В природе существуют бактерии, обладающие уникальным свойством образовывать споры. Как происходит этот процесс, читатель узнает, прочитав статью.
Споровые бактерии более устойчивы к замораживанию, высушиванию, длительному или кратковременному кипячению, воздействию химических веществ. Существуют вегетативные формы образования бактерий и спорообразование. Примеры последних: возбудители таких заболеваний, как сибирская язва, ботулизм, столбняк и некоторые виды сапрофитных обитателей почвы, которых можно обнаружить в навозе.
Когда оболочка споры попадает в благоприятную для нее среду, она начинает набухать. Этот процесс происходит до тех пор, пока оболочка полностью ни разрушится. В то время, когда ткань оболочки разрывается, через этот крупный порыв молодая клетка и попадает во внешнюю среду.
Таким способом спора прорастает в аэробных бактериях. Анаэробные бактерии при спорообразовании не теряют внешнюю клеточную оболочку. С внешней средой спора не соприкасается, ее контакт происходит с клеточной оболочкой. Когда возникают благоприятные условия, питательные вещества внутрь клетки попадают через чехол. Спора начинает прорастать.
Спорообразование у бактерий нежелательно при переработке и хранении отдельных продуктов. Если этот процесс происходит, бороться с микроорганизмами будет трудно. Для уничтожения спор в консервах, например, продукт нужно стерилизовать, что намного снизит его качество. Чтобы надолго сохранить молоко, его стерилизуют, а это приводит к потере первоначальных свойств и витамина А. К сведению: температура нагревания при стерилизации - 120 градусов.
При пастеризации, чтобы максимально сохранить питательные вещества, молоко нагревают всего до 80-90 градусов. Это сказывается на сроке хранения: молоко быстро портится, так как при пастеризации споры не умирают, а наоборот, при они прорастают и начинают быстро размножаться, из-за чего и портится продукт.
100 р бонус за первый заказ
Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line
Узнать цену
Споры (эндоспоры) бактерий - особый тип покоящихся репродуктивных клеток, характеризующихся резко сниженным уровнем метаболизма и высокой резистентностью.
Бактериальная спора формируется внутри материнской клетки и называется эндоспорой. Внутри бактериальной клетки образуется только одна спора.
Основная функция спор - сохранение бактерий в неблагоприятных условиях внешней среды. Переход бактерий к спорообразованию наблюдается при истощении питательного субстрата, недостатке углерода, азота, фосфора, накоплении в среде катионов калия и марганца, изменении рН, повышении содержания кислорода и т. д.
От вегетативных клеток споры отличаются репрессией генома, почти полным отсутствием обмена веществ (анабиозом), малым количеством свободной воды в цитоплазме, повышением в ней концентрации катионов кальция и появлением дипиколиновой (пиридин-2,6-дикарбоновой) кислоты в виде Са-хелата, с которыми связывают пребывание спор в состоянии покоя и их термоустойчивость.
Основными стадиями спорообразования являются:
1. Подготовительная стадия. Процессу предшествует перестройка генетического аппарата клетки: ядерная ДНК вытягивается в виде нити и концентрируется у одного из полюсов клетки либо в центре в зависимости от вида бактерий. Эта часть клетки называется спорогенной зоной.
2. Образование проспоры. В спорогенной зоне происходит обезвоживание и уплотнение цитоплазмы и обособление этой зоны с помощью перегородки, образующейся из цитоплазматической мембраны.
Проспора – структура, располагающаяся внутри клетки и отделенная от нее двумя мембранами.
3. Формирование оболочек споры. Между мембранами формируется кортикальный слой (кортекс), сходный по составу с клеточной стенкой вегетативной клетки. Помимо пептидогликана – муреина, в кортексе содержится кальциевая сольдипиколиновой кислоты, которая синтезируется клеткой в процессе спорообразования. Затем сверху мембраны синтезируется оболочка споры, состоящая из нескольких слоев. Число и строение слоев различны у разных видов бактерий. Оболочка малопроницаема для воды и растворенных веществ и обеспечивает большую устойчивость спор к внешним воздействиям
Заканчивается образование всех структур споры, она становится термоустойчивой, приобретает характерную форму и занимает определенное положение в клетке.
