Charakterystyka endosporów, struktura, trening, funkcje

endospory Są to formy przeżycia niektórych bakterii, złożonych przez odwodnione i powlekane komórki sypialne, które wykazują ekstremalną odporność na stres fizyczny i chemiczny. Są w stanie trwać w nieskończoność przy braku składników odżywczych. Są tworzone w bakteriach.

Endospory to najbardziej odporne żywe struktury, które są znane. Mogą przetrwać wysokie temperatury, światło ultrafioletowe, promieniowanie gamma, wysuszenie, osmoza, środki chemiczne i hydroliza enzymatyczna.

Źródło: Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College [Public Domena]

Gdy warunki środowiskowe to określają, endospory kiełkują, powodując aktywne bakterie, które żywią się i mnożą.

Endospory są rodzajem zarodników. Istnieją grzyby, pierwotniaki, glony i rośliny, które produkują własne typy. Endospory nie mają funkcji reprodukcyjnej: każda komórka bakteryjna wytwarza tylko jedną. W innych organizmach, wręcz przeciwnie, mogą mieć funkcję reprodukcyjną.

[TOC]

Historia

W połowie siódmej, kupiec tkanin holenderskich i prekursor mikrobiologii Antonie Van Leeuwenhoek, używając genialnych mikroskopów zaprojektowanych i opracowanych przez siebie, był pierwszym, który obserwował żywe mikroorganizmy, w tym pierwotniaki, algę, drożdże, zabawki i bakterie.

W 1859 r. Akademia Nauk Francji sponsorowała konkurs, w którym uczestniczył francuski. Celem było rzucenie światła poprzez eksperyment na „spontaniczne generacji”, tysiącleżną hipotezę, która zaproponowała, że ​​życie może powstać z „sił witalnych” lub „substancji przenoszonych” obecnych u pacjenta, który nie żył ani rozkłada się.

Pasteur wykazał, że podobnie jak w przypadku wina, powietrze i cząsteczki stałe są źródłem drobnoustrojów, które rosną w bulionach uprawnych wcześniej sterylizowanych za pomocą ciepła. Niedługo po, w 1877 r. Angielski fizyk John Tyndall potwierdziła obserwacje Pasteura, co dając ostateczne rzucie hipotezie spontanicznej generacji.

Tyndall również przyczynił się do istnienia wyjątkowo opornych na ciepło form bakteryjnych. Niezależnie w latach 1872–1885 niemiecki botanik Ferdynand Cohn, uważany za założyciela współczesnej mikrobiologii, opisał szczegółowo endospory bakteryjne.

Długość życia

Większość organizacji żyje w zmiennych środowiskach w czasie i przestrzeni. Częstą strategią przetrwania tymczasowo nieodpowiednich warunków środowiskowych w celu rozwoju i rozmnażania się jest wejście na stan odwracalnego opóźnienia, podczas którego jednostki schronią się w strukturach ochronnych i minimalizowanie wydatków energetycznych.

Przejście między statusem aktywnym a utajonym jest metabolicznie drogie. Ta inwestycja jest większa, gdy jednostki muszą budować własne struktury ochronne, niezależnie od tego, czy składają się z materiałów egzogennych, czy biosyntetyzowane w środku. Ponadto jednostki muszą być w stanie reagować na bodźce środowiskowe, które powodują przejście.

Opóźnienie generuje zbiornik śpiących osób, które można aktywować, gdy pojawia się pozytywne warunki. Te zbiorniki pozwalają na zachowanie populacji i ich różnorodność genetyczną. Jeśli chodzi o bakterie patogenne wytwarzające endospory, opóźnienie ułatwia jej przenoszenie i utrudnia kontrolę.

Endospory bakteryjne mogą być utrzymywane przez wiele lat. Twierdzi się, że endospory zachowane w starych podłożach, takie jak wieczna zmarzlina, osady wodne, złogi soli podziemne lub bursztynowe mogą być utrzymywane opłacalne przez tysiące, a nawet miliony lat.

Obserwacja

Przeglądanie pozycji i innych cech endosporów jest bardzo przydatne do identyfikacji gatunków bakterii.

Endospory można zaobserwować za pomocą mikroskopu optycznego. W bakteriach poddawanych barwieniu Gram lub błękitem metylenowym wyróżniają się one jako regiony bezbarwne w bakteryjnej komórce wegetatywnej. Wynika to z faktu, że ściany endosporów są odporne na penetrację przez zwykłe odczynniki barwienia.

