ENDOSPORES: מאפיינים, מבנה, היווצרות, פונקציות - ביולוגיה - 2025

Endospores הן צורות של הישרדות של חיידקים מסוימים, מורכב של תאים רדומים שכבות מגנות מצופות מיובשות, מראה התנגדות קיצונית ללחץ כימי ופיסיקלי. הם מסוגלים להחזיק מעמד ללא הגבלת זמן בהיעדר חומרים מזינים. הם נוצרים בתוך חיידקים.

אנדוספורס הם מבני המגורים העמידים ביותר הידועים. הם יכולים לשרוד טמפרטורות גבוהות, אור אולטרה סגול, קרינת גמא, ייבוש, אוסמוזה, חומרים כימיים והידרוליזה אנזימטית.

מקור: מתקן מיקרוסקופ אלקטרונים של דארטמות ', מכללת דארמות'

כאשר התנאים הסביבתיים קובעים זאת, אנדוספוריות נובעות ומולידות חיידקים פעילים הניזונים ומתרבים.

אנדוספורס הם סוג של נבג. ישנם פטריות, פרוטוזואה, אצות וצמחים המייצרים סוגים משלהם. אנדוספוריות חסרות תפקוד רבייה: כל תא חיידקי מייצר רק תא אחד. באורגניזמים אחרים, נהפוך הוא, הם יכולים להיות בעלי פונקציה של רבייה.

הִיסטוֹרִיָה

באמצע המאה ה -17, סוחר הבדים ההולנדי וחלוץ המיקרוביולוגיה אנטוני ואן ליוונהוק, באמצעות מיקרוסקופים גאוניים שתוכנן ועשה על ידי עצמו, היה הראשון שצפה במיקרואורגניזמים חיים, כולל פרוטוזואה, אצות, שמרים, פטריות וחיידקים.

בשנת 1859, האקדמיה הצרפתית למדעים נתנה חסות לתחרות בה השתתף הכימאי הצרפתי לואי פסטר. המטרה הייתה לשפוך אור באמצעות ניסוי על "דור ספונטני", השערה עתיקה שהציעה כי החיים יכולים לנבוע מ"כוחות חיוניים "או" מחומרים הניתנים להעברה "הקיימים בחומר שאינו חי או מתפרק.

פסטר הראה שכמו במקרה של יין, אוויר וחלקיקים מוצקים הם המקור לחיידקים הגדלים במרקבי תרבות שעברו בעבר עיקור בחום. זמן קצר לאחר מכן, בשנת 1877, אישר הפיזיקאי האנגלי ג'ון תינדל את תצפיותיו של פסטר, והביא את המכה האחרונה להשערה של דור ספונטני.

Tyndall גם סיפק עדויות לצורות חיידקים עמידות במיוחד בפני חום. באופן עצמאי, בין 1872 - 1885, תיאר הבוטנאי הגרמני פרדיננד קון, שנחשב כמייסד המיקרוביולוגיה המודרנית, בפירוט אנדוספוריות של חיידקים.

אֲרִיכוּת יָמִים

רוב האורגניזמים חיים בסביבות המשתנות בזמן ובמרחב. אסטרטגיה נפוצה לשרוד תנאים סביבתיים שאינה מתאימה באופן זמני לגידול ולהתרבות היא להיכנס למצב של רדום הפיך, שבמהלכו אנשים מפלטים במבני מגן ומזערים את הוצאות האנרגיה שלהם.

המעבר בין מצבים פעילים לסמויות הוא יקר מטבולי. השקעה זו גדולה יותר כאשר אנשים חייבים לבנות מבני מגן משלהם, בין אם הם מורכבים מחומרים אקסוגניים או מבוצעים ביוסינתז. בנוסף, אנשים חייבים להיות מסוגלים להגיב לגירויים סביבתיים הגורמים למעבר.

