Caratteristiche, struttura, formazione, funzioni di endospore

IL endospore Sono forme di sopravvivenza di alcuni batteri, costituiti da cellule addormentate e rivestite in rivestimento, che mostrano estrema resistenza allo stress fisico e chimico. Sono in grado di durare indefinitamente in assenza di nutrienti. Sono formati all'interno di batteri.

Le endospore sono le strutture viventi più resistenti che sono conosciute. Possono sopravvivere a temperature elevate, luce ultravioletta, radiazione gamma, essiccazione, osmosi, agenti chimici e idrolisi enzimatica.

Fonte: Dartmouth Electron Microscopy Facility, Dartmouth College [Dominio pubblico]

Quando le condizioni ambientali lo determinano, le endospore germinano dando origine a batteri attivi che si nutrono e si moltiplicano.

Le endospore sono un tipo di spore. Ci sono funghi, protozoi, alghe e piante che producono i loro tipi. Le endospore mancano di funzione riproduttiva: ogni cellula batterica produce solo uno. In altri organismi, al contrario, possono avere una funzione riproduttiva.

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Storia

A metà sevententh, il commerciante di tessuti olandesi e precursore della microbiologia Antonie van Leeuwenhoek, usando microscopi ingegnosi progettati ed elaborati da sé, è stato il primo ad osservare microorganismi vivi, tra cui protozoi, alghe, lieviti, fungi e batteri.

Nel 1859, l'Accademia delle scienze della Francia sponsorizzò una competizione a cui partecipò il chimico francese Louis Pasteur. L'obiettivo era far luce attraverso un esperimento sulla "generazione spontanea", un'ipotesi millenaria che propose che la vita potesse derivare da "forze vitali" o "sostanze trasmissibili" presenti nel soggetto non vivente o decomposizione.

Pasteur ha dimostrato che, come nel caso di vino, aria e particelle solide sono la fonte di microbi che crescono nei brodi di coltivazione precedentemente sterilizzati con calore. Poco dopo, nel 1877, il fisico inglese John Tyndall confermò le osservazioni di Pasteur, dando il confondo finale all'ipotesi di generazione spontanea.

Tyndall ha anche contribuito all'esistenza di forme batteriche estremamente resistenti al calore. Indipendentemente, tra il 1872 e il 1885, il botanico tedesco Ferdinand Cohn, considerato il fondatore della moderna microbiologia, descritto in dettaglio le endospore batteriche.

Longevità

La maggior parte delle organizzazioni vive in ambienti variabili nel tempo e nello spazio. Una strategia frequente per sopravvivere a condizioni ambientali temporaneamente inappropriate per crescere e riprodurre è quella di entrare in uno stato di latenza reversibile, durante la quale gli individui si rifugiano in strutture protettive e minimizzano la loro spesa energetica.

La transizione tra stato attivo e latente è metabolicamente costosa. Questo investimento è maggiore quando gli individui devono costruire le proprie strutture protettive, siano esse composte da materiali esogeni o biosintetizzati all'interno. Inoltre, le persone devono essere in grado di rispondere agli stimoli ambientali che causano la transizione.

La latenza genera un serbatoio di individui che dormono che possono essere attivati ​​quando riappariscono condizioni favorevoli. Questi serbatoi consentono la conservazione delle popolazioni e la loro diversità genetica. Quando si tratta di batteri patogeni che producono endospore, latenza facilita la sua trasmissione e ostacola il suo controllo.

Le endospore batteriche possono essere mantenute vitali per molti anni. È stato affermato che le endospore sono conservate in vecchi substrati, come i depositi di salti sotterranei o di sali sotterranei o di sali sotterranei, possono essere mantenuti praticabili per migliaia e persino milioni di anni.

Osservazione

La visualizzazione della posizione e di altre caratteristiche delle endospore è molto utile per l'identificazione delle specie di batteri.

Le endospore possono essere osservate da un microscopio ottico. Nei batteri sottoposti alla colorazione di grammo o con blu di metilene, questi si distinguono come regioni incolori all'interno della cellula vegetativa batterica. Questo perché le pareti delle endospore sono resistenti alla penetrazione da parte dei reagenti di colorazione ordinari.

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È stato sviluppato un metodo di colorazione specifico per le endospore, nota come colorazione differenziale di Schaeffer-Fulton, che li rende chiaramente visibili. Questo metodo consente di visualizzare sia quelli all'interno della cellula vegetativa batterica sia quelli che sono al di fuori della stessa.

