ЕНДОСПОРЕ: КАРАКТЕРИСТИКЕ, СТРУКТУРА, ФОРМАЦИЈА, ФУНКЦИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

У ендоспорес облици опстанка појединих бактерија, чине успаваних ћелија и дехидрације обложене заштитних слојева, показујући отпор екстремну хемијско и физичког стреса. У стању су да трају неограничено у недостатку хранљивих састојака. Формирају се унутар бактерија.

Ендоспоре су најотпорније живе структуре. Могу да преживе високе температуре, ултраљубичасто светло, гама зрачење, исушивање, осмозу, хемијска средства и ензимску хидролизу.

Извор: Дартмоутх Елецтрон Мицросцопе Фацилити, Дартмоутх Цоллеге

Када их услови у окружењу утврде, ендоспоре клијају, стварајући активне бактерије које се хране и множе.

Ендоспоре су врста спора. Постоје гљиве, протозое, алге и биљке које производе своје врсте. Ендоспорима недостаје репродуктивна функција: свака бактеријска ћелија производи само једну. Насупрот томе, у осталим организмима они могу имати репродуктивну функцију.

Историја

Средином 17. века, холандски трговац тканинама и прекурсор микробиологије Антоние ван Лееувенхоек, користећи генијалне микроскопе свог сопственог дизајна и конструкције, први је приметио живе микроорганизме, укључујући протозое, алге, квасце, гљивице и бактерије.

1859. године Француска академија наука спонзорисала је такмичење у којем је учествовао француски хемичар Лоуис Пастеур. Циљ је био осветлити експеримент „спонтаном генерацијом“, древном хипотезом која је сугерисала да живот може настати из „виталних сила“ или „преносивих супстанци“ присутних у неживој или распадајућој материји.

Пастер је показао да су, као и у случају вина, ваздух и чврсте честице извор микроба који расту у бујонима културе претходно стерилизованим топлотом. Убрзо након тога, 1877. године, енглески физичар Јохн Тиндалл потврдио је Пастерова запажања, задавши последњи ударац хипотези о спонтаној генерацији.

Тиндалл је такође пружио доказ за изузетно отпорне на топлоту бактерије. Независно, између 1872. и 1885., немачки ботаничар Фердинанд Цохн, који се сматра зачетником модерне микробиологије, детаљно је описао бактеријске ендоспоре.

Дуговечност

Већина организама живи у окружењу које се разликује у времену и простору. Заједничка стратегија за преживљавање услова животне средине привремено неприкладних за раст и репродукцију је улазак у стање реверзибилне успаваности, током које ће се појединци склонити у заштитне структуре и умањити своје енергетске издатке.

Прелаз између активног и латентног стања метаболички је скуп. Ова инвестиција је већа када појединци морају да граде сопствене заштитне структуре, било да су састављене од егзогених материјала или биосинтетизиране унутар њих. Поред тога, појединци морају бити у могућности да одговоре на подстицаје из окружења који узрокују транзицију.

Латенција ствара резервоар успаваних појединаца који се могу активирати када се појаве повољни услови. Ови резервоари омогућавају очување популација и њихову генетску разноликост. Када су у питању патогене бактерије које производе ендоспоре, латенција олакшава њихов пренос и отежава њихову контролу.

Бактеријски ендоспоре могу остати одрживи дуги низ година. Тврди се да ендоспоре сачуване у древним супстратима, као што су пермафрост, водени седименти, подземна лежишта соли или јантара, могу остати одрживи хиљадама, па чак и милионима година.

Посматрање

Визуализација положаја и других карактеристика ендоспора је врло корисна за идентификацију врста бактерија.

Ендоспоре се могу видети светлосним микроскопом. Код бактерија подвргнутих бојењу по Граму или метилен плавом бојом, разликују се као безбојне регије унутар вегетативне бактеријске ћелије. То је зато што су зидови ендоспора отпорни на продирање обичним реагенсима за бојење.

