Что такое споры бактерий кратко

Обновлено: 07.07.2024

Споры бактерий — тельца круглой или овальной формы, которые образуются внутри некоторых бактерий в определенные стадии их существования или при ухудшении условий окружающей среды. Споры бактерий устойчивы к различным физическим и химическим воздействиям и сохраняются в течение многих лет, не утрачивая свойства прорастать в вегетативную форму, что имеет значение в эпидемиологии ряда заболеваний. Известен случай, когда удалось оживить бактериальные споры возрастом около 30 миллионов лет.

Связанные понятия

Грамотрица́тельные бакте́рии — бактерии, которые не окрашиваются кристаллическим фиолетовым при окрашивании по Граму. В отличие от грамположительных бактерий, которые сохраняют фиолетовую окраску даже после промывания обесцвечивающим растворителем (спирт), грамотрицательные полностью обесцвечиваются. После промывания растворителем при окрашивании по Граму добавляется контрастный краситель (обычно сафранин), который окрашивает все грамотрицательные бактерии в красный или розовый цвет. Это происходит.

Грамположительные бактерии (обозначаются Грам (+)) — бактерии, которые, в отличие от грамотрицательных бактерий, сохраняют окраску, не обесцвечиваются при промывке при использовании окраски микроорганизмов по методу Грама.

Клостри́дии (лат. Clostridium) — род грамположительных, облигатно анаэробных бактерий, способных продуцировать эндоспоры.

Упоминания в литературе

Анабиоз – состояние покоя у организмов, характеризующееся обратимой остановкой или значительным замедлением процессов жизнедеятельности. Наиболее глубокий анабиоз свойствен зрелым спорам бактерий .

Пылевые аллергены, которые встречаются в домашней и производственной пыли, включают различные вещества как органического, так и неорганического происхождения, причем аллергенными свойствами обладают преимущественно органические частицы – фрагменты мертвых насекомых, споры бактерий и их тела, пыльца, мелкие волокна шерсти, хлопка и других органических материалов. Аллергенами также могут являться материалы синтетического происхождения – частички искусственных тканей, пластмасс и др.

Чтобы избежать проникновения бактерий ботулизма в продукты консервирования, ни в коем случае нельзя использовать поврежденные или несвежие плоды или овощи, в которые могли попасть споры бактерий .

1 – бактериальная клетка в фазе созревания; 2 – спора бактерии ; 3 – ?-эндотоксин в форме кристаллического включения в бактериальной клетке

Связанные понятия (продолжение)

Метод Грама — метод окраски микроорганизмов для исследования, позволяющий дифференцировать бактерии по биохимическим свойствам их клеточной стенки. Предложен в 1884 году датским врачом Гансом Кристианом Грамом.

Бациллы (лат. Bacillus) — обширный (около 217 видов) род грамположительных палочковидных бактерий, образующих внутриклеточные споры. Большинство бацилл — почвенные редуценты. Некоторые бациллы вызывают болезни животных и человека, например сибирскую язву, токсикоинфекции (Bacillus cereus). Типовой вид — сенная палочка (Bacillus subtilis)typus.

Ка́псула бакте́рий — поверхностная структура бактериальных клеток, залегающая поверх клеточной стенки или внешней мембраны и состоящая из экзополисахаридов. Капсулы имеются у некоторых архей, например, у представителей родов Methanosarcina и Staphylothermus. Структурной основой капсулы служат линейные или разветвлённые полигликаны и полипептиды, состоящие из одинаковых или разных мономеров. Фибриллы капсульных полимеров довольно гибки, ориентируются под прямым углом к поверхности клетки и сильно.

Бакте́рии (лат. Bacteria) — домен прокариотических микроорганизмов. Бактерии обычно достигают нескольких микрометров в длину, их клетки могут иметь разнообразную форму: от шарообразной до палочковидной и спиралевидной. Бактерии — одна из первых форм жизни на Земле и встречаются почти во всех земных местообитаниях. Они населяют почву, пресные и морские водоёмы, кислые горячие источники, радиоактивные отходы и глубинные слои земной коры. Бактерии часто являются симбионтами и паразитами растений и животных.

Эндоспо́ры — покоящиеся, в основном неспособные к размножению формы (некоторые Anaerobacter способны к образованию 7 эндоспор из одной клетки и могут размножаться с их помощью), образуемые некоторыми (исключительно грамположительными) бактериями типа фирмикут. Эндоспоры образуются в результате впячивания внутрь клетки части её собственной цитоплазмы. Образование эндоспор запускается при недостатке питательных веществ с целью пережить неблагоприятный период. Когда условия среды улучшаются, спора прорастает.

