Спорите и спороношението в живота на бактериите

В процеса на еволюция бактериите са се приспособили да оцеляват при най -неблагоприятните условия на околната среда и са запазили наследствена информация чрез образуването на спори. Вътре в клетката се образуват бактериални спори. Целият процес на покълване (спорулация) продължава 18 - 20 часа. По време на този процес в бактериалната клетка се променят редица биохимични процеси. Бактериите могат да бъдат в спорообразно състояние дълго време - стотици години. При благоприятни условия на околната среда спорите покълват. Процесът на покълване отнема 4-5 часа.

Образуването на спори възниква, когато:

• хранителният субстрат е изчерпан,
• липса на въглерод и азот,
• калиеви и манганови йони се натрупват във вътрешната среда на клетката,
• нивото на киселинност на околната среда се променя и др.

Ориз. 1. На снимката на спора вътре в бактериална клетка (снимка, направена под светлината на електронен микроскоп - ЕМ).

Какви бактерии са способни да спорулират

Спорообразуващите пръчковидни бактерии се наричат ​​бацили. Те принадлежат към семейство Bacillaceae и са представени от рода Clostridium Clostricdium, рода Bacillus и рода Desulfotomaculum. Всички те са грам -положителни анаеробни бактерии.

Род клостридийима повече от 93 вида бактерии. Всички те образуват спори. Патогенните бактерии от рода Clostridium причиняват газова гангрена, белодробна гангрена, причиняват усложнения след аборт и раждане, тежки токсични инфекции, включително ботулизъм. Спорите на този вид бактерии надвишават диаметъра на вегетативната клетка.

Род бацилима повече от 217 вида бактерии. Патогенните бактерии от рода Bacillus причиняват редица заболявания при хората и животните, включително болести, пренасяни от храната, и антракс. Спорите на бактериите от този вид не надвишават диаметъра на вегетативната клетка.

Ориз. 2. Снимката показва бактерии от рода Clostridium. Вляво - Clostridium perfingens. Те са причинители на хранително отравяне и газова гангрена. Вдясно - Clostridium botulinum. Бактериите причиняват тежко хранително заболяване, наречено ботулизъм.

Ориз. 3. На снимката причинителят на антракс. Bacillus anthracis, род Bacillus - едър, неподвижен, с отсечени краища (вляво) и бактерия в спорообразно състояние (вдясно).

Образуване на спори при бактерии

Подготвителен етап

Преди образуването на самата спора във вегетативната бактериална клетка скоростта на метаболизма намалява, репликацията на ДНК спира, един от нуклеотидите се локализира в спорогенната зона и започва да се синтезира дипиколинова киселина.

Образуване на спорогенна зона

Образуването на спорогенната зона започва с удебеляването на цитоплазмената област, в която се намира нуклеотидът ( проспор). Изолирането на спорогенната зона става с помощта на цитоплазмената мембрана, която започва да прораства в клетката.

Спорове за формиране и противоречия

Между вътрешния и външния слой на мембраната се образува кора. Един от неговите компоненти е дипиколиновата киселина, която определя термичната стабилност на спората.

Страната на мембраната, обърната навън, е покрита с мембрана (екзоспора). Състои се от протеини, липиди и други съединения, които не се намират във вегетативната клетка. Черупката е дебела и хлабава. Той е хидрофобен.

Съзряване на спори

През периода на узряване на спора завършва формирането на всички негови структури. Спората придобива термична стабилност. Приема определена форма и заема специално място в клетката. След пълното узряване на спората настъпва автолиза на клетката.

Ориз. 4. Снимката показва образуваната спора, по периферията на която има остатъци от цитоплазмата.

Ориз. 5. Снимката вляво показва новообразувана спора (А), по периферията на която има остатъци от цитоплазмата. Освен това цитоплазмата умира. На снимката вдясно (В) спората, пречистена в лабораторни условия.

Ориз. 6. На снимката по -горе, етапът на спорообразуване - от образуването на спорогенната зона до пълното образуване и лизис на клетъчни остатъци. На снимката по-долу има спора с подобни на панделка израстъци. O е външната му обвивка, K е кората, C е вътрешната част.

Кортекс

Кортексът предпазва спората от ензими, които се произвеждат в големи количества от клетката в последния етап на спорообразуване. Тяхната цел е да унищожат напълно вегетативната клетка на майката. При липса на кора, бактериалните спори се лизират. Кортексът съдържа диаминопимелова киселина, която осигурява термична стабилност

Вътрешната страна на кората е в съседство с вътрешната страна на цитоплазмената мембрана. През периода на поникване на спорите кората се трансформира в клетъчната стена на вегетативната клетка.

Спорова обвивка (екзоспорий)

Страната на цитоплазмената мембрана, обърната навън, е покрита с мембрана (екзоспора) по време на спорообразуването. Състои се от протеини, липиди и други съединения, които не се намират във вегетативната клетка. Черупката е дебела и хлабава. Той представлява около 50% от обема на самия спор. Той е хидрофобен. Външната стена на спората е устойчива на ензими. Той предпазва спорите от преждевременно поникване.

Ориз. 7. На снимката на спора с израстъци. Ядрото му е почиваща вегетативна клетка.

Нараствания по спорове

В някои спорове израстъци се образуват в процеса на спороношение. Те са разнообразни и специфични. Тази черта за всяка бактерия е наследствено фиксирана и постоянна. Споровите израстъци се състоят предимно от протеин. Аминокиселините на протеина са подобни на тези на кератин и колаген. Функцията на израстъци по спорове все още не е изяснена окончателно.