Il metodo Schaeffer-Fulton si basa sulla capacità della malachite verde di tingere la parete delle endospore. Dopo aver applicato questa sostanza, le cellule vegetative vengono utilizzate per colorare.

Il risultato è una colorazione differenziale di endospore e cellule vegetative. Il primo acquisisce un colore verde e il secondo colore rosa.

Struttura

All'interno della cellula vegetativa, o sporangio, le endospore possono essere localizzate terminali, sotterranee o centralmente. Questa forma batterica ha quattro strati: midollo, parete germinale, corteccia e copertura. In alcune specie c'è un quinto strato membranoso esterno chiamato Exosporium, composto da lipoproteine ​​che contiene carboidrati.

Il midollo o il centro è il protoplasto dell'endospora. Contiene cromosomi, ribosomi e un sistema di energia della generazione glicolitica. Potrebbe non avere citocromi, anche nelle specie aerobiche.

L'energia per la germinazione è immagazzinata nel 3-fosfoglicerato (non c'è ATP). Ha una grande concentrazione di acido di dipicolino (5-15% del peso secco dell'endospora).

La parete germinale della spora circonda la membrana del contatore. Contiene peptidoglicano tipico, che durante la geminazione diventa la parete cellulare della cellula vegetativa.

La corteccia è lo strato più spesso dell'endospora. Circondare il muro germinale. Contiene peptidoglicano atipico, con meno sinistro del tipico, il che lo rende molto sensibile all'autolisi per fluidità, necessario per la germinazione.

La copertura è composta da una proteina simile alla cheratina che contiene numerosi legami disolfuro intramolecolari. Circonda la corteccia. La sua impermeabilità conferisce resistenza agli attacchi chimici.

Fisiologia

L'acido dipicolina sembra avere un ruolo nel mantenimento della latenza, nella stabilizzazione del DNA e nella resistenza al calore. La presenza di piccoli proteine ​​solubili in questo acido satura del DNA e lo protegge da calore, essiccazione, luce ultravioletta e agenti chimici.

La sintesi del peptidoglicano atipico inizia quando un setto asimmetrico che divide la cellula vegetativa. In questo modo, il peptidoglican. Il peptidoglicano protegge questo dagli squilibri osmotici.

La corteccia rimuove l'acqua dal protoplasto, rendendola più resistente al danno al calore e alle radiazioni.

Le endospore contengono enzimi di riparazione del DNA, che agiscono durante l'attivazione del midollo e la successiva germinazione.

Sporulazione

Il processo di formazione di un endosporo da una cellula batterica vegetativa è chiamato sporulazione o sporogenesi.

Le endospore si verificano più frequentemente quando alcuni nutrienti critici scarsono. Potrebbe esserci anche la produzione di endospore, che rappresentano l'assicurazione sulla vita contro l'estinzione, quando abbondano i nutrienti e altre condizioni ambientali.

La sporulazione è composta da cinque fasi:

1) Formazione settbile (membrana del midollo, muro germinale di spore). Una parte del citoplasma (midollo futuro) e un cromosoma replicato sono isolati.

2) Si sviluppa la parete germinale della spora.

3) La corteccia è sintetizzata.

4) La copertura è formata.

5) La cellula vegetativa si degrada e muore, rilasciando così l'endospore.

Germinazione

Il processo attraverso il quale un'endospora viene trasformata in una cellula vegetativa si chiama germinazione. Questo è innescato dalla rottura enzimatica dell'endospora.

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La germinazione è composta da tre fasi:

1) Attivazione. Si verifica quando l'abrasione, un agente chimico o il calore danneggiano il tetto.

2) germinazione (o iniziazione). Inizia se le condizioni ambientali sono favorevoli. Il peptidoglicano è degradato, l'acido diplicina viene rilasciato e la cellula è idratata.

3) rotto. La corteccia degrada e la biosintesi e il riavvio della divisione cellulare.

Patologia

Le endospore di batteri patogeni sono un grave problema di salute a causa della loro resistenza al riscaldamento, al congelamento, alla disidratazione e alle radiazioni, che uccidono le cellule vegetative.

Ad esempio, alcune endospore possono sopravvivere diverse ore in acqua bollente (100 ° C). Al contrario, le cellule vegetative non resistono a temperature superiori a 70 ° C.

Alcuni batteri che producono endospore dei generi Clostridium E Bacillo Escreno potenti tossine proteiche che causano botulismo, tetano e antrace.

Secondo il caso, i trattamenti includono lavati gastrici, pulizia della ferita, antibiotici o terapia con antossina. Tra le misure preventive ci sono igiene, sterilizzazione e vaccinazione.

Botulismo

È causato dall'inquinamento con spore di Clostridium botulinum. Il suo sintomo più ovvio è la paralisi muscolare, che può essere seguita dalla morte. La sua incidenza è bassa.

Esistono tre tipi di botulismo. Il bambino è causato da miele o altri additivi, contaminati dall'aria, che sono stati aggiunti al latte. Da parte sua, il cibo è prodotto dall'assunzione di alimenti contaminati (come in scatola), crudo o screpolato. Infine, le ferite sono prodotte dal contatto con la terra, che è l'habitat naturale di C. Botulino.

Tetano

È causato da Clostridium tetani. I suoi sintomi includono contrazioni muscolari molto dolorose (in greco, la parola "tetano" significa contrarre) e così forte da poter causare la rottura ossea. È spesso fatale. La sua incidenza è bassa.

Le spore infettive di C. Tetani in genere penetrano il corpo attraverso una ferita, in cui germinano. Durante la crescita, che richiede che la ferita non sia ben ossigenata, le cellule vegetative producono tossina tetanica.

I batteri e le sue endospore sono comuni nell'ambiente, incluso il terreno. Sono stati trovati nelle feci di umani e animali.

Antrace

È causato da Bacillus anthracis. I suoi sintomi variano notevolmente secondo il mezzo e il sito di infezione. È una malattia grave e spesso fatale. La sua incidenza è moderatamente alta, producendo epidemie negli animali e nell'uomo. Nel 18 ° secolo, l'antrace decimò le pecore d'Europa.

I mammiferi erbivori sono il loro ospite naturale. Gli esseri umani sono infettati dal contatto (generalmente professionale) con gli animali o per manipolazione o ingestione di prodotti animali.

Esistono tre tipi di antrace:

1) Cutaneo. L'ingresso è prodotto dalle ferite. Le ulcere necrotiche e nerastre sono formate sulla pelle.

2) per inalazione. Ingresso durante la respirazione. Produce infiammazione e sanguinamento interno e porta al coma.

3) gastrointestinale. Ingresso per ingestione. Produce ulcere orofaringee, gravi emorragie addominali e diarrea.

In circa il 95% dei casi, l'antrace umano è cutaneo. In meno dell'1% è tipo gastrointestinale.

Controllo

Le endospore possono essere distrutte dalla sterilizzazione delle autoclave, in cui sono combinate pressioni di 15 psi e temperature di 115-125 ° C per 7-70 minuti. Possono anche eliminare la temperatura alternata e le variazioni di pressione, in modo che vi sia la germinazione delle spore seguita dalla morte dei batteri vegetativi risultanti.

L'acido perracetico è uno degli agenti chimici più efficaci per distruggere le endospore. Lo iodio, in tintura (disciolta in alcol) o iodoforo (combinato con una molecola organica) è di solito letale per le endospore.

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La distruzione delle endospore negli strumenti chirurgici viene effettivamente raggiunta introducendole in un contenitore all'interno del quale viene indotto un plasma (gas libero ricco di radicali liberi), per i quali alcuni agenti chimici sono sottoposti a pressione negativa e un campo elettromagnetico.

La distruzione di endospore in grandi oggetti, come i materassi, si ottiene esponendole per diverse ore all'ossido di etilene combinato con un gas non infiammabile.

Le industrie di trasformazione alimentare usano il biossido di cloro in soluzione acquosa per fumigare aree potenzialmente contaminate da endospore di antrace.

Nitrito di sodio aggiunto ai prodotti a carne e antibiotico nisina aggiunto al formaggio, evitare la crescita di batteri che producono endospore.

Armi biologiche e bioterrorismo

Bacillus anthracis È facile coltivare. Pertanto, durante le due guerre mondiali è stata inclusa come un'arma biologica negli Arsenales di Germania, Gran Bretagna, Stati Uniti, Giappone e Unione Sovietica.

Nel 1937 l'esercito giapponese usò l'antrace come arma biologica contro i civili cinesi in Manciuria. Nel 1979, a Sverdlovsk, in Russia, almeno 64 persone morirono a causa dell'inalazione accidentale di spore di una tensione di ceppo B. Antraci di origine militare. In Giappone e negli Stati Uniti, l'antrace è stato utilizzato per scopi terroristici.

D'altra parte, attualmente cerca di utilizzare le endospore come veicolo per farmaci terapeutici e per gli antigeni creati per scopi di immunizzazione preventiva.

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