Charakteristische Bakteriensporen, Struktur, Bildung

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David Holt
Charakteristische Bakteriensporen, Struktur, Bildung

Das Bakteriensporen Sie sind prokaryotische zelluläre Resistenzstrukturen, die von Bakterien erzeugt werden, um unter ungünstigen Umweltbedingungen zu widerstehen und zu überleben. Sobald die Umweltbedingungen günstig sind, entsteht ein neues Individuum.

Die Synthese von Bakteriensporen erfolgt durch einen Prozess, der als Sporulation bezeichnet wird. Die Sporulation wird durch den Mangel an Nährstoffen (Kohlenstoff- und Stickstoffquellen) in der Umgebung stimuliert, in der einige Arten von Bakterien leben.

Foto einer mikroskopischen Beobachtung von Eubakterien und ihren grün gefärbten Sporen (Quelle: Dok. RNDr. Josef Reischig, CSc. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) über Wikimedia Commons )

In allen Ökosystemen der Biosphäre finden wir viele verschiedene Bakterienarten, von denen die meisten Sporen produzieren. Bakterien sind prokaryotische Organismen, das heißt, sie zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass sie mikroskopisch einzellig sind, keine inneren Membranorganellen aufweisen und eine Zellwand aufweisen..

Unser allgemeines Wissen über Bakterien ist, dass sie die Erreger vieler Krankheiten (ätiologische Erreger) sind, da sie sich in anderen lebenden Organismen vermehren, Infektionen verursachen und die Funktion ihres physiologischen Systems destabilisieren können..

Daher konzentrieren sich viele der Sterilisationsprotokolle der Humanindustrie, hauptsächlich der Pharma-, Agrar- und Lebensmittelindustrie, darauf, diese Mikroorganismen und ihre Sporen von den Oberflächen der Produkte, die auf den verschiedenen Märkten vermarktet werden, zu reduzieren, zu kontrollieren und auszurotten.

Artikelverzeichnis

  • 1 Eigenschaften von Bakteriensporen
    • 1.1 Widerstand
    • 1.2 Schichten
    • 1.3 Komponenten
    • 1.4 Asexuelle Fortpflanzung
  • 2 Struktur
    • 2.1 Protoplast
    • 2.2 Zellmembran
    • 2.3 Zellwand
    • 2.4 Kortex
    • 2.5 Exospore
  • 3 Bildung von Bakteriensporen
    • 3.1 Dieses 1: Zellwachstum
    • 3.2 Stufe 2: Vervielfältigung von bakterieller DNA
    • 3.3 Stufe 3: Zellmembranteilung
    • 3.4 Stadium 4: Evagination einer zweiten Zellmembran (Bildung der Forespora)
    • 3.5 Stadium 5: Bildung der Kortikalis
    • 3.6 Stufe 6: innere und äußere Sporenabdeckungen
    • 3.7 Stufe 7: Freisetzung von Endosporen
  • 4 Referenzen

Eigenschaften von Bakteriensporen

Bacillus anthracis Sporen, die Ursache der Anthraxkrankheit

Ausdauer

Bakteriensporen sind extrem widerstandsfähige Strukturen, die verschiedenen Arten von Umweltstress wie hohen Temperaturen, Dehydration, Sonneneinstrahlung oder dem Vorhandensein verschiedener chemischer Verbindungen standhalten..

Schichten

Bakteriensporen sind typischerweise von 6 verschiedenen Schichten umhüllt; Diese können jedoch je nach Bakterienart variieren. Diese 6 Schichten sind:

  • Exosporium (bei einigen Arten ist diese Schicht nicht vorhanden)
  • Äußere Schicht der Spore
  • Innere Schicht der Spore
  • Kortex
  • Keimzellzellwand
  • Keimzellplasmamembran

Komponenten (bearbeiten)

In jeder Bakterienspore befinden sich alle wesentlichen Bestandteile, um ein Individuum zu bilden, das demjenigen, das es hervorgebracht hat, ähnlich (wenn nicht identisch) ist. Diese Elemente umfassen:

  • RNA verschiedener Typen, essentiell für die Etablierung der neuen Bakterienzelle. Einige davon sind unter anderem ribosomale RNA, Transfer-RNAs und Messenger-RNAs..
  • Genomische DNA mit der genetischen Information, um alle Strukturen und Funktionen der Zelle zu "bestimmen". Sporen können auch Plasmid-DNA aufweisen, bei der es sich um extrachromosomale DNA handelt..
  • Moleküle aus Kalzium, Mangan, Phosphor und anderen Ionen und Cofaktoren für die korrekte Funktion der Enzyme sowie für die Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase des zukünftigen Individuums.

