ENDOSPOROS: SAVYBĖS, STRUKTŪRA, FORMAVIMAS, FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Į endosporas yra formų išlikimo tam tikrų bakterijų, susideda iš neveikiančių ląstelių ir išsausėjusi dengto apsauginių sluoksnių, rodo atsparumą ekstremalių cheminę ir fizinę įtampą. Trūkstant maistinių medžiagų, jie gali išsilaikyti neribotą laiką. Jie susidaro bakterijų viduje.

Endosporos yra atspariausios žinomos gyvos struktūros. Jie gali išgyventi aukštą temperatūrą, ultravioletinę šviesą, gama spinduliuotę, išsausėjimą, osmosą, chemines medžiagas ir fermentinę hidrolizę.

Šaltinis: Dartmouth elektroninio mikroskopo įrenginys, Dartmouth kolegija

Kai aplinkos sąlygos tai lemia, endosporos sudygsta ir susidaro aktyvios bakterijos, kurios maitinasi ir dauginasi.

Endosporos yra sporų rūšis. Yra grybų, pirmuonių, dumblių ir augalų, kurie gamina savo rūšis. Endosporoms trūksta reprodukcinės funkcijos: kiekviena bakterijos ląstelė gamina tik vieną. Kituose organizmuose, priešingai, jie gali atlikti reprodukcinę funkciją.

Istorija

XVII amžiaus viduryje olandų audinių prekeivis ir mikrobiologijos pradininkas Antonie van Leeuwenhoek, naudodamas išradingus mikroskopus, kuriuos pats suprojektavo ir pagamino, pirmasis stebėjo gyvus mikroorganizmus, įskaitant pirmuonis, dumblius, mieles, grybelius ir bakterijas.

1859 m. Prancūzijos mokslų akademija rėmė konkursą, kuriame dalyvavo prancūzų chemikas Luisas Pasteuras. Tikslas buvo išaiškinti „spontaniškos kartos“ eksperimentą, senovės hipotezę, teigiančią, kad gyvybė gali kilti dėl „gyvybinių jėgų“ ar „pernešamų medžiagų“, esančių negyvoje ar suyrančioje medžiagoje.

Pasteuras parodė, kad oras ir kietosios dalelės, kaip ir vyno atveju, yra mikrobų, augančių prieš tai termiškai sterilizuotuose kultūros sultiniuose, šaltinis. Netrukus po to, 1877 m., Anglų fizikas Johnas Tyndallas patvirtino Pasteuro pastebėjimus, pateikdamas paskutinį spontaniškos kartos hipotezę.

„Tyndall“ taip pat pateikė įrodymų apie ypač karščiui atsparias bakterijų formas. Nepriklausomai nuo 1872 iki 1885 metų vokiečių botanikas Ferdinandas Cohnas, laikomas moderniosios mikrobiologijos pradininku, išsamiai aprašė bakterijų endosporą.

Ilgaamžiškumas

Dauguma organizmų gyvena aplinkoje, kurios laikas ir erdvė skiriasi. Įprasta augimo ir dauginimosi metu laikinai netinkamų aplinkos sąlygų išgyvenimo strategija yra grįžtamojo ramybės būsena, kurios metu žmonės prieglobstį laiko apsauginėse konstrukcijose ir sumažina energijos sąnaudas.

Perėjimas tarp aktyvios ir latentinės būsenos yra metaboliškai brangus. Ši investicija yra didesnė, kai individai turi sukurti savo apsaugines struktūras, nesvarbu, ar jos sudarytos iš išorinių medžiagų, ar jose sintetinamos. Be to, asmenys turi sugebėti reaguoti į aplinkos dirgiklius, sukeliančius perėjimą.

Vėlavimas sukuria neveikiančių asmenų rezervuarą, kurį galima suaktyvinti, kai vėl atsiranda palankios sąlygos. Šie rezervuarai leidžia išsaugoti populiacijas ir jų genetinę įvairovę. Dėl endosporą gaminančių patogeninių bakterijų, vėlavimas palengvina jų perdavimą ir apsunkina jų kontrolę.

Bakterinės endosporos gali išlikti gyvybingos daugelį metų. Buvo teigiama, kad senoviniuose substratuose, tokiuose kaip amžinas įšalas, vandens nuosėdos, požeminės druskos nuosėdos ar gintaras, išsaugotos endosporos gali išlikti gyvybingos tūkstančius ir net milijonus metų.

Stebėjimas

Endosporų padėties ir kitų savybių vizualizavimas yra labai naudingas nustatant bakterijų rūšis.

Endosporas galima pamatyti naudojant šviesos mikroskopą. Bakterijos, paveiktos dažais gramais arba metileno mėlyna, išskiriamos kaip bespalvės vegetatyvinės bakterijos ląstelių sritys. Taip yra todėl, kad endosporų sienos yra atsparios prasiskverbimui iš įprastų dažymo reagentų.

Buvo sukurtas specialus endosporų dažymo būdas, žinomas kaip diferencinis dėmes „Schaeffer-Fulton“, kuris jas aiškiai mato. Šis metodas leidžia vizualizuoti ir tuos, kurie yra bakterinės vegetatyvinės ląstelės viduje, ir tuos, kurie yra už jos ribų.

Schaeffer-Fulton metodas pagrįstas malachito žalios spalvos gebėjimu nudažyti endosporų sieneles. Pritaikius šią medžiagą, safraninas yra naudojamas vegetatyvinėms ląstelėms dažyti.

Rezultatas yra skirtingas endosporų ir vegetatyvinių ląstelių dažymas. Pirmieji įgauna žalią spalvą, o antrieji - rausvą spalvą.

Struktūra

Vegetatyvinėje ląstelėje arba sporangiume endosporos gali būti gale, po žeme arba centre. Ši bakterinė forma turi keturis sluoksnius: medulį, gemalo sienelę, žievę ir dangtelį. Kai kuriose rūšyse yra penktasis išorinis membraninis sluoksnis, vadinamas egzosporiumu, sudarytas iš lipoproteinų, kuriuose yra angliavandenių.

Medula arba centras yra endosporos protoplastas. Jame yra chromosoma, ribosomos ir glikolitinę energiją generuojanti sistema. Jis gali neturėti citochromų, net ir aerobinėse rūšyse.

Dygimo energija kaupiama 3-fosfoglicerite (ATP nėra). Joje yra didelė dipikolininės rūgšties koncentracija (5–15% sausos endosporos masės).

Sporos gemalo sienelė supa medulinę membraną. Jame yra tipinis peptidoglikanas, kuris gemalizacijos metu tampa vegetatyvinės ląstelės sienelė.

Žievė yra storiausias endosporos sluoksnis. Aplink gemalo sieną. Jame yra atipinis peptidoglikanas, turintis mažiau kryžminių ryšių nei tipiškas, todėl jis yra labai jautrus lizocimų autolizei, reikalingas daigumui.

Kailis yra sudarytas iš į keratiną panašaus baltymo, turinčio daugybę intramolekulinių disulfidinių ryšių. Aplink žievę. Jo nepralaidumas suteikia atsparumo cheminėms atakoms.

Fiziologija

Atrodo, kad dipikolino rūgštis palaiko vėlyvumą, stabilizuoja DNR ir atsparumą karščiui. Mažas tirpių baltymų kiekis šioje rūgštyje prisotina DNR ir apsaugo ją nuo karščio, išsausėjimo, ultravioletinės šviesos ir chemikalų.

Netipinio peptidoglikano sintezė prasideda, kai susidaro asimetrinis pertvaras, kuris dalija vegetatyvinę ląstelę. Tokiu būdu peptidoglikanas padalija kamienines ląsteles, kuriose prepore vystysis, į du skyrius. Peptidoglikanas apsaugo jį nuo osmosinio disbalanso.

Žievė osmotiniu būdu pašalina vandenį iš protoplasto, todėl jis yra atsparesnis karščiui ir radiacijai.

Endosporose yra DNR atstatymo fermentų, kurie veikia čiulpų aktyvacijos ir vėlesnio daigumo metu.

Sporuliacija

Iš vegetatyvinės bakterinės ląstelės susidarantis endosporas yra vadinamas sporuliacija arba sporogeneze.

Endosporos atsiranda dažniau, kai trūksta tam tikrų kritinių maistinių medžiagų. Taip pat gali būti endosporų gamyba, gyvybės draudimas nuo išnykimo, kai maistinių medžiagų gausu, o kitos aplinkos sąlygos yra palankios.

Sporuliaciją sudaro penkios fazės:

1) pertvaros formavimas (medulinė membrana, sporos gemalo sienelė). Dalis citoplazmos (būsimos medulos) ir pakartota chromosoma yra išskiriamos.

2) susidaro gemalinė sporos siena.

3) Susintetinta žievė.

4) Susidaro dangtis.

5) Vegetacinė ląstelė suyra ir miršta, taip išskirdama endosporą.

Dygimas

Procesas, kurio metu endospora virsta vegetatyvine ląstele, vadinamas daigumu. Tai sukelia fermentinis endosporos apvalkalo skilimas, kuris leidžia hidratuoti čiulpus ir atnaujinti metabolinę veiklą.

Dygimas susideda iš trijų etapų:

1) aktyvinimas. Tai įvyksta, kai dilimas, cheminė medžiaga ar šiluma pažeidžia dangą.

