Endospore și alte forme de odihnă
Numai un mic grup de bacterii este capabil să formeze endospori. Importanța imensă a endosporelor este asociată cu stabilitatea lor termică. In timp ce aproape toate celelalte bacterii precum și celule vegetative ale speciilor formatoare de spori sunt ucise la 80 ° C (temperatura pasteurizarea) timp de 10 min, endospori termorezistente transferat încălzire semnificativ mai intensă; unii spori supraviețuiesc chiar la fierbere timp de ore. Tehnica laborioasă și costisitoare de sterilizare (dezinfecție) este concepută pentru distrugerea endosporelor. Pe de altă parte, rezistența termică a sporilor oferă o oportunitate unică de îmbogățire selectivă a culturilor de forme de sporiformare. Pământ sau alt material luat într-un anumit loc, încălzit timp de 10 minute la 80 sau 100 ° C, ceea ce duce la moartea celulelor vegetative; numai sporii termorezistenți rămân viabili și germinează într-un mediu nutritiv adecvat.
Identificarea endospori. Cu ajutorul examinării microscopice, sporii sunt vizibili datorită indicele lor de înaltă refracție - la fel ca și pentru proteinele deshidratate; acest lucru indică faptul că în spori o cantitate mare de material bogat în proteine este concentrată într-un volum mic. Sporul conține aproape toată substanța uscată a celulei părinte, dar are nevoie de până la 10 ori mai puțin volum. În cazurile îndoielnice, întrebarea dacă există endospori adevărați în celule poate fi rezolvată cu ajutorul unei colorări speciale. În cazul în care bacteriile de droguri, fixate prin încălzire, fiert cu solutie carbol fucsin, sporii se leaga ferm vopseaua nedecolorate chiar și atunci când prelucrează etanol sau acid acetic 1 M, în timp ce restul celulelor conținutul devine astfel incolor.
Formarea de spori (sporularea). Se formează spori în interiorul celulei bacteriene. Acest proces începe cu acumularea de material proteic, astfel încât indicele de refracție la locul de formare a sporurilor crește. Transformările metabolice care apar în același timp sunt însoțite de consumul de substanțe de rezervă (acid poli-3-hidroxibutiric în aerobi și polizaharide în anaerobi). În timpul primelor cinci ore de sporulare, o porțiune semnificativă din proteinele celulei materne se dezintegrează. Se formează o substanță specifică sporei, dipicolină (acid piridin-2,6-dicarboxilic). În celulele vegetative, acest acid nu apare. În timpul sintezei acidului dipicolinic, sunt absorbiți ionii de calciu; în spori maturi acest acid este aparent sub forma unui chelat cu calciu și poate ajunge la 10-15% din materia uscată a sporelor. Acidul dipicolinic este localizat în sporii de protoplaști și se găsește numai în endospori termorezistenți (Figura 2.45, 2.46).
Formarea de spori este unul dintre cele mai complicate procese de diferențiere a unei celule bacteriene. Începe cu o diviziune specială inegală a celulei (Figura 2.45). Ca urmare a invaganței membranei plasmatice, o parte a protoplastei este ligată din celula maternă. Acest protoplast conține o parte din materialul nuclear - un genom. Formarea peretelui celular între ambele protoplaști (ca și în cazul diviziunii normale) nu apare aici. În schimb, protoplastia viitorului spore este înconjurată, așa cum a fost, de membrana plasmatică a celulei mame. Ca rezultat, două membrane plasmatice îl înconjoară și fiecare participă la sinteza peretelui sporei. Membrana de protoplaști sintetizeaza sporii din afara peretelui in sine celulele germinale si membrana derivată din celula parentală, sintetizeaza interior sporilor scoarță (cortex). Acesta din urmă constă dintr-un nucleu peptidoglican multistrat, care diferă de cadrul pereților celulelor vegetative, printre altele, de gradul de reticulare. Carcasa exterioară a sporii este formată din celula mamă; această coajă într-o mare parte constă din polipeptide. Celula maternă formează o altă acoperire polipeptidică subțire - exosporia; se găsește numai în câteva bacterii (de exemplu, în Bacillus cereus) și înconjoară sporul ca o acoperire liberă. Având în vedere un astfel de strat multistrat, nu pare surprinzător faptul că aproximativ jumătate din volum și, în mod corespunzător, masa uscată a sporii maturi sunt reprezentate de cochilie.
Inducerea sporulării. Litigiile nu sunt în nici un caz o etapă obligatorie în ciclul de viață al bacililor; în condiții favorabile de hrănire, bacilii se pot multiplica nelimitat prin divizare ca celule vegetative. Formarea unei litigii începe numai atunci când nu există suficiente elemente nutritive sau când produsele de schimb se acumulează în exces. Cu alte cuvinte, se întâmplă numai în situațiile în care condițiile generale promovează acest lucru. Uscarea nu stimulează sporularea. Dacă plasați celule vegetative în apă distilată, puteți observa "sporularea endotrofică", adică formarea de spori datorită acumulării în interiorul celulelor substanțelor de rezervă. În astfel de cazuri, formarea de spori este evident cauzată de lipsa unui substrat exogen. Inducerea sporulării se face timp de câteva ore. Dacă, de exemplu, o suspensie de celule vegetale de Bacillus cereus var. miocide în primele 5 ore de la punerea celulelor în apă pentru a adăuga glucoză, apoi se va opri formarea sporii - adăugarea unui substrat suprimă sporularea. Glucoza adăugată după mai mult de 6 ore este mai puțin eficientă: nu apare suprimarea sporulării. Inducția (derepresia) sporulerii continuă și la 10 până la 13 ore după transferul celulelor în apă, aproximativ 90% din ele formează spori. În consecință, sporularea este reglementată de factori externi.
