Endospores -kenmerken, structuur, training, functies

De endospores Ze zijn vormen van overleving van bepaalde bacteriën, gevormd door gedehydrateerde en gecoate slaapcellen, die extreme resistentie tegen fysische en chemische stress vertonen. Ze kunnen voor onbepaalde tijd meegaan in afwezigheid van voedingsstoffen. Ze worden gevormd in bacteriën.

Endospores zijn de meest resistente levende structuren die bekend zijn. Ze kunnen hoge temperaturen, ultraviolet licht, gammastraling, uitdroging, osmose, chemische middelen en enzymatische hydrolyse overleven.

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

Wanneer omgevingscondities dit bepalen, ontkiemen endospores die aanleiding geven tot actieve bacteriën die zich voeden en vermenigvuldigen.

Endospores zijn een soort spore. Er zijn schimmels, protozoa, algen en planten die hun eigen typen produceren. Endospores missen reproductieve functie: elke bacteriële cel produceert er slechts één. In andere organismen kunnen ze integendeel de reproductieve functie hebben.

[TOC]

Geschiedenis

In the mid -seventeenth, the merchant of Dutch fabrics and precursor of the microbiology Antonie van Leeuwenhoek, using ingenious microscopes designed and elaborated by himself, was the first to observe live microorganisms, including protozoa, algae, yeasts, fungi and bacteria.

In 1859 sponsorde de Academie van Wetenschappen van Frankrijk een wedstrijd waaraan de Franse chemicus Louis Pasteur deelnam. Het doel was om licht te werpen door een experiment over de "spontane generatie", een millennale hypothese die voorstelde dat het leven kan voortkomen uit "vitale krachten" of "overdraagbare stoffen" die aanwezig zijn in het onderwerp dat niet leeft of ontbindt.

Pasteur toonde aan dat, zoals in het geval van wijn, lucht en vaste deeltjes de bron van microben zijn die groeien in teeltbouilles die eerder werden gesteriliseerd met warmte. Kort daarna bevestigde de Engelse natuurkundige John Tyndall in 1877 de observaties van Pasteur, waardoor de laatste uitvoering van de spontane generatie hypothese werd gegeven.

Tyndall droeg ook bewijs bij van het bestaan ​​van extreem hitte -resistente bacterievormen. Onafhankelijk beschouwde de Duitse botanicus Ferdinand Cohn, tussen 1872 en 1885, de oprichter van de moderne microbiologie, in detail beschreven.

Levensduur

De meeste organisaties leven in variabele omgevingen in tijd en ruimte. Een frequente strategie om tijdelijk ongepaste omgevingscondities te overleven om te groeien en zich voort te planten, is het betreden van een staat van omkeerbare latentie, waarin individuen toevlucht nemen in beschermende structuren en hun energieverbruik minimaliseren.

De overgang tussen actieve en latente status is metabolisch duur. Deze investering is groter wanneer individuen hun eigen beschermende structuren moeten bouwen, of ze nu zijn samengesteld uit exogene materialen of biosyntetetiseerd. Bovendien moeten individuen kunnen reageren op milieustimuli die de overgang veroorzaken.

Latentie genereert een reservoir van slapende personen dat kan worden geactiveerd wanneer gunstige omstandigheden opnieuw verschijnen. Deze reservoirs maken het behoud van populaties en hun genetische diversiteit mogelijk. Als het gaat om pathogene bacteriën die endosporen produceren, vergemakkelijkt latentie de overdracht en belemmert zijn controle.

Bacteriële endosporen kunnen vele jaren levensvatbaar worden gehouden. Er is beweerd dat endospores bewaard zijn gebleven in oude substraten, zoals permafrost, aquatische sedimenten, ondergrondse of barnsteenzouten kunnen duizenden en zelfs miljoenen jaren levensvatbaar worden gehouden.

Observatie

Het bekijken van de positie en andere kenmerken van de endosporen is zeer nuttig voor de identificatie van bacteriesoorten.

Endospores kunnen worden waargenomen door een optische microscoop. In bacteriën onderworpen aan de kleuring van gram of met methyleenblauw, worden deze onderscheiden als kleurloze gebieden in de bacteriële vegetatieve cel. Dit komt omdat de wanden van de endosporen resistent zijn tegen de penetratie door gewone kleurreagentia.

Kan je van dienst zijn: Gardnerella vaginalis

Een specifieke kleurmethode voor endosporen is ontwikkeld, bekend als de differentiële kleuring van Schaeffer-Fulton, waardoor ze duidelijk zichtbaar zijn. Deze methode maakt het mogelijk om zowel die binnen de bacteriële vegetatieve cel als die welke buiten hetzelfde zijn te visualiseren.

De Schaeffer-Fulton-methode is gebaseerd op de capaciteit van de groene malachiet om de endospores-muur te verven. Na het aanbrengen van deze stof worden vegetatieve cellen gebruikt om te kleuren.

Het resultaat is een differentiële kleuring van endospores en vegetatieve cellen. De eerste verwerft een groene kleur en de tweede roze kleur.

Structuur

Binnen de vegetatieve cel, of sporangio, kunnen de endosporen zich terminal, ondergronds of centraal bevinden. Deze bacteriële vorm heeft vier lagen: merg, kiemwand, cortex en dekking. In sommige soorten is er een vijfde externe membraneuze laag genaamd exosporium, samengesteld uit lipoproteïne die koolhydraten bevat.

De medulla of het centrum is de protoplast van de endospora. Bevat chromosoom, ribosomen en een glycolytisch generatie -energiesysteem. Het heeft misschien geen cytocromen, zelfs niet bij aerobe soorten.

De energie voor ontkieming wordt opgeslagen in het 3-fosfoglyceraat (er is geen ATP). Het heeft een grote concentratie dipycolinezuur (5-15% van het droge gewicht van de endospora).

De kiemwand van de spore omringt het metergembraan. Het bevat typische peptidoglycan, die tijdens geminatie de celwand van de vegetatieve cel wordt.

De cortex is de dikste laag van de endospora. Omring de kiemwand. Het bevat atypische peptidoglycan, met minder kruising dan het typische, waardoor het zeer gevoelig is voor autolyse door gladheid, noodzakelijk voor kieming.

De dekking bestaat uit een eiwit vergelijkbaar met keratine dat talloze intramoleculaire disulfidebindingen bevat. Omringt de cortex. De ondoordringbaarheid verleent weerstand tegen chemische aanvallen.

Fysiologie

Dipicolinezuur lijkt een rol te spelen bij het behoud van latentie, bij de stabilisatie van DNA en in hittebestendigheid. De aanwezigheid van klein eiwit oplosbaar in dit zuur verzadigt DNA en beschermt het tegen warmte, uitdroging, ultraviolet licht en chemische middelen.

De synthese van atypische peptidoglycan begint wanneer een asymmetrisch septum dat de vegetatieve cel verdeelt. Op deze manier is de peptidoglican. Peptidoglycan beschermt dit tegen osmotische onevenwichtigheden.

De cortex verwijdert water uit de protoplast, waardoor het beter bestand is tegen warmte- en stralingsschade.

Endospores bevatten DNA -reparatie -enzymen, die werken tijdens mergactivering en daaropvolgende kiemkracht.

Sporulatie

Het proces van het vormen van een endospore uit een vegetatieve bacteriecel wordt sporulatie of sporogenese genoemd.

Endosporen komen vaker voor wanneer bepaalde kritieke voedingsstoffen schaars. Er kunnen ook de productie van Endospores zijn, die een levensverzekering vertegenwoordigen tegen uitsterven, wanneer voedingsstoffen en andere omgevingscondities in overvloed zijn gunstig zijn.

De sporulatie bestaat uit vijf fasen:

1) Septible Formation (mergmembraan, spore kiemwand). Een deel van het cytoplasma (toekomstig merg) en een gerepliceerd chromosoom zijn geïsoleerd.

2) De kiemwand van de spore ontwikkelt zich.

3) De cortex wordt gesynthetiseerd.

4) De hoes wordt gevormd.

5) De vegetatieve cel degradeert en sterft, waardoor de endospore wordt vrijgeeft.

Ontkieming

Het proces waardoor een endospora wordt omgezet in een vegetatieve cel wordt kieming genoemd. Dit wordt geactiveerd door de enzymatische breuk van de endospora.

Kan u van dienst zijn: lactococcus lactis

De kieming bestaat uit drie fasen:

1) Activering. Het treedt op wanneer slijtage, een chemisch middel of warmteschade het dak beschadigt.

2) Kieming (of initiatie). Het begint als de omgevingscondities gunstig zijn. De peptidoglycan wordt afgebroken, het dipycholinezuur wordt afgegeven en de cel is gehydrateerd.