Кишечная палочка (лат. Escherichia coli) — вид грамотрицательных палочковидных бактерий, широко распространённых в нижней части кишечника теплокровных животных. Большинство штаммов E. coli являются безвредными, однако серотип O157:H7 может вызывать тяжёлые пищевые отравления у людей и животных. Безвредные штаммы являются частью нормальной флоры кишечника человека и животных. Кишечная палочка приносит пользу организму хозяина, например, синтезируя витамин K, а также предотвращая развитие патогенных.

Аэро́бы (от греч. αηρ — воздух и βιοζ — жизнь) — организмы, которые нуждаются в свободном молекулярном кислороде для процессов синтеза энергии, в отличие от анаэробов. К аэробам относятся подавляющее большинство животных, все растения, а также значительная часть микроорганизмов.

Энтеробактерии (лат. Enterobacteriaceae) — большое семейство бактерий, включающее в себя такие известные патогены как: сальмонеллы, кишечная палочка, чумная палочка и т. д. По форме — палочки длиной 1—5 мкм. Как и другие протеобактерии, они грамотрицательны.

Факультативные анаэробы — организмы, энергетические циклы которых проходят по анаэробному пути, но способные существовать при доступе кислорода, в отличие от облигатных анаэробов, для которых кислород губителен.

Клеточная стенка — оболочка клетки, расположенная снаружи от цитоплазматической мембраны и выполняющая структурные, защитные и транспортные функции. Обнаруживается у большинства бактерий, архей, грибов и растений. Животные и многие простейшие не имеют клеточной стенки.

Холерный вибрион (лат. Vibrio cholerae) — вид грамотрицательных факультативно анаэробных подвижных бактерий рода вибрионов. Открыт Филиппо Пачини в 1854 году (что было проигнорировано медиками из-за преобладания среди итальянских учёных теории о заражении холерой миазмами через воздух) и названа им Filippo Pacini bacillum. Вибрион был повторно и независимо обнаружен Робертом Кохом в 1883 году. Vibrio cholerae серогрупп О1 и О139 являются возбудителями холеры и отнесены ко II группе патогенности.

Анаэробы — организмы, получающие энергию при отсутствии доступа кислорода путём субстратного фосфорилирования, конечные продукты неполного окисления субстрата при этом могут быть окислены с получением большего количества энергии в виде АТФ в присутствии конечного акцептора протонов организмами, осуществляющими окислительное фосфорилирование.

Актиномицеты (устар. лучистые грибки) (от актино- + мицеты) — порядок бактерий, имеющих способность к формированию на некоторых стадиях развития ветвящегося мицелия, которая проявляется у них в оптимальных для существования условиях. Некоторые исследователи, подчёркивая бактериальную природу актиномицетов, называют их аналог грибного мицелия тонкими нитями; их диаметр 0,4—1,5 мкм. Актиномицеты имеют кислотоустойчивый (англ. acid fast) тип клеточной стенки, которая окрашивается по Граму как грамположительная.

Сальмоне́ллы (лат. Salmonella) — род неспороносных бактерий, имеющих форму палочек (длина 1—7 мкм, ширина около 0,3—0,7 мкм). Род назван в честь американского ветеринара Даниела Элмера Салмона (1850—1914). Сальмонеллы, как правило, не ферментируют лактозу и патогенны для людей и других животных при пероральном введении. Некоторые виды являются возбудителями брюшного тифа, паратифов и других сальмонеллёзов.

Ви́русная оболо́чка, или суперкапси́д, — дополнительная оболочка, покрывающая капсид многих вирусов (в том числе вируса гриппа и многих вирусов животных).

Актинобактерии (лат. Actinobacteria, от актино- + bacteria бактерии) — тип грамположительных бактерий с высоким содержанием гуанина и цитозина, который включает как одноимённый класс, так и 5 других классов. Могут быть наземными, либо водными обитателями. Актинобактерии — доминантный тип бактерий. Было предложено классифицировать актинобактерии по РНК, либо по анализу глутаминсинтетазы.

Энтерококки (лат. Enterococcus) — род бактерий семейства Enterococcaceae. Грамположительные кокки, часто представлены парами (диплококки) или короткими цепочками, трудноотличимы от стрептококков по физиологическим характеристикам.

Пептидогликан (также известный как муреин) — гетерополимер N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, сшитый через лактатные остатки N-ацетилмурамовой кислоты короткими пептидными цепочками. Важнейший компонент клеточной стенки бактерий, выполняющий механические функции, осмотической защиты клетки, выполняет антигенные функции. Характерен только для бактерий (в клеточной стенке некоторых архей имеется аналог — псевдопептидогликан) и для глаукоцистофитовых водорослей (содержится в цианеллах.

Питательная среда — однокомпонентный или многокомпонентный субстрат, применяемый для культивирования микроорганизмов или культур клеток высших организмов.

Золоти́стый стафилоко́кк (лат. Staphylococcus aureus) — вид шаровидных грамположительных бактерий из рода стафилококков. Приблизительно 25—40 % населения являются постоянными носителями этой бактерии, которая может сохраняться на кожных покровах и слизистых оболочках верхних дыхательных путей.

Пили́, или фи́мбрии, или ворси́нки — нитевидные белковые структуры, расположенные на поверхности клеток многих бактерий. Размер пилей варьирует от долей мкм до более чем 20 мкм в длину и 2—11 нм в диаметре. Пили участвуют в передаче генетического материала между бактериальными клетками (конъюгация), прикреплении бактерий к субстрату и другим клеткам, отвечают за адаптацию организмов, служат местами прикрепления многих бактериофагов.

Протеобактерии (лат. Proteobacteria) — наиболее многочисленная группа бактерий — 1534 вида или примерно треть от всех известных видов бактерий.

Микобакте́рии (лат. Mycobacterium) — род актиномицетов семейства Mycobacteriaceae, некоторые представители которого (например, M. tuberculosis, M. leprae) патогенны для млекопитающих.

Стрептомице́ты (лат. Streptomyces) — род бактерий семейства Streptomycetaceae порядка актиномицетов (Actinomycetales), является самым большим родом семейства (около 700 видов, но не более 835). Основными средами обитания являются почва и слои морской воды. Известны как продуценты многих антибиотиков. Streptomyces scabies является фитопатогеном — вызывает паршу картофеля; Streptomyces bikiniensis способен вызывать бактериемию человека; известны другие виды, вызывающие заболевания человека. Благодаря.

Синегнойная палочка (лат. Pseudomonas aeruginosa) — вид грамотрицательных подвижных палочковидных бактерий. Обитает в воде, почве, условно патогенна для человека, возбудитель нозокомиальных инфекций у человека. Лечение затруднительно ввиду высокой устойчивости к антибиотикам.

Вне́шняя бактериа́льная мембра́на, или нару́жная бактериа́льная мембра́на (англ. bacterial outer membrane) — биологическая мембрана, располагающаяся поверх слоя пептидогликана у грамотрицательных бактерий. По составу она отличается от внутренней, клеточной мембраны. На её поверхности находятся липополисахариды, являющиеся антигенами грамотрицательных патогенных бактерий.

Патоге́нность (от др.-греч. πάθος — страдание, болезнь и γένεσις — возникновение, первоисточник) — способность быть причиной (порождать) патологии (болезни, отклонения от нормы).

Ля́мблии, или гиа́рдии, или жиа́рдии (лат. Giardia) — род жгутиковых протистов из отряда дипломонадид (Diplomonadida). Паразитируют в тонком кишечнике человека и многих других млекопитающих, а также птиц.

Шигеллы (лат. Shigella) — род грамотрицательных палочковидных бактерий, не образующих спор. По происхождению близки к Escherichia coli и Salmonella. Для человека и приматов являются возбудителями болезней из группы шигеллёзов.

Фагосома, или пищеварительная вакуоль, — вакуоль, образующаяся в процессе фагоцитоза, внутри которой находятся субстраты, подлежащие перевариванию.

Бифидобактерии (лат. Bifidobacterium: bifidus — разделённый надвое и bacteria — бактерия) — род грамположительных анаэробных бактерий, представляющих собой слегка изогнутые палочки (длиной 2—5 мкм), иногда ветвящиеся на концах, спор не образуют.

Стрептококки (лат. Streptococcus) — род шаровидных или овоидных аспорогенных (не образуют споры) грамположительных хемоорганотрофных факультативно-анаэробных бактерий из семейства Streptococcaceae. Паразиты животных и человека. Обитают в дыхательных и пищеварительных путях, особенно в полости рта, носа, в толстом кишечнике.

Липополисахарид (ЛПС; англ. lipopolysaccharide) — макромолекула, состоящая из полисахарида, ковалентно соединённого с липидом, основной компонент клеточной стенки грамотрицательных бактерий.

Кровяной агар — обобщённое название питательных сред, содержащих в составе кровь животных. Предназначен для выделения и культивирования прихотливых микроорганизмов, а также их первичной дифференциации по типу гемолиза.

Серовар (Серотип) — группа микроорганизмов одного вида, объединяемых общей антигенной структурой, определяемой серологическими методами диагностики. Серовар не является таксономической категорией и позволяет систематизовать патогенные и условно-патогенные микроорганизмы, что необходимо в эпидемиологических исследованиях. Их систематизация ведётся на основе вирулентности, липополисахаридов (ЛПС), грамотрицательности, присутствия экзотоксинов, генетических особенностей или других факторов, позволяющих.

Во времена зарождения жизни на Земле, первыми ее обитателями были бактерии.

Чтобы пережить неблагоприятные погодные условия, засуху, отсутствие полезных веществ в окружающей среде, их защитной реакцией стала способность к спорообразованию.

В наше время, бактерии могут прижиться там, где больше не сможет выжить ни один организм.

Образования имеют овальную или округлую форму, зарождаются в сердцевине бактерий на определенном этапе их существования, как правило, в негативной среде обитания.