Numărul de celule care formează spori în multe cazuri crește după adăugarea de săruri de mangan în mediu.
Capacitatea de a forma endospori este treptat pierdută prin replantarea multiplă a celulelor vegetative. Deoarece suspensiile de microorganisme care formează spori conțin, de obicei, atât spori, cât și celule vegetative, înainte de fiecare cultură, cultura este, de obicei, supusă unui fierbere pe termen scurt. Acest lucru ajută la menținerea sau creșterea capacității celulelor de a forma spori.
Rezistența radioactivă a sporilor este de asemenea mai mare decât în cazul celulelor vegetative. Este aproximativ proporțional cu conținutul de grupări disulfidice din stratul exterior al proteinei. Cochilia de spori conține în principal proteine, bogate în cisteină și asemănătoare cu cheratina. Stabilitatea chimică a endosporilor se datorează impermeabilității cochiliei pentru multe substanțe.
Germinarea sporii. În medii potrivite, majoritatea sporiilor germinează. Pre-tratarea corespunzătoare, anumite condiții de păstrare și încălzire pot crește "germinația" sporelor - creșterea procentului de germinare. În cazul Bacillus subtilis condiții optime pentru a stimula spori repaus germinare ia în considerare o perioadă de șapte zile și o încălzire de cinci minute în apă la 60 ° C Alți spori pot fi activați prin fierbere scurtă (10 minute la 100 ° C). Tratamentul cu șoc termic trebuie efectuat imediat înainte de însămânțarea sporilor, deoarece procesul de activare este reversibil. Germinarea sporii este precedată de absorbția apei și umflarea. Pentru germinarea sporilor activi în unele cazuri, este necesară prezența de glucoză, aminoacizi, nucleozide sau alți compuși. În timpul germinației sporilor, se produc schimbări fiziologice profunde: activitatea de respirație și enzimatică crește rapid; eliberarea aminoacizilor, a acidului dipicolinic și a peptidelor începe. Când sporii germinează, pierderea de substanță uscată ajunge la 25-30%. În timpul germinării, sporii își pierd stabilitatea termică. sporii Rostovaja care părăsesc tubul este înconjurat de un perete celular foarte subțire și se pare că nu este complet format, astfel încât un protoplast poate, de exemplu, pentru a penetra chiar ADN-ul. Tubul de creștere poate fi format atât în pozițiile polar și lateral; în unele cazuri, plicul sporei este rupt în afară, iar în altele tubul de creștere îl străpunge (Figura 2.47).
Durata vieții. Bacteriile sub formă de spori pot fi într-o stare de animație suspendată pentru o lungă perioadă de timp. Terenul, care sa agățat de plantele din herbarul Kew Gardens (Anglia) și sa culcat cu ei într-o stare uscată de la 200 la 320 de ani, dar sa găsit o cantitate mică de viabile subtilis spori de Bacillus și B. liche-niformis. În probele de sol stocate de la 50 la 100 de ani, sporii de V. coagulans și V. circulans au fost, de asemenea, perturbați. Conform acestui tip de experimente, într-un sol uscat de peste 50 de ani de depozitare de până la 90%, sporul pierde vitalitatea. Judecând după aceasta, o tonă de sol uscat și în 1000 de ani vor mai conține spori viabili.
În stare uscată, multe bacterii (dacă nu majoritatea dintre ele) rămân viabile timp de mai mulți ani. Pentru conservarea bacteriilor în colecții, celulele vegetative sunt, de regulă, supuse liofilizării și depozitate la temperatura camerei sau la temperaturi scăzute într-un vid. După cum este calculat de Becquerel, microorganismele la o temperatură apropiată de zero absolută pot rămâne viabile de milioane de ani. Experimentele pe termen scurt cu azot lichid și extrapolarea rezultatelor acestora ne permit să concluzionăm că astfel de ipoteze sunt complet justificate. Bacteriile care nu tolerează liofilizarea supraviețuiesc stocarea pe termen lung în suspensii la temperatura azotului lichid.
Alte forme de odihnă (chisturi, exospore, mixospore). Endosporele sunt forme de bacterii supraviețuitoare pe termen lung, rezistente la temperaturi ridicate, uscare, iradiere și efecte chimice. În plus față de endospori, alte bacterii au alte forme de odihnă - exospore și chisturi. Formarea exosporelor a fost observată până în prezent numai în bacteria metabolizată cu metan Methylosinus trichosporium. Exosporele apar prin înmugurirea celulei mamei; ele sunt similare în proprietățile lor cu endosporii de bacili. Unele bacterii formează celule sferice cu pereți groși numite chisturi. Când resursele alimentare sunt epuizate, întreaga celulă vegetativă în formă de tijă devine transformată într-un chist, nu doar o parte din ea, ca în formarea endosporiului. Chisturile speciilor Azotobacter, precum și Methylocystis sunt rezistente la uscare, sarcini mecanice și iradiere, dar nu la acțiunea temperaturilor ridicate. Acest tip de transformare a întregii celule într-un chist se află în inima formării de myxospore din celulele stem vegetative Myxococcus și Sporocytophaga.
Celulele Arthrobacter (A. globiformis) sunt pleomorfe. Cu o abundență de substrat, ele cresc sub formă de tije; când substratul se usucă, apar celulele coccoide. Arthrobacter se referă la acele bacterii care pot rămâne în solul uscat de ceva timp, rămânând în repaus; Nu a existat nicio diferențiere structurală în acest caz.
Trimiteți-le prietenilor: