulujúce baktérie.

Charakteristický tvar a pevnosť bunky sú dané bunkovou stenou, ktorej základom je peptidoglykán. Pod ňou ležiaca cytoplazmatická membrána ohraničuje cytoplazmu, v ktorej sa nachádza morfologicky nediferencované jadro nukleoid tvorené kruhovou molekulou DNA, ribozómy (miesta syntézy proteínov), prípadne plazmidy a zásobné látky (glykogén, poly-β-hydroxymaslová kyselina, volutín). Väčšina baktérií vylučuje na vonkajšiu stranu bunkovej steny slizovitý materiál (puzdro, glykokalyx), ktorý ich chráni pred vplyvom vonkajšieho prostredia, resp. zabezpečuje priľnavosť na miestach ich prirodzeného výskytu. Pohybovými orgánmi baktérií sú bičíky, pomocou ktorých sa hýbu v tekutom prostredí, špecifickými orgánmi podobnými bičíkom sú fimbrie. Baktérie môžu byť fototrofné (ak využívajú ako zdroj energie svetlo), chemoautotrofné (ekologicky významné v poľnohospodárstve, pretože zabezpečujú dusíkovú výživu pre rastliny, resp. kolobeh síry v prírode) alebo chemoheterotrofné, ak získavajú energiu oxidáciou niektorých organických látok, napr. glukózy.

Niektoré druhy baktérií sú patogénne, vyvolávajú ochorenia u ľudí, pri zvieratách a rastlinách. Mnohé druhy baktérií sú súčasťou normálnej flóry kože a slizníc človeka. Z biotechnologického hľadiska sú významné fermentujúce baktérie (priemyselná výroba organických kyselín, vitamínov, antibiotík, syrov, octu). Niektoré sa využívajú pri čistení odpadových vôd, mnohé znehodnocujú potraviny, priemyselné suroviny a iný materiál. Z ekologického hľadiska je významná schopnosť niektorých voľne sa vyskytujúcich baktérií alebo baktérií žijúcich v symbióze s vyššími rastlinami fixovať molekulový dusík. Baktérie sú významnými modelovými organizmami vo vedeckom výskume mikrobiológie, genetiky, biochémie, biofyziky a molekulárnej biológie.

bioenergetika [gr.] — vedná disciplína zaoberajúca sa premenami rôznych foriem energie v živých systémoch od buniek až po celé populácie, napr. pri fotosyntéze, elektrochemických procesoch, regulovanom transporte molekúl a iónov cez biologické membrány. Postupnosť energetických premien v živom svete je z termodynamického hľadiska nevratná. Živé organizmy sú otvorené (vyžadujú ustavičnú látkovú výmenu s okolitým prostredím) a nerovnovážne systémy (pracujú v stave vzdialenom od termodynamickej rovnováhy).

glykolýza [gr.] —

1. základný metabolický cyklus rozkladu glukózy, séria reakcií premieňajúcich ᴅ-glukózu na pyruvát (sodnú alebo draselnú soľ kyseliny pyrohroznovej) bez spotrebúvania kyslíka, pričom sa uvoľňuje energia, ktorá sa viaže v molekule adenozíntrifosfátu (ATP). Sacharidy (pentózy, hexózy) a polysacharidy (v prvom stupni sa tiež štiepia na monosacharidy) sa premieňajú na trojuhlíkaté molekuly (triózy), ktoré sa ďalej oxidujú a podľa enzýmovej výbavy buniek a podmienok rastu sa menia na konečné produkty: v aeróbnych organizmoch sa premieňajú v citrátovom cykle a dýchacom reťazci až na oxid uhličitý a vodu, pričom v nadväzujúcom procese oxidačnej fosforylácie sa na jednu molekulu glukózy celkovo získa až 36 molekúl ATP. V anaeróbnych podmienkach, napr. vo svaloch pri dlhotrvajúcej fyzickej námahe, sa z pyruvátu vytvára laktát (soľ kyseliny mliečnej; svalová glykolýza), alebo anaeróbne organizmy (napr. kvasinky) premieňajú pyruvát na etanol v procese kvasenia (alkoholová glykolýza; → alkoholové kvasenie, → fermentácia). Celkový energetický zisk pri rozklade jednej molekuly glukózy sú 2 molekuly ATP. Reakcie glykolýzy sú katalyzované 11 enzýmami a s výnimkou troch sú všetky reverzibilné, čo sa využíva v glukoneogenéze pri syntéze glukózy a zásobných sacharidov buniek (glykogén, trehalóza). Z energetického hľadiska je glykolýza málo efektívny proces (51 % vzhľadom na spotrebovaný substrát) v porovnaní s oxidačnou fosforyláciou;

