ENDOSPORLAR: ÖZELLIKLERI, YAPISI, OLUŞUMU, IŞLEVLERI - BIYOLOJI - 2025

Endosporlar kimyasal ve fiziksel strese aşırı direnç gösteren, hareketsiz hücreler ve susuz kaplanmış koruyucu tabakadan oluşur, belirli bakterilerin hayatta kalması şekilleridir. Besin yokluğunda sonsuza kadar dayanabilirler. Bakterilerin içinde oluşurlar.

Endosporlar bilinen en dirençli canlı yapılardır. Yüksek sıcaklıklar, ultraviyole ışık, gama radyasyonu, kuruma, ozmoz, kimyasal maddeler ve enzimatik hidrolize dayanabilirler.

Kaynak: Dartmouth Elektron Mikroskobu Tesisi, Dartmouth College

Çevresel koşullar bunu belirlediğinde, endosporlar filizlenir ve beslenen ve çoğalan aktif bakterilere yol açar.

Endosporlar bir tür spordur. Kendi türlerini üreten mantarlar, protozoa, algler ve bitkiler vardır. Endosporlar üreme işlevinden yoksundur: her bakteri hücresi yalnızca bir tane üretir. Diğer organizmalarda ise tam tersine üreme işlevine sahip olabilirler.

Tarih

17. yüzyılın ortalarında, Hollandalı kumaş tüccarı ve mikrobiyolojinin öncüsü Antonie van Leeuwenhoek, kendi tasarladığı ve yaptığı ustaca mikroskoplar kullanarak protozoa, algler, mayalar, mantarlar ve bakteriler dahil olmak üzere canlı mikroorganizmaları ilk gözlemleyen kişiydi.

1859'da Fransız Bilimler Akademisi, Fransız kimyager Louis Pasteur'un katıldığı bir yarışmaya sponsor oldu. Amaç, canlılığın cansız veya ayrışan maddede bulunan "hayati güçlerden" veya "aktarılabilir maddelerden" ortaya çıkabileceğini ileri süren eski bir hipotez olan "kendiliğinden nesil" üzerine bir deney yoluyla ışık tutmaktı.

Pasteur, şarapta olduğu gibi, daha önce ısı ile sterilize edilmiş kültür et suyunda büyüyen mikropların kaynağının hava ve katı parçacıklar olduğunu gösterdi. Kısa bir süre sonra, 1877'de İngiliz fizikçi John Tyndall, Pasteur'ün gözlemlerini doğruladı ve kendiliğinden nesil hipotezine son darbeyi vurdu.

Tyndall ayrıca aşırı ısıya dayanıklı bakteri formları için kanıt sağladı. Modern mikrobiyolojinin kurucusu olarak kabul edilen Alman botanikçi Ferdinand Cohn, 1872 ile 1885 yılları arasında bağımsız olarak bakteriyel endosporları ayrıntılı olarak tanımladı.

Ömür

Çoğu organizma, zaman ve mekana göre değişen ortamlarda yaşar. Büyüme ve üreme için geçici olarak uygun olmayan çevresel koşullardan kurtulmak için ortak bir strateji, bireylerin koruyucu yapılara sığındıkları ve enerji harcamalarını en aza indirdiği tersine çevrilebilir bir uyku hali durumuna girmektir.

Aktif ve gizli durumlar arasındaki geçiş metabolik olarak maliyetlidir. Bu yatırım, bireylerin kendi koruyucu yapılarını inşa etmeleri gerektiğinde daha büyüktür, ister dışsal malzemelerden oluşsunlar, ister biyosentezlenmiş olsunlar. Ek olarak, bireyler geçişe neden olan çevresel uyaranlara cevap verebilmelidir.

Gecikme, uygun koşullar yeniden ortaya çıktığında etkinleştirilebilen, uykuda olan bireylerden oluşan bir rezervuar oluşturur. Bu rezervuarlar, popülasyonların ve genetik çeşitliliğinin korunmasına izin verir. Endospor üreten patojenik bakteriler söz konusu olduğunda, gecikme, bulaşmalarını kolaylaştırır ve kontrollerini zorlaştırır.

Bakteriyel endosporlar yıllarca canlı kalabilir. Donmuş toprak, suda yaşayan çökeltiler, yer altı tuz yatakları veya kehribar gibi eski substratlarda korunan endosporların binlerce ve hatta milyonlarca yıl boyunca yaşayabileceği iddia edilmiştir.

Gözlem

Endosporların konumunun ve diğer özelliklerinin görselleştirilmesi, bakteri türlerinin tanımlanmasında çok faydalıdır.

Endosporlar bir ışık mikroskobu kullanılarak görülebilir. Gram veya metilen mavisi boyamaya maruz kalan bakterilerde, bunlar vejetatif bakteri hücresi içindeki renksiz bölgeler olarak ayırt edilirler. Bunun nedeni, endosporların duvarlarının sıradan boyama reaktiflerinin nüfuz etmesine dirençli olmasıdır.

Endosporlar için Schaeffer-Fulton diferansiyel boyası olarak bilinen spesifik bir boyama yöntemi geliştirildi ve bu da onları açıkça görünür kıldı. Bu yöntem, hem bakteriyel vejetatif hücrenin içinde bulunanları hem de dışındakileri görselleştirmeye izin verir.

Schaeffer-Fulton yöntemi, malakit yeşilinin endosporların duvarını boyama yeteneğine dayanmaktadır. Bu maddeyi uyguladıktan sonra vejetatif hücreleri renklendirmek için safranin kullanılır.

Sonuç, endosporların ve vejetatif hücrelerin farklı bir boyanmasıdır. Birincisi yeşil, ikincisi pembemsi bir renk alır.

yapı

Bitkisel hücre veya sporangium içinde endosporlar terminal, subterminal veya merkezi olarak konumlandırılabilir. Bu bakteri formunun dört katmanı vardır: medulla, germ duvarı, korteks ve örtü. Bazı türlerde, karbonhidrat içeren lipoproteinden oluşan eksosporium adı verilen beşinci bir dış zar tabakası vardır.

Medulla veya merkez, endosporun protoplastıdır. Kromozom, ribozomlar ve glikolitik enerji üreten bir sistem içerir. Aerobik türlerde bile sitokromlara sahip olmayabilir.

Çimlenme enerjisi 3-fosfogliseratta depolanır (ATP yoktur). Yüksek konsantrasyonda dipikolinik asit içerir (endosporun kuru ağırlığının% 5-15'i).

Sporun germ duvarı medüller zarı çevreler. Geminasyon sırasında bitkisel hücrenin hücre duvarı haline gelen tipik peptidoglikan içerir.

Korteks, endosporun en kalın tabakasıdır. Mikrop duvarını çevreliyor. Tipik olandan daha az çapraz bağ içeren atipik peptidoglikan içerir, bu da onu çimlenme için gerekli olan lizozimler tarafından otolize çok duyarlı kılar.

Kaplama, çok sayıda molekül içi disülfür bağı içeren keratin benzeri bir proteinden oluşur. Korteksi çevreliyor. Sızdırmazlığı kimyasal saldırılara karşı direnç sağlar.

fizyoloji

Dipikolinik asit, gecikme süresinin sürdürülmesinde, DNA stabilizasyonunda ve ısı direncinde rol oynamaktadır. Bu asitte küçük çözünür proteinlerin varlığı, DNA'yı doyurur ve onu ısıdan, kurumadan, ultraviyole ışıktan ve kimyasallardan korur.

Atipik peptidoglikanın sentezi, bitkisel hücreyi bölen asimetrik bir septum oluştuğunda başlar. Bu şekilde peptidoglikan, ön gözeneklerin gelişeceği kök hücreyi iki bölmeye böler. Peptidoglikan, onu ozmotik dengesizliklerden korur.

Korteks, suyu protoplasttan ozmotik olarak uzaklaştırarak onu ısıya ve radyasyon hasarına karşı daha dirençli hale getirir.

Endosporlar, kemik iliğinin aktivasyonu ve ardından çimlenmesi sırasında etki eden DNA onarım enzimlerini içerir.

Sporlanma

Bitkisel bir bakteri hücresinden bir endospor oluşturma sürecine sporülasyon veya sporogenez denir.

Endosporlar, belirli kritik besinler yetersiz olduğunda daha sık ortaya çıkar. Besinlerin bol olduğu ve diğer çevresel koşulların elverişli olduğu durumlarda, yok olmaya karşı hayat sigortasını temsil eden endospor üretimi de olabilir.

Sporülasyon beş aşamadan oluşur:

1) Septum oluşumu (medüller membran, sporun germ duvarı). Sitoplazmanın bir kısmı (gelecekteki medulla) ve kopyalanmış bir kromozom izole edilir.

2) Sporun germ duvarı gelişir.

3) Korteks sentezlenir.

4) Kapak oluşturulmuştur.

5) Bitkisel hücre bozulur ve ölür, böylece endosporu serbest bırakır.

Çimlenme

Bir endosporun bitkisel bir hücreye dönüşme sürecine çimlenme denir. Bu, kemik iliğinin hidrasyonuna ve metabolik aktivitenin yeniden başlamasına izin veren endospor örtüsünün enzimatik parçalanmasıyla tetiklenir.

Çimlenme üç aşamadan oluşur:

1) Aktivasyon. Kapağa aşınma, kimyasal bir madde veya ısı zarar verdiğinde ortaya çıkar.

2) Çimlenme (veya başlama). Çevre koşulları uygunsa başlar. Peptidoglikan bozulur, dipikolinik asit salınır ve hücre hidratlanır.

3) Salgın. Korteks bozulur ve biyosentez ve hücre bölünmesi yeniden başlar.

Patoloji

Patojenik bakterilerin endosporları, bitkisel hücreleri öldüren ısınma, donma, dehidrasyon ve radyasyona karşı dirençlerinden dolayı ciddi bir sağlık problemidir.

Örneğin, bazı endosporlar kaynar suda (100 ° C) birkaç saat hayatta kalabilir. Aksine, bitkisel hücreler 70 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklara dayanmaz.

Clostridium ve Bacillus cinsinin endospor üreten bazı bakterileri, botulizm, tetanoz ve şarbona neden olan güçlü protein toksinleri salgılar.

Vakaya bağlı olarak, tedaviler mide yıkama, yara temizleme, antibiyotikler veya antitoksin tedavisini içerir. Önleyici tedbirler arasında hijyen, sterilizasyon ve aşılama yer alır.

gıda zehirlenmesi

Clostridium botulinum sporları ile kontaminasyondan kaynaklanır. En belirgin semptomu kas felcidir ve bunu ölüm takip edebilir. Görülme sıklığı düşüktür.

Üç tür botulizm vardır. İnfantil, süte eklenen hava ile kontamine olmuş bal veya diğer katkı maddelerinin yenmesinden kaynaklanır. Gıda, kendi payına, kirlenmiş gıdanın (konserve yiyecekler gibi) çiğ veya az pişirilmiş yutulmasıyla üretilir. Son olarak, C. botulinum'un doğal yaşam alanı olan zeminle temas sonucu yaralanma meydana gelir.

Tetanos

Clostridium tetani'den kaynaklanır. Belirtileri arasında çok ağrılı (Yunanca'da "tetanoz" kelimesi kasılmak anlamına gelir) ve kemiklerin kırılmasına neden olabilecek kadar güçlü kas kasılmaları bulunur. Genellikle ölümcüldür. Görülme sıklığı düşüktür.

C. tetani'nin enfektif sporları, vücuda tipik olarak içinde filizlendikleri bir yaradan girer. Yaranın yetersiz oksijenlenmesini gerektiren büyüme sırasında, bitkisel hücreler tetanoz toksini üretir.

Bakteriler ve endosporları, toprak dahil çevrede yaygındır. İnsanların ve hayvanların dışkısında bulunmuşlardır.

Şarbon

Bacillus anthracis'ten kaynaklanır. Semptomları, çevreye ve enfeksiyon bölgesine bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Ciddi ve genellikle ölümcül bir hastalıktır. İnsidansı orta derecede yüksektir, hayvanlarda ve insanlarda salgınlara neden olur. 18. yüzyılda şarbon, Avrupa'nın koyunlarını yok etti.

Otçul memeliler onun doğal ev sahipleridir. İnsanlar, hayvanlarla temas yoluyla (genellikle mesleki) veya hayvansal ürünleri işleyerek veya yutarak enfekte olurlar.

Üç tür şarbon vardır:

1) Kutanöz. Giriş, yaralanmalardan kaynaklanıyor. Deride siyahımsı, nekrotik ülserler oluşur.

2) Solunarak. Solunum sırasında giriş. İltihaplanma ve iç kanamaya neden olur ve komaya yol açar.

3) Gastrointestinal. Yutarak giriş. Orofaringeal ülserlere, şiddetli karın kanamalarına ve ishale neden olur.

Vakaların yaklaşık% 95'inde insan şarbonu kutanözdür. % 1'den daha azı gastrointestinal sistemdir.

Kontrol

Endosporlar, 15 psi basınç ve 115–125 ° C sıcaklıkları 7–70 dakika süreyle birleştirerek otoklavlarda sterilizasyonla yok edilebilir. Ayrıca, sporların filizlenmesi ve ardından ortaya çıkan bitkisel bakterilerin ölümüyle sonuçlanacak şekilde sıcaklık ve basınçtaki dönüşümlü değişikliklerle de elimine edilebilirler.

Perasetik asit, endosporları yok etmede en etkili kimyasal maddelerden biridir. Tentür (alkolde çözülmüş) veya iyodofor (organik bir molekülle birlikte) içindeki iyot da genellikle endosporlar için öldürücüdür.

Cerrahi aletlerdeki endosporların imhası, belirli kimyasal ajanların negatif basınca ve bir elektromanyetik alana maruz bırakıldığı bir plazmanın (serbest radikaller açısından zengin uyarılmış gaz) indüklendiği bir kaba sokularak etkili bir şekilde başarılır.

Şilteler gibi büyük nesnelerdeki endosporların yok edilmesi, yanıcı olmayan bir gazla kombine edilmiş etilen okside birkaç saat maruz bırakılarak sağlanır.

Gıda işleme endüstrileri, şarbon endosporları ile potansiyel olarak kontamine olmuş alanları dezenfekte etmek için sulu solüsyonda klor dioksit kullanır.

Et ürünlerine eklenen sodyum nitrit ve peynire eklenen antibiyotik nisin, endospor üreten bakterilerin büyümesini engeller.

Biyolojik silahlar ve biyoterörizm

Bacillus anthracis'in yetiştirilmesi kolaydır. Bu nedenle iki dünya savaşı sırasında Almanya, İngiltere, Amerika Birleşik Devletleri, Japonya ve Sovyetler Birliği'nin cephaneliğine biyolojik bir silah olarak dahil edildi.

1937'de Japon ordusu, Mançurya'daki Çinli sivillere karşı biyolojik bir silah olarak şarbonu kullandı. 1979'da Rusya'nın Sverdlovsk kentinde, askeri kökenli B. anthracis türünden sporları yanlışlıkla solumaktan en az 64 kişi öldü. Japonya ve Amerika Birleşik Devletleri'nde şarbon, terörist amaçlarla kullanılmıştır.

Bunun tersine, şu anda endospor kaplamaların terapötik ilaçlar için bir araç olarak ve önleyici immünizasyon amaçları için oluşturulan antijenler için kullanılması için girişimlerde bulunulmaktadır.

Referanslar

1. Barton, LL Prokaryotlarda yapısal ve işlevsel ilişkiler. Springer, New York.
2. Black, JG 2008. Mikrobiyoloji: ilkeler ve araştırmalar. Hoboken, NJ.
3. Brooks, GF, Butel, JS, Carroll, KC, Morse, SA 2007. Tıbbi mikrobiyoloji. McGraw-Hill, New York.
4. Cano, RJ, Borucki, MK 1995, 25 ila 40 milyon yıllık Dominik kehribarında bakteri sporlarının canlandırılması ve tanımlanması. Science 268, 1060-1064.
5. Duc, LH, Hong, HA, Fairweather, N., Ricca, E., Cutting, SM 2003. Aşı araçları olarak bakteri sporları. Enfeksiyon ve Bağışıklık, 71, 2810–2818.
6. Emmeluth, D. 2010. Botulizm. Bilgi Bankası Yayıncılık, New York.
7. Guilfoile, P. 2008. Tetanos. Bilgi Bankası Yayıncılık, New York.
8. Johnson, SS vd. 2007. Eski bakteriler DNA onarımına dair kanıtlar gösteriyor. ABD Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, 104, 14401–14405.
9. Kyriacou, DM, Adamski, A., Khardori, N. 2006. Şarbon: antik çağlardan ve belirsizlikten biyoterörizmde öncü olmaya. Kuzey Amerika Bulaşıcı Hastalık Klinikleri, 20, 227–251.
10. Nickle DC, Leran, GH, Rain, MW, Mulins, JI, Mittler, JE 2002. "250 milyon yıllık" bir bakteri için ilginç bir şekilde modern DNA. Journal of Molecular Evolution, 54, 134–137.
11. Prescott, LM 2002. Microbiology. McGraw-Hill, New York.
12. Renberg, I., Nilsson, M. 1992. Paleoekolojik göstergeler olarak göl sedimanlarında uykuda olan bakteriler. Journal of Paleolimnology, 7, 127–135.
13. Ricca, E., SM Kesme. 2003. Nanobiyoteknolojide bakteri sporlarının ortaya çıkan uygulamaları. Nanobiyoteknoloji Dergisi, jnanobiotechnology.com
14. Schmid, G., Kaufmann, A. 2002. Avrupa'da Şarbon: epidemiyolojisi, klinik özellikleri ve biyoterörizmdeki rolü. Klinik Mikrobiyoloji ve Enfeksiyon, 8, 479-488.
15. Shoemaker, WR, Lennon, JT 2018. Bir tohum bankasıyla evrim: mikrobiyal uyku halinin popülasyon genetik sonuçları. Evrimsel Uygulamalar, 11, 60-75.
16. Talaro, KP, Talaro, A. 2002. Mikrobiyolojinin temelleri. McGraw-Hill, New York.
17. Tortora, GJ, Funke, BR, Case, CL 2010. Mikrobiyoloji: bir giriş. Benjamin Cummings, San Francisco.
18. Vreeland, RH, Rosenzweig, WD, Powers, DW 2000. Birincil tuz kristalinden 250 milyon yıllık halotolerant bakterinin izolasyonu. Nature 407, 897-900.