Charakteristiky endospores, štruktúra, školenie, funkcie

Ten endospores Sú to formy prežitia určitých baktérií, ktoré tvoria dehydratované a potiahnuté spiace bunky, ktoré vykazujú extrémnu rezistenciu voči fyzickému a chemickému stresu. Sú schopní vydržať neurčito v neprítomnosti živín. Sú formované vo vnútri baktérií.

Endospory sú známe najodolnejšie živé štruktúry. Môžu prežiť vysoké teploty, ultrafialové svetlo, gama žiarenie, vysušenie, osmóza, chemické látky a enzymatickú hydrolýzu.

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

Ak to určujú podmienky prostredia, endospores klíčia, čo vedie k aktívnym baktériám, ktoré sa kŕmia a množené.

Endospory sú typom spór. Existujú huby, protozoa, riasy a rastliny, ktoré vyrábajú svoje vlastné typy. Endospores nemá reprodukčnú funkciu: Každá bakteriálna bunka produkuje iba jednu. V iných organizmoch môžu mať naopak, môžu mať reprodukčné funkcie.

[TOC]

História

V polovici seventa, obchodník holandských textílií a predchodcu mikrobiológie Antonie van Leeuwenhoek, ktorý používal dômyselné mikroskopy navrhnuté a rozpracované samotným, bol prvý.

V roku 1859 Francúzska akadémia vied sponzorovala súťaž, na ktorej sa zúčastnil francúzsky chemik Louis Pasteur. Cieľom bolo vrhnúť svetlo prostredníctvom experimentu na „spontánnu generáciu“, tisícročnú hypotézu, ktorá navrhla, že život môže vzniknúť z „životne dôležitých síl“ alebo „prenosných látok“ prítomných v subjekte, ktorá nie je živá alebo rozkladanie.

Pasteur ukázal, že rovnako ako v prípade vína, vzduch a tuhé častice sú zdrojom mikrób, ktoré rastú v kultivačných bujóch predtým sterilizovaných tepelným tepelným tepla. Krátko nato, v roku 1877, anglický fyzik John Tyndall potvrdil pozorovania Pasteura a dal konečný výpad spontánnej hypotéze generácie.

Tyndall tiež prispel dôkazmi o existencii extrémne tepelných bakteriálnych foriem. Nemecký botanik Ferdinand Cohn nezávisle považoval za zakladateľa modernej mikrobiológie podrobne opísaného za zakladateľa modernej mikrobiológie.

Dlhovekosť

Väčšina organizácií žije v premenlivých prostrediach v čase a priestore. Častá stratégia na prežitie dočasne nevhodných environmentálnych podmienok na rast a reprodukciu je vstup do stavu reverzibilnej latencie, počas ktorej sa jednotlivci utýkajú v ochranných štruktúrach a minimalizujú svoje energetické výdavky.

Prechod medzi aktívnym a latentným stavom je metabolicky drahý. Táto investícia je vyššia, keď si jednotlivci musia vybudovať svoje vlastné ochranné štruktúry, či už sú zložené z exogénnych materiálov, alebo biosyntetizované vo vnútri. Okrem toho musia byť jednotlivci schopní reagovať na environmentálne stimuly, ktoré spôsobujú prechod.

Latencia vytvára rezervoár spiacich jedincov, ktorý sa môže aktivovať, keď sa znovu objavia priaznivé podmienky. Tieto nádrže umožňujú ochranu populácií a ich genetickú diverzitu. Pokiaľ ide o patogénne baktérie produkujúce endospory, latencia uľahčuje prenos a prekáža jeho kontrole.

Bakteriálne endospory sa môžu udržiavať životaschopné po mnoho rokov. Tvrdilo sa, že endospory zachované u starých substrátov, ako je permafrost, vodné sedimenty, podzemné alebo jantárové solí sa môžu udržiavať životaschopné pre tisíce a dokonca aj milióny rokov.

Pozorovanie

Prezeranie polohy a ďalších charakteristík endosporov je veľmi užitočné na identifikáciu druhov baktérií.

Endospory možno pozorovať optickým mikroskopom. V baktériách vystavených farbeniu gramu alebo metylénovou modrou sa rozlišujú ako bezfarebné oblasti v bakteriálnych vegetatívnych bunkách. Je to preto, že steny endosporov sú odolné voči prieniku obyčajnými farbiacimi činidlami.

