Endospores egenskaper, struktur, trening, funksjoner

De endosporer De er former for overlevelse av visse bakterier, konstituert av dehydrert og belagte soveceller, som viser ekstrem motstand mot fysisk og kjemisk stress. De er i stand til å vare på ubestemt tid i fravær av næringsstoffer. De er dannet inne i bakterier.

Endosporer er de mest resistente levende strukturer som er kjent. De kan overleve høye temperaturer, ultrafiolett lys, gammastråling, uttørking, osmose, kjemiske midler og enzymatisk hydrolyse.

Kilde: Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College [Public Domain]

Når miljøforhold bestemmer det, er endospores spire og gir opphav til aktive bakterier som fôrer og multipliserer.

Endosporer er en type spore. Det er sopp, protozoer, alger og planter som produserer sine egne typer. Endosporer mangler reproduktiv funksjon: hver bakteriecelle produserer bare en. I andre organismer, tvert imot, kan de ha reproduktiv funksjon.

[TOC]

Historie

Midt -Eventeentent var kjøpmann av nederlandske stoffer og forløper for mikrobiologien Antonie van Leeuwenhoek, ved bruk av geniale mikroskop designet og utdypet av seg selv, den første til å observere levende mikroorganismer, inkludert protozoer, alger, gjær, sung og bacteria.

I 1859 sponset Academy of Sciences of France en konkurranse der den franske kjemikeren Louis Pasteur deltok. Målet var å kaste lys gjennom et eksperiment på den "spontane generasjonen", en tusenårshypotese som foreslo at livet kan oppstå fra "vitale krefter" eller "overførbare stoffer" som er til stede i emnet som ikke lever eller dekomponerer.

Pasteur viste at, som i tilfelle av vin, luft og faste partikler er kilden til mikrober som vokser i dyrkingsbuljonger som tidligere er sterilisert med varme. Kort tid etter, i 1877, bekreftet den engelske fysikeren John Tyndall Pasteurs observasjoner, og ga den endelige lungen til den spontane generasjonshypotesen.

Tyndall bidro også med bevis på eksistensen av ekstremt varme -resistente bakterieformer. Uavhengig, mellom 1872 og 1885, betraktet den tyske botanikeren Ferdinand Cohn, som grunnleggeren av moderne mikrobiologi, i detalj de bakterielle endosporene.

Lang levetid

De fleste organisasjoner lever i varierende miljøer i tid og rom. En hyppig strategi for å overleve midlertidig upassende miljøforhold for å vokse og reprodusere er å gå inn i en tilstand av reversibel latens, hvor individer tar tilflukt i beskyttelsesstrukturer og minimerer energiforbruket.

Overgangen mellom aktiv og latent status er metabolsk dyr. Denne investeringen er større når enkeltpersoner må bygge sine egne beskyttende strukturer, enten de er sammensatt av eksogene materialer, eller biosyntetisert inne. I tillegg må individer kunne svare på miljøstimuli som forårsaker overgangen.

Latens genererer et reservoar av sovende individer som kan aktiveres når gunstige forhold dukker opp igjen. Disse reservoarene tillater bevaring av populasjoner og deres genetiske mangfold. Når det gjelder patogene bakterier som produserer endosporer, letter latens overføringen og hindrer kontrollen.

Bakterielle endosporer kan opprettholdes levedyktig i mange år. Det har blitt påstått at endosporer bevart i gamle underlag, for eksempel permafrost, akvatiske sedimenter, underjordiske eller ravsaltersavsetninger kan opprettholdes levedyktige i tusenvis og til og med millioner av år.

Observasjon

Å se på posisjonen og andre egenskaper ved endosporene er veldig nyttig for identifisering av bakteriearter.

Endosporer kan observeres av et optisk mikroskop. I bakterier utsatt for farging av gram eller med metylenblå, kjennetegnes disse som fargeløse regioner i den bakterielle vegetative cellen. Dette er fordi veggene i endosporene er motstandsdyktige mot penetrering av vanlige farging av reagenser.