Może ci służyć: Gardnerella vaginalis

Opracowano specyficzną metodę zabarwienia dla endosporów, znaną jako różnicowe barwienie Schaeffer-Fulton, co czyni je wyraźnie widocznymi. Ta metoda pozwala wizualizować zarówno osoby w bakteryjnej komórce wegetatywnej, jak i te, które są poza tym samym.

Metoda Schaeffer-Fulton oparta jest na pojemności zielonego malachitu do farbowania ściany Endospes. Po zastosowaniu tej substancji komórki wegetatywne są używane do kolorowania.

Rezultatem jest różnicowe barwienie endosporów i komórek wegetatywnych. Ten pierwszy nabywa zielony kolor i drugi różowy kolor.

Struktura

W komórce wegetatywnej lub sporangio endospory mogą znajdować się terminal, pod ziemią lub centralnie. Ta postać bakteryjna ma cztery warstwy: szpik, ścianę zarodkową, kora i pokrywa. U niektórych gatunków znajduje się piąta zewnętrzna warstwa błoniastyczna zwana Exosporium, złożona z lipoproteiny zawierającej węglowodany.

Rdzeń lub centrum to protoplast endospora. Zawiera chromosom, rybosomy i system energii generacji glikolityczny. Może nie mieć cytokromów, nawet u gatunków aerobowych.

Energia kiełkowania jest przechowywana w 3-fosfoglikanie (nie ma ATP). Ma duże stężenie kwasu dipykoliny (5-15% suchej masy endospora).

Ściana zarodka zarodnika otacza membranę miernika. Zawiera typowy peptydoglikan, który podczas Gemination staje się ścianą komórkową komórki wegetatywnej.

Kora jest najgrubszą warstwą endospory. Otaczają ścianę zarodkową. Zawiera atypowy peptydoglikan, z mniejszym linowaniem niż typowym, co czyni go bardzo wrażliwym na autolizę przez gładkość, niezbędną do kiełkowania.

Pokrycie składa się z białka podobnego do keratyny, które zawiera liczne wewnątrzcząsteczkowe wiązania disiarczkowe. Otacza kora. Jego nieprzepuszczalność nadaje odporność na ataki chemiczne.

Fizjologia

Wydaje się, że kwas diodykoliny odgrywa rolę w utrzymaniu opóźnienia, w stabilizacji DNA i odporności na ciepło. Obecność małego białka rozpuszczalnego w tym kwasie nasyca DNA i chroni go przed ciepłem, wysuszeniem, światłem ultrafioletowym i środkami chemicznymi.

Synteza atypowego peptydoglikanu zaczyna się, gdy asymetryczna przegroda, która dzieli komórkę wegetatywną. W ten sposób peptydoglikan. Peptydoglikan chroni to przed nierównowagą osmotyczną.

Kora usuwa wodę z protoplastu, co czyni ją bardziej odporną na uszkodzenie ciepła i promieniowania.

Endospory zawierają enzymy naprawcze DNA, które działają podczas aktywacji szpiku i późniejszego kiełkowania.

Sporylacja

Proces tworzenia endospora z wegetatywnej komórki bakteryjnej nazywa się sporulation lub sporogeneza.

Endospory występują częściej, gdy niektóre krytyczne składniki odżywcze niewiele. Może być również produkcja endosporów, które reprezentują ubezpieczenie na życie w stosunku do wyginięcia, gdy składniki odżywcze i inne warunki środowiskowe są korzystne.

Sporylacja składa się z pięciu faz:

Oku. Część cytoplazmy (przyszły szpik) i powtórzony chromosom jest izolowany.

2) Rozwija się ściana zarodkowa zarodnika.

3) Kora jest syntetyzowana.

4) Pokrywa jest utworzona.

5) Komórka wegetatywna degraduje i umiera, uwalniając endospore.

Kiełkowanie

Proces, w którym endospora jest przekształcana w komórkę wegetatywną, nazywa się kiełkowaniem. Jest to wyzwalane przez enzymatyczne pękanie endospory.

Może ci służyć: lactococcus lactis

Kiełkowanie składa się z trzech faz:

1) Aktywacja. Występuje, gdy ścieranie, środek chemiczny lub uszkodzenie ciepła dach.

2) kiełkowanie (lub inicjacja). Zaczyna się, jeśli warunki środowiskowe są korzystne. Peptydoglikan jest degradowany, kwas dipymoliny jest uwalniany i komórka jest uwodniona.

3) Złamane. Kora degraduje i biosynteza i ponowne uruchomienie podziału komórek.