השהיה מייצרת מאגר של אנשים רדומים שניתן להפעיל כאשר מופיעים תנאים נוחים. מאגרים אלה מאפשרים שימור אוכלוסיות והמגוון הגנטי שלהם. כשמדובר בחיידקים הפתוגניים המייצרים אנדוספור, חביון מקלה על העברתם ומקשה על שליטתם.

אנדוספוריות חיידקיות יכולות להישאר בר-קיימא במשך שנים רבות. נטען כי אנדוספוריות שהשתמרו במצעים קדומים, כמו פרפרפר, משקעים מימיים, מרבצי מלח תת קרקעיים, או ענבר, יכולות להישאר ברת קיימא במשך אלפי ואף מיליוני שנים.

תַצְפִּית

הדמיית המיקום והתכונות האחרות של endospores מועילה מאוד לזיהוי מינים של חיידקים.

ניתן לראות אנדוספוריות באמצעות מיקרוסקופ אור. בחיידקים שעברו מכתים גראם או מכתים כחולים מתילניים, אלה נבדלים כאזורים חסרי צבע בתא החיידק הצמחתי. הסיבה לכך היא שקירות האנדוספוריות עמידים בפני חדירה על ידי ריאגנטים מכתים רגילים.

פותחה שיטת מכתים ספציפית לאנדוספוריות, המכונה כתם דיפרנציאלי Schaeffer-Fulton, אשר הופכת אותם לעין בבירור. שיטה זו מאפשרת לדמיין גם את אלה שנמצאים בתא הווגטטיבי החיידקי וגם את אלה שנמצאים מחוצה לו.

שיטת שפר-פולטון מבוססת על יכולתו של ירוק מלכיט להכתים את דופן האנדוספוריות. לאחר יישום חומר זה משתמשים בספרנין לצביעת התאים הצמחיים.

התוצאה היא מכתים דיפרנציאליים של אנדוספוריות ותאים צמחיים. הראשון רוכש צבע ירוק והאחרון צבע ורדרד.

מִבְנֶה

בתוך התא הווגטטיבי, או הספורנגיום, האנדוספוריות יכולות להיות ממוקמות סופניות, תת קרקעיות או מרכזיות. בצורה חיידקית זו ארבע שכבות: מדולה, דופן הנבט, קליפת המוח וכיסוי. בחלק מהמינים קיימת שכבה קרומית חמישית המכונה אקסוספוריום, המורכבת מליפופרוטאין המכיל פחמימות.

המדולה או המרכז הם הפרוטופלסט של האנדוספור. הוא מכיל את הכרומוזום, הריבוזומים ומערכת לייצור אנרגיה גליקוליטית. יתכן כי אין בו ציטוכרומים, אפילו לא במינים אירוביים.

האנרגיה לנביטה מאוחסנת ב -3-פוספוגליצרט (אין ATP). יש לו ריכוז גבוה של חומצה דיפיקולינית (5-15% ממשקלו היבש של האנדוספור).

דופן הנבט של הנבג מקיפה את הממברנה המדולרית. הוא מכיל פפטידוגליקאן טיפוסי, שבמהלך נבירה הופך לדופן התא של התא הצמחתי.

קליפת המוח היא השכבה העבה ביותר של האנדוספור. מקיף את קיר הנבט. הוא מכיל פפטידוגליק לא טיפוסי, עם פחות חוליות צולבות מהרגיל, מה שהופך אותו לרגיש מאוד לאוטיזה על ידי ליזוזימים, הנחוצים לצורך נביטה.

המעיל מורכב מחלבון דמוי קרטין המכיל קשרים רבים של דיסולפיד אינטרמולקולרי. מקיף את קליפת המוח. אי-חדירותו מקנה עמידות להתקפות כימיות.

פִיסִיוֹלוֹגִיָה

נראה כי לחומצה הדיפיקולינית יש תפקיד בתחזוקת החביון, ייצוב ה- DNA ועמידות בחום. נוכחותם של חלבונים מסיסים קטנים בחומצה זו מרוויה את ה- DNA ומגנה עליו מפני חום, ייבוש, אור אולטרה סגול וכימיקלים.

