Značilnosti endospore, struktura, usposabljanje, funkcije

The Endospore So oblike preživetja nekaterih bakterij, ki jih sestavljajo dehidrirane in prevlečene spalne celice, ki kažejo izjemno odpornost na fizikalni in kemični stres. Lahko trajajo v nedogled v odsotnosti hranil. Nastajajo v bakterijah.

Endospore so najbolj odporne žive strukture, ki so znane. Preživijo lahko visoke temperature, ultravijolično svetlobo, gama sevanje, izsušitev, osmozo, kemična sredstva in encimsko hidrolizo.

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

Ko to določijo okoljski pogoji, endospore kalijo, kar povzroča aktivne bakterije, ki se hranijo in pomnožijo.

Endospore so vrsta spore. Obstajajo glive, protozoje, alge in rastline, ki proizvajajo svoje vrste. Endospore nimajo reproduktivne funkcije: vsaka bakterijska celica proizvaja samo eno. V drugih organizmih lahko imajo reproduktivno funkcijo.

[TOC]

Zgodovina

Sredi seventa je trgovec nizozemskih tkanin in predhodnika mikrobiologije Antonie van Leeuwenhoek z domiselnimi mikroskopi, ki jih je zasnoval in izdelal, prvi, ki je opazoval žive mikroorganizme, vključno z Protozoa, Algae, Yeast, Fun, Funsije in Bacteria.

Leta 1859 je francoska akademija sponzorirala tekmovanje, v katerem je sodeloval francoski kemik Louis Pasteur. Cilj je bil osvetliti skozi poskus o "spontani generaciji", tisočletni hipotezi, ki je predlagala, da bi življenje lahko izhajalo iz "vitalnih sil" ali "prenosljivih snovi", ki so prisotne v temi, ki ne živijo ali ne bodo razpadli.

Pasteur je pokazal, da so, tako kot v primeru vina, zračnih in trdnih delcev, vir mikrobov, ki rastejo v gojenih juhah, ki so prej sterilizirane s toploto. Kmalu zatem, leta 1877, je angleški fizik John Tyndall potrdil Pasterjeva opažanja in dal končno lunge hipotezi o spontani generaciji.

Tyndall je prispeval tudi dokaze o obstoju izjemno toplotno -odmevnih bakterijskih oblik. Med letoma 1872 in 1885 je nemški botanik Ferdinand Cohn, ki je veljal za ustanovitelja sodobne mikrobiologije, podrobno opisal bakterijske endospore.

Dolgoživost

Večina organizacij živi v spremenljivih okoljih v času in prostoru. Pogosta strategija za preživetje začasno neprimernih okoljskih pogojev za rast in razmnoževanje je vstopiti v stanje reverzibilne zamude, med katero se posamezniki zatečejo v zaščitne strukture in zmanjšajo svoje porabe energije.

Prehod med aktivnim in latentnim statusom je presnovno drag. Ta naložba je večja, kadar morajo posamezniki zgraditi lastne zaščitne strukture, ne glede na to, ali so sestavljeni iz eksogenih materialov, ali v notranjosti biosintetizirane. Poleg tega se morajo posamezniki lahko odzvati na okoljske dražljaje, ki povzročajo prehod.

Latenca ustvari rezervoar spalnih posameznikov, ki jih je mogoče aktivirati, ko se pojavijo ugodni pogoji. Ti rezervoarji omogočajo ohranjanje populacije in njihovo gensko raznolikost. Ko gre za patogene bakterije, ki proizvajajo endospore, latenca olajša svoj prenos in ovira njegov nadzor.

Bakterijske endospore je mogoče vzdrževati več let. Domneva se, da se lahko endospore ohranijo v starih podlagah, kot so permafrosta, vodne sedimente, podzemne ali jantarne soli.

Opazovanje

Ogled položaja in drugih značilnosti endospore je zelo koristen za identifikacijo vrst bakterij.

Endospore lahko opazimo z optičnim mikroskopom. V bakterijah, ki so podvržene obarvanju grama ali z metilen modro, se te razlikujejo kot brezbarvna območja znotraj bakterijske vegetativne celice. To je zato, ker so stene endospore odporne na penetracijo z navadnimi obarvanimi reagenti.

Vam lahko služi: Gardnerella vaginalis

Razvit je bil specifični barvni način za endospore, znan kot diferencialno obarvanje Schaeffer-Fulton, zaradi česar so jasno vidne. Ta metoda omogoča vizualizacijo tako v bakterijski vegetativni celici kot tistim, ki so zunaj enake.

Metoda Schaeffer-Fultona temelji na zmogljivosti zelenega malahita, da barvanje stene endospore. Po nanosi te snovi se vegetativne celice uporabljajo za barvanje.

Rezultat je diferencialno obarvanje endospore in vegetativnih celic. Prva pridobi zeleno barvo in drugo roza barvo.

Struktura

Znotraj vegetativne celice ali sporangio so lahko endospore nahajajo terminale, pod zemljo ali centralno. Ta bakterijska oblika ima štiri plasti: možganski, zarodni zid, skorja in pokrov. Pri nekaterih vrstah je peta zunanja membranska plast, imenovana Exosporium, sestavljena iz lipoproteina, ki vsebuje ogljikove hidrate.

Medula ali center je protoplast endospore. Vsebuje kromosom, ribosome in energetski sistem glikolitične generacije. Morda nima citokromov, tudi pri aerobnih vrstah.

Energija za kalitev je shranjena v 3-fosfogliceratu (ATP ni). Ima veliko koncentracijo ditikolinske kisline (5-15% suhe mase endospore).

Germinalna stena spore obdaja membrano merilnika. Vsebuje tipičen peptidoglikan, ki med geminacijo postane celična stena vegetativne celice.

Skorja je debelejša plast endospore. Obkrožite zarodno steno. Vsebuje atipični peptidoglikan, z manj navzkrižno povezavo kot tipično, zaradi česar je zelo občutljiv na avtolizo z gladkostjo, potrebno za kalitev.

Pokrov je sestavljen iz beljakovin, podobnega keratinu, ki vsebuje številne intramolekularne disulfidne vezi. Obkroža skorjo. Njegova neprepustnost daje odpornost proti kemičnim napadom.

Fiziologija

Zdi se, da ima dipikolinska kislina vlogo pri vzdrževanju zakasnitve, pri stabilizaciji DNK in v toplotni odpornosti. Prisotnost majhnih beljakovin v tej kislini nasiči DNK in ga ščiti pred toploto, izsuševanjem, ultravijolično svetlobo in kemičnimi sredstvi.

Sinteza atipičnega peptidoglikana se začne, ko asimetrični septum, ki deli vegetativno celico. Na ta način peptidoglikanec. Peptidoglikan to ščiti pred osmotskimi neravnovesjem.

Skorna odstrani vodo iz protoplasta, zaradi česar je bolj odporna na toplotno in sevalno poškodbo.

Endospore vsebujejo encime za popravilo DNK, ki delujejo med aktivacijo mozga in kasnejšo kalitvijo.

Sporulacija

Postopek oblikovanja endospora iz vegetativne bakterijske celice se imenuje sporulacija ali sporogeneza.

Endospore se pojavljajo pogosteje, kadar določene kritične hranilne snovi malo. Obstajajo lahko tudi endosporska proizvodnja, ki predstavljajo življenjsko zavarovanje proti izumrtju, ko so hranila in drugi okoljski pogoji ugodni.

Sporulacija je sestavljena iz petih faz:

1) Septična tvorba (mozdna membrana, spore zarodne stene). Del citoplazme (prihodnji možgak) in ponovljenega kromosoma sta izoliran.

2) Razvija se zarodna stena spore.

3) korteks se sintetizira.

4) Pokrov je oblikovan.

5) Vegetativna celica se razgradi in umre, s čimer sprošča endospor.

Kalitev

Postopek, s katerim se endospora spremeni v vegetativno celico. To sproži encimsko lomljenje endospore.

Vam lahko služi: lactococcus lactis

Kalitev je sestavljena iz treh faz:

1) Aktivacija. Pojavi se, ko na strehi poškoduje abrazijo, kemično sredstvo ali toploto.

2) kalitev (ali iniciacija). Začne se, če so okoljski pogoji ugodni. Peptidoglikan se razgradi, dipiholin kislina se sprosti in celica hidrira.

3) zlomljeno. Cortex se razgradi in ponovno zažene biosintezo in delitev celic.

Patologija

Endospore patogenih bakterij so resen zdravstveni problem zaradi odpornosti na ogrevanje, zamrzovanje, dehidracijo in sevanje, ki ubijajo vegetativne celice.

Na primer, nekatere endospore lahko preživijo več ur v vreli vodi (100 ° C). V nasprotju s tem se vegetativne celice ne upirajo temperaturam nad 70 ° C.

Nekatere bakterije žanrov, ki proizvajajo endospore Clostridium in Bacillus Izsiljujejo močne beljakovinske toksine, ki povzročajo botulizem, tetanus in antraks.

Glede na primer, zdravljenje vključuje želodčno oprano, čiščenje ran, antibiotike ali antitoksinsko terapijo. Med preventivnimi ukrepi so higiena, sterilizacija in cepljenje.

Botulizem

Povzroča onesnaževanje s sporami Clostridium botulinum. Njegov najbolj očiten simptom je mišična paraliza, ki ji lahko sledi smrt. Njegova incidenca je nizka.

Obstajajo tri vrste botulizma. Dojenčka povzročajo med ali drugi dodatki, onesnaženi z zrakom, ki so bili dodani mleku. Hrana se proizvaja z vnosom onesnažene hrane (na primer v pločevinkah), surovi ali napačno. Končno se rane proizvajajo s stikom z zemljo, ki je naravni habitat C. Botulinum.

Tetanus

Povzroča ga Clostridium tetani. Njeni simptomi vključujejo zelo boleče kontrakcije mišic (v grščini beseda "tetanos" pomeni pogodbo) in tako močne, da lahko povzročijo lomljenje kosti. Pogosto je usodno. Njegova incidenca je nizka.

Nalezljive spore C. tetani Običajno prodrejo telo skozi rano, v kateri kalijo. Med rastjo, ki zahteva, da rana ni dobro oksigenirana, vegetativne celice proizvajajo tetanusov toksin.

Bakterije in njegove endospore so pogoste v okolju, vključno z zemljo. Najdemo jih v blatu ljudi in živali.

Antraks

Povzroča ga Bacillus anthracis. Njeni simptomi se močno razlikujejo glede na medij in mesto okužbe. Gre za resno in pogosto smrtno bolezen. Njegova incidenca je zmerno visoka, ki proizvaja epidemije pri živalih in ljudeh. V 18. stoletju je antraks zmanjšal ovce Evrope.

Rastlinojedi sesalci so njihov naravni gostitelj. Ljudje so okuženi s stikom (na splošno poklicni) z živalmi ali z manipulacijo ali zaužitjem živalskih proizvodov.

Obstajajo tri vrste antraksa:

1) kožni. Vhod proizvajajo rane. Na koži se tvorijo nekrotične in črnkaste razjede.

2) z vdihavanjem. Vhod med dihanjem. Proizvaja vnetje in notranje krvavitve in vodi do kome.

3) prebavila. Vstop z zaužitjem. Proizvaja orofaringealne razjede, resne trebušne krvavitve in drisko.

Pri približno 95% primerov je človeški antraks kožni. V manj kot 1% je prebavna vrsta.

Nadzor

Endospore lahko uničimo s sterilizacijo avtoklav, v katerih se 7-70 minut tlakajo 15 psi in temperature 115-125 ° C. Prav tako lahko odpravijo izmenične spremembe temperature in tlaka, tako da pride do kalitve spor, ki ji sledi smrt nastalih vegetativnih bakterij.

Perracetna kislina je eno najučinkovitejših kemičnih sredstev za uničenje endospore. Jod v tinkturi (raztopljen v alkoholu) ali jodoforo (v kombinaciji z organsko molekulo) je običajno tudi smrtonosen za endospore.

Vam lahko služi: fimbrias

Uničenje endospore v kirurških instrumentih se učinkovito doseže tako, da jih vnesemo v posodo, znotraj katerega se sproži plazma (prosti plin, bogat s prostimi radikali), za katero so določena kemična sredstva podvržena negativnemu tlaku in elektromagnetnem polju.

Uničenje endospor v velikih predmetih, kot so vzmetnice.