Patologia

Patogenne bakterie endospory są poważnym problemem zdrowotnym ze względu na ich odporność na ogrzewanie, zamrażanie, odwodnienie i promieniowanie, które zabijają komórki wegetatywne.

Na przykład niektóre endospory mogą przetrwać kilka godzin w wrzącej wodzie (100 ° C). Natomiast komórki wegetatywne nie są odporne na temperatury powyżej 70 ° C.

Niektóre bakterie wytwarzające endospory gatunków Clostridium I Bakcyl Wydalają potężne toksyny białkowe, które powodują botulizm, tężca i wąglika.

Zgodnie z przypadkiem zabiegi obejmują przemyte żołądki, czyszczenie ran, antybiotyki lub terapię antytoksynową. Wśród środków zapobiegawczych są higiena, sterylizacja i szczepienie.

Botulizm

Jest spowodowane zanieczyszczeniem zarodkami Clostridium botulinum. Jego najbardziej oczywistym objawem jest paraliż mięśni, a następnie śmierć. Jego występowanie jest niskie.

Istnieją trzy rodzaje botulizmu. Niemowlę jest spowodowane miodem lub innymi dodatkami, zanieczyszczone powietrzem, które zostały dodane do mleka. Ze swojej strony żywność jest wytwarzana przez spożycie zanieczyszczonej żywności (takiej jak puszki), surowe lub błędne. Wreszcie rany powstają przez kontakt z Ziemią, która jest naturalnym siedliskiem C. Botulinum.

Tężec

To jest spowodowane przez Clostridium tetani. Jego objawy obejmują bardzo bolesne skurcze mięśni (w języku greckim słowo „tetanos” oznacza kurczenie się) i tak silne, że mogą powodować pękanie kości. To często jest fatalne. Jego występowanie jest niskie.

Zakaźne zarodniki C. Tetani zazwyczaj przenikaj do ciała przez ranę, w której kiełkują. Podczas wzrostu, który wymaga, aby rana nie była dobrze utleniona, komórki wegetatywne wytwarzają toksynę tężcową.

Bakterie i jej endospory są powszechne w środowisku, w tym w glebie. Znaleziono je w kale ludzi i zwierząt.

Wąglik

To jest spowodowane przez Bacillus anthracis. Jego objawy różnią się znacznie w zależności od medium i miejsca infekcji. To poważna i często śmiertelna choroba. Jego częstość występowania jest umiarkowanie wysoka, produkując epidemie u zwierząt i ludzi. W XVIII wieku wąglika zdziesiątkowała owce Europy.

Ssaki roślinożerne są ich naturalnym gospodarzem. Ludzie są zarażeni kontaktem (ogólnie zawodowym) ze zwierzętami lub przez manipulację lub spożywaniem produktów pochodzenia zwierzęcego.

Istnieją trzy rodzaje wąglika:

1) skórne. Wejście jest wytwarzane przez rany. Na skórze powstają nekrotyczne i czarne wrzody.

2) przez inhalację. Wkład podczas oddychania. Powoduje zapalenie i krwawienie wewnętrzne i prowadzi do śpiączki.

3) żołądkowo -jelit. Wejście przez spożycie. Wytwarza wrzody jamy ustnej gardła, poważne krwotoki brzucha i biegunkę.

W około 95% przypadków ludzkie wąglik jest skórne. W mniej niż 1% jest to typ przewodu pokarmowego.

Kontrola

Endospory można zniszczyć przez sterylizację autoklawów, w której łącznie są ciśnienia 15 psi i temperatury 115-125 ° C. Mogą również wyeliminować naprzemienne zmiany temperatury i ciśnienia, tak aby wyłaniało zarodniki, a następnie śmierć powstałych bakterii wegetatywnych.

Kwas perracetowy jest jednym z najskuteczniejszych środków chemicznych do niszczenia endosporów. Jod, w nalewaniu (rozpuszczony w alkoholu) lub jodoforo (w połączeniu z cząsteczką organiczną) jest również zwykle śmiertelne dla endosporów.

Może ci służyć: fimbrias

Zniszczenie endosporów w instrumentach chirurgicznych jest skutecznie osiąga się poprzez wprowadzenie ich do pojemnika, w którym indukowana jest plazma (wolny gaz bogaty w wolne rodniki), dla których niektóre środki chemiczne są poddawane ciśnieniu pod względem podciśnienia i pola elektromagnetycznym.

