Das Endosporen Sie sind Formen des Überlebens bestimmter Bakterien, die aus dehydrierten Schlafzellen bestehen, die von Schutzschichten bedeckt sind und eine extreme Beständigkeit gegen physikalischen und chemischen Stress aufweisen. Sie sind in der Lage, in Abwesenheit von Nährstoffen unbegrenzt zu halten. Sie bilden sich in Bakterien.
Endosporen sind die widerstandsfähigsten bekannten lebenden Strukturen. Sie können hohe Temperaturen, ultraviolettes Licht, Gammastrahlung, Austrocknung, Osmose, chemische Mittel und enzymatische Hydrolyse überstehen.
Wenn die Umgebungsbedingungen dies bestimmen, keimen Endosporen und es entstehen aktive Bakterien, die sich ernähren und vermehren.
Endosporen sind eine Art Spore. Es gibt Pilze, Protozoen, Algen und Pflanzen, die ihre eigenen Arten produzieren. Endosporen haben keine Fortpflanzungsfunktion: Jede Bakterienzelle produziert nur eine. In anderen Organismen hingegen können sie eine Fortpflanzungsfunktion haben.
Artikelverzeichnis
Mitte des 17. Jahrhunderts beobachtete der niederländische Tuchhändler und Vorläufer der Mikrobiologie, Antonie van Leeuwenhoek, mit genialen, von ihm selbst entworfenen und hergestellten Mikroskopen als erster lebende Mikroorganismen, darunter Protozoen, Algen, Hefen, Pilze und Bakterien..
1859 sponserte die französische Akademie der Wissenschaften einen Wettbewerb, an dem der französische Chemiker Louis Pasteur teilnahm. Ziel war es, durch ein Experiment zur "spontanen Erzeugung" Licht ins Dunkel zu bringen, eine alte Hypothese, die vorschlug, dass Leben aus "Lebenskräften" oder "übertragbaren Substanzen" entstehen kann, die in nicht lebender oder zersetzender Materie vorhanden sind..
Pasteur zeigte, dass wie bei Wein Luft und feste Partikel die Quelle der Mikroben sind, die in zuvor mit Hitze sterilisierten Kulturbrühen wachsen. Kurz danach, 1877, bestätigte der englische Physiker John Tyndall Pasteurs Beobachtungen und gab der Hypothese der spontanen Erzeugung den letzten Schlag..
Tyndall lieferte auch Hinweise auf extrem hitzebeständige Formen von Bakterien. Unabhängig davon beschrieb der deutsche Botaniker Ferdinand Cohn, der als Begründer der modernen Mikrobiologie gilt, zwischen 1872 und 1885 die bakteriellen Endosporen ausführlich..
Die meisten Organismen leben in zeitlich und räumlich unterschiedlichen Umgebungen. Eine häufige Strategie, um Umweltbedingungen zu überleben, die vorübergehend für Wachstum und Fortpflanzung ungeeignet sind, besteht darin, in einen Zustand reversibler Ruhe zu geraten, in dem Individuen Zuflucht in Schutzstrukturen suchen und ihren Energieverbrauch minimieren..
Der Übergang zwischen aktiven und latenten Zuständen ist metabolisch kostspielig. Diese Investition ist größer, wenn Einzelpersonen ihre eigenen Schutzstrukturen aufbauen müssen, sei es aus exogenen Materialien zusammengesetzt oder darin biosynthetisiert. Darüber hinaus müssen Einzelpersonen in der Lage sein, auf Umweltreize zu reagieren, die den Übergang verursachen..
Die Ruhephase erzeugt ein Reservoir ruhender Personen, das aktiviert werden kann, wenn günstige Bedingungen wieder auftreten. Diese Stauseen ermöglichen die Erhaltung der Populationen und ihrer genetischen Vielfalt. Wenn es um pathogene endosporenproduzierende Bakterien geht, erleichtert die Latenz ihre Übertragung und erschwert deren Kontrolle..
Bakterielle Endosporen können viele Jahre lebensfähig bleiben. Es wurde argumentiert, dass Endosporen, die in alten Substraten wie Permafrost, aquatischen Sedimenten, unterirdischen Salzablagerungen oder Bernstein konserviert sind, Tausende und sogar Millionen von Jahren lebensfähig bleiben können..
Die Visualisierung der Position und anderer Eigenschaften der Endosporen ist sehr nützlich für die Identifizierung von Bakterienarten..
Endosporen können mit einem Lichtmikroskop gesehen werden. In Bakterien, die einer Gram- oder Methylenblau-Färbung unterzogen wurden, werden diese als farblose Regionen innerhalb der vegetativen Bakterienzelle unterschieden. Dies liegt daran, dass die Endosporenwände gegen das Eindringen gewöhnlicher Färbereagenzien beständig sind..
Es wurde eine spezielle Färbemethode für Endosporen entwickelt, die als Schaeffer-Fulton-Differentialfärbung bekannt ist und diese deutlich sichtbar macht. Diese Methode ermöglicht es, sowohl diejenigen zu visualisieren, die sich innerhalb der bakteriellen vegetativen Zelle befinden, als auch diejenigen, die sich außerhalb dieser befinden.
Die Schaeffer-Fulton-Methode basiert auf der Fähigkeit von Malachitgrün, die Wand von Endosporen zu färben. Nach dem Auftragen dieser Substanz wird Safranin verwendet, um die vegetativen Zellen zu färben.
Das Ergebnis ist eine unterschiedliche Färbung von Endosporen und vegetativen Zellen. Die ersten erhalten eine grüne Farbe und die zweiten eine rosa Farbe..
Innerhalb der vegetativen Zelle oder des Sporangiums können sich die Endosporen terminal, subterminal oder zentral befinden. Diese Bakterienform besteht aus vier Schichten: Medulla, Keimwand, Kortex und Abdeckung. Bei einigen Arten gibt es eine fünfte äußere Membranschicht namens Exosporium, die aus Lipoprotein besteht, das Kohlenhydrate enthält.
Das Medulla oder Zentrum ist der Protoplast der Endospore. Es enthält das Chromosom, Ribosomen und ein glykolytisches Energieerzeugungssystem. Kann auch bei aeroben Spezies keine Cytochrome haben.
Die Energie für die Keimung wird in 3-Phosphoglycerat gespeichert (es gibt kein ATP). Es hat eine hohe Konzentration an Dipicolinsäure (5-15% des Trockengewichts der Endospore).
Die Keimwand der Spore umgibt die Markmembran. Enthält typisches Peptidoglycan, das während der Gemination zur Zellwand der vegetativen Zelle wird.
Der Kortex ist die dickste Schicht der Endospore. Umgibt die Keimwand. Enthält atypisches Peptidoglycan mit weniger Vernetzungen als üblich, wodurch es sehr empfindlich gegenüber der für die Keimung erforderlichen Autolyse durch Lysozyme ist.
Die Hülle besteht aus einem Keratin-ähnlichen Protein, das zahlreiche intramolekulare Disulfidbindungen enthält. Umgibt die Kortikalis. Seine Undurchlässigkeit verleiht Beständigkeit gegen chemische Angriffe.
Dipicolinsäure scheint eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Latenz, der DNA-Stabilisierung und der Hitzebeständigkeit zu spielen. Das Vorhandensein kleiner löslicher Proteine in dieser Säure sättigt die DNA und schützt sie vor Hitze, Austrocknung, ultraviolettem Licht und chemischen Mitteln..
Die Synthese des atypischen Peptidoglykans beginnt, wenn ein asymmetrisches Septum gebildet wird, das die vegetative Zelle teilt. Auf diese Weise teilt das Peptidoglycan die Stammzelle, in der sich die Prespore entwickelt, in zwei Kompartimente. Peptidoglycan schützt es vor osmotischen Ungleichgewichten.
Der Kortex entfernt osmotisch Wasser aus dem Protoplasten und macht ihn widerstandsfähiger gegen Hitze- und Strahlenschäden..