Industrije predelave hrane uporabljajo klor dioksid v vodni raztopini za fumigacijo območja, ki so potencialno onesnažena z endospore antraksa.

Natrijev nitrit, dodan mesnim izdelkom, in nisinski antibiotik, dodan siru, se izogibajte rasti bakterij, ki proizvajajo endospore.

Biološko orožje in bioterorizem

Bacillus anthracis Enostavno je gojiti. Zato je bilo med dvema svetovnima vojnama vključeno kot biološko orožje v Arsenales v Nemčiji, Veliki Britaniji, ZDA, na Japonskem in v Sovjetski zvezi.

Leta 1937 je japonska vojska uporabila antraks kot biološko orožje proti kitajskim civilistom v Mandžuriji. Leta 1979 je v Sverdlovsku v Rusiji umrlo najmanj 64 ljudi zaradi naključnega vdihavanja spore seva B. Antracis vojaškega izvora. Na Japonskem in v Združenih državah Amerike je bil antraks uporabljen v teroristične namene.

Po drugi strani pa trenutno poskuša uporabljati endospore kot vozilo za terapevtska zdravila in za antigene, ustvarjene za preventivno imunizacijo.

Reference

1. Barton, l. L. Strukturni in funkcionalni odnos v prokariotih. Springer, New York.
2. Črna, J. G. 2008. Mikrobiologija: načela in raziskovanja. Hoboken, nj.
3. Brooks, g. F., Bute, j. S., Carroll, k. C., Morse, s. Do. 2007. Mikrobiologija Medical. McGraw-Hill, New York.
4. Cano, r. J., Borucki, m. K. 1995, oživitev in identifikacija bakterijske spor v dominikanski Amber od 25 do 40 milijonov let. Science 268, 1060-1064.
5. Duc, l. H., Hong, h. Do., Fairweather, n., Ricca, e., Rezanje, s. M. 2003. Bakterijske spore kot cepiva. Okužba in imunost, 71, 2810-2818.
6. Emmeluth, d. 2010. Botulizem. Infobase Publishing, New York.
7. Guilfoile, str. 2008. Tetanus. Infobase Publishing, New York.
8. Johnson, s. S. et al. 2007. Starodavne bakterije kažejo na popravilo DNK. Zbornik Nacionalne akademije znanosti ZDA, 104, 14401-14405.
9. Kyriacou, d. M., Adamski, a., Khardori, n. 2006. Antraks: od antike in temne do sprednjega teka v bioterorizmu. Klinike za nalezljive bolezni Severne Amerike, 20, 227-251.
10. Nickle d. C., Preberite, g. H., Dež, m. W., Mulins, j. Yo., Mittler, J. In. 2002. Curiusly Modern DNK za bakterijo "250 milijonov let-ol". Journal of Molecular Evolution, 54, 134-137.
11. Prescott, l. M. 2002. Mikrobiologija. McGraw-Hill, New York.
12. Renberg, i., Nilsson, m. 1992. Mirne bakterije v jezeru usedlin kot paleoekološki kazalci. Journal of Paleolimnology, 7, 127-135.
13. Ricca, e., S. M. Rezanje. 2003. Nastajajoče aplikacije bakterijskih spor v nanobiotehnologiji. Časopis za nanobiotehnologijo, Jnanobiotechnology.com
14. Schmid, g., Kaufmann, a. 2002. Antraks v Evropi: njegova epidemiologija, klinične značilnosti in vloga v bioterorizmu. Klinična mikrobiologija in okužba, 8, 479–488.
15. Čevljar, w. R., Lennon, J. T. 2018. Evolucija z semensko banko: populacijske genetske premišljene mikrobne dormancije. Evolucijske aplikacije, 11, 60–75.
16. Talaro, k. Str., Talaro, a. 2002. Temelji v mikrobiologiji. McGraw-Hill, New York.
17. Tortora, g. J., Funke, b. R., Primer, c. L. 2010. Mikrobiologija: uvod. Benjamin Cummings, San Francisco.
18. Vreeland, r. H., Rosenzweig, w. D., Powers, d. W. 2000. Izolacija 250 milijonov let stare bakterije iz primarnega kristala soli. Narava 407, 897-900.