Kan tjene deg: gardnerella vaginalis

En spesifikk fargemetode for endosporer er utviklet, kjent som differensialfarging av Schaeffer-Fulton, noe som gjør dem tydelig synlige. Denne metoden gjør det mulig å visualisere begge de i den bakterielle vegetative cellen og de som er utenfor den samme.

Schaeffer-Fulton-metoden er basert på kapasiteten til den grønne malakitten til å farge endospores-veggen. Etter påføring av dette stoffet brukes vegetative celler til å fargelegge.

Resultatet er en differensiell farging av endosporer og vegetative celler. Førstnevnte skaffer seg en grønn farge og den andre rosa fargen.

Struktur

Innenfor den vegetative cellen, eller sporangio, kan endosporene være plassert terminal, underjordisk eller sentralt. Denne bakterielle formen har fire lag: marg, kimvegg, cortex og dekke. Hos noen arter er det et femte ytre membranøst lag kalt Exosporium, sammensatt av lipoprotein som inneholder karbohydrater.

Medulla eller sentrum er protoplasten til endospora. Inneholder kromosom, ribosomer og et glykolytisk generasjons energisystem. Det har kanskje ikke cytokromer, selv ikke i aerobe arter.

Energien til spiring lagres i 3-fosfoglyseratet (det er ingen ATP). Den har en stor konsentrasjon av dipykolinsyre (5-15% av den tørre vekten til endospora).

Sporeens germinalvegg omgir målermembranen. Den inneholder typisk peptidoglykan, som under geminering blir celleveggen til den vegetative cellen.

Cortex er det tykkeste laget av endospora. Omgi den germinale veggen. Den inneholder atypisk peptidoglykan, med mindre kryssbinding enn det typiske, noe som gjør den veldig følsom for autolyse ved glatthet, nødvendig for spiring.

Dekselet er sammensatt av et protein som ligner på keratin som inneholder mange intramolekylære disulfidbindinger. Omgir cortex. Dens ugjennomtrengelighet gir motstand mot kjemiske angrep.

Fysiologi

Dipikolinsyre ser ut til å ha en rolle i opprettholdelsen av latens, i stabiliseringen av DNA og i varmebestandighet. Tilstedeværelsen av lite proteinoppløselig i denne syren metter DNA og beskytter det mot varme, uttørking, ultrafiolett lys og kjemiske midler.

Syntesen av atypisk peptidoglykan begynner når en asymmetrisk septum som deler den vegetative cellen. På denne måten peptidoglikanske. Peptidoglycan beskytter dette mot osmotiske ubalanser.

Cortex fjerner vann fra protoplasten, noe som gjør det mer motstandsdyktig mot varme og strålingsskader.

Endosporer inneholder DNA -reparasjonsenzymer, som virker under aktivering av marg og påfølgende spiring.

Sporulering

Prosessen med å danne en endospore fra en vegetativ bakteriecelle kalles sporulering eller sporogenese.

Endosporer forekommer oftere når visse kritiske næringsstoffer mangler. Det kan også være endospores produksjon, som representerer livsforsikring mot utryddelse, når næringsstoffer og andre miljøforhold florerer er gunstige.

Sporuleringen består av fem faser:

1) Sepsjonsdannelse (margmembran, spore germinalvegg). En del av cytoplasmaet (fremtidig marg) og et replikert kromosom er isolert.

2) Sporeens germinalvegg utvikler seg.

3) Cortex er syntetisert.

4) dekselet dannes.

5) Den vegetative cellen nedbryter og dør, og slipper dermed endospore.

Spiring

Prosessen der en endospora blir omdannet til en vegetativ celle kalles spiring. Dette utløses av den enzymatiske bruddet på endospora.

Kan tjene deg: Lactococcus lactis

Spiringen består av tre faser:

1) Aktivering. Det oppstår når slitasje, et kjemisk middel eller varmeskader taket.

2) spiring (eller initiering). Det begynner hvis miljøforholdene er gunstige. Peptidoglycan blir nedbrutt, dipykolinsyren frigjøres og cellen er hydrert.

3) Brøt. Cortex nedbryter og omstart av biosyntese og celledeling.

Patologi

Patogene bakterier endosporer er et alvorlig helseproblem på grunn av deres motstand mot oppvarming, frysing, dehydrering og stråling, som dreper vegetative celler.

For eksempel kan noen endosporer overleve flere timer i kokende vann (100 ° C). I kontrast motstår ikke vegetative celler temperaturer over 70 ° C.

Visse endosporer -produserende bakterier av sjangrene Clostridium og Bacillus De skiller ut kraftige proteintoksiner som forårsaker botulisme, stivkrampe og miltbrann.

I følge tilfellet inkluderer behandlinger gastrisk vasket, sårrensing, antibiotika eller antitoksinbehandling. Blant forebyggende tiltak er hygiene, sterilisering og vaksinasjon.

Botulisme

Er forårsaket av forurensning med sporer av Clostridium botulinum. Det mest åpenbare symptomet er muskel lammelse, som kan følges av døden. Forekomsten er lav.

Det er tre typer botulisme. Spedbarn er forårsaket av honning eller andre tilsetningsstoffer, luftforurenset, som er tilsatt melk. For sin del produseres maten ved inntak av forurenset mat (for eksempel hermetikk), rå eller feilspakket. Til slutt produseres sår ved kontakt med jorden, som er det naturlige habitatet til C. Botulinum.

Stivkrampe

Det er forårsaket av Clostridium tetani. Symptomene inkluderer veldig smertefulle muskelkontraksjoner (på gresk, ordet "tetanos" betyr kontrahering) og så sterkt at de kan forårsake beinbrudd. Det er ofte dødelig. Forekomsten er lav.

Infeksjonssporene til C. Tetani trenger vanligvis inn kroppen gjennom et sår, der de spirer. Under vekst, som krever at såret ikke er godt oksygenrike, produserer vegetative celler stivkrampetoksin.

Bakteriene og dens endosporer er vanlige i miljøet, inkludert jorda. De er funnet i avføringen av mennesker og dyr.

Miltbrann

Det er forårsaket av Bacillus anthracis. Symptomene varierer veldig i henhold til medium og infeksjonssted. Det er en alvorlig og ofte dødelig sykdom. Forekomsten er moderat høy, og produserer epidemier hos dyr og mennesker. På 1700 -tallet desimerte miltbrannen sauen i Europa.

Herbivende pattedyr er deres naturlige vert. Mennesker er smittet med kontakt (generelt yrkesmessig) med dyr, eller ved manipulasjon eller inntak av animalske produkter.

Det er tre typer miltbrann:

1) Kutan. Inngangen er produsert av sår. Nekrotiske og svarte magesår dannes på huden.

2) Ved innånding. Inngang under pusten. Produserer betennelse og indre blødninger og fører til koma.

3) Gastrointestinal. Inngang ved inntak. Det produserer orofaryngeale magesår, alvorlige abdominal blødninger og diaré.

I omtrent 95% av tilfellene er menneskelig miltbrann kutan. På mindre enn 1% er det gastrointestinal type.

Kontroll

Endosporer kan ødelegges ved autoklaver sterilisering, der trykk på 15 psi og temperaturer på 115-125 ° C i 7-70 minutter er kombinert. De kan også eliminere vekslende temperatur- og trykkendringer, slik at det er spiring av sporer etterfulgt av døden av de resulterende vegetative bakteriene.

Perraciksyre er et av de mest effektive kjemiske midlene som ødelegger endosporer. Jodet, i skjær (oppløst i alkohol) eller jodoforo (kombinert med et organisk molekyl) er også vanligvis dødelig for endosporer.

Kan tjene deg: fimbrias

Ødeleggelsen av endosporer i kirurgiske instrumenter oppnås effektivt ved å introdusere dem i en beholder som et plasma er indusert (fri gass rik på frie radikaler), som visse kjemiske midler blir utsatt for undertrykk og et elektromagnetisk felt.

Ødeleggelsen av endosporer i store gjenstander, for eksempel madrasser, oppnås ved å utsette dem i flere timer for etylenoksyd kombinert med en ikke -brennbar gass.

Matforedlingsindustrier bruker klordioksid i vandig oppløsning for å fumre områder potensielt forurenset med miltbrannendosporer.

Natriumnitritt tilsatt kjøttprodukter, og nisin antibiotika tilsatt ost, unngå vekst av endosporer -produserende bakterier.

Biologiske våpen og bioterrorisme

Bacillus anthracis Det er lett å vokse. Under de to verdenskrigene ble det derfor inkludert som et biologisk våpen i Arsenales of Germany, Storbritannia, USA, Japan og Sovjetunionen.

I 1937 brukte den japanske hæren miltbrann som et biologisk våpen mot kinesiske sivile i Manchuria. I 1979, i Sverdlovsk, Russland, døde minst 64 mennesker på grunn av utilsiktet innånding av sporer av en stamme av B. Anthracis av militær opprinnelse. I Japan og USA har miltbrann blitt brukt til terrorformål.

På den annen side prøver for tiden å bruke endosporer som et kjøretøy for terapeutiske medisiner og for antigener som er opprettet for forebyggende immuniseringsformål.

Referanser

1. Barton, l. L. Strukturelt og funksjonelt forhold i prokaryoter. Springer, New York.
2. Black, J. G. 2008. Mikrobiologi: Prinsipper og utforskninger. Hoboken, NJ.
3. Brooks, g. F., Bute, J. S., Carroll, k. C., Morse, s. TIL. 2007. Mikrobiologi medisinsk. McGraw-Hill, New York.
4. Cano, r. J., Borucki, m. K. 1995, Revival and Identification of Bacterial Spor i 25- til 40 millioner-yare gamle Dominikanske rav. Science 268, 1060-1064.
5. Duc, l. H., Hong, h. TIL., Fairweather, n., Ricca, e., Skjæring, s. M. 2003. Bakterielle sporas som vaksinekjøretøyer. Infeksjon og immunitet, 71, 2810-2818.
6. Emmeluth, d. 2010. Botulisme. Infobase Publishing, New York.
7. Guilfoile, p. 2008. Stivkrampe. Infobase Publishing, New York.
8. Johnson, s. S. et al. 2007. Gamle bakterier viser bevis på DNA -reparasjon. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 104, 14401-14405.
9. Kyriacou, d. M., Adamski, a., Khardori, n. 2006. Anthrax: Fra antikk og mørk til en frontløper i bioterrorismen. Infectious Disease Clinics of North America, 20, 227-251.
10. Nickle d. C., Les, g. H., Regn, m. W., Mulins, J. Yo., Mittler, J. OG. 2002. Curiusly Modern DNA for en "250 millioner-år-ol" -bakterie. Journal of Molecular Evolution, 54, 134-137.
11. Prescott, l. M. 2002. Mikrobiologi. McGraw-Hill, New York.
12. Renberg, i., Nilsson, m. 1992. Sovende bakterier i sediment av innsjøen som paleoekologiske indikatorer. Journal of Paleolimnology, 7, 127-135.
13. Ricca, e., S. M. Kutting. 2003. Fremvoksende anvendelser av bakteriell sporas i nanobioteknologi. Journal of Nanobiotechnology, Jnanobiotechnology.com
14. Schmid, g., Kaufmann, a. 2002. Anthrax i Europa: Dets epidemiologi, kliniske egenskaper og rolle i bioterrorisme. Klinisk mikrobiologi og infeksjon, 8, 479-488.
15. Skomaker, w. R., Lennon, J. T. 2018. Evolusjon med en frøbank: Befolkningens genetiske unnfangelser av mikrobiell dvale. Evolusjonsapplikasjoner, 11, 60-75.
16. Talaro, k. P., Talaro, a. 2002. Grunnlag i mikrobiologi. McGraw-Hill, New York.
17. Tortora, g. J., Funke, f. R., Sak, c. L. 2010. Mikrobiologi: En introduksjon. Benjamin Cummings, San Francisco.
18. Vreeland, r. H., Rosenzweig, w. D., Powers, d. W. 2000. Isolering av 250 millioner år gammel halotolerant bakterie fra en primær saltkrystall. Nature 407, 897-900.