הסינתזה של הפפטידוגליקן הלא טיפוסית מתחילה כאשר נוצר מחצה א-סימטרי המחלק את התא הצמחתי. באופן זה, הפפטידוגליקאן מחלק את תא הגזע בו תתפתח הפרוזדור לשני תאים. פפטידוגליקן מגן עליו מפני חוסר איזון אוסמוטי.

קליפת המוח מסלקת באופן אוסמוטי מים מהפרוטופלסט, מה שהופך אותם ליותר עמידים בפני נזקי חום וקרינה.

אנדוספוריות מכילות אנזימים לתיקון DNA, הפועלות במהלך הפעלת המח והנביטה שלו לאחר מכן.

נִבִיגָה

תהליך היווצרות אנדוספור של תא חיידקי צמחתי נקרא sporulation או sporogenesis.

אנדוספוריות מתרחשות בתדירות גבוהה יותר כאשר חומרי תזונה קריטיים מסוימים נמצאים במחסור. יתכן גם ייצור של אנדוספורט, המייצג ביטוח חיים מפני הכחדה, כאשר חומרים מזינים הם בשפע ותנאים סביבתיים אחרים חיוביים.

גירושין מורכב מחמישה שלבים:

1) היווצרות המחצה (קרום מדולרי, דופן הנבט של הנבג). חלק מהציטופלזמה (מדולה עתידית) וכרומוזום משוכפל מבודדים.

2) דופן הנבט של הנבג מתפתחת.

3) קליפת המוח מסונתזת.

4) הכיסוי נוצר.

5) התא הצמחתי משפיל ומת, ובכך משחרר את האנדוספור.

נִבִיטָה

התהליך שבאמצעותו הופך אנדוספור לתא צמחתי נקרא נביטה. זה מופעל על ידי פירוק אנזימטי של כיסוי האנדוספור המאפשר הידרציה של המח והפעלת הפעילות המטבולית מחדש.

נביטה מורכבת משלושה שלבים:

1) הפעלה. זה מתרחש כאשר שחיקה, חומר כימי או חום פוגעים בכיסוי.

2) נביטה (או חניכה). זה מתחיל אם התנאים הסביבתיים נוחים. פפטידוגליקן מושפל, חומצה דיפיקולינית משתחררת והתא מתייבש.

3) התפרצות. קליפת המוח מושפלת והביוסינתזה וחלוקת התאים מופעלים מחדש.

פָּתוֹלוֹגִיָה

אנדוספוריות של חיידקים פתוגניים מהוות בעיה בריאותית קשה בגלל עמידותן לחימום, הקפאה, התייבשות וקרינה, אשר אכן הורגים תאים צמחיים.

לדוגמה, חלק מאנדוספוריות יכולות לשרוד מספר שעות במים רותחים (100 מעלות צלזיוס). לעומת זאת, תאים צמחיים אינם מתנגדים לטמפרטורות שמעל 70 מעלות צלזיוס.

חיידקים המייצרים אנדוספרור מסוימים מהסוגות קלוסטרידיום ובצילוס מפרישים רעלנים חלבונים חזקים הגורמים לבוטוליזם, טטנוס ואנתרקס.

בהתאם למקרה, טיפולים כוללים שטיפת קיבה, טיהור פצעים, אנטיביוטיקה או טיפול אנטיטוקסין. אמצעי מניעה כוללים היגיינה, עיקור וחיסון.

בּוּטוּלִיזְם

זה נגרם כתוצאה מזיהום עם נבגים של קלוסטרידיום בוטולינום. התסמין הבולט ביותר שלו הוא שיתוק שרירים, שאחריו יכול המוות. שכיחותה נמוכה.

ישנם שלושה סוגים של בוטוליזם. התינוק נגרם כתוצאה מבליעת דבש או תוספים אחרים, מזוהמים באוויר, שנוספו לחלב. מצידו, מזון מיוצר על ידי בליעת מזון מזוהם (כמו מזון משומר), גולמי או מבושל בצורה גרועה. לבסוף, הפגיעה נוצרת כתוצאה ממגע עם האדמה, שהוא בית הגידול הטבעי של C. botulinum.

טֶטָנוּס

זה נגרם על ידי קלוסטרידיום טטאני. הסימפטומים שלו כוללים התכווצויות שרירים שכואבים מאוד (ביוונית פירוש המלה "טטנוס" להתכווץ) וחזקים עד כדי כך שהם יכולים לגרום לעצמות שבורות. זה לעתים קרובות קטלני. שכיחותה נמוכה.

נבגים זיהומיים של C. tetani בדרך כלל נכנסים לגוף דרך פצע, בו הם נובטים. במהלך הצמיחה, הדורשת חמצן גרוע של הפצע, התאים הצמחיים מייצרים רעלן טטנוס.

החיידקים ואנדוספוריות שלהם נפוצים בסביבה, כולל אדמה. הם נמצאו בצואה של בני אדם ובעלי חיים.

גַחֶלֶת

זה נגרם על ידי anthracis Bacillus. הסימפטומים שלה משתנים מאוד בהתאם לסביבה ולאזור ההדבקה. זו מחלה קשה ולעתים קטלנית. שכיחותה גבוהה בינונית, ומייצרת מגפות בבעלי חיים ובבני אדם. במאה ה -18 האנתרקס הכריע את הכבשים של אירופה.

יונקים אוכלי עשב הם המארח הטבעי שלה. בני אדם נדבקים במגע (בדרך כלל תעסוקתי) עם בעלי חיים, או על ידי טיפול או בליעה של מוצרים מהחי.

ישנם שלושה סוגים של אנתרקס:

1) עורית. הכניסה מיוצרת מפגיעות. כיבים שחורים ונמקיים נוצרים על העור.

2) בשאיפה. הכניסה בזמן הנשימה. הוא מייצר דלקת ודימום פנימי ומוביל לתרדמת.

3) מערכת העיכול. כניסה על ידי בליעה. זה גורם לכיבים במערכת העיכול, דימום קשה בבטן ושלשולים.

בכ- 95% מהמקרים, אנתרקס אנושי הוא עור עור. בפחות מ- 1% מדובר במערכת העיכול.

לִשְׁלוֹט

ניתן להשמיד את האנדוספוריות על ידי עיקור במבט חיטוי, תוך שילוב לחצים של 15 psi וטמפרטורות של 115–125 מעלות צלזיוס למשך 7-70 דקות. ניתן לחסל אותם גם על ידי שינויים לסירוגין בטמפרטורה ולחץ, כך שיש נביטה של ​​נבגים ואחריהם מוות של החיידקים הצמחיים הנגרמים.

חומצה פרטיקטית הינה אחד החומרים הכימיים היעילים ביותר להשמדת אנדוספוריות. יוד, בתנור (מומס באלכוהול) או ביודופור (בשילוב עם מולקולה אורגנית) הוא גם קטלני בדרך כלל לאנדוספוריות.

השמדת אנדוספוריות במכשירים כירורגיים מושגת ביעילות על ידי החדרתם למיכל שלתוכו נוצר פלזמה (גז נרגש עשיר ברדיקלים חופשיים), שעבורו גורמים חומרים כימיים מסוימים ללחץ שלילי ושדה אלקטרומגנטי.

השמדת endospores בחפצים גדולים, כמו מזרנים, מושגת על ידי חשיפתם למשך מספר שעות לתחמוצת אתילן בשילוב עם גז לא דליק.

תעשיות עיבוד המזון משתמשות בכלור דו-חמצני בתמיסה מימית כדי לחלחל אזורים שעלולים להיות מזוהמים באנדוספרס אנתרקס.

נתרן ניטריט שנוסף למוצרי בשר, והניסין האנטיביוטי שנוסף לגבינה מונעים גידול של חיידקים המייצרים אנדוספור.

נשק ביולוגי וטרור ביולוגי

קל לגידול Bacillus anthracis. מסיבה זו, במהלך שתי מלחמות העולם זה נכלל כנשק ביולוגי בזירות הגרמנים, בריטניה, ארצות הברית, יפן וברית המועצות.

בשנת 1937 הצבא היפני השתמש באנתרקס כנשק ביולוגי נגד אזרחים סיניים במנצ'וריה. בשנת 1979, בסברדלובסק, רוסיה, לפחות 64 אנשים מתו משאיפת נבגים בטעות מזרם צבאי של B. anthracis. ביפן ובארצות הברית שימש אנתרקס למטרות טרור.

לעומת זאת, נעשים כיום ניסיונות להשתמש בציפוי אנדוספור ככלי לתרופות טיפוליות ולאנטיגנים שנוצרו למטרות חיסון מונע.

הפניות

1. ברטון, LL קשרים מבניים ותפקודיים בפרוקריוטים. שפרינגר, ניו יורק.
2. Black, JG 2008. מיקרוביולוגיה: עקרונות וחקירות. Hoboken, NJ.
3. ברוקס, GF, Butel, JS, Carroll, KC, Morse, SA 2007. מיקרוביולוגיה רפואית. מקגרו היל, ניו יורק.
4. Cano, RJ, Borucki, MK 1995, תחייה וזיהוי נבגי חיידקים באמבר דומיניקני בן 25 עד 40 מיליון שנה. מדע 268, 1060-1064.
5. Duc, LH, Hong, HA, Fairweather, N., Ricca, E., Cutting, SM 2003. נבגים חיידקים ככלי חיסון. זיהום וחסינות, 71, 2810–2818.
6. אממלוט, ד. 2010. בוטוליזם. הוצאת אינפובייס, ניו יורק.
7. Guilfoile, P. 2008. Tetanus. הוצאת אינפובייס, ניו יורק.
8. ג'ונסון, אס אס ואח '. 2007. חיידקים עתיקים מראים עדות לתיקון DNA. הליכי האקדמיה הלאומית למדעים של ארה"ב, 104, 14401–14405.
9. Kyriacou, DM, Adamski, A., Khardori, N. 2006. Anthrax: מימי קדם וערפל לטורן בחזית הביוטרוריזם. מרפאות מחלות זיהומיות בצפון אמריקה, 20, 227–251.
10. Nickle DC, Leran, GH, Rain, MW, Mulins, JI, Mittler, JE 2002. DNA מודרני באופן מוזר לחיידק "בן 250 מיליון שנה". Journal of Molecular Evolution, 54, 134–137.
11. Prescott, LM 2002. מיקרוביולוגיה. מקגרו היל, ניו יורק.
12. Renberg, I., Nilsson, M. 1992. חיידקים רדומים במשקעי האגם כאינדיקטורים פליאו-אקולוגיים. Journal of Paleolimnology, 7, 127–135.
13. Ricca, E., SM חיתוך. 2003. יישומים מתעוררים של נבגי חיידקים בננו-ביוטכנולוגיה. כתב העת לננו-ביוטכנולוגיה, jnanobiotechnology.com
14. Schmid, G., Kaufmann, A. 2002. Anthrax באירופה: האפידמיולוגיה שלה, המאפיינים הקליניים שלה, ותפקידו בביו-טרור. מיקרוביולוגיה קלינית וזיהום, 8, 479-488.
15. סנדלר, WR, לנון, JT 2018. אבולוציה עם בנק זרעים: ההשלכות הגנטיות של האוכלוסייה של הרדמות המיקרוביאלית. יישומים אבולוציוניים, 11, 60-75.
16. Talaro, KP, Talaro, A. 2002. יסודות במיקרוביולוגיה. מקגרו היל, ניו יורק.
17. טורטורה, GJ, Funke, BR, Case, CL 2010. מיקרוביולוגיה: הקדמה. בנג'מין קאמינגס, סן פרנסיסקו.
18. Vreeland, RH, Rosenzweig, WD, Powers, DW 2000. בידוד של חיידק halotolerant בן 250 מיליון שנה מגביש מלח ראשוני. טבע 407, 897-900.