Môže vám slúžiť: Gardnerella vaginalis

Bola vyvinutá špecifická metóda sfarbenia pre endospory, známa ako diferenciálne zafarbenie Schaeffer-Fulton, čo ich jasne vidí. Táto metóda umožňuje vizualizovať tak osôb v bakteriálnej vegetatívnej bunke a tie, ktoré sú mimo rovnakých.

Metóda Schaeffer-Fulton je založená na kapacite zeleného Malachitu zafarbiť stenu endospores. Po aplikácii tejto látky sa vegetatívne bunky používajú na farbu.

Výsledkom je diferenciálne zafarbenie endosporov a vegetatívnych buniek. Prvý z nich získa zelenú farbu a druhú ružovú farbu.

Štruktúra

V vegetatívnej bunke alebo v Sporangio môžu byť endospory umiestnené terminálne, podzemné alebo centrálne. Táto bakteriálna forma má štyri vrstvy: Dreň, zárodočná stena, kôra a krytie. U niektorých druhov je piata vonkajšia membránová vrstva nazývaná exosporium, zložená z lipoproteínu, ktorý obsahuje uhľohydráty.

Medula alebo centrum je protoplastom endospory. Obsahuje chromozóm, ribozómy a energetický systém glykolytickej výroby. Nemusí mať cytrocromy, dokonca ani u aeróbnych druhov.

Energia na klíčenie sa skladuje v 3-fosfoglycele (neexistuje ATP). Má veľkú koncentráciu kyseliny dipykolínu (5-15% suchej hmotnosti endospora).

Germinálna stena spóry obklopuje membránu merača. Obsahuje typický peptidoglykán, ktorý sa počas geminácie stáva bunkovou stenou vegetatívnej bunky.

Kôra je najhrubšia vrstva endospora. Obklopte zárodočnú stenu. Obsahuje atypický peptidoglykán, s menším krížovým obludením ako typický, vďaka čomu je veľmi citlivá na autolýzu plynulosťou, ktorá je potrebná na klíčenie.

Kryt sa skladá z proteínu podobného keratínu, ktorý obsahuje početné intramolekulárne disulfidové väzby. Obklopuje kôru. Jeho nepriepustnosť poskytuje odolnosť voči chemickým útokom.

Fyziológia

Zdá sa, že kyselina dipicolín má úlohu pri udržiavaní latencie, pri stabilizácii DNA a pri tepelnom rezistencii. Prítomnosť malých proteínov rozpustných v tejto kyseline nasýti DNA a chráni ju pred teplom, vysušením, ultrafialovým svetlom a chemickými látkami.

Syntéza atypického peptidoglykánu začína, keď asymetrické septa, ktorý rozdeľuje vegetatívne bunky. Týmto spôsobom peptidoglican. Peptidoglykán to chráni pred osmotickými nerovnováhami.

Kôra odstraňuje vodu z protoplastu, vďaka čomu je odolnejšia voči poškodeniu tepla a žiarenia.

Endospory obsahujú enzýmy opravy DNA, ktoré pôsobia počas aktivácie drene a následnej klíčenia.

Neporulácia

Proces tvorby endosporu z vegetatívnej bakteriálnej bunky sa nazýva sporulácia alebo sporogenéza.

Endospory sa vyskytujú častejšie, keď sú určité kritické živiny nedostatočné. Môže existovať aj výroba endospores, ktorá predstavuje životné poistenie proti vyhynutiu, keď sú oplývajúce živiny a iné environmentálne podmienky.

Sporulácia pozostáva z piatich fáz:

1) Septibilná formácia (membrána drene, zárodočná stena spór). Časť cytoplazmy (budúca drená) a replikovaný chromozóm sú izolované.

2) Vyvíja sa zárodočná stena spór.

3) Kortex je syntetizovaný.

4) Tvorba krytu.

5) Vegetatívne bunky sa degradujú a zomiera, čím sa uvoľní endospore.

Klíčenie

Proces, ktorým sa endospora transformuje na vegetatívnu bunku, sa nazýva klíčenie. Toto je vyvolané enzymatickým zlomením endospory.

Môže vám slúžiť: Lactococcus lactis

Klíčenie pozostáva z troch fáz:

1) aktivácia. Vyskytuje sa, keď je oder, chemické činidlo alebo tepelné poškodenie strechy.

2) klíčenie (alebo iniciácia). Začína sa, ak sú podmienky prostredia priaznivé. Peptidoglykán je degradovaný, uvoľňuje sa kyselina dipycholín a bunka je hydratovaná.

