Endosporien ominaisuudet, rakenne, koulutus, toiminnot

Se endosporit Ne ovat tiettyjen bakteerien selviytymismuotoja, jotka muodostavat kuivuneet ja päällystetyt unisolut, jotka osoittavat äärimmäisen vastustuskyvyn fysikaaliselle ja kemialliselle stressille. He kykenevät kestämään määräämättömäksi ajaksi ravintoaineiden puuttuessa. Ne muodostetaan bakteerien sisälle.

Endosporit ovat tiedossa olevia kestävimpiä eläviä rakenteita. Ne voivat selviytyä korkeista lämpötiloista, ultraviolettivaloista, gammasäteilystä, kuivumisesta, osmoosista, kemiallisista aineista ja entsymaattisista hydrolyysistä.

Lähde: Dartmouth Elektronimikroskooppilaitos, Dartmouth College [Public Domain]

Kun ympäristöolosuhteet määrittävät sen, endosporit itävät, mikä johtaa aktiivisiin bakteereihin, jotka ruokkivat ja moninkertaistuvat.

Endosporit ovat eräänlainen itiö. Siellä on sieniä, alkueläimiä, leviä ja kasveja, jotka tuottavat omia tyyppejä. Endospoorista puuttuu lisääntymistoiminta: Jokainen bakteerisolu tuottaa vain yhden. Muissa organismeissa päinvastoin, heillä voi olla lisääntymistoiminta.

[TOC]

Historia

Seitsemännentoista puolivälissä hollantilaisten kankaiden kauppias ja mikrobiologian Antonie van Leeuwenhoekin edeltäjä, käyttämällä itseään suunnittelemia ja laatimaa kekseliäitä mikroskooppeja, jotka tarkkailivat ensimmäisiä eläviä mikro -organismeja, mukaan lukien alkueläimet, levät, Yeasts, sienet ja bakteerit, levyt, fungi ja bakteerit.

Vuonna 1859 Ranskan tiedeakatemia sponsoroi kilpailua, johon ranskalainen kemisti Louis Pasteur osallistui. Tavoitteena oli valaista "spontaanin sukupolven" kokeen kautta, vuosituhannen hypoteesin, jonka ehdotettiin, että elämä voi johtua "elintärkeistä voimista" tai "lähetettävistä aineista", joita aiheessa ei ole eläviä tai hajoavia tai hajoavia.

Pasteur osoitti, että kuten viinin, ilman ja kiinteiden hiukkasten tapauksessa on mikrobien lähde, jotka kasvavat viljelyliemeissä, jotka ovat aiemmin steriloituja lämmöllä. Pian sen jälkeen, vuonna 1877, englantilainen fyysikko John Tyndall vahvisti Pasteurin havainnot antaen lopullisen lungon spontaanille sukupolven hypoteesille.

Tyndall osoitti myös todisteita erittäin lämmön resistenttien bakteerimuotojen olemassaolosta. Itsenäisesti vuosina 1872–1885 saksalainen kasvitieteilijä Ferdinand Cohn, jota pidettiin nykyaikaisen mikrobiologian perustajana, kuvasi yksityiskohtaisesti bakteerien endosporit.

Pitkäikäisyys

Useimmat organisaatiot elävät muuttuvissa ympäristöissä ajassa ja tilassa. Toistuva strategia väliaikaisesti sopimattomien ympäristöolosuhteiden selviytymiseksi kasvaa ja lisääntyä on päästä palautuvan latenssin tilaan, jonka aikana ihmiset turvautuvat suojarakenteisiin ja minimoivat energiankulut.

Siirtyminen aktiivisen ja piilevän tilan välillä on metabolisesti kallis. Tämä sijoitus on suurempi, kun yksilöiden on rakennettava omat suojarakenteensa, koostuvatko ne eksogeenisistä materiaaleista vai biosyntetisoidusta sisällä. Lisäksi yksilöiden on kyettävä reagoimaan siirtymävaiheen aiheuttaviin ympäristöärsykkeisiin.