Asexuelle Reproduktion

Die Sporen werden als eine Form der asexuellen Fortpflanzung angesehen, da die Bedingungen aufgrund eines übermäßigen Bevölkerungswachstums oft ungünstig werden und die Bakterien, die den Reiz der Ressourcenknappheit wahrnehmen, mit der Sporulation beginnen.

Es ist wichtig zu verstehen, dass alle Bakteriensporen Individuen hervorbringen, die genetisch mit denen identisch sind, die sie hervorgebracht haben. Daher ist es durchaus gültig, sie als eine Form der asexuellen Fortpflanzung zu betrachten.

Struktur

Protoplast

Im innersten Teil der Bakteriensporen befindet sich der Protoplast, auch als "Sporenkern" oder "Keimzelle" bekannt..

Die äußere Struktur der Spore hat die Hauptfunktion, den Protoplasten zu schützen, der das Zytoplasma, DNA- und RNA-Moleküle, Proteine, Enzyme, Cofaktoren, Ionen, Zucker usw. enthält, die für die metabolische Aufrechterhaltung der Bakterien erforderlich sind.

Zellmembran

Die erste Schicht, die den Protoplasten umgibt, ist die Zellmembran, die aus Lipiden und Proteinen besteht. Es hat viele spezialisierte Strukturen in der Interaktion mit den äußersten Abdeckungen, um die Reize aus der von ihnen empfangenen Umgebung wahrzunehmen..

Repräsentatives Schema einer Bakterienspore. Die verschiedenen „Schichten“ werden gezeigt: die Exospore, die Abdeckungen (Tunika), der Kortex, die Sporenwand, die Membran, das Cytosol und die DNA (Quelle: Videobiotechno / CC BY-SA (https: // creativecommons. Org /) Lizenzen / by-sa / 4.0) über Wikimedia Commons)

Zellwand

Sowohl die innere als auch die äußere Zellwand, die die Schichten vor der Zellmembran sind, haben die typische Struktur der bakteriellen Zellwand: Sie bestehen hauptsächlich aus dem Heteropolysaccharid Peptidoglycan (N.-Acetylglucosamin und Säure N.-Acetylmuramik).

Kortex

Über den soeben erwähnten Wänden befindet sich der Cortex, der aus großen Ketten von Peptidoglycan (45-60% Muraminsäurereste) besteht..

Auf der Kortikalis befinden sich die innere und äußere Schicht von Bakteriensporen, die aus Proteinen mit speziellen Funktionen zur Deaktivierung von Enzymen und toxischen chemischen Mitteln bestehen, die die Sporen schädigen könnten. Zwei der am häufigsten vorkommenden Enzyme in dieser Schicht sind Superoxiddismutase und Katalase..

Exospore

Exosporium (das nicht von allen Arten produziert wird) besteht aus Proteinen und Glykoproteinen, die den Zugang zu großen Proteinen wie beispielsweise Antikörpern blockieren. Es wird angenommen, dass diese Schicht in Bakterien gefunden wird, deren Überleben von einem pathogenen Charakter abhängt..

Bildung von Bakteriensporen

Mikroskopische Aufnahme von Bacillus subtilis. Die ovalen Strukturen, die ohne Färbung beobachtet werden, sind die Sporen. Quelle: Y tambe (ursprünglicher Uploader) / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Die Sporenbildung beginnt, wenn Bakterienzellen den genetischen Weg aktivieren, der die Sporulationsfunktionen steuert. Diese Gene werden durch Proteine ​​und Transkriptionsfaktoren aktiviert, die Umweltveränderungen (oder den Übergang von "günstig" zu "nachteilig") erkennen..

Das klassische Modell zur Untersuchung der Bildung einer Bakterienspore ist das in Bacillus subtilis, welches in 7 Stufen unterteilt ist. Die Bildung von Sporen in jeder Bakterienart hat jedoch ihre Besonderheiten und kann mehr oder weniger Schritte umfassen.

Die Stadien der Sporulation können mit Hilfe eines Mikroskops und durch Beobachtung von Zellen, die in nährstoffarmen Umgebungen wachsen, leicht erkannt werden. Wir können diese Stadien grob wie folgt beschreiben:

Dieses 1: Zellwachstum

Die Zelle erhöht ihr zytosolisches Volumen in relativ kurzer Zeit mindestens dreimal.

Stufe 2: Vervielfältigung von bakterieller DNA

Gleichzeitig mit der Zunahme des zytosolischen Volumens wird das Genom