2. špeciálny prípad alkoholýzy (→ reesterifikácia), pri ktorej štiepenie chemickej väzby a následná výmena alkoxyskupiny nastáva účinkom dvojsýtneho alkoholu (glykolu). Glykolýza sa uplatňuje napr. pri spracovaní polyuretánového odpadu, z ktorého sa pôsobením dietylénglykolu pri zvýšených teplotách a pôsobením katalyzátorov získavajú pôvodné suroviny – diizokyanáty a polyalkoholy.

izomerázy [gr.] — enzýmy katalyzujúce vnútromolekulové premeny substrátu izomerizáciou. Veľmi heterogénna skupina enzýmov, patria sem napr. racemázy (katalyzujúce vzájomnú premenu ʟ- a ᴅ-stereoizomérov), mutázy (vnútromolekulový presun funkčnej skupiny, napr. fosfátovej), epimerázy, cis-trans izomerázy, intramolekulové oxidoreduktázy, intramolekulové transferázy a intramolekulové lyázy. Niektoré izomerázy sa využívajú aj priemyselne, napr. v škrobárenskom priemysle sa enzým glukózaizomeráza využíva na spracúvanie glukózových hydrolyzátov, ktoré sa získavajú najmä z kukuričného škrobu.

klon [gr.] —

1. genet., biol. a) populácia geneticky identických buniek, ktorá vznikla nepohlavným rozmnožovaním (delením) z jednej pôvodnej bunky (→ bunková línia);

b) organizmy (rastliny, huby, živočíchy), ktoré vznikli nepohlavným rozmnožovaním a majú rovnaký genotyp a fenotyp ako rodičovský jedinec;

c) pri živočíchoch jedinec s rovnakým genotypom ako východiskový jedinec, vznikol zámerným, umelým zásahom do vývinu bunky vajíčka alebo ako výsledok izolovaného vývoja buniek embrya oddelených v ranom štádiu jeho vývinu (→ klonovanie, význam 1);

d) klon deoxyribonukleovej kyseliny (DNA) — súbor identických molekúl, fragmentov alebo úsekov DNA pripravených in vitro z rekombinantných molekúl DNA zavedených do hostiteľských buniek; aj populácia buniek obsahujúcich identické rekombinantné molekuly DNA (→ klonovanie, význam 2);

2. prenesene napodobnenina.

klonovanie —

1. vznik, resp. získavanie geneticky identických jedincov (→ klon) nepohlavným rozmnožovaním (vegetatívne rozmnožovanie jednobunkových organizmov – priečne alebo pozdĺžne delenie bunky, delenie rozpadom, pučanie; rastlín – vegetatívne poplazy, cibule, vrúble, púčiky; nižších živočíchov – delenie, pučanie, polyembryónia alebo metódami molekulárnej biológie, genetiky a biotechnológií). Klonovanie jednobunkových organizmov (baktérií, vírusov) je založené na ich schopnosti deliť sa vo vhodnom kultivačnom médiu, využíva sa napr. v hybridómovej technológii na prípravu monoklonových protilátok. Pri cielenom klonovaní rastlín sa kúsky izolovaného rastlinného pletiva, prípadne jedna bunka v pletivovej kultúre, in vitro nechajú rásť na hmotu nediferencovaných buniek (→ kalus) alebo sa z nich priamo vytvoria mnohopočetné výhonky a následne navodením diferenciácie buniek somatickou embryogenézou alebo organogenézou sa získajú klony.

Pri experimentálnom klonovaní cicavcov existujú na vytvorenie klonovaných jedincov štyri techniky: 1. bisekcia embrya (pužívala sa v 70. rokoch 20. stor.), 2. prenos jadra embryonálnej bunky (v 80. rokoch 20. stor.), 3. prenos jadra somatickej bunky (vytvorenie zygoty odobratím jadra zo somatickej – diferencovanej bunky a jeho prenos do neoplodneného vajíčka, z ktorého bolo predtým odstránené jadro), 4. technika HMC (angl. Handmade Cloning; bisekcia časti oocytu, zvyšok oocytu bez deoxyribonukleovej kyseliny je použitý na fúziu so somatickou bunkou, ktorá má jadro).