2) Dygimas (arba iniciacija). Jis prasideda, jei palankios aplinkos sąlygos. Peptidoglikanas skaidomas, išsiskiria dipikolininė rūgštis, o ląstelė hidratuojama.

3) protrūkis. Žievė suyra ir biosintezė bei ląstelių dalijimasis prasideda iš naujo.

Patologija

Patogeninių bakterijų endosporos yra rimta sveikatos problema dėl jų atsparumo kaitinimui, užšalimui, dehidratacijai ir radiacijai, kurios naikina vegetatyvines ląsteles.

Pavyzdžiui, kai kurios endosporos gali keletą valandų išgyventi verdančiame vandenyje (100 ° C). Priešingai, vegetatyvinės ląstelės neatlaiko aukštesnės nei 70 ° C temperatūros.

Tam tikros endosporą gaminančios bakterijos iš Clostridium ir Bacillus genų išskiria stiprius baltymų toksinus, sukeliančius botulizmą, stabligę ir juodligę.

Priklausomai nuo atvejo, gydymas apima skrandžio plovimą, žaizdų valymą, antibiotikus ar antitoksino terapiją. Prevencinės priemonės apima higieną, sterilizaciją ir vakcinaciją.

Botulizmas

Tai sukelia užteršimas Clostridium botulinum sporomis. Akivaizdžiausias jo simptomas yra raumenų paralyžius, kurį gali ištikti mirtis. Jo dažnis yra mažas.

Yra trys botulizmo tipai. Kūdikį sukelia į pieną įpilto medaus ar kitų oro užterštų priedų nurijimas. Savo ruožtu maistas gaminamas nurijus užterštą maistą (pvz., Konservus), žalią arba blogai pagamintą. Galiausiai žala padaroma sąlytyje su žeme, kuri yra natūrali C. botulinum buveinė.

Stabligė

Jį sukelia Clostridium tetani. Jo simptomai yra raumenų susitraukimai, kurie yra labai skausmingi (graikų kalboje žodis „stabligė“ reiškia susitraukimą) ir tokie stiprūs, kad gali sukelti sulaužytus kaulus. Tai dažnai būna mirtina. Jo dažnis yra mažas.

Infekcinės C. tetani sporos paprastai patenka į kūną per žaizdą, kurioje jos sudygsta. Augimo metu, dėl kurio žaizda turi būti mažai deguoninė, vegetatyvinės ląstelės gamina stabligės toksiną.

Bakterijos ir jų endosporos yra paplitusios aplinkoje, įskaitant dirvožemį. Jie buvo rasti žmonių ir gyvūnų išmatose.

Juodligė

Ją sukelia Bacillus anthracis. Jos simptomai labai skiriasi priklausomai nuo aplinkos ir infekcijos vietos. Tai sunki ir dažnai mirtina liga. Jos dažnis yra vidutiniškai didelis, sukeldamas epidemijas gyvūnams ir žmonėms. 18 amžiuje juodligė sunaikino Europos avis.

Natūralūs žolėdžiai žinduoliai yra natūralus jo šeimininkas. Žmonės užsikrečia susilietę (paprastai profesiniai) su gyvūnais arba tvarkydami ar prarydami gyvūninius produktus.

Yra trys juodligės tipai:

1) Oda. Įrašas gaminamas dėl traumų. Ant odos susidaro juodos, nekrozinės opos.

2) įkvėpus. Įėjimas kvėpuojant. Tai sukelia uždegimą ir vidinį kraujavimą ir sukelia komą.

3) Virškinimo traktas. Įėjimas nurijus. Tai sukelia burnos ir ryklės opas, sunkų pilvo kraujavimą ir viduriavimą.

Maždaug 95% atvejų juodligė yra odos. Mažiau nei 1% jo yra virškinimo trakte.

Kontrolė

Endosporos gali būti sunaikintos sterilizuojant autoklavuose, derinant 15 psi slėgį ir 115–125 ° C temperatūrą 7–70 minučių. Jie taip pat gali būti pašalinti kintant temperatūros ir slėgio pokyčiams, kad sporos sudygtų, o paskui susidariusios vegetatyvinės bakterijos žūtų.

Peracto rūgštis yra viena iš efektyviausių cheminių medžiagų, naikinančių endosporą. Jodas, esantis tinktūroje (ištirpintas alkoholyje) arba jodoforas (kartu su organine molekule), taip pat dažniausiai yra mirtinas endosporoms.

Endosporų sunaikinimas chirurginiuose prietaisuose veiksmingai pasiekiamas įvedant jas į indą, kuriame indukuojama plazma (sužadintose dujose yra daug laisvųjų radikalų), kuriai tam tikri cheminiai agentai patiria neigiamą slėgį ir elektromagnetinį lauką.