3) zlomené. Cortex sa degraduje a reštartuje biosyntéza a delenie buniek.

Patológia

Endospory patogénnych baktérií sú vážnym zdravotným problémom v dôsledku ich odolnosti voči zahrievaniu, mrazu, dehydratácii a žiareniu, ktoré zabíjajú vegetatívne bunky.

Napríklad niektoré endospory môžu prežiť niekoľko hodín vo vriacej vode (100 ° C). Naopak, vegetatívne bunky neodolajú teploty nad 70 ° C.

Niektoré baktérie žánrov produkujúcich endospory Clostridium a Bacil Vylučujú silné proteínové toxíny, ktoré spôsobujú botulizmus, tetanu a antrax.

Podľa prípadu ošetrenia zahŕňajú premyté žalúdok, čistenie rán, antibiotiká alebo liečba antitoxínom. Medzi preventívne opatrenia patrí hygiena, sterilizácia a očkovanie.

Botulizmus

Je spôsobený znečistením so spórami Clostridium botulorium. Jeho najzreteľnejším symptómom je paralýza svalov, po ktorej môže nasledovať smrť. Jeho výskyt je nízky.

Existujú tri typy botulizmu. Dieťa je spôsobené medom alebo inými prísadami, ktoré sú kontaminované vzduchom, ktoré boli pridané do mlieka. Pokiaľ ide o svoju stranu, jedlo sa vyrába príjmom kontaminovaného jedla (napríklad konzervovaného), surového alebo vyradeného. Nakoniec sa rany vyrábajú kontaktom so Zemou, čo je prirodzené prostredie C. Botulorium.

Tetán

Je to spôsobené Clostridium tetani. Jeho príznaky zahŕňajú veľmi bolestivé svalové kontrakcie (v gréčtine, slovo „tetanos“ znamená sťahovanie) a také silné, že môžu spôsobiť rozbitie kostí. Je to často smrteľné. Jeho výskyt je nízky.

Infekčné spóry C. tetani zvyčajne prenikajú do tela cez ranu, v ktorej klíčia. Počas rastu, ktorý vyžaduje, aby rana nebola dobre okysličená, vegetatívne bunky produkujú tetanus toxín.

Baktérie a jej endospory sú bežné v životnom prostredí vrátane pôdy. Boli nájdené vo výkaloch ľudí a zvierat.

Antrax

Je to spôsobené Bacils anthracis. Jeho príznaky sa veľmi líšia podľa média a miesta infekcie. Je to závažné a často smrteľné ochorenie. Jeho výskyt je mierne vysoký a produkuje epidémie u zvierat a ľudí. V 18. storočí Anthrax zdecimoval ovce v Európe.

Bylinožravé cicavce sú ich prirodzeným hostiteľom. Ľudia sú infikovaní kontaktom (všeobecne pracovným) so zvieratami alebo manipuláciou alebo požitím živočíšnych výrobkov.

Existujú tri typy antraxu:

1) kožné. Vstup sa vyrába rany. Na koži sa tvoria nekrotické a načerné vredy.

2) vdýchnutím. Vstup počas dýchania. Vytvára zápal a vnútorné krvácanie a vedie k kóme.

3) gastrointestinálne. Vstup požitím. Produkuje orofaryngeálne vredy, závažné krvácanie brucha a hnačky.

V približne 95% prípadov je ľudská antrax kožná. U menej ako 1% je gastrointestinálny typ.

Ovládanie

Endospory môžu byť zničené autoklávmi sterilizáciou, v ktorej sa kombinujú tlaky 15 psi a teploty 115-125 ° C počas 7-70 minút. Môžu tiež eliminovať zmeny striedania teploty a tlaku, takže existuje klíčenie spór, po ktorých nasleduje smrť výsledných vegetatívnych baktérií.

Kyselina perracetová je jedným z najúčinnejších chemických látok na zničenie endosporov. Jód, v tinktúre (rozpustenej v alkoholu) alebo jódore (v kombinácii s organickou molekulou) je tiež zvyčajne smrtiaci pre endospory.

Môže vám slúžiť: fimbrias

Zničenie endosporov v chirurgických nástrojoch sa účinne dosiahne zavedením do nádoby, v ktorom je indukovaná plazma (voľný plyn bohatý na voľné radikály), pre ktoré sú určité chemické látky vystavené zápornému tlaku a elektromagnetickému poľu.