3) brak. De cortex degradeert en biosynthese en celdeling herstart.

Pathologie

Pathogene bacterie -endosporen zijn een ernstig gezondheidsprobleem vanwege hun weerstand tegen verwarming, bevriezing, uitdroging en straling, die vegetatieve cellen doden.

Sommige endosporen kunnen bijvoorbeeld enkele uren overleven in kokend water (100 ° C). Vegetatieve cellen daarentegen weerstaan ​​de temperaturen niet boven 70 ° C.

Bepaalde endospores -producerende bacteriën van de genres Clostridium En Bacil Ze scheiden krachtige eiwittoxines uit die botulisme, tetanus en miltvuur veroorzaken.

Volgens het geval omvatten behandelingen maaggewassen, wondreiniging, antibiotica of antitoxinetherapie. Onder preventieve maatregelen zijn hygiëne, sterilisatie en vaccinatie.

Botulisme

Wordt veroorzaakt door vervuiling met sporen van Clostridium botulinum. Het meest voor de hand liggende symptoom is spierverlamming, die kan worden gevolgd door de dood. De incidentie is laag.

Er zijn drie soorten botulisme. Baby wordt veroorzaakt door honing of andere additieven, luchtverminderd, die aan melk zijn toegevoegd. Van zijn kant wordt het voedsel geproduceerd door inname van vervuild voedsel (zoals ingeblikt), rauw of miscacked. Ten slotte worden wonden geproduceerd door contact met de aarde, die de natuurlijke habitat is van C. Botulinum.

Tetanus

Het is veroorzaakt door Clostridium Tetani. De symptomen zijn onder meer zeer pijnlijke spiercontracties (in het Grieks betekent het woord "tetanos" samentrekken) en zo sterk dat ze botbreuk kunnen veroorzaken. Het is vaak fataal. De incidentie is laag.

De infectieuze sporen van C. Tetani doordringen meestal het lichaam door een wond, waarin ze ontkiemen. Tijdens de groei, die vereist dat de wond niet goed geoxygeneerd is, produceren vegetatieve cellen tetanustoxine.

De bacteriën en zijn endosporen zijn gebruikelijk in het milieu, inclusief de grond. Ze zijn gevonden in de ontlasting van mensen en dieren.

Miltvuur

Het is veroorzaakt door Bacillus anthracis. De symptomen variëren sterk volgens het medium en de plaats van infectie. Het is een ernstige en vaak dodelijke ziekte. De incidentie is matig hoog en produceert epidemieën bij dieren en mensen. In de 18e eeuw decimeerde de anthrax de schapen van Europa.

Herbivore zoogdieren zijn hun natuurlijke gastheer. Mensen zijn besmet met contact (over het algemeen beroepsmatig) met dieren, of door manipulatie of inname van dierlijke producten.

Er zijn drie soorten miltvuur:

1) Cutaan. De ingang wordt geproduceerd door wonden. Necrotische en zwartachtige zweren worden gevormd op de huid.

2) door inademing. Input tijdens het ademen. Produceert ontsteking en interne bloedingen en leidt tot coma.

3) gastro -intestinaal. Invoer door inname. Het produceert orofaryngeale zweren, ernstige buikbloedingen en diarree.

In ongeveer 95% van de gevallen is menselijke anthrax huid. In minder dan 1% is het het maagdarmtestinale type.

Controle

Endospores kunnen worden vernietigd door autoclaves-sterilisatie, waarbij de druk van 15 psi en temperaturen van 115-125 ° C gedurende 7-70 minuten worden gecombineerd. Ze kunnen ook afwisselende temperatuur- en drukveranderingen elimineren, zodat er kieming van sporen is gevolgd door de dood van de resulterende vegetatieve bacteriën.

Perrazetischzuur is een van de meest effectieve chemische middelen die endosporen vernietigen. Het jodium, in tinctuur (opgelost in alcohol) of jodoforo (gecombineerd met een organisch molecuul) is ook meestal dodelijk voor endospores.

Kan u van dienst zijn: fimbrias

De vernietiging van endospores in chirurgische instrumenten wordt effectief bereikt door ze te introduceren in een container waarbinnen een plasma wordt geïnduceerd (vrij gas rijk aan vrije radicalen), waarvoor bepaalde chemische middelen worden onderworpen aan negatieve druk en een elektromagnetisch veld.

De vernietiging van endosporen in grote objecten, zoals matrassen, wordt bereikt door ze enkele uren bloot te leggen aan ethyleenoxide gecombineerd met een niet -vluchtbaar gas.

Voedselverwerkende industrieën gebruiken chloordioxide in waterige oplossing om gebieden te fumigeren die mogelijk worden vervuild met anthrax -endospores.

Natriumnitriet toegevoegd aan vleesproducten en nisine -antibioticum toegevoegd aan kaas, vermijd de groei van endospores -producerende bacteriën.

Biologische wapens en bioterrorisme

Bacillus anthracis Het is gemakkelijk te groeien. Daarom werd het tijdens de twee wereldoorlogen opgenomen als een biologisch wapen in de Arsenales van Duitsland, Groot -Brittannië, de Verenigde Staten, Japan en de Sovjet -Unie.

In 1937 gebruikte het Japanse leger anthrax als een biologisch wapen tegen Chinese burgers in Manchuria. In 1979 stierven in Sverdlovsk, Rusland, ten minste 64 mensen vanwege de accidentele inademing van sporen van een spanning van B. Anthracis van militaire oorsprong. In Japan en de Verenigde Staten is anthrax gebruikt voor terroristische doeleinden.

Aan de andere kant proberen momenteel endosporen te gebruiken als een voertuig voor therapeutische geneesmiddelen en voor antigenen die zijn gecreëerd voor preventieve immunisatiedoeleinden.

Referenties

1. Barton, L. L. Structurele en functionele relatie in prokaryoten. Springer, New York.
2. Black, J. G. 2008. Microbiologie: principes en verkenningen. Hoboken, NJ.
3. Brooks, G. F., Bute, j. S., Carroll, K. C., Morse, s. NAAR. 2007. Microbiologie Medical. McGraw-Hill, New York.
4. Cano, r. J., Borucki, m. K. 1995, revival en identificatie van bacteriële spor in 25- tot 40 miljoen-jarige Dominicaanse barnsteen. Science 268, 1060-1064.
5. Duc, l. H., Hong, h. NAAR., Fairweather, n., Ricca, E., Snijden, s. M. 2003. Bacteriële spora's als vaccinvoertuigen. Infectie en immuniteit, 71, 2810-2818.
6. Emmeluth, D. 2010. Botulisme. Infobase Publishing, New York.
7. Guilfoile, p. 2008. Tetanus. Infobase Publishing, New York.
8. Johnson, s. S. et al. 2007. Oude bacteriën tonen bewijs van DNA -herstel. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 104, 14401-14405.
9. Kyriacou, D. M., Adamski, een., Khardori, n. 2006. Anthrax: van de oudheid en donker tot een koploper in bioterrorisme. Infectious Disease Clinics of Noord-Amerika, 20, 227-251.
10. Nickle D. C., Lees, g. H., Regen, m. W., Mulins, j. Je., Mittler, j. EN. 2002. Curiusly modern DNA voor een bacterie van "250 miljoen jaar oud". Journal of Molecular Evolution, 54, 134-137.
11. Prescott, l. M. 2002. Microbiologie. McGraw-Hill, New York.
12. Renberg, ik., Nilsson, m. 1992. Slapende bacteriën in het sediment van het meer als paleo -ecologische indicatoren. Journal of Paleolimnology, 7, 127-135.
13. Ricca, E., S. M. Snij. 2003. Opkomende toepassingen van bacteriële spora's in nanobiotechnologie. Journal of NanobiTechnology, Jnanobiotechnology.com
14. Schmid, g., Kaufmann, a. 2002. Anthrax in Europa: de epidemiologie, klinische kenmerken en rol in bioterrorisme. Klinische microbiologie en infectie, 8, 479-488.
15. Schoenmaker, w. R., Lennon, J. T. 2018. Evolutie met een zaadbank: de populatiegenetische verwaandheid van microbiële slaapzaal. Evolutionaire toepassingen, 11, 60-75.
16. Talaro, K. P., Talaro, een. 2002. Foundations in Microbiology. McGraw-Hill, New York.
17. Tortora, g. J., Funke, B. R., Case, C. L. 2010. Microbiologie: een inleiding. Benjamin Cummings, San Francisco.
18. Vreeland, r. H., Rosenzweig, W. D., Powers, D. W. 20000000000000000000. Isolatie van 250 miljoen hare halotolerante bacterie uit een primair zoutkristal. Nature 407, 897-900.