Endosporers egenskaper, struktur, träning, funktioner

De endosporer De är former av överlevnad av vissa bakterier, bestående av dehydratiserade och belagda sovceller, som visar extremt motstånd mot fysisk och kemisk stress. De kan hålla på obestämd tid i frånvaro av näringsämnen. De bildas inuti bakterier.

Endosporer är de mest resistenta levande strukturerna som är kända. De kan överleva höga temperaturer, ultraviolett ljus, gammastrålning, uttorkning, osmos, kemiska medel och enzymatisk hydrolys.

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

När miljöförhållandena bestämmer det, spirar endosporer och ger upphov till aktiva bakterier som matar och multiplicerar.

Endosporer är en typ av spore. Det finns svampar, protozoer, alger och växter som producerar sina egna typer. Endosporer saknar reproduktionsfunktion: Varje bakteriecell producerar endast en. I andra organismer kan de tvärtom ha reproduktionsfunktion.

[TOC]

Historia

I mitten av sjuttonde var köpmannen av holländska tyger och föregångare till mikrobiologin Antonie Van Leeuwenhoek, som använde geniala mikroskop designade och utarbetade av sig själv, den första att observera levande mikroorganismer, inklusive protozo, alger, år, svampar och bakterier.

1859 sponsrade Academy of Sciences of France en tävling där den franska kemisten Louis Pasteur deltog. Målet var att belysa ett experiment på den "spontana generationen", en millenaryhypotes som föreslog att livet kan uppstå från "vitala krafter" eller "överförbara ämnen" som finns i ämnet som inte lever eller sönderdelas.

Pasteur visade att, liksom i fallet med vin, luft och fasta partiklar är källan till mikrober som växer i odlingsbuljonger som tidigare steriliserats med värme. Strax efter, 1877 bekräftade den engelska fysikern John Tyndall Pasteurs observationer, vilket gav den slutliga utsläppet till den spontana generationens hypotes.

Tyndall bidrog också bevis på förekomsten av extremt värmeresistenta bakterieformer. Oberoende, mellan 1872 och 1885, beskrivs den tyska botanisten Ferdinand Cohn, grundaren av modern mikrobiologi, i detalj de bakteriella endosporerna.

Livslängd

De flesta organisationer lever i variabla miljöer i tid och rum. En vanlig strategi för att överleva tillfälligt olämpliga miljöförhållanden för att växa och reproducera är att gå in i ett tillstånd av reversibel latens, under vilken individer sätter tillflykt i skyddande strukturer och minimerar sina energiförbrukningar.

Övergången mellan aktiv och latent status är metaboliskt dyr. Denna investering är större när individer måste bygga sina egna skyddsstrukturer, oavsett om de består av exogena material, eller biosyntetiserade inuti. Dessutom måste individer kunna svara på miljöstimuli som orsakar övergången.

Latens genererar en behållare av sovande individer som kan aktiveras när gynnsamma förhållanden dyker upp igen. Dessa reservoarer tillåter bevarande av populationer och deras genetiska mångfald. När det gäller patogena bakterier som producerar endosporer, underlättar latens dess överföring och hindrar dess kontroll.

Bakteriella endosporer kan upprätthållas i många år. Det har påstått att endosporer bevaras i gamla underlag, såsom permafrost, vattenlevande sediment, underjordiska eller bärnstenssalter kan upprätthållas livskraftiga i tusentals och till och med miljoner år.

Observation

Att se positionen och andra egenskaper hos endosporerna är mycket användbart för identifiering av bakteriearter.

Endosporer kan observeras med ett optiskt mikroskop. I bakterier utsatta för färgning av gram eller med metylenblått, kännetecknas dessa som färglösa regioner i den bakteriella vegetativa cellen. Detta beror på att endosporernas väggar är resistenta mot penetrationen av vanliga färgningsreagens.