Endosporų sunaikinimas dideliuose daiktuose, tokiuose kaip čiužiniai, pasiekiamas keletą valandų veikiant etileno oksidu kartu su nedegiomis dujomis.

Maisto perdirbimo pramonė naudoja chloro dioksidą vandeniniame tirpale, norėdama fumiguoti sritis, kurios gali būti užterštos juodligės endosporomis.

Natrio nitritas, pridedamas prie mėsos gaminių, ir antibiotikas nizinas, pridedamas prie sūrio, užkerta kelią endosporą gaminančių bakterijų dauginimuisi.

Biologiniai ginklai ir bioterorizmas

Bacillus anthracis lengvai užauga. Dėl šios priežasties per du pasaulinius karus jis buvo įtrauktas kaip biologinis ginklas į Vokietijos, Didžiosios Britanijos, JAV, Japonijos ir Sovietų Sąjungos arsenalus.

1937 m. Japonijos armija panaudojo juodligę kaip biologinį ginklą prieš Kinijos civilius gyventojus Mandžiūrijoje. 1979 m. Sverdlovske, Rusijoje, mirė mažiausiai 64 žmonės, atsitiktinai įkvėpdami sporų iš karinio B. anthracis padermės. Japonijoje ir JAV juodligė buvo naudojama teroristiniais tikslais.

Priešingai, šiuo metu bandoma naudoti endosporines dangas kaip terapinių vaistų ir antigenų, sukurtų profilaktinės imunizacijos tikslais, nešiklį.

Nuorodos

1. Bartonas, LL Prokariotų struktūros ir funkciniai ryšiai. „Springer“, Niujorkas.
2. Black, JG 2008. Mikrobiologija: principai ir tyrinėjimai. Hobokenas, NJ.
3. Brooks, GF, Butel, JS, Carroll, KC, Morse, SA 2007. Medicininė mikrobiologija. McGraw-Hill, Niujorkas.
4. Cano, RJ, Borucki, MK 1995, 25–40 milijonų metų Dominikos gintaro bakterinių sporų atgimimas ir identifikavimas. Mokslas 268, 1060-1064.
5. Duc, LH, Hong, HA, Fairweather, N., Ricca, E., Cutting, SM 2003. Bakterijų sporos kaip skiepų nešikliai. Infekcija ir imunitetas, 71, 2810–2818.
6. Emmeluth, D. 2010. Botulizmas. „Infobase Publishing“, Niujorkas.
7. Guilfoile, P. 2008. Stabligė. „Infobase Publishing“, Niujorkas.
8. Johnsonas, SS ir kt. 2007. Senovės bakterijos įrodo DNR atstatymą. JAV Nacionalinės mokslų akademijos leidiniai, 104, 14401–14405.
9. Kyriacou, DM, Adamski, A., Khardori, N. 2006. Juodligė: nuo antikos ir užmaršties iki bioterorizmo lyderio. Šiaurės Amerikos infekcinių ligų klinikos, 20, 227–251.
10. Nickle DC, Leran, GH, Rain, MW, Mulins, JI, Mittler, JE 2002. Įdomiai moderni DNR „250 milijonų metų“ bakterijai. Žurnalas apie molekulinę evoliuciją, 54, 134–137.
11. Prescott, LM 2002. Mikrobiologija. McGraw-Hill, Niujorkas.
12. Renberg, I., Nilsson, M. 1992. Miegančios bakterijos ežerų nuosėdose kaip paleoekologiniai rodikliai. Journal of Paleolimnology, 7, 127–135.
13. Ricca, E., SM pjovimas. 2003. Atsirandantys bakterijų sporų pritaikymai nanobiotechnologijose. „Nanobiotechnology“ žurnalas, jnanobiotechnology.com
14. Schmid, G., Kaufmann, A. 2002. Juodligė Europoje: jos epidemiologija, klinikinės savybės ir vaidmuo bioterorizme. Klinikinė mikrobiologija ir infekcija, 8, 479–488.
15. Shoemaker, WR, Lennon, JT 2018. Evoliucija su sėklų banku: populiacijos genetinės mikrobų ramybės pasekmės. Evoliuciniai taikymai, 11, 60–75.
16. Talaro, KP, Talaro, A. 2002. Mikrobiologijos pagrindai. McGraw-Hill, Niujorkas.
17. „Tortora“, GJ, Funke, BR, Case, CL 2010. Mikrobiologija: įvadas. Benjaminas Cummingsas, San Franciskas.
18. Vreeland, RH, Rosenzweig, WD, Powers, DW 2000. 250 milijonų metų halotolerantiškos bakterijos išskyrimas iš pirminio druskos kristalo. Gamta 407, 897–900.