Ориз. 8. Видове израстъци по спори: жгутици, тръби, четковидни пръчки, широки панделки, тръни, щифтове, под формата на еленови рога.

Ориз. 9. На снимката има спори на бактерии от рода Clostridium. Израстъци под формата на тръби (1 и 5), израстъци под формата на жгутици (2), лентовидни израстъци (3), перисти израстъци (4), спори, на чиято повърхност има тръни (6).

Характеризиране на бактериални спори

В клетка, която е в спорообразно състояние, се отбелязва:

• пълно потискане на генома,
• почти пълна липса на метаболизъм,
• намаляване на количеството вода в цитоплазмата с 50% (значителна загуба на вода от клетката води до нейната смърт),
• повишено количество калциеви и магнезиеви катиони в цитоплазмата,
• появата на дипиколинова киселина и кората, които са отговорни за термичната стабилност,
• увеличаване на количеството цистеинов протеин и хидрофобни аминокиселини,
• остава жизнеспособна в продължение на стотици години.

Настойчивост на спора

В процеса на спороношение спората се покрива с мембрани - външната обвивка и кората. Те защитават спора от неблагоприятни условия на околната среда.

Кортекссъдържа диаминопимелова киселина, която е отговорна за термичната стабилност. Външна обвивказащитава спора от преждевременно поникване и негативни фактори на околната среда.

В състояние, подобно на спори, бактерията е устойчива на повишени температури на околната среда и изсушаване. Той е в състояние да оцелее в разтвори с високо съдържание на сол, да издържа на продължително кипене и замръзване, радиация и вакуум, ултравиолетова радиация. Спората е устойчива на различни токсични вещества и дезинфектанти.

Стабилността на спорите на патогенни бактерии във външната среда допринася за устойчивостта на инфекцията и развитието на тежки инфекциозни заболявания.

Вид, форма и местоположение на спорите в бактериите

Спорите на бактериите са с овална и сферична форма. Те могат да бъдат разположени в краищата на клетката (причинители на тетанус), по -близо до центъра (причинители на ботулизъм и газова гангрена), или в централната част на клетката (бацил на антракс). По -рядко бактериалните спори са разположени странично.

Ориз. 10. Снимката показва крайните ендоспори на C. difficile и Clostridium tetani.

Ориз. 11. Снимката показва централно разположените спори на бактерията Bacillus cereus.

Ориз. 12. Снимката показва крайното местоположение на спората в бактерията Bacillus subtilis.

Капачки върху спори

Върху спорите от рода Clostridium и bacillus се образуват капачки в процеса на спорообразуване. Те имат конична или полумесечна форма и клетъчна структура. Клетките приличат на торбички, изпълнени с газообразно вещество. Те са оформени като пръчки или овали. Клетките помагат на спората да остане плаваща във водата. Дори при центрофугиране спорите с капачки не могат да се утаяват. Спорните шапки се образуват в почвени бактерии на хидроморфни почви, които се образуват в условия на застояли повърхностни води или в присъствието на подземни води.

Ориз. 13. На снимката капачките на спорите са с конусовидна форма (вляво) и сърповидно (вдясно).

Ориз. 14. Снимката показва структурата на бактериалната капачка на спорите. Отделни газови клетки (вакуоли, торбички) са овални.

Параспорови телца

Бактерии като B.anthracis (причинителят на антракс) и B.cereus (причинителят на токсични инфекции) образуват параспорни тела по време на образуването. При B.anthracis тези образувания са закръглени, разположени по повърхността на спорите или изолирани. Bacillus thuringiensis има параспорни тела под формата на бипирамидни протеинови кристали. Кристалите са токсични за гъсеници, насекоми и ларви на нематоди, мушици и комари. Генът ендотоксин се използва за биологична сигурност на растенията.

Ориз. 15. Снимката показва параспорни бипирамидални кристали на почвената бактерия Bacillus thuringiensis morrisoni.

Поникване на спори

Веднъж в благоприятни условия, спората започва да расте във вегетативна клетка. Процесът на покълване отнема 4-5 часа.

Процес на активиране

Затоплянето, глюкозата, аминокиселините, йони на определени вещества и механичните повреди на стената на спорите насърчават покълването.

Процес на иницииране

Процесът на иницииране започва с дерепресия на генома. Активират се дихателните процеси и ензимните системи. Дипиколиновата киселина и калциевите йони се отстраняват от клетката и кората се разрушава. При спор количеството вода се увеличава. Всички тези промени водят до загуба на свойствата на спорите като термична стабилност, устойчивост на радиация и химикали. Отличителна черта на този процес е намаляването на количеството пречупване на светлината от спора.

Действителният процес на покълване

От спората започва да расте зародишна тръба, която разрушава черупката й. Образува се клетъчната мембрана. Процесите на покълване се регулират от редица специални вещества - кълнове. След края на поникването на спорите, клетката започва да се дели.

Ориз. 16. Снимката показва бактериална клетка, която започва да се дели след поникването на спорите.

Прочетете повече за бактериите в статиите:

Образуването на спори служи за запазване на вида бактерии. Спорите на бактериите са необичайно стабилни във външната среда, което беше причината за разгръщането на интензивни изследвания от учените на този процес в много страни по света.