При наличии многослойной защитной оболочки, споры имеют особую устойчивость к физическим и химическим реакциям, а также тенденцию сохраняться на десятки и даже сотни лет.

Особенности спор бактерий

В состоянии спор, бактерии переносят колоссальные химические и термические нагрузки. Некоторые из них могут выдержать многочасовое кипячение.

Бактерии, в виде спор, гораздо эффективнее распространяются, так как клетка в обезвоженном состоянии имеет наименьшую массу.

Бактерии, образующие споры

Всего два вида бактерий, патогенных для человека, способны образовывать споры (спорангии) – это клостридии и бациллы.

Клостридии – относятся к грамположительному и анаэробному роду, образующих эндоспоры. Они насчитывают более 90 типов бактерий, каждая их которых — спорообразующая.

Это возбудители легочной и газовой гангрены. По их вине происходят осложнения после родов и абортов. Они являются частью флоры, желудочно-кишечного тракта, женских половых путей, реже обитают на коже и в полости рта.

Клостридии круглой формы, являются возбудителями столбняка. Овальная спора той же бактерии, является причиной развития ботулизма.

Бациллы – относятся к свободным, аэробным, палочковидным клеткам, формирующим эндоспоры. Количество бактерий этого рода, сводится к более 200 видам.

Размножение происходит путем поперечного деления клеток. Является возбудителем некоторых болезней у животных и человека, а именно сибирской язвы.

Функции спор бактерий. Зачем бактериям споры

За счет спор, бактерии могут выполнять дыхательную и питательную функции. Их расселение во внешней среде происходит путем распространения в новые места.

Главная задача – уберечь генетический материал от неблагоприятных условий. В отличие от грибных и растительных спор, бактериальные не предназначены для размножения.

Споры для бактерий – важная часть их существования, благодаря которым сохраняется их жизненная и родовая функция.

Этапы спорообразования у бактерий

Спорообразование – это сверхзащитное свойство бактерий. С его помощью, они выживают в неблагоприятной обстановке. Этот процесс довольно длительный, на протяжении суток от 18 до 20 часов. Состоит из 4 основных этапов.

Подготовительный этап – к моменту спорообразования целостность ДНК снижается, клетки перестают делиться. Накапливается обильное количество резервного питательного материала, собирающегося в гранулы.

Клетки становятся больше в размерах, похожими на лимон или барабанную палочку. Иногда они сохраняются в обычной палочковидной форме.

К противоположным сторонам клетки, отходит вновь образовавшийся нуклеоид. Вокруг него формируется спорогенный участок. Это часть цитоплазмы, лишенная свободной влаги.

Возникновение проспоры (предспоры). В одной из точек клетки происходит процесс, в котором участвуют мезосомы. За счет спаивания мембран образуется септа. Она дает начало оболочке споры. Именно в этот момент совершается необратимый этап споруляции.

Образование кортекса – происходит благодаря возникновению пленки между внешней и внутренней мембраной проспоры, состоящей из молекул пептидогликана. Кортекс играет предохранительную функцию сердцевины от разрушающих ферментов.

Стадия созревания. Со стороны наружной мембраны образуется внешняя толстая оболочка споры, которая состоит из липидов, дипиколиновой кислоты и кальциевой соли.

Спора покрывается экзоспориумом и на завершающей стадии процесса, после активизации литических ферментов, происходит полное отмирание материнской вегетативной клетки.

В результате чего взрослая спора, покрытая твердой слабопроницаемой, многослойной оболочкой, оказывается во внешней среде.

Характеристика спор бактерий

Жизнедеятельность в спорах бактерий почти не действует, о чем говорит наличие густой цитоплазмы в малом количестве. Процент влаги в ней снижен на 50%. Зато в большом составе магний и катионы кальция.

Достаточно много белка цистеина и аминокислот. Обмен веществ, практически не происходит. Устойчивая жизнеспособность. Толстый слой оболочки, которым покрыта спора, защищает её от негативного воздействия внешней среды.

Споры содержат ДНК бактерий. Попадая в благоприятные для себя условия, они прорастают и образуют полнофункциональную клетку.

Устойчивость спор бактерий

Споры могут сохраняться в окружающей среде сотнями лет. У них стойкая резистентность к нагреванию, высыханию, радиации и к различным химическим веществам. Могут удерживать кипячение на протяжении нескольких часов.

Они погибают от открытого огня или автоклавирования при 121 – 125 градусов по Цельсию на протяжении 15-30 минут. Крайне устойчивые к перепадам температур, высоким концентрациям кислот, дезинфицирующим веществам.

Губительным фактором для бактериальных спор, впрочем, как и для всех микробов, является ультрафиолет. Под его излучением микроорганизмы быстро погибают, поэтому его принято считать лучшим средством для дезинфекции.