Kan tjäna dig: Gardnerella vaginalis

En specifik färgmetod för endosporer har utvecklats, känd som differentiell färgning av Schaeffer-sluton, vilket gör dem tydligt synliga. Denna metod gör det möjligt att visualisera både de inom den bakteriella vegetativa cellen och de som är utanför samma.

Schaeffer-Fulton-metoden är baserad på kapaciteten hos den gröna malachiten att färga endosporesväggen. Efter att ha använt detta ämne används vegetativa celler för att färga.

Resultatet är en differentiell färgning av endosporer och vegetativa celler. Den förstnämnda förvärvar en grön färg och den andra rosa färgen.

Strukturera

Inom den vegetativa cellen, eller sporangio, kan endosporerna placeras terminal, underjordisk eller centralt. Denna bakterieform har fyra lager: märg, groddvägg, cortex och täckning. I vissa arter finns det ett femte yttre membranskikt som kallas Exosporium, sammansatt av lipoprotein som innehåller kolhydrater.

Medulla eller centrum är protoplasten i endosporan. Innehåller kromosom, ribosomer och ett glykolytiskt generationens energisystem. Det kanske inte har cytokromer, inte ens i aeroba arter.

Energin för spiring lagras i 3-fosfoglyceratet (det finns ingen ATP). Den har en stor koncentration av dipykolinsyra (5-15% av den torra vikten av endosporan).

Sporeens kärnvägg omger mätarmembranet. Den innehåller typisk peptidoglykan, som under geminationen blir cellväggen i den vegetativa cellen.

Cortex är det tjockaste skiktet i endosporan. Omge den kärnväggen. Den innehåller atypisk peptidoglykan, med mindre tvärbindning än den typiska, vilket gör det mycket känsligt för autolys genom jämnhet, nödvändig för spiring.

Skyddet består av ett protein som liknar keratin som innehåller många intramolekylära disulfidbindningar. Omger cortex. Dess oförmåga ger motstånd mot kemiska attacker.

Fysiologi

Dipikolinsyra verkar ha en roll i upprätthållandet av latens, i stabiliseringen av DNA och i värmebeständighet. Närvaron av små proteinlöslig i detta syra mättar DNA och skyddar det från värme, uttorkning, ultraviolett ljus och kemiska medel.

Syntesen av atypisk peptidoglykan börjar när en asymmetrisk septum som delar den vegetativa cellen. På detta sätt är peptidogikanen. Peptidoglycan skyddar detta från osmotiska obalanser.

Cortex tar bort vatten från protoplasten, vilket gör det mer motståndskraftigt mot värme- och strålningsskador.

Endosporer innehåller DNA -reparationsenzymer, som verkar under märgaktivering och efterföljande spiring.

Sporulering

Processen att bilda en endospore från en vegetativ bakteriecell kallas sporulering eller sporogenes.

Endosporer förekommer oftare när vissa kritiska näringsämnen är knappa. Det kan också finnas endosporesproduktion, som representerar livförsäkring mot utrotning, när näringsämnen och andra miljöförhållanden finns i överflöd är gynnsamma.

Sporulationen består av fem faser:

1) SEPPIBLE FORMATION (märgsmembran, spore Germinal Wall). En del av cytoplasma (framtida märg) och en replikerad kromosom är isolerade.

2) Sporens kärnvägg utvecklas.

3) Cortex syntetiseras.

4) Skyddet bildas.

5) Den vegetativa cellen försämras och dör och släpper därmed endospore.

Groning

Processen genom vilken en endospora omvandlas till en vegetativ cell kallas grodd. Detta utlöses av det enzymatiska brottet av endosporan.

Kan tjäna dig: Lactococcus lactis

Spirningen består av tre faser:

1) aktivering. Det inträffar när nötning, ett kemiskt medel eller värmeskada taket.

2) Spirning (eller initiering). Det börjar om miljöförhållandena är gynnsamma. Peptidoglycan nedbryts, dipycholinsyran frigörs och cellen är hydratiserad.

3) bröt. Cortex bryts ned och biosyntes och celldelningsstart.

Patologi

Patogena bakterier Endosporer är ett allvarligt hälsoproblem på grund av deras resistens mot uppvärmning, frysning, uttorkning och strålning, som dödar vegetativa celler.

Till exempel kan vissa endosporer överleva flera timmar i kokande vatten (100 ° C). Däremot motstår vegetativa celler inte temperaturer över 70 ° C.

Vissa endosporer -producerande bakterier i genrerna Clostridium och Bacill De utsöndrar kraftfulla proteintoxiner som orsakar botulism, stivkramp och miltbrand.

Enligt fallet inkluderar behandlingar gastrisk tvättad, sårrengöring, antibiotika eller antitoxinbehandling. Bland förebyggande åtgärder är hygien, sterilisering och vaccination.

Botulism

Orsakas av föroreningar med sporer av Clostridium botulinum. Det mest uppenbara symptomet är muskelförlamning, som kan följas av döden. Dess förekomst är låg.

Det finns tre typer av botulism. Spädbarn orsakas av honung eller andra tillsatser, luftförorenade, som har lagts till mjölk. För sin del produceras maten genom intag av förorenad mat (som konserverad), rå eller felaktig. Slutligen produceras sår genom kontakt med jorden, vilket är den naturliga livsmiljön för C. Botulinum.

Stelkramp

Det orsakas av Clostridium tetani. Dess symtom inkluderar mycket smärtsamma muskelkontraktioner (på grekiska, ordet "Tetanos" betyder kontrakt) och så starka att de kan orsaka benbrott. Det är ofta dödligt. Dess förekomst är låg.

De smittsamma sporerna av C. tetani penetrera vanligtvis kroppen genom ett sår, där de groddar. Under tillväxt, vilket kräver att såret inte är väl syresatt, producerar vegetativa celler stelkramptoxin.

Bakterierna och dess endosporer är vanliga i miljön, inklusive jorden. De har hittats i avföringen hos människor och djur.

Mjältbrand

Det orsakas av Bacillus anthracis. Dess symtom varierar mycket beroende på infektionsmediet och platsen. Det är en allvarlig och ofta dödlig sjukdom. Incidensen är måttligt hög och producerar epidemier i djur och människor. På 1700 -talet decimerade miltbrandet Europas får.

Herbivorous däggdjur är deras naturliga värd. Människor är smittade med kontakt (vanligtvis yrkesmässiga) med djur eller genom manipulation eller intag av animaliska produkter.

Det finns tre typer av miltbrand:

1). Ingången produceras av sår. Nekrotiska och svarta sår bildas på huden.

2) genom inandning. Ingång under andningen. Producerar inflammation och inre blödningar och leder till koma.

3) gastrointestinal. Inträde genom intag. Det producerar orofaryngeal sår, allvarliga bukblödningar och diarré.

I cirka 95% av fallen är den mänskliga miltbrödet kutan. På mindre än 1% är det gastrointestinal typ.

Kontrollera

Endosporer kan förstöras genom autoklaver sterilisering, där tryck på 15 psi och temperaturer på 115-125 ° C under 7-70 minuter kombineras. De kan också eliminera växlande temperatur- och tryckförändringar, så att det finns spiring av sporer följt av döden av de resulterande vegetativa bakterierna.

Perracetic Acid är en av de mest effektiva kemiska medlen för att förstöra endosporer. Joden, i tinktur (upplöst i alkohol) eller jodo (kombinerad med en organisk molekyl) är också vanligtvis dödlig för endosporer.

Kan tjäna dig: fimbrias

Förstörelsen av endosporer i kirurgiska instrument uppnås effektivt genom att introducera dem i en behållare inom vilken en plasma induceras (fri gas rik på fria radikaler), för vilka vissa kemiska medel utsätts för negativt tryck och ett elektromagnetfält.

Förstörelsen av endosporer i stora föremål, såsom madrasser, uppnås genom att utsätta dem i flera timmar för etenoxid i kombination med en icke -flammbar gas.