4. Выход споры из клетки. После созревания споры разрушается оболочка, и спора выходит наружу.
Процесс спорообразования длится несколько часов.
Таким образом, спора – это обезвоженная клетка, покрытая многослойной оболочкой, в состав которой входит кальциевая соль дипиколиновой кислоты. Споры бактерий устойчивы к действию высоких температур, химических соединений, в том числе органических растворителей и поверхностно-активных веществ; могут длительное время (десятки, сотни лет) существовать в покоящемся состоянии.
Попадая в благоприятные условия, спора прорастает. Процесс превращения споры в растущую (вегетативную) клетку начинается с поглощения воды и набухания. При этом происходят глубокие физиологические изменения: усиливается дыхание и активизируются ферменты. В этот же период спора теряет свою термоустойчивость. Затем внешняя оболочка ее разрывается, и из образовавшейся структуры формируется вегетативная клетка. На месте разрыва оболочки споры возникает ростовая трубка и формируется вегетативная клетка. Прорастание спор длится около 4-5 ч.
Способностью к образованию спор обладают преимущественно палочковидные грамположительные бактерии родов Bacillus и Clostridium, из шаровидных бактерий лишь единичные виды, например Sporosarcina ureae. Баектерии, образующие споры, называются бациллами.
Наиболее известными видами бацилл являются: Bacillus anthracis - возбудитель сибирской язвы и Bacillus subtilis, называемая также сенной палочкой.
К роду клостридии относится более 100 видов, в частности: C. acetobutylicum, C. aerotolerans, C. beijerinckii, C. bifermentans, C. botulinum (см. на рисунке справа), C. butyricum, C. cadaveris, C. chauvoei, C. clostridioforme, C. colicanis, C. difficile, C. fallax, C. formicaceticum, C. histolyticum, C. innocuum, C. ljungdahlii, C. laramie, C. lavalense, C. novyi, C. oedematiens, C. paraputrificum, C. perfringens, C. phytofermentans, C. piliforme, C. ramosum, C. scatologenes, C. septicum, C. sordellii, C. sporogenes, C. tertium, C. tetani, C. tyrobutyricum.
Образование организмами клеток – спор в плотной оболочке – явление, которое встречается в живой природе не очень часто. На самом деле – единожды, и только у бактерий. Хоть и есть еще один природный процесс формирования спор, но, несмотря на схожесть биологических наименований, это два совершенно разных вида живых образований. Один вид формируют спорообразующие бактерии, другой – растения и грибы.
Спорообразование у бактерий – механизм, который обеспечивает выживаемость бактериального организма в неблагоприятных условиях. В таком виде механизм образования спор существует исключительно у представителей прокариотов. Споры, которые образуют растения и грибы, служат только для размножения этих организмов.
Бактериальные споры образуются внутри прокариотической клетки. Благодаря устойчивой к различным внешним влияниям (химическим, тепловым, световым и.т.д.) прочной оболочке они сохраняют наследственную информацию, содержащуюся в кольцевой ДНК до момента прекращения действия неблагоприятных условий.
До тех пор, пока клетка находится в состоянии споры, метаболизм в ней практически сводится к нулю. Она не ест, не дышит и даже не синтезирует ДНК. Именно такое состояние анабиоза позволяет клетке пережить отсутствие возможности поддерживать жизненные процессы.
Далеко не все микроорганизмы способны образовывать споры. В литературе иногда спорообразующие бактерии называют спорангиями, хотя спорангии – это только одно из состояний процесса спорообразования.
Известно три вида прокариотных спор:
Внешне спора в десять раз меньше той бактериальной клетки, которая её образовала. Практически весь объем споры занимает толстая стенка. Уничтожить спору можно, только воздействуя на неё открытым огнём или специально подобранным антибиотиком.
Жизнеспособность спор может сохраняться около тысячи лет. Оказавшись в благоприятных условиях, спора преобразуется в молодой бактериальный организм, который быстро растет, развивается и размножается.
Практически все известные анаэробные и аэробные спорообразующие бактерии являются гетеротрофами и живут за счет потребления готовой органики. Причем не за счет живой органики, а за счет продуктов жизнедеятельности других живых организмов (сапрофитность).
В основном образовывают споры облигатные и факультативные анаэробы, а также аэробы. Основные из них являются представителями таких родов:
Из них только Бациллюс – факультативные анаэробные и аэробные спорообразующие бактерии. Клостридии и Десульфотомакулумы являются спорообразующими анаэробными бактериями.
Определение аэробности и анаэробности микроорганизмов заключается в идентификации процесса бактериального дыхания: чем дышит бактерия. Живой организм нуждается в дыхании для поддержания внутреннего метаболизма. Аэробы используют в качестве окислителей молекулярный кислород, анаэробы окисляют высокомолекулярные соединения путем задействования остатка фосфорной кислоты.
Спорообразующие бактерии всех трех родов относятся к классу эубактерий (истинные бактерии). Эубактерии образовывают эндоспоры. Экзоспоры образовывают актиномицеты (активные производители почвенного гумуса). Миксоспоры – одно из возможных состояний миксобактерий (колонии, производящие экзоферменты).
Практически все актиномицеты и миксобактерии – аэробы.
Анаэробные и аэробные спорообразующие бактерии образуют споры по практически идентичным механизмам. Один из самых распространенных процессов спорообразования схематично выглядит так:
При попадании в благоприятную среду, которая богата питательными веществами и в которой есть возможность поддерживать внутриклеточный метаболизм, прочная оболочка споры начинает в буквальном смысле набухать. Набухание происходит до полнейшего разрушения оболочки. В тот момент, когда в ткани образуется довольно крупный порыв, через него во внешнюю среду выходит молодая клетка.
Такой способ прорастания спор характерен для таких прокариотов, как аэробные спорообразующие бактерии. Освобождение от спор у некоторых анаэробных бактерий происходит по-другому.
Так, некоторые виды анаэробных бактерий, которые образуют спорангии, не освобождаются от внешней клеточной оболочки. Спора соприкасается не с внешней средой, а с оболочкой клетки (чехлом). При возникновении благоприятных условий для жизни бактериальной клетки чехол начинает пропускать внутрь клетки питательные вещества, и спора прорастает внутри уже существующего клеточного чехла.
Спорообразующие аэробные виды бактерии бациллы – род, который насчитывает около 200 видов бактерий. Все они грамположительные и имеют форму палочек.
В отличие от неспорообразующих, спорообразующие бактерии имеют более крупные размеры. Некоторые из них даже можно увидеть невооруженным глазом.
Среди спорообразующих бактерий бацилл есть патогенные для человека виды. Так, сибирскую язву вызывает бацилла антрацис (возбудитель сибирской язвы). В человеческий организм болезнетворный возбудитель попадает через повреждения на коже. Зараженные ткани подвергаются токсическому воздействию продуктов жизнедеятельности антрацис и отмирают.
Ввиду возможности образования спор при попадании в неблагоприятные условия, возбудителя сибирской язвы невозможно истребить, оказывая на него тепловое, световое или химическое воздействие. Данное обстоятельство усложняет профилактику сибирской язвы, поскольку предупредительные меры ограничиваются только вакцинацией.
Примеры распространения бацилл в почве:
Спорообразующие бактерии клостридии являются грамположительными анаэробами, которые не могут выжить в кислородной среде. Иначе они называются облигатными.
Клостридии имеют вид загнутой палочки и довольно крупные размеры. Они живут в основном в организмах живых существ, могут быть подвижными (со жгутиками) или неподвижными (без жгутиков).
Клостридии, которые обладают патогенными свойствами и могут погубить другие живые организмы, чаще всего имеют надстройку-капсулу. То есть сама клетка не соприкасается с внешней средой, а находится в капсуле. Цитоплазма этого вида анаэробов по своему составу не отличается от цитоплазмы спорообразующих аэробных бактерий, разница только в метаболических процессах.
Некоторые виды Клостридий вырабатывают токсичные яды, в том числе и ботулотоксин – один из самых сильных органических ядов. Патогенные виды клостридий – это возбудители столбняка, гангрены, ботулизма и т.д.
Род бактерий десульфотомакулум, в отличие от других грамположительных прокариотов, является грамотрицательным. Это облигатный подвижный анаэроб имеет палочковидную форму (изогнутую и прямую). Споры десульфотмакулумов имеют овоидную (яйцевидную) форму и могут располагаться как на полюсах клетки, так и в её центре.
Спорообразование начинается когда клетка испытывает недостаток питат вещ-в или в среде накопилось большое кол-во продуктов обмена. Тогда клетка выделяет до 40% воды, цитоплазма уплотняется. В центре образуется дипикколиновая кислота. У молодых клеток этой кислоты нет. Эта кислота взаимод с ионами кальция и образует комплекс дипиколинат кальция, который обеспечивает споре состояние покоя и термоустойчивость. Образ-ся проспора. пространство между обол материнской мембраны и проспорой заполнено пептидогликаном, из которого формируется стенка споры. После созревания споры клетка разруш-ся и спора выходит наружу, она переносит все неблагопр.усл. спора имеет тройную обол. Попадая в благопр. усл, спора поглощает воду, набухает, дипиколинат кальция выходит наружу. Наруж обол лопается, во внеш среду выходит трубка – проросток. Она дает начало новой клетке.из 1 споры выходит 1 клетка. Существуют клетки устойчивые к неблагопр усл, но спор не образуют. Это покоящиеся клетки – цисты. Споры у бактерий служат только для сохранения и выживания организма в неблагоприятных условиях (тогда как у грибов, например, споры служат еще и для размножения).
Размножение микроорг-в осущ-ся на питат средах. Посев культуры микробов на такие среды проводят микробной петлей и пастеровскими пипетками.
Различают два основных способа культивирования микроорганизмов – периодическое и непрерывное. При периодическом культивировании клетки помещают в закрытый сосуд определенного объема, содержащий питательную среду, и задают начальные условия. Постепенно увеличивается плотность популяции, снижается концентрация питательных веществ и накапливаются продукты обмена, т.е. условия существования микроорганизмов изменяются. Непрерывное (проточное) культивирование позволяет зафиксировать культуру в какой-то определенной фазе (обычно экспоненциальной). При этом состав среды и условия роста остаются постоянными. Этого добиваются постоянным прибавлением новой питательной среды в сосуд для выращивания и одновременным
удалением такого же количества среды с клетками.
Посев проводят в пробирках на мпб и мпа, а также смесь культур на мпа в чашках Петри.
1 в чашки Петри вносят питат среду, для этого мпа расплавляют на водяной бане. Содержимое пробирок выливают над пламенем горелки и вращат движениями распределяют на поверхности дна чашки. Чашку переворачивают дном вверх и ставят в термостат.
СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АНАЭРОБНЫХ БАКТЕРИЙ.
Анаэробы растут без свободного кислорода, т.к. образующийся пероксид водорода окисляет цитоплазму и вызывает гибель микробной клетки. Создание условий с пониженным сод-ем кислорода в возд достиг-ся разными методами.
Физич метод - анаэробиоз создается путем мех-го удаления воздуха, что достигается вакуум-масляным насосом. Химический метод основан на поглощении кислорода хим-ми вещ-ми. Био метод – аэробов и анаэробов выращивают вместе. Для этого плотную питат среду мпа в чашке петри делят на 2 части. На одну из них высевают аэробов, на др – анаэробов. После заливки краев чашки парафином ее ставят в термостат. Комбинированный метод. Анаэробиоз создается путем сочетания неск методов. На принципе этого метода основано исп-ие среды Кита-Тароцци – на дно пробирки помещают кусочки отварной печени, а сверху заливают маслом.