Zničenie endosporov vo veľkých objektoch, ako sú matrace, sa dosiahne ich vystavením niekoľko hodín etylénoxidu kombinovaným s neľakavým plynom.

Priemyselné odvetvia na spracovanie potravín používajú oxid chloričitý vo vodnom roztoku na fumimáciu oblastí potenciálne kontaminovaných antraxovými endosporami.

Dusičnan sodný pridaný do mäsových výrobkov a antibiotikum s nisínom pridané do syra, vyhýbajú sa rastu baktérií produkujúcich endospory.

Biologické zbrane a bioterorizmus

Bacils anthracis Je ľahké pestovať. Preto bol počas dvoch svetových vojen zahrnutý ako biologická zbraň v Arsenales v Nemecku, Veľkej Británii, Spojených štátoch, Japonsku a Sovietskom zväze.

V roku 1937 japonská armáda použila antrax ako biologickú zbraň proti čínskym civilistom v Manchúrii. V roku 1979 v Rusku v Sverdlovsku zomrelo najmenej 64 ľudí v dôsledku náhodného vdýchnutia spór napätia B. Anthracis vojenského pôvodu. V Japonsku a Spojených štátoch sa antrax používa na teroristické účely.

Na druhej strane, v súčasnosti sa snaží používať endospory ako vehikulu pre terapeutické lieky a pre antigény vytvorené na preventívne imunizácie.

Odkazy

1. Barton, L. L. Štrukturálny a funkčný vzťah v prokaryotoch. Springer, New York.
2. Black, J. G. 2008. Mikrobiológia: Princípy a prieskumy. Hoboken, NJ.
3. Brooks, G. F., Bute, J. Siež., Carroll, K. C., Morse, s. Do. 2007. Mikrobiológia lekársky. McGraw-Hill, New York.
4. Cano, r. J., Borucki, m. Klimatizovať. 1995, oživenie a identifikácia bakteriálnej SPOR u 25 až 40 miliónov rokov starých dominikánskych jantárov. Science 268, 1060-1064.
5. Duc, l. H., Hong, h. Do., Fairweather, n., Ricca, e., Rezanie, s. M. 2003. Bakteriálne spóry ako vakcínové vozidlá. Infekcia a imunita, 71, 2810-2818.
6. Emmeluth, D. 2010. Botulizmus. Infobase Publishing, New York.
7. Guilfoile, P. 2008. Tetán. Infobase Publishing, New York.
8. Johnson, s. Siež. a kol. 2007. Staroveké baktérie vykazujú dôkaz o oprave DNA. Zborník Národnej akadémie vied v USA, 104, 14401-14405.
9. Kyriac, D. M., Adamski, a., Khardori, n. 2006. Antrax: od staroveku a tmy po predného behu v bioterorizme. Kliniky infekčných chorôb v Severnej Amerike, 20, 227-251.
10. Nickle d. C., Čítať, g. H., Dážď, m. W., Mulins, J. Jo., Mittler, J. A. 2002. Curiusly Modern DNA pre baktériu „250 miliónov rokov“. Journal of Molecular Evolution, 54, 134-137.
11. Prescott, L. M. 2002. Mikrobiológia. McGraw-Hill, New York.
12. Renberg, i., Nilsson, m. 1992. Spiace baktérie v sedimente jazera ako paleoekologické ukazovatele. Journal of Paleolimnology, 7, 127-135.
13. Ricca, e., Siež. M. Rezanie. 2003. Vznikajúce aplikácie bakteriálnych spórov v nanobiotechnológii. Journal of Nanobiotechnology, Jnanobiotechnology.com
14. Schmid, G., Kaufmann, a. 2002. Antrax v Európe: jej epidemiológia, klinické charakteristiky a úloha v bioterorizme. Klinická mikrobiológia a infekcia, 8, 479-488.
15. Obuvník, w. R., Lennon, J. Tón. 2018. Evolúcia so semennou bankou: Populačné genetické predstavy mikrobiálnej dormancie. Evolučné aplikácie, 11, 60-75.
16. Talaro, K. P., Talaro, a. 2002. Základy mikrobiológie. McGraw-Hill, New York.
17. Tortora, G. J., Funke, b. R., Prípad c. L. 2010. Mikrobiológia: Úvod. Benjamin Cummings, San Francisco.
18. Vreeland, r. H., Rosenzweig, W. D., Právomoci, D. W. 2000. Izolácia 250 miliónov-mare starej halotolerantnej baktérií z primárneho slaného kryštálu. Nature 407, 897-900.