Развијена је специфична метода бојења за ендоспоре, позната као Сцхаеффер-Фултон-ова диференцијална мрља, која их чини јасно видљивим. Ова метода омогућава визуелизацију како оних које су унутар бактеријске вегетативне ћелије, тако и оних које се налазе изван ње.

Метода Сцхаеффер-Фултон темељи се на способности малахитне зелене боје да обоји зид ендоспора. Након примене ове супстанце, сафранин се користи за бојење вегетативних ћелија.

Резултат је различито бојење ендоспора и вегетативних ћелија. Први добијају зелену боју, а други ружичасту боју.

Структура

Унутар вегетативне ћелије или спорангијума ендоспоре се могу налазити терминално, субтерминално или централно. Овај бактеријски облик има четири слоја: мождина, клице зида, кортекс и покров. Код неких врста постоји пети спољни мембрански слој зван егзоспоријум, састављен од липопротеина који садржи угљене хидрате.

Медула или центар је протопласт ендоспора. Садржи хромосом, рибосоме и систем за генерисање гликолитичке енергије. Можда нема цитохрома, чак ни у аеробним врстама.

Енергија за клијање се чува у 3-фосфоглицерату (нема АТП-а). Има високу концентрацију дипиколинске киселине (5–15% суве тежине ендоспора).

Зародни зид споре окружује медуларну мембрану. Садржи типични пептидогликан који током геминације постаје ћелијска стијенка вегетативне ћелије.

Кортекс је најдебљи слој ендоспора. Окружава зид клица. Садржи атипични пептидогликан, с мање умрежавања него типичан, што га чини веома осетљивим на аутолизу лизоцима, неопходних за клијање.

Длака је сачињена од протеина налик кератину који садржи бројне интрамолекуларне дисулфидне везе. Окружује кортекс. Његова непропусност даје отпорност на хемијске нападе.

Физиологија

Чини се да Дипицолинска киселина има улогу у одржавању латенције, стабилизацији ДНК и отпорности на топлоту. Присуство малих растворљивих протеина у овој киселини заситива ДНК и штити га од топлоте, сушења, ултраљубичастог светла и хемикалија.

Синтеза атипичног пептидогликана почиње када се формира асиметрични септум који дели вегетативну ћелију. На тај начин пептидогликан дели матичну ћелију у којој ће се преспоре развити у два одељка. Пептидогликан га штити од осмотске неравнотеже.

Кортекс осмотски уклања воду из протопласта, чинећи га отпорнијим на топлотна и зрачна оштећења.

Ендоспоре садрже ензиме за поправљање ДНК, који делују током активације мозга и његовог накнадног клијања.

Спорулација

Процес формирања ендоспора из вегетативне бактеријске ћелије назива се споралација или спорогенеза.

Ендоспоре се јављају чешће када су одређене критичне хранљиве материје мање. Може се десити и производња ендоспора, која представља животно осигурање од истребљења, када хранљивих састојака има у изобиљу и ако су други повољни услови у окружењу.

Спорулација се састоји од пет фаза:

1) Формирање септума (медуларна мембрана, заметни зид спора). Изолиран је део цитоплазме (будуће медуле) и реплицирани хромозом.

2) Развија се заметни зид споре.

3) Кортекс је синтетизован.

4) Формиран је поклопац.

5) Вегетативна ћелија разграђује и умире, ослобађајући тако ендоспор.

Клијање

Процес помоћу којег се ендоспор трансформише у вегетативну ћелију назива се клијањем. То покреће ензимски распад покривача ендоспора, који омогућава хидратацију мозга и поновно покретање метаболичке активности.

Клијање се састоји од три фазе:

1) Активација. Јавља се када абразија, хемијско средство или топлота оштете покров.

2) Клијање (или иницијација). Почиње ако су услови околине повољни. Пептидогликан се разграђује, ослобађа се дипиколинска киселина, а ћелија хидрира.

3) епидемија. Кортекс се разграђује и поново се покреће биосинтеза и подјела ћелија.