Latenssi tuottaa nukkuvien yksilöiden säiliön, joka voidaan aktivoida, kun suotuisat olosuhteet ilmestyvät uudelleen. Nämä säiliöt mahdollistavat populaatioiden ja niiden geneettisen monimuotoisuuden säilyttämisen. Endosporeita tuottavien patogeenisten bakteerien suhteen latenssi helpottaa sen siirtoa ja estää sen hallintaa.

Bakteerien endosporit voidaan pitää elinkelpoisena monien vuosien ajan. On väitetty, että vanhoissa substraateissa säilyneet endosporit, kuten ikirouva, vesisedimentit, maanalaiset tai meripihkan suolat, voidaan pitää elinkelpoisina tuhansien ja jopa miljoonien vuosien ajan.

Havainto

Endosporien sijainnin ja muiden ominaisuuksien tarkastelu on erittäin hyödyllistä bakteerilajien tunnistamisessa.

Endospooria voidaan havaita optisella mikroskoopilla. Bakteereissa, jotka on altistettu gramman värjäytymiselle tai metyleenisinisellä, nämä erotetaan värittövinä alueilla bakteerien vegetatiivisessa solussa. Tämä johtuu siitä, että endosporien seinät ovat kestäviä tunkeutumiselle tavallisilla värjäysreagensseilla.

Voi palvella sinua: Gardnerella vaginalis

Endosporeille on kehitetty erityinen väritysmenetelmä, joka tunnetaan nimellä Schaeffer-fultonin differentiaalivärjäys, mikä tekee niistä selvästi näkyviä. Tämä menetelmä mahdollistaa visualisoinnin sekä bakteerien vegetatiivisten solujen että niiden ulkopuolella olevat.

Schaeffer-fulton-menetelmä perustuu vihreän malakiitin kykyyn värjätä endosporien seinä. Tämän aineen levittämisen jälkeen vegetatiivisia soluja käytetään väriin.

Tuloksena on endosporien ja vegetatiivisten solujen differentiaalinen värjäys. Entinen hankki vihreän värin ja toisen vaaleanpunaisen värin.

Rakenne

Vegetatiivisessa solussa tai Sporangiossa endosporit voivat sijaita terminaalissa, maanalaisessa tai keskitetysti. Tässä bakteerimuodossa on neljä kerrosta: luuydin, sukuseinä, aivokuori ja kansi. Joissakin lajeissa on viides ulkoinen kalvokerros, nimeltään Exosporium, joka koostuu lipoproteiinista, joka sisältää hiilihydraatteja.

Medulla tai keskus on endosporan protoplasti. Sisältää kromosomia, ribosomeja ja glykolyyttistä generaatioenergiajärjestelmää. Siinä ei ehkä ole sytokromeja, edes aerobisissa lajeissa.

Itävyysenergia varastoidaan 3-fosfoglyseraatissa (ATP: tä ei ole). Sillä on suuri dipypoliinihapon pitoisuus (5-15% endosporan kuivapainosta).

Itiöiden sukuseinämä ympäröi mittarikalvoa. Se sisältää tyypillistä peptidoglykaania, josta gemoinnin aikana tulee kasvillisen solun soluseinämä.

Cortex on endosporan paksin kerros. Ympäröi sukuseinää. Se sisältää epätyypillisen peptidoglykaanin, vähemmän ristikkäin kuin tyypillinen, mikä tekee siitä erittäin herkän autolyysille sileyden mukaan, välttämätöntä itämiseen.

Kansi koostuu keratiinin kaltaisesta proteiinista, joka sisältää lukuisia molekyylin sisäisiä disulfidisidoksia. Ympäröi aivokuori. Sen päättämättömyys antaa vastustuskyvyn kemiallisille hyökkäyksille.

Fysiologia

Dipikoliinihapolla näyttää olevan rooli latenssin ylläpitämisessä, DNA: n stabiloinnissa ja lämmönkestävyydessä. Pienen proteiinin läsnäolo, joka liukenee tähän happoon, tyydyttää DNA: n ja suojaa sitä lämmöltä, kuivumiselta, ultraviolettivalolta ja kemiallisilta aineilta.