Klony od jedného darcu sú geneticky identické, môžu však byť epigeneticky odlišné. Klonovanie cicavcov spočiatku slúžilo na testovanie hypotéz mechanizmov bunkovej diferenciácie (blastoméry zo skorých 2-, 4- alebo 8-bunkových embrií boli prenesené do recipientných samíc; → embryotransfer); prvé experimenty 1942 na potkaních embryách boli neúspešné. Významný prelom nastal 1983, keď bolo prenesené donorové jadro pomocou bunkovej fúzie, neskôr sa k bunkovej fúzii pridal prenos prvojadra do myších recipientných embryí. R. 1996 škótski vedci vytvorili prvý klon, ovcu Dolly, prenosom a reprogramovaním plne diferencovanej somatickej bunky z mliečnej žľazy 6-ročnej ovce. Postupne boli vytvorené klony rôznych cicavcov, napr. myší a transgénnych teliat (1998), prasiatok (2000), králikov (2002), potkanov, mačky a koňa (2003), fretky (2004), psa a vlka (2005), chimerických králikov (2006).

Klonované jedince môžu byť využité na základný výskum, tvorbu GMO jedincov (→ geneticky modifikovaný organizmus), produkciu terapeutických buniek (embryonálne kmeňové bunky), xenotransplantácie, zachovanie genetických zdrojov a na selekciu. Výskum v tejto oblasti je zameraný predovšetkým na klonovanie hospodárskych zvierat (na výber techník na prenos jadra, aby sa pri klonovaných jedincoch eliminovali defekty a abnormality). Klonovanie ľudských embryí na akékoľvek účely je v EÚ (a teda aj na Slovensku) zakázané; výnimkou je Spojené kráľovstvo, kde je povolené klonovanie na terapeutické účely s individuálnym povolením. V súvislosti s génovými manipuláciami (→ génové inžinierstvo) sa rozvíja i bioetika, ktorá sa zaoberá aj otázkami klonovania. Perspektívy klonovania cicavcov sú vo vývoji malého počtu plemenných a transgénnych zvierat. V budúcnosti sa predpokladá využitie klonovania ľudských kmeňových buniek v humánnej medicíne pri liečbe rôznych ochorení;

2. klonovanie deoxyribonukleovej kyseliny (DNA), klonovanie génov, molekulárne klonovanie — príprava súboru identických molekúl, fragmentov alebo úsekov DNA (klonov DNA) namnožením rekombinantných molekúl DNA prostredníctvom hostiteľských buniek. Zahŕňa tri základné kroky: prípravu rekombinantnej molekuly DNA, jej prenos do hostiteľských buniek a napokon selekciu a analýzu klonov obsahujúcich rekombinantnú DNA.

Rekombinantná molekula DNA sa pripraví spojením úseku DNA (aj cudzorodá DNA, klonovaná DNA, inzert; získa sa extrakciou z organického materiálu alebo špecifickým vyštiepením z dlhšieho fragmentu DNA pomocou enzýmov reštrikčných endonukleáz, prípadne sa pripraví synteticky ) s klonovacím vektorom (najčastejšie plazmidom). V nasledujúcom kroku sa rekombinantná molekula DNA transformáciou alebo elektroporáciou prostredníctvom vírusu, resp. bakteriofágu (→ transdukcia) alebo eukaryontných buniek (→ transfekcia) prenesie do hostiteľských, najčastejšie bakteriálnych buniek kmeňa Escherichia coli. V treťom kroku sa metódami molekulárnej biológie vyselektujú bunky, ktoré obsahujú rekombinantnú DNA, oddelia sa od buniek, ktoré obsahujú len klonovací vektor (plazmid) bez cudzorodej DNA (→ selekcia rekombinantov), a po namnožení sa vyhľadá klon DNA so žiadanou sekvenciou nukleotidov. Týmto postupom sa z jednej kópie daného fragmentu DNA pripraví veľké množstvo identických kópií pôvodne klonovanej DNA. Klonovanie DNA sa v praxi využíva v biotechnológiách, ktoré umožňujú pomocou mikroorganizmov vyrábať látky, ktoré mikroorganizmy prirodzene neprodukujú (napr. rekombinantný inzulín, interferón, vakcíny proti hepatitíde B, rastový hormón; → génové inžinierstvo).

kontaminácia [lat.] —

1. znečistenie, zamorenie priestoru alebo prostredia (vrátane životného prostredia) škodlivými (toxickými) látkami, rádioaktívnymi látkami, mikroorganizmami (→ mikrobiálna kontaminácia) a i. kontaminantmi (→ znečistenie ovzdušia, → znečistenie pôdy, → znečistenie vody); prítomnosť takýchto látok v priestore alebo v prostredí; → zamorenie. Odstránenie kontaminácie sa dosahuje dekontamináciou, resp. odmorovaním;

2. geol. aj hybridizácia — miešanie magiem, ako aj zmena ich zloženia (chemického, minerálneho) spôsobená asimiláciou cudzorodého materiálu;

3. jaz. → kríženie väzieb.