Патологија

Ендоспоре патогених бактерија су озбиљан здравствени проблем због отпорности на грејање, смрзавање, дехидрацију и зрачење, које убијају вегетативне ћелије.

На пример, неки ендоспоре могу да преживе неколико сати у кипућој води (100 ° Ц). Супротно томе, вегетативне ћелије не одолијевају температурама већим од 70 ° Ц.

Одређене бактерије које стварају ендоспоре родова Цлостридиум и Бациллус излучују снажне протеинске токсине који изазивају ботулизам, тетанус и антракс.

Зависно од случаја, третмани укључују испирање желуца, чишћење рана, антибиотике или терапију антитоксинима. Превентивне мере укључују хигијену, стерилизацију и вакцинацију.

Ботулизам

Изазива га контаминација спорама Цлостридиум ботулинум. Њен најочитији симптом је парализа мишића, а може уследити смрт. Учесталост је мала.

Постоје три врсте ботулизма. Дојенчад је узрокована гутањем меда или других додатака, загађених ваздухом, који су додати у млеко. Са своје стране, храна се производи уносом контаминиране хране (попут конзервиране хране), сирове или лоше скуване. Коначно, повреда настаје додиром са земљом, што је природно станиште Ц. ботулинум.

Тетанус

Узрокује га Цлостридиум тетани. Њени симптоми укључују контракције мишића које су врло болне (на грчком, реч "тетанус" значи сужавање) и толико јаке да могу изазвати поломљене кости. Често је фатално. Учесталост је мала.

Инфективне споре Ц. тетани обично уђу у тело кроз рану у којој клијају. Током раста, који захтева да рана буде слабо кисеонизована, вегетативне ћелије производе тотанус токсин.

Бактерије и њихови ендоспоре су уобичајене у околини, укључујући тло. Нађени су у измету људи и животиња.

Антракс

Узрокује га Бациллус антхрацис. Њени симптоми се увелико разликују овисно о окружењу и мјесту инфекције. То је озбиљна и често смртна болест. Учесталост му је умерено велика, стварајући епидемије код животиња и људи. У 18. веку, антракс је десетковао европске овце.

Биљни биљни сисари су њен природни домаћин. Људи се заразе контактом (обично на послу) са животињама, или руковањем или гутањем животињских производа.

Постоје три врсте антракса:

1) кожни. Улаз је произведен од повреда. На кожи се формирају црнкасти, некротични чиреви.

2) Удисањем. Улаз током дисања. Производи упалу и унутрашње крварење и доводи до коме.

3) Гастроинтестинални. Унос путем гутања. Изазива орофарингеалне чиреве, јака крварења у трбуху и пролив.

Отприлике у 95% случајева људски антракс је кожан. Мање од 1% је гастроинтестинални.

Контрола

Ендоспоре се могу уништити стерилизацијом у аутоклавима, комбинујући притисак од 15 пси и температуре од 115 до 125 ° Ц током 7–70 минута. Такође се могу елиминисати наизменичним променама температуре и притиска, тако да долази до клијања спора, праћених смрћу насталих вегетативних бактерија.

Перацетна киселина је једно од најефикаснијих хемијских средстава за уништавање ендоспора. Јод у тинктури (растворен у алкохолу) или јодфор (у комбинацији са органским молекулом) такође је обично смртоносан за ендоспоре.

Уништавање ендоспора у хируршким инструментима се ефективно постиже уношењем их у спремник у који се индукује плазма (узбуђени гас богат слободним радикалима), за који су неки хемијски агенси изложени негативном притиску и електромагнетном пољу.

Уништавање ендоспора у великим предметима, попут мадраца, постиже се излагањем неколико сати етилен оксиду у комбинацији са незапаљивим гасом.

Прехрамбене индустрије користе хлор-диоксид у воденом раствору да би запљуштиле подручја потенцијално контаминирана антракс ендоспорама.