Epätyypillisen peptidoglykaanin synteesi alkaa, kun asymmetrinen väliseinä, joka jakaa vegetatiivisen solun. Tällä tavalla peptidoglikaani. Peptidoglykaani suojaa tätä osmoottiselta epätasapainolta.

Cortex poistaa vettä protoplastilta, mikä tekee siitä lämmön ja säteilyvaurion kestävyyden.

Endosporit sisältävät DNA -korjausentsyymejä, jotka toimivat luuytimen aktivoinnin aikana ja sitä seuraavan itämisen aikana.

Itiö

Prosessia, joka muodostaa endospoorin vegetatiivisesta bakteerisolusta.

Endosporit esiintyvät useammin, kun tietyt kriittiset ravintoaineet ovat vähäisiä. Voi olla myös endosporien tuotantoa, jotka edustavat henkivakuutusta sukupuuttoon, kun ravintoaineet ja muut ympäristöolosuhteet ovat suotuisia.

Itiö koostuu viidestä vaiheesta:

1) syyskuun muodostuminen (luuytimen kalvo, itiöiden sukuseinä). Osa sytoplasmasta (tulevaisuuden luuydin) ja replikoituun kromosomiin on eristetty.

2) itiöiden sukuseinä kehittyy.

3) aivokuori syntetisoidaan.

4) Kansi muodostuu.

5) Vegetatiivinen solu huononee ja kuolee, mikä vapauttaa endospoorin.

Itäminen

Prosessia, jolla endospora muuttuu vegetatiiviseksi soluksi, kutsutaan itävyydeksi. Tämän laukaisee endosporan entsymaattinen rikkoutuminen.

Voi palvella sinua: Lactococcus lactis

Itävyys koostuu kolmesta vaiheesta:

1) aktivointi. Se tapahtuu hankauksen, kemiallisen aineen tai lämpövauriona katon kanssa.

2) itävyys (tai aloittaminen). Se alkaa, jos ympäristöolosuhteet ovat suotuisat. Peptidoglykaani hajoaa, diptykoliinihappo vapautuu ja solu hydratoitu.

3) rikki. Aivokuori huonontaa ja biosynteesi ja solujen jakautuminen uudelleenkäynnistys.

Patologia

Patogeeniset bakteerit endosporit ovat vakava terveysongelma, koska ne ovat vastustuskykyisiä lämmitykseen, jäätymiseen, kuivumiseen ja säteilyyn, jotka tappavat vegetatiiviset solut.

Esimerkiksi jotkut endosporit voivat selviytyä useita tunteja kiehuvassa vedessä (100 ° C). Sitä vastoin vegetatiiviset solut eivät kestä lämpötiloja yli 70 ° C.

Tietyt endosporit -genrejen tuottavat bakteerit Clostridium ja Basilli Ne erittävät voimakkaita proteiinitalia, jotka aiheuttavat botulismia, tetanuksen ja pernaruton.

Tapauksen mukaan hoidot sisältävät mahalaukun pesun, haavanpuhdistuksen, antibiootit tai antitoksiinihoidon. Ennaltaehkäisevää toimenpidettä ovat hygienia, sterilointi ja rokotus.

Botulismi

Johtuu saastumisesta itiöiden kanssa Clostridium botuliini. Sen ilmeisin oire on lihasten halvaus, jota voi seurata kuolema. Sen esiintyvyys on pieni.

Botulismia on kolme tyyppiä. Vauva on hunaja tai muut lisäaineet, saastuneet ilmaa, jotka on lisätty maitoon. Ruoka puolestaan ​​tuotetaan saastuneiden ruokien (kuten purkitettu), raaka tai väärinkäyttö. Lopuksi haavat tuotetaan kosketuksella maan kanssa, joka on luonnollinen elinympäristö C. Botuliini.

Jäykkäkouristus

Se johtuu Clostridium tetani. Sen oireita ovat erittäin tuskalliset lihasten supistukset (kreikassa sana "tetanos" tarkoittaa supistumista) ja niin vahvat, että ne voivat aiheuttaa luun rikkoutumista. Se on usein kohtalokasta. Sen esiintyvyys on pieni.

Tarttuvat itiöt C. tetani tyypillisesti tunkeutuu vartaloon haavan läpi, jossa he itävät. Kasvun aikana, joka edellyttää, että haava ei ole hyvin hapettunut, vegetatiiviset solut tuottavat tetanustoksiinia.

Bakteerit ja sen endosporit ovat yleisiä ympäristössä, mukaan lukien maaperä. Niitä on löydetty ihmisten ja eläinten ulosteesta.

Pernarutto

Se johtuu Bacillus anthracis. Sen oireet vaihtelevat suuresti infektion väliaineen ja paikan mukaan. Se on vakava ja usein tappava sairaus. Sen esiintyvyys on kohtalaisen korkea, tuottaen epidemioita eläimissä ja ihmisissä. 1800 -luvulla pernarutos hävitti Euroopan lampaat.

Kasvissyöjä nisäkkäät ovat heidän luonnollinen isäntä. Ihmiset tarttuvat kosketukseen (yleensä ammatilliseen) eläinten kanssa tai eläintuotteiden manipuloimalla tai nauttimisella.

Pernaruvaa on kolme tyyppiä:

1) ihon. Sisäänkäynti saadaan haavoilla. Iholle muodostuu nekroottisia ja mustanmaisia ​​haavaumia.

2) hengittämällä. Syöttö hengityksen aikana. Tuottaa tulehduksia ja sisäistä verenvuotoa ja johtaa koomaan.

3) Ruoansulatuskanava. Sisäänpääsy. Se tuottaa orafangeaalisia haavaumia, vakavia vatsan verenvuotoja ja ripulia.

Noin 95%: lla tapauksista ihmisen pernarutos on iho. Alle 1%: lla se on maha -suolikanavan tyyppi.

Hallinta

Endosporit voidaan tuhota autoklaavien steriloimalla, jossa 155-125 ° C: n lämpötilojen paineet 7-70 minuutin ajan yhdistetään. Ne voivat myös eliminoida vuorottelevat lämpötilan ja paineen muutokset, niin että itiöiden itävyys seuraa tuloksena olevien vegetatiivisten bakteerien kuolema.

Perraetikkahappo on yksi tehokkaimmista kemiallisista aineista endosporien tuhoamiseksi. Jodi, tinktuurissa (liuenneen alkoholissa) tai jodoforo (yhdistettynä orgaaniseen molekyyliin) on yleensä myös tappava endosporeille.

Voi palvella sinua: fimbrias

Endosporien tuhoaminen kirurgisissa instrumenteissa saavutetaan tehokkaasti ottamalla ne käyttöön astiaan, jonka sisällä plasma indusoidaan (vapaasti vapaita radikaaleja runsaasti), joille tietyille kemiallisille aineille kohdistuu negatiivinen paine ja sähkömagneettinen kenttä.

Endosporien tuhoaminen suurissa esineissä, kuten patjoissa, saavutetaan paljastamalla ne useita tunteja eteenioksidille yhdistettynä ei -tulehduksen kaasuun.

Elintarvikkeiden jalostusteollisuus käyttää klooridioksidia vesiliuoksessa, joka on mahdollisesti saastuneita alueita, jotka ovat saastuneet pernaruton endosporeilla.

Lihatuotteisiin lisätty natriumnitriitti ja juustoon lisätty nisiini -antibiootti, vältä endosporien kasvua tuottavat bakteerit.

Biologiset aseet ja bioterrorismi

Bacillus anthracis Se on helppo kasvattaa. Siksi kahden maailmansodan aikana se sisällytettiin biologisena aseena Saksan, Ison -Britannian, Yhdysvaltojen, Japanin ja Neuvostoliiton Arsenalesissa.