Способность спор патогенных бактерий к устойчивости в окружающей среде, становится причиной развития тяжелых инфекционных заболеваний.

Виды спор бактерий

Прокариоты принадлежат к типу простейших, образующих виды покоящихся форм. Такое название формы приобрели из-за заниженной энергии и обмена веществ, в стадии развития микробов. К некоторым из них относятся: миксоспоры, цисты и акиенты.

Все покоящиеся формы отличаются предельно низким уровнем метаболических процессов.

Цисты – имеют овальную форму средних размеров, покрытую толстым слоем слизи. Они устойчивы к термодинамике и засушливости.

Их функция заключается в защите популяций от негативного воздействия и в сохранении ДНК. Цисты прорастают под влиянием благоприятных внешних условий.

Миксоспоры – формируются путем преобразования целой клетки, как правило, имеют овальную утолщенную форму с плотной цитоплазмой.

Акиенты – относятся к нитчатым цианобактериям. Образуются при низких температурах, засухе и повышенном содержании глутамина.

Форма и признаки спор бактерий

К формам прокариот, относятся эндоспоры и экзоспоры. В основном бактерии формируют эндоспоры, которые относятся к палочковидным микроорганизмам.

Эндоспоры у палочковидных бактерий образуются в различных местах клетки: в центре, у края и ближе к концу.

В определенный момент спорообразования, на некоторых спорах образуются наросты. Они разнообразны и специфичны. Это наследственно закрепленный и постоянный признак для каждой бактерии. Наросты состоят из белка. Их функциональная задача по сей день изучается специалистами.

Расположение спор бактерий

Один из таксономических признаков бактерий — это их расположение. Оно может быть центральным, субтерминальным и терминальным. У единичных видов спорообразующих, диаметр спор превышает клеточный поперечник.

Расположение споры ближе к концу клетки, придает бактерии форму веретена. У некоторых, например, у клостридий, споры располагаются терминально, и имеют вид теннисных ракеток.

Прорастание спор бактерий

Действие происходит в три этапа.

Активация – в этот момент спора готова прорастать, хоть она еще обладает термоустойчивостью и способностью к светопреломлению. Сам процесс зависит от повышения температуры, чем выше, тем быстрее происходит активация.

Инициация – необратимый процесс, длящийся в течение нескольких минут. Спора, уже не устойчива к нагреванию и теряет способность к светорассеиванию.

Вырастание – это процесс интенсивного роста, во время которого происходит синтез РНК с белком. Прорастая, спора проходит через лизис оболочки. Разрыв в произвольном месте предполагает выход вегетативной клетки, которая снабжена жгутиковым аппаратом у подвижных клеток.

Смысл в том, что вегетативная клетка может размножаться. Спора нет. Сам процесс занимает от 2 до 4 часов. После предварительной специальной обработки, количество проросших спор прибавляется. У продолговатых форм отмечается специфический тип прорастания.

Самый распространенный из них — полярный и экваториальный. Косое прорастание встречается крайне редко. Чтобы успешно различать виды спороносных бактерий, нужно обратить внимание на культуральные особенности в питательной среде.

Чем отличается свободная бактерия от споры

Она более устойчива к неблагоприятным факторам. Защитная оболочка споры имеет наибольшую плотность по сравнению с бактериальной.
При недостатке влаги споры могут сокращать количество органоидов и почти уничтожить цитоплазму.
Спора не нуждается в питании, она размножается в благоприятных для себя условиях.
Если бактерии имеют тенденцию собираться в многоклеточные микроорганизмы, то спора почти всегда состоит из одной клетки.
Спора питается веществами — автотрофно, а свободная бактерия — гетеротрофно.

Размер спор бактерий – варьируется от 0.1 до 5 мкм. Те, что крупнее, обычно видимые под микроскопом, размножаются делением клеток. Виды, которые превышают ширину клетки, называются плектридиальными или клостридиальными, в зависимости от месторасположения споры. В бациллярной клетке, спора диаметр не превышает.

Стадия активации споры

Спора может сохраняться годами до наступления благоприятных условий, которые её активируют, для освобождения вегетативной клетки. Благоприятными условиями, например, могут быть прогревания, повышение влажности, различные химические взаимодействия.

Под воздействием аутолиза, происходит растворение кортекса: поглощение воды и набухание. Спора как будто сдувается. При этом она затрачивает много энергии на дыхание, выделение ферментов, аминокислот и пептидов.

В этот промежуток времени спора перестает быть терморезистентной. Так происходит стадия активации.

Окрашивание спор бактерий

При исследовании, споры различают по светопреломлению. Из-за устойчивости к кислой среде, их процесс окрашивания затруднен. Объясняется это высоким содержанием липидов и плотностью оболочки.

Поэтому к ним применяют усиленные методы окраски: химические вещества, которые меняют структуру защитной пленки. В основном, окрашивание происходит по методу Пешкова и Циля-Нельсона.