Endosporen enthalten DNA-Reparaturenzyme, die während der Aktivierung des Marks und seiner anschließenden Keimung wirken.
Der Prozess der Bildung einer Endospore aus einer vegetativen Bakterienzelle wird als Sporulation oder Sporogenese bezeichnet..
Endosporen treten häufiger auf, wenn bestimmte kritische Nährstoffe knapp sind. Es kann auch zur Produktion von Endosporen kommen, die eine Lebensversicherung gegen das Aussterben darstellen, wenn reichlich Nährstoffe vorhanden sind und andere Umweltbedingungen günstig sind..
Die Sporulation besteht aus fünf Phasen:
1) Bildung des Septums (Markmembran, Keimwand der Spore). Ein Teil des Zytoplasmas (zukünftiges Medulla) und ein repliziertes Chromosom werden isoliert.
2) Die Keimwand der Spore entwickelt sich.
3) Der Kortex wird synthetisiert.
4) Die Abdeckung wird gebildet.
5) Die vegetative Zelle wird abgebaut und stirbt ab, wodurch die Endospore freigesetzt wird.
Der Prozess, durch den sich eine Endospore in eine vegetative Zelle verwandelt, wird als Keimung bezeichnet. Dies wird durch den enzymatischen Abbau der Endosporenbedeckung ausgelöst, der die Hydratation des Marks und den Neustart der Stoffwechselaktivität ermöglicht..
Die Keimung besteht aus drei Phasen:
1) Aktivierung. Tritt auf, wenn Abrieb, ein chemisches Mittel oder Hitze die Abdeckung beschädigen.
2) Keimung (oder Initiation). Es beginnt, wenn die Umgebungsbedingungen günstig sind. Peptidoglycan wird abgebaut, Dipicolinsäure wird freigesetzt und die Zelle wird hydratisiert.
3) Ausbruch. Der Kortex wird abgebaut und die Biosynthese und Zellteilung werden neu gestartet.
Die Endosporen pathogener Bakterien sind aufgrund ihrer Beständigkeit gegen Erhitzen, Einfrieren, Austrocknen und Bestrahlung, die vegetative Zellen abtötet, ein ernstes Gesundheitsproblem.
Beispielsweise können einige Endosporen in kochendem Wasser (100 ° C) mehrere Stunden überleben. Im Gegensatz dazu widerstehen vegetative Zellen Temperaturen über 70 ° C nicht.
Bestimmte endosporenproduzierende Bakterien der Gattungen Clostridium Y. Bazillus scheidet starke Proteintoxine aus, die Botulismus, Tetanus und Anthrax verursachen.
Je nach Fall umfassen die Behandlungen Magenspülung, Wundreinigung, Antibiotika oder Antitoxintherapie. Vorbeugende Maßnahmen umfassen Hygiene, Sterilisation und Impfung.
Es wird durch Kontamination mit Sporen von verursacht Clostridium botulinum. Das offensichtlichste Symptom ist eine Muskelparalyse, auf die der Tod folgen kann. Die Inzidenz ist gering.
Es gibt drei Arten von Botulismus. Das Kind wird durch die Aufnahme von Honig oder anderen durch Luft kontaminierten Zusatzstoffen verursacht, die der Milch zugesetzt wurden. Lebensmittel werden ihrerseits durch Aufnahme kontaminierter Lebensmittel (wie Konserven) hergestellt, die roh oder schlecht gekocht sind. Schließlich wird die Verletzung durch Kontakt mit der Erde verursacht, die der natürliche Lebensraum von ist C. botulinum.
Es wird ausgelöst von Clostridium tetani. Zu den Symptomen gehören Muskelkontraktionen, die sehr schmerzhaft sind (auf Griechisch bedeutet das Wort "Tetanus" Kontraktion) und so stark sind, dass sie Knochenbrüche verursachen können. Es ist oft tödlich. Die Inzidenz ist gering.
Infektiöse Sporen von C. tetani Sie gelangen typischerweise durch eine Wunde in den Körper, in der sie keimen. Während des Wachstums, das erfordert, dass die Wunde nicht gut mit Sauerstoff versorgt ist, produzieren die vegetativen Zellen Tetanustoxin.
Die Bakterien und ihre Endosporen sind in der Umwelt, einschließlich des Bodens, weit verbreitet. Sie wurden im Kot von Menschen und Tieren gefunden.
Es wird ausgelöst von Bacillus anthracis. Die Symptome variieren stark je nach Umgebung und Infektionsort. Es ist eine schwere und oft tödliche Krankheit. Die Inzidenz ist mäßig hoch und führt zu Epidemien bei Tieren und Menschen. Im 18. Jahrhundert dezimierte Anthrax die europäischen Schafe.
Pflanzenfressende Säugetiere sind ihr natürlicher Wirt. Menschen infizieren sich durch Kontakt (normalerweise beruflich) mit Tieren oder durch den Umgang mit oder die Einnahme von tierischen Produkten.
Es gibt drei Arten von Anthrax:
1) Haut. Der Eingang wird durch Verletzungen verursacht. Auf der Haut bilden sich schwärzliche, nekrotische Geschwüre.
2) Durch Einatmen. Eintritt während des Atmens. Erzeugt Entzündungen und innere Blutungen und führt zum Koma.
3) Magen-Darm. Eintrag durch Verschlucken. Produziert oropharyngeale Geschwüre, schwere Bauchblutungen und Durchfall.
In ungefähr 95% der Fälle ist menschlicher Anthrax kutan. In weniger als 1% ist es gastrointestinaler Typ.
Endosporen können durch Sterilisation in Autoklaven zerstört werden, wobei Drücke von 15 psi und Temperaturen von 115-125 ° C für 7-70 Minuten kombiniert werden. Sie können auch durch abwechselnde Änderungen von Temperatur und Druck beseitigt werden, so dass Sporen keimen und die resultierenden vegetativen Bakterien absterben..
Peressigsäure ist eines der wirksamsten chemischen Mittel zur Zerstörung von Endosporen. Jod, tinkturiert (in Alkohol gelöst) oder Jodophor (kombiniert mit einem organischen Molekül) ist für Endosporen häufig tödlich..
Die Zerstörung von Endosporen in chirurgischen Instrumenten wird effektiv erreicht, indem sie in einen Behälter eingeführt werden, in den ein Plasma (angeregtes Gas, das reich an freien Radikalen ist) induziert wird, für das bestimmte chemische Mittel einem Unterdruck und einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt sind..
Die Zerstörung von Endosporen in großen Objekten wie Matratzen wird erreicht, indem sie mehrere Stunden lang Ethylenoxid in Kombination mit einem nicht brennbaren Gas ausgesetzt werden..
Lebensmittelverarbeitende Industrien verwenden Chlordioxid in wässriger Lösung, um Bereiche zu begasen, die möglicherweise mit Endosporen von Anthrax kontaminiert sind..
Natriumnitrit, das Fleischprodukten zugesetzt wird, und das Antibiotikum Nisin, das Käse zugesetzt wird, verhindern das Wachstum von endosporenproduzierenden Bakterien.
Bacillus anthracis es ist leicht zu wachsen. Aus diesem Grund wurde es während der beiden Weltkriege als biologische Waffe in die Arsenale Deutschlands, Großbritanniens, der Vereinigten Staaten, Japans und der Sowjetunion aufgenommen..
1937 setzte die japanische Armee Anthrax als biologische Waffe gegen chinesische Zivilisten in der Mandschurei ein. 1979 starben in Swerdlowsk, Russland, mindestens 64 Menschen an einem versehentlichen Einatmen von Sporen aus einem Stamm von B. anthracis militärischen Ursprungs. In Japan und den Vereinigten Staaten wurde Anthrax für terroristische Zwecke verwendet.
Im Gegensatz dazu wird derzeit versucht, Endosporenbeschichtungen als Vehikel für therapeutische Arzneimittel und für Antigene zu verwenden, die für vorbeugende Immunisierungszwecke hergestellt wurden..
Bisher hat noch niemand einen Kommentar zu diesem Artikel abgegeben.