Vuonna 1937 Japanin armeija käytti pernaruttoa biologisena aseena kiinalaisia ​​siviilejä vastaan ​​Manchuriassa. Vuonna 1979 Venäjän Sverdlovsk B -. Antrakka sotilaallinen. Japanissa ja Yhdysvalloissa pernaruttoa on käytetty terroristitarkoituksiin.

Toisaalta yritetään tällä hetkellä käyttää endosporeita terapeuttisten lääkkeiden välineenä ja ennaltaehkäiseviin immunisaatiotarkoituksiin luotuihin antigeeneihin.

Viitteet

1. Barton, L. Lens. Rakenteellinen ja toiminnallinen suhde prokaryooteissa. Springer, New York.
2. Black, J. G. 2008. Mikrobiologia: Periaatteet ja tutkimukset. Hoboken, NJ.
3. Brooks, G. F., Bute, j. S., Carroll, k. C., S, s. -Lla. 2007. Mikrobiologian lääketiede. McGraw-Hill, New York.
4. Cano, R. J -., Borucki, M. K -k -. 1995, bakteerien SPOR: n herättäminen ja tunnistaminen 25–40 miljoonan yare-vuotiaan Dominikaanisen keltaisen alueella. Science 268, 1060-1064.
5. Duc, l. H., Hong, h. -Lla., Fairweather, n., Ricca, E., S, s. M. 2003. Bakteerisporat rokoteajoneuvoina. Infektio ja immuniteetti, 71, 2810-2818.
6. Emmeluth, D. 2010. Botulismi. Infobase Publishing, New York.
7. Guilfoile, P. 2008. Jäykkäkouristus. Infobase Publishing, New York.
8. Johnson, S. S. et al. 2007. Muinaiset bakteerit osoittavat todisteita DNA: n korjauksesta. Yhdysvaltojen kansallisen tiedeakatemian julkaisut, 104, 14401-14405.
9. Kyriacou, D. M., Adamski, a., Khardori, n. 2006. Anthrax: antiikista ja pimeästä bioterrorismin eturintamaan. Pohjois-Amerikan tartuntatautien klinikat, 20, 227-251.
10. Nickle d. C., Lue, g. H., Sade, m. W -., Mulins, j. Yllyttää., Mittler, J. JA. 2002. Curiusly Modern DNA "250 miljoonan vuoden" -bakteerille. Journal of Molecular Evolution, 54, 134-137.
11. Prescott, L. M. 2002. Mikrobiologia. McGraw-Hill, New York.
12. Renberg, minä., Nilsson, M. 1992. Lepotilassa olevat bakteerit järven sedimentissä paleoekologisina indikaattoreina. Journal of Paleolimnology, 7, 127-135.
13. Ricca, E., S. M. Leikkaus. 2003. Bakteerisporojen nousevat sovellukset nanobiotechnologiassa. Journal of Nanobiotechnology, Jnanobiotechnology.com
14. Schmid, G., Kaufmann, a. 2002. Anthrax Euroopassa: sen epidemiologia, kliiniset ominaisuudet ja rooli bioterrorismissa. Kliininen mikrobiologia ja infektio, 8, 479-488.
15. Shoemaker, W. R -., Lennon, J. T. 2018. Evoluutio siemenpankin kanssa: Mikrobien lepotilan populaation geneettinen käsitys. Evoluutiosovellukset, 11, 60-75.
16. Talaro, k. P., Talaro, a. 2002. Mikrobiologian perusteet. McGraw-Hill, New York.
17. Tortora, G. J -., Funke, b. R -., Tapaus, c. Lens. 2010. Mikrobiologia: Johdanto. Benjamin Cummings, San Francisco.
18. Vreeland, R. H., Rosenzweig, W. D -d., Powers, D. W -. 2000. 250 miljoonan vuoden ikäisen halotoleranttibakteerin eristäminen primaarisesta suolakiteestä. Nature 407, 897-900.