Споры в жизни бактерий

Это абсолютно уникальное явление. Споры помогают бактерии выживать и сохраняться в отрицательных условиях внешней среды. Они играют важную роль в идентификации бактерий и образовании лидирующей клетки.

Бактерии в процессе эволюции приспособились к выживанию в самых неблагоприятных условиях окружающей среды и сохранили наследственную информацию путем образования спор. Споры бактерий образуются внутри клетки. Весь процесс прорастания (спорообразование) длится 18 — 20 часов. В ходе этого процесса в клетке бактерии изменяется целый ряд биохимических процессов. В спорообразном состоянии бактерии могут находиться длительное время — сотни лет. При благоприятных условиях внешней среды споры прорастают. Процесс прорастания длится 4 — 5 часов.

Спорообразование происходит, когда:

истощается питательный субстрат,
отмечается недостаток углерода и азота,
накапливается во внутренней среде клетки ионы калия и марганца,
изменяется уровень кислотности среды и др.

Рис. 1. На фото спора внутри бактериальной клетки (фото сделано в свете электронного микроскопа — ЭМ).

Какие бактерии способны к спорообразованию

Палочковидные бактерии, образующие споры, называются бациллами. Они относятся к семейству Bacillaceae и представлены родом клостридиум Clostricdium, родом бациллюс (Bacillus) и родом десульфотомакулум (Desulfotomaculum). Все они грамм положительные анаэробные бактерии.

Род клостридиум насчитывает более 93 видов бактерий. Все они образуют споры. Патогенные бактерии рода клостридиум вызывают газовую гангрену, легочную гангрену, являются виновниками осложнений после абортов и родов, тяжелых токсикоинфекций, в том числе ботулизма. Споры бактерий этого вида превышают диаметр вегетативной клетки.

Род бациллюс насчитывает более 217 видов бактерий. Патогенные бактерии рода бациллюс вызывают ряд заболеваний у человека и животных, в том числе пищевые токсикоинфекции и сибирскую язву. Споры бактерий этого вида не превышают диаметр вегетативной клетки.

Рис. 2. На фото бактерии рода клостридиум. Слева — клостридии перфингенс. Являются возбудителями пищевой токсикоинфекции и газовой гангрены. Справа — клостридии ботулинум. Бактерии вызывают тяжелую пищевую токсикоинфекцию — ботулизм.

Рис. 3. На фото возбудитель сибирской язвы. Bacillus anthracis род Bacillus – крупная, неподвижная, с обрубленными концами (слева) и бактерия в спорообразном состоянии (справа).

Спорообразование у бактерий

Подготовительный этап

Перед образованием самой споры в вегетативной бактериальной клетке снижается уровень метаболизма, прекращается репликация ДНК, в спорогенной зоне локализуется один из нуклеотидов, начинает синтезироваться дипиколиновая кислота.

Образование спорогенной зоны

Образование спорогенной зоны начинается с уплотнения участка цитоплазмы, в котором расположен нуклеотид (проспора). Изолирование спорогенной зоны происходит с помощью цитоплазматической мембраны, которая начинает врастать внутрь клетки.

Образование проспоры и споры

Между внутренним и наружным слоем мембраны образуется кортекс. Один из его компонентов — дипиколиновая кислота, которая обуславливает термоустойчивость споры.

Сторона мембраны, обращенная наружу, покрывается оболочкой (экзоспорицей). Она состоит из белков, липидов и других соединений, которые не встречаются у вегетативной клетки. Оболочка толстая и рыхлая. Обладает гидрофобностью.

Созревание споры

В период созревания споры заканчивается формирование всех ее структур. Спора приобретает термоустойчивость. Она принимает определенную форму и занимает особое положение в клетке. После полного созревания споры происходит аутолизис клетки.

Рис. 4. На фото видна образованная спора, по периферии которой находятся остатки цитоплазмы.

Рис. 5. На фото слева видна только что образованная спора (А), по периферии которой находится остатки цитоплазмы. Далее цитоплазма отмирает. На фото справа (В) спора, очищенная в лабораторных условиях.

Рис. 6. На фото вверху стадии спорообразования — от образования спорогенной зоны до полного формирования и лизиса остатков клетки. На фото внизу спора с лентовидными выростами. О — ее внешняя оболочка, К — кортекс, С — внутренняя часть.

Кортекс

Кортекс защищает спору от ферментов, которые в большом количестве продуцируются клеткой на завершающем этапе спорообразования. Их предназначение — полностью разрушить материнскую вегетативную клетку. При отсутствии кортекса споры бактерий лизируются. Кортекс содержит диаминопимелиновую кислоту, которая обеспечивает термостабильность

Внутренняя сторона кортекса прилегает к внутренней стороне цитоплазматической мембраны. В период прорастания споры кортекс трансформируется в клеточную стенку вегетативной клетки.