Livsmedelsförädlingsindustrin använder klordioxid i vattenlösning för att fumigera områden som potentiellt är förorenade med miltbrands endosporer.

Natriumnitrit tillsatt till köttprodukter, och nisin antibiotikum tillsätts till ost, undvik tillväxten av endosporer -producerande bakterier.

Biologiska vapen och bioterrorism

Bacillus anthracis Det är lätt att växa. Under de två världskrigen ingick därför som ett biologiskt vapen i Arsenales i Tyskland, Storbritannien, USA, Japan och Sovjetunionen.

1937 använde den japanska armén miltbrand som ett biologiskt vapen mot kinesiska civila i Manchuria. 1979, i Sverdlovsk, Ryssland, dog minst 64 personer på grund av oavsiktlig inandning av sporer av en stam av B. Anthracis av militär ursprung. I Japan och USA har Anthrax använts för terroriständamål.

Å andra sidan försöker för närvarande använda endosporer som ett fordon för terapeutiska läkemedel och för antigener skapade för förebyggande immuniseringsändamål.

Referenser

1. Barton, L. L. Strukturell och funktionell relation i prokaryoter. Springer, New York.
2. Black, J. G. 2008. Mikrobiologi: Principer och utforskningar. Hoboken, nj.
3. Brooks, G. F., Bute, J. S., Carroll, K. C., Morse, s. TILL. 2007. Mikrobiologi medicinsk. McGraw-Hill, New York.
4. Cano, R. J., Borucki, m. K. 1995, väckelse och identifiering av bakteriell spor i 25- till 40 miljoner år gammal Dominikansk bärnsten. Science 268, 1060-1064.
5. Duc, l. H., Hong, h. TILL., Fairweather, n., Ricca, E., Skärning, s. M. 2003. Bakteriella sporor som vaccinfordon. Infektion och immunitet, 71, 2810-2818.
6. Emmeluth, D. 2010. Botulism. Infobase Publishing, New York.
7. Guilfoile, s. 2008. Stelkramp. Infobase Publishing, New York.
8. Johnson, s. S. et al. 2007. Forntida bakterier visar bevis på DNA -reparation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 104, 14401-14405.
9. Kyriacou, D. M., Adamski, a., Khardori, n. 2006. Anthrax: från antikvitet och mörk till en främre löpare i bioterrorism. Infektionssjukdomskliniker i Nordamerika, 20, 227-251.
10. Nickel d. C., Läs, g. H., Regn, m. W., Mulins, j. Yo., Mittler, J. OCH. 2002. Curiusly Modern DNA för ett "250 miljoner-årigt" bakterie. Journal of Molecular Evolution, 54, 134-137.
11. Prescott, L. M. 2002. Mikrobiologi. McGraw-Hill, New York.
12. Renberg, jag., Nilsson, m. 1992. Vilande bakterier i sjönsediment som paleoekologiska indikatorer. Journal of Paleolimnology, 7, 127-135.
13. Ricca, E., S. M. Skärande. 2003. Emerging Applications of Bacterial Sporas in Nanobiotechnology. Journal of Nanobiotechnology, Jnanobiotechnology.com
14. Schmid, g., Kaufmann, a. 2002. Anthrax i Europa: dess epidemiologi, kliniska egenskaper och roll i bioterrorism. Klinisk mikrobiologi och infektion, 8, 479-488.
15. Skomakare, w. R., Lennon, J. T. 2018. Evolution med en fröbank: befolkningens genetiska föreställningar av mikrobiell vila. Evolutionära applikationer, 11, 60-75.
16. Talaro, K. P., Talaro, a. 2002. Fundament i mikrobiologi. McGraw-Hill, New York.
17. Tortora, g. J., Funke, b. R., Fall, c. L. 2010. Mikrobiologi: en introduktion. Benjamin Cummings, San Francisco.
18. Vreeland, r. H., Rosenzweig, W. D., Powers, D. W. 2000. Isolering av 250 miljoner år gammal halotolerant bakterie från en primär saltkristall. Nature 407, 897-900.