Натријум нитрит који се додаје у месне производе, а антибиотик нисин који се додаје у сир, спречавају раст бактерија које производе ендоспоре.

Биолошко оружје и биотерроризам

Бациллус антхрацис је лако узгајати. Због тога је током два светска рата укључено као биолошко оружје у арсенале Немачке, Велике Британије, Сједињених Држава, Јапана и Совјетског Савеза.

1937. јапанска војска користила је антракс као биолошко оружје против кинеских цивила у Манџурији. 1979. године у Свердловску у Русији најмање 64 људи је умрло од случајног удисања спора од војног соја Б. антхрацис. У Јапану и Сједињеним Државама, антракс се користи у терористичке сврхе.

Супротно томе, тренутно се покушавају користити облози ендоспора као средство за терапијске лекове и за антигене створене у сврхе превентивне имунизације.

Референце

1. Бартон, ЛЛ Структурни и функционални односи у прокариотима. Спрингер, Нев Иорк.
2. Блацк, ЈГ 2008. Микробиологија: принципи и истраживања. Хобокен, Њ.
3. Броокс, ГФ, Бутел, ЈС, Царролл, КЦ, Морсе, СА 2007. Медицинска микробиологија. МцГрав-Хилл, Њујорк.
4. Цано, РЈ, Боруцки, МК 1995, препород и идентификација бактеријских спора у доминиканском јантару од 25 до 40 милиона година. Наука 268, 1060-1064.
5. Дуц, ЛХ, Хонг, ХА, Фаирвеатхер, Н., Рицца, Е., Цуттинг, СМ 2003. Бактеријске споре као вакцинска средства. Инфекција и имунитет, 71, 2810–2818.
6. Еммелутх, Д. 2010. Ботулизам. Инфобасе Публисхинг, Њујорк.
7. Гуилфоиле, П. 2008. Тетанус. Инфобасе Публисхинг, Њујорк.
8. Јохнсон, СС и др. 2007. Древне бактерије показују доказ поправљања ДНК. Зборник радова Националне академије наука САД, 104, 14401–14405.
9. Кириацоу, ДМ, Адамски, А., Кхардори, Н. 2006. Антракс: од антике и нејасности до предстојећег тркача у биотерроризму. Клинике за заразне болести Северне Америке, 20, 227–251.
10. Ницкле ДЦ, Леран, ГХ, Киша, МВ, Мулинс, ЈИ, Миттлер, ЈЕ 2002. Занимљиво модеран ДНК за бактерију стару 250 милиона година. Часопис за молекуларну еволуцију, 54, 134–137.
11. Пресцотт, ЛМ 2002. Микробиологија. МцГрав-Хилл, Њујорк.
12. Ренберг, И., Нилссон, М. 1992. Успаване бактерије у језерским седиментима као палеоеколошки показатељи. Јоурнал оф Палеолимнологи, 7, 127–135.
13. Рицца, Е., СМ Резање. 2003. Нова апликација бактеријских спора у нанобиотехнологији. Јоурнал оф Нанобиотецхнологи, јнанобиотецхнологи.цом
14. Сцхмид, Г., Кауфманн, А. 2002. Антракс у Европи: његова епидемиологија, клиничке карактеристике и улога у биотерроризму. Цлиницал Мицробиологи анд Инфецтион, 8, 479–488.
15. Схоемакер, ВР, Леннон, ЈТ 2018. Еволуција са семенском банком: популацијска генетичка последица микробног старења. Еволуцијске апликације, 11, 60–75.
16. Таларо, КП, Таларо, А. 2002. Основе микробиологије. МцГрав-Хилл, Њујорк.
17. Тортора, ГЈ, Функе, БР, Цасе, ЦЛ 2010. Микробиологија: увод. Бењамин Цуммингс, Сан Франциско.
18. Врееланд, РХ, Росензвеиг, ВД, Поверс, ДВ 2000. Изолација халотолерантне бактерије старе 250 милиона година из примарног кристала соли. Природа 407, 897-900.