Zniszczenie endosporów w dużych obiektach, takich jak materace, osiąga się poprzez narażanie ich przez kilka godzin na tlenek etylenu w połączeniu z niefalalnym gazem.

Branże przetwarzania spożywcze wykorzystują dwutlenek chloru w roztworze wodnym do fumigacji obszarów potencjalnie zanieczyszczonych wąglikowym endosporami.

Azotyn sodu dodany do produktów mięsnych i antybiotyku nizyna dodanego do sera, unikaj wzrostu bakterii wytwarzających endospory.

Broń biologiczna i bioterroryzm

Bacillus anthracis Łatwo się rozwijać. Dlatego podczas dwóch wojen światowych został włączony jako broń biologiczna w Arsenale Niemiec, Wielkiej Brytanii, Stanach Zjednoczonych, Japonii i Związku Radzieckiego.

W 1937 r. Japońska armia użyła wąglika jako broni biologicznej przeciwko chińskim cywilom w Mandżurii. W 1979 r B. Anthracis pochodzenia wojskowego. W Japonii i Stanach Zjednoczonych wąglik był używany do celów terrorystycznych.

Z drugiej strony, obecnie próbując wykorzystywać endospory jako nośnik leków terapeutycznych i antygenów stworzonych do celów szczepień zapobiegawczych.

Bibliografia

1. Barton, L. L. Relacja strukturalna i funkcjonalna u prokariotów. Springer, Nowy Jork.
2. Black, J. G. 2008. Mikrobiologia: zasady i eksploracje. Hoboken, NJ.
3. Brooks, g. F., Bute, J. S., Carroll, k. C., Morse, s. DO. 2007. Microbiology Medical. McGraw-Hill, Nowy Jork.
4. Cano, r. J., Borucki, m. K. 1995, Odrodzenie i identyfikacja bakteryjnego spor w 25 do 40 milionach dominikańskich bursztyn. Science 268, 1060-1064.
5. Duc, L. H., Hong, h. DO., Fairweather, n., Ricca, e., Cięcie, s. M. 2003. Bakteryjne sporas jako pojazdy szczepionkowe. Infekcja i odporność, 71, 2810-2818.
6. Emmeluth, zm. 2010. Botulizm. InfoBase Publishing, Nowy Jork.
7. Guilfoile, s. 1. 2008. Tężec. InfoBase Publishing, Nowy Jork.
8. Johnson, s. S. i in. 2007. Starożytne bakterie wykazują dowody naprawy DNA. Materiały z National Academy of Sciences of the USA, 104, 14401-14405.
9. Kyriacou, zm. M., Adamski, a., Khardori, n. 2006. Wąglika: od starożytności i ciemności do lidera w bioterroryzmie. Kliniki chorób zakaźnych Ameryki Północnej, 20, 227-251.
10. Nickle d. C., Przeczytaj, g. H., Deszcz, m. W., Mulins, J. Siema., Mittler, J. I. 2002. Curiusly nowoczesne DNA dla bakterii „250 milionów lat”. Journal of Molecular Evolution, 54, 134-137.
11. Prescott, L. M. 2002. Mikrobiologia. McGraw-Hill, Nowy Jork.
12. Renberg, i., Nilsson, m. 1992. Uśpione bakterie w osadach jeziora jako wskaźniki paleoekologiczne. Journal of Paleolimnology, 7, 127-135.
13. Ricca, e., S. M. Ciąć. 2003. Pojawiające się zastosowania bakteryjnych sporas w nanobiotechnologii. Journal of Nanobiotechnology, Jnanobiotechnology.com
14. Schmid, g., Kaufmann, a. 2002. Wąglik w Europie: jego epidemiologia, cechy kliniczne i rola w bioterroryzmie. Mikrobiologia i infekcja kliniczna, 8, 479-488.
15. Shoemaker, w. R., Lennon, J. T. 2018. Ewolucja z bankiem nasion: populacja genetyczna koncepcje uśpienia drobnoustrojów. Zastosowania ewolucyjne, 11, 60-75.
16. Talaro, k. P., Talaro, a. 2002. Podstawy w mikrobiologii. McGraw-Hill, Nowy Jork.
17. Tortora, g. J., Funke, ur. R., Sprawa, c. L. 2010. Mikrobiologia: wprowadzenie. Benjamin Cummings, San Francisco.
18. Vreeland, r. H., Rosenzweig, w. D., Powers, d. W. 2000. Izolacja bakterii halotolerancyjnej o wartości 250 milionów. Nature 407, 897-900.