Оболочка споры (экзоспориум)

Сторона цитоплазматической мембраны, обращенная наружу, при спорообразовании покрывается оболочкой (экзоспорицей). Она состоит из белков, липидов и других соединений, которые не встречаются у вегетативной клетки. Оболочка толстая и рыхлая. Составляет около 50% объема самой споры. Обладает гидрофобностью. Наружная стенка споры устойчива к воздействию ферментов. Она предохраняет спору от преждевременного прорастания.

Рис. 7. На фото спора с выростами. Ее сердцевина — покоящаяся вегетативная клетка.

Выросты на спорах

На некоторых спорах в процессе спорообразования образуются выросты. Они многообразны и специфичны. Этот признак для каждой бактерии наследственно закрепленен и постоянен. Выросты на спорах состоят в основном из белка. Аминокислоты белка сходны с таковыми у кератина и коллагена. Функция выростов на спорах окончательно еще не выяснена.

Рис. 8. Виды выростов на спорах: жгутики, трубки, ершиковидные палочки, широкие ленты, шипы, булавки, в виде оленьих рогов.

Рис. 9. На фото споры бактерий рода клостридиум. Выросты в виде трубок (1 и 5), выросты в виде жгутиков (2), лентовидные выросты(3), перистые выросты (4), споры, на поверхности которых имеются шипы (6).

Характеристика споры бактерий

В клетке, которая находится в спорообразном состоянии, отмечается:

полная репрессия генома,
почти полное отсутствие обмена веществ,
снижение количества воды в цитоплазме на 50% (значительная потеря воды клеткой приводит к ее гибели),
повышенное количество катионов кальция и магния в цитоплазме,
появление дипиколиновой кислоты и кортекса, отвечающих за термостабильность,
повышение количества белка цистеина и гидрофобных аминокислот,
сохраняет жизнеспособность сотни лет.

Устойчивость спор

В процессе спорообразования спора покрывается оболочками — внешней оболочкой и кортексом. Они защищают спору от неблагоприятных условий внешней среды.

Кортекс содержит диаминопимелиновую кислоту, которая отвечает за термостабильность. Внешняя оболочка предохраняет спору от преждевременного прорастания и негативных факторов внешней среды.

В спорообразном состоянии бактерия устойчива к повышенной температуре окружающей среды и высушиванию. Она способна выжить в растворах, с повышенным содержанием солей, перенести длительное кипячение и промораживание, радиацию и вакуум, ультрафиолетовое облучение. Спора проявляет устойчивость к целому ряду токсических веществ и дезинфицирующих препаратов.

Устойчивость спор патогенных бактерий во внешней среде способствует сохранению инфекции и развитию тяжелых инфекционных заболеваний.

Вид, форма и расположение спор у бактерий

Споры бактерий имеют овальную и шаровидную форму. Они могут располагаться на концах клетки (возбудители столбняка), ближе к центру (возбудители ботулизма и газовой гангрены) или в центральной части клетки (сибиреязвенная бацилла). Реже споры бактерий располагаются латерально.

Рис. 10. На фото терминальные эндоспоры C. difficile и Clostridium tetani.

Рис. 11. На фото центрально расположенные споры бактерий Bacillus cereus.

Рис. 12. На фото концевое расположение споры у бактерии Bacillus subtilis.

Колпачки на спорах

На спорах рода клостридиум и бациллюс в процессе спорообразования образуются колпачки. Они имеют конусовидную или серповидную форму и ячеистое строение. Ячейки напоминают мешочки, которые заполнены газообразным веществом. Они имеют форму палочек или овалов. Ячейки помогают споре сохранять в воде плавучесть. Даже при центрифугировании споры с колпачками невозможно осадить. Колпачки на спорах образуются у почвенных бактерий гидроморфных почв, которые сформировались в условиях застоя поверхностных вод или при наличии грунтовых вод.

Рис. 13. На фото колпачки на спорах — конусовидные (слева) и серповидные (справа).

Рис. 14. На фото строение колпачка споры бактерии. Видны отдельные газовые ячейки (вакуоли, мешочки) овальной формы.

Параспоровые тельца

Такие бактерии, как B.anthracis (возбудитель сибирской язвы) и B.cereus (возбудитель токсикоинфекций) во время образования образуют параспоровые тельца. У B.anthracis эти образования округлой формы, расположенные на поверхности спор или изолированно. У Bacillus thuringiensis параспоровые тельца в виде белковых кристаллов бипирамидальной формы. Кристаллы токсичны для гусениц, насекомых и личинок нематод, мошек и москитов. Ген эндотоксина используется в биозащите растений.

Рис. 15. На фото параспоровые бипирамидальные кристаллы почвенной бактерии Bacillus thuringiensis morrisoni.

Прорастание спор

Попадая в благоприятные условия, спора начинает прорастать в вегетативную клетку. Процесс прорастания длится 4 — 5 часов.