Существуют некоторые виды бактерий, которые производят тела круглой или овальной формы, отличающиеся сильным светопреломлением. Эти образования носят название эндоспор. Спорообразование является одной из стадий цикла развития определенных микроорганизмов в ответ на неблагоприятное воздействие внешней среды, выработанное в процессе эволюции в борьбе за сохранение вида. Недостаток питательных веществ вызывает у некоторых микроорганизмов различные реакции, обеспечивающие подготовку клетки к длительному периоду, в течение которого питательные вещества недоступны. Переход к спорообразованию наблюдается при истощении питательного субстрата, при недостатке углерода, азота или фосфора, изменении рН среды и т.д. Спорообразование присуще, в основном, палочковидным микроорганизмам (бациллы и клостридии, и сравнительно редко наблюдается у кокков (Sarcina urea, Sarcina lutea) и извитых форм (Desulfovibrio desulfuricans).
Спорообразование происходит во внешней среде, на питательных средах и не наблюдается в тканях человека и животных. Пpoцесс спорообразования разделяется на семь последовательных стадий, характеризующихся различными цитологическими изменениями (рис. 12).
Подготовительные стадии (стадии 0 и I). На этих стадиях в клетке еще нет морфологически видимых изменений, но уменьшается количество воды и уплотняется цитоплазма.
Стадия проспоры (стадия II) является первой стадией спо-руляции, распознаваемой морфологически. Она характеризуется появлением проспоровой перегородки, которая делит клетку на маленькую проспору и большую материнскую клетку. Это ключевой этап споруляции.
В течение стадии поглощения проспоры (стадия III) происходит пространственное обособление маленькой проспоры, которая переходит в цитоплазму материнской клетки. Снаружи проспоры образуется двойная мембранная структура.
Стадия предспоры характеризуется образованием кортекса (плотной споровой оболочки) внутри мембранной структуры проспоры (стадия IV) и конденсацией на его поверхности белков (стадия V).
На стадии созревания (стадия VI) споровая оболочка получает дальнейшее развитие и становится устойчивой к химическим агентам и нагреванию. Сформировавшаяся спора занимает примерно 1/10 часть материнской клетки.
Итоговой стадией является освобождение зрелой споры от материнской клетки (стадия VII). Процесс образования споры протекает в течение 18-20 часов.
Вследствие наличия плотной многослойной оболочки, имеющей пластинчатое строение, минимального количества воды и высокого содержания кальция, липидов и дипиколиновой кислоты, споры обладают большой устойчивостью к действию факторов окружающей среды и дезинфицирующих средств. Они выдерживают относительно высокие и низкие температуры, длительное высушивание, действие радиации, токсичных веществ и т.д. Они могут десятилетиями сохраняться в неблагоприятных условиях.
Попадая в благоприятные условия, споры прорастают и вновь превращаются в вегетативные формы. Процесс прорастания спор начинается с поглощения воды. Они набухают, увеличиваются в размерах. Из оболочки на полюсе, в центре или между полюсом и центром появляется отросток, из которого вытягивается палочка. Процесс прорастания спор идет значительно быстрее и занимает 4 - 5 часов.
По характеру локализации в теле микроорганизмов споры располагаются:
1. Центрально (палочка сибирской язвы, aнтракоидная палочка и др.).
2. Субтерминально - ближе к концу (возбудитель ботулизма и др.).
3. Терминально - на конце палочки (возбудитель столбняка).
У отдельных видов спорообразующих микроорганизмов диаметр спор превышает поперечник бактериальной клетки. Если споры локализуются субтерминально, такие бактерии принимают форму веретена. К ним принадлежат клостридии маслянокислого брожения. У некоторых клостридии, например, у возбудителя столбняка, споры располагаются терминально, их клетка напоминает барабанную палочку (рис. 13).
Рис. 13. Формы и расположение спор в бациллах.
Способность к спорообразованию используют в систематике микробов, а также при выборе методов обеззараживания предметов, помещений, пищевых продуктов, различных изделий.