Процесс активации

Способствуют прорастанию прогревание, глюкоза, аминокислоты, ионы некоторых веществ и механические повреждения стенки споры.

Процесс инициации

Процесс инициации начинается с дерепрессии генома. Активируются процессы дыхания и ферментные системы. Из клетки удаляется дипиколиновая кислота, ионы кальция, разрушается кортекс. В споре увеличивается количество воды. Все эти изменения приводят к утрате спорой таких свойств, как термостабильность, устойчивости к радиации и химическим веществам. Отличительной особенностью данного процесса является уменьшение спорой величины преломления света.

Процесс собственно прорастания

Из споры начинает прорастать ростковая трубка, разрушающая ее оболочку. Формируется оболочка клетки. Регулируются процессы прорастания целым рядом специальных веществ — герминантами. После окончания прорастания споры клетка начинает делиться.

Рис. 16. На фото клетка бактерии, которая после прорастания споры начинает делиться.

Подробно о бактерияx читай в статьях:

Спорообразование служит цели сохранения вида бактерий. Споры бактерий необычайно устойчивы во внешней среде, что явилось поводом к развертыванию во многих странах мира интенсивных исследований учеными этого процесса.

Отказ от ответственности: Этот материал не предназначен для обеспечения диагностики, лечения или медицинских советов. Информация предоставлена только в информационных целях. Пожалуйста, проконсультируйтесь с врачом о любых медицинских и связанных со здоровьем диагнозах и методах лечения. Данная информация не должна рассматриваться в качестве замены консультации с врачом.

Спора бактериальная – тип покоящихся форм прокариот, особое состояние покоящихся репродуктивных клеток, характеризующееся резким снижением уровня метаболизма и высокой резистентностью [1] [5] .

В отличии от грибов и низших растений, у которых споры являются репродуктивными органами размножения, бактериальная спора – это бактериальная клетка в состоянии анабиоза. Споруляцию бактерий провоцируют неблагоприятные условия внешней среды [3] [4] .

Эндоспоры в клетках бактерий рода Bacillus

Форма и расположение [2]

Свойства спор

Бактериальная спора содержит небольшое количество воды и характеризуется наличием более плотной, чем у вегетативной бактериальной клетки, стенкой. Появляется новое вещество – дипиколинат кальция. Оно образует комплексы с биополимерами клетки, устойчивые к действию температуры и ультрафиолета [3] .

В окружающей среде споры бактерий могут сохраняться годами. При попадании в благоприятные условия бактериальные споры впитывают влагу, комплексы распадаются, дипиколинат разрушается. В результате спора превращается в вегетативную бактериальную клетку [3] .

Споры рассматриваются не как способ размножения, а как форма существования бактериальной клетки в условиях неблагоприятных для ее роста и развития. При этом преобразования идут по схеме: 1 бактериальная клетка – 1 бактериальная спора – 1 бактериальная клетка. Увеличения количества бактериальных клеток не происходит [3] .

При использовании окраски по Граму споры красители не воспринимают и остаются бесцветными на окрашенном фоне. Споры могут быть окрашены с помощью специальных методов [3] .

Типы спор и покоящихся форм прокариот

Активно метаболизирующие и размножающиеся бактерии – это вегетативные формы. Некоторые бактерии наряду с вегетативными формами образуют покоящиеся формы [2] .

К покоящимся формам прокариот относятся споры бактерий:

эндоспоры – формируются внутри клетки;
экзоспоры – формируются путем почкования материнской клетки [2][5] .

К другим покоящимся формам бактерий относят:

цисты – шарообразные или овальные толстостенные клетки, покрытые толстым слоем уплотненной слизи;
миксоспоры – образуются путем превращения всей клетки;
акиенты – покоящиеся клетки нитчатых цианобактерий [2][5] .

Для всех покоящихся форм характерен предельно низкий уровень метаболических процессов. Основное механизмы, обеспечивающие устойчивое пребывание бактериальных клеток в состоянии покоя:

наличие в них специальных репрессоров – ингибиторов ферментативной активности;
крайне низкое содержание воды в цитоплазме (спороплазме);
изменение ферментов, вызванное обезвоживанием [5] .

В отличие от исходных вегетативных бактериальных клеток, все покоящиеся формы характеризуются повышенной устойчивостью к неблагоприятным факторам окружающей среды, что обеспечивает надежное сохранение вида в природе [5] .

Наибольшей устойчивостью к действию температуры, кислотности, недостатку влаги, литическим ферментам характеризуются эндоспоры [5] .

Эндоспоры некоторых бактерий отмирают на 90% только в результате нагревания при 100°C в течение 10–15 мин. Цисты азотобактера полностью гибнут уже после прогревании при +60°C в течение 15–20 мин. Акинеты цианобактерий отмирают на 95% после прогревания при +40°C в течение 10 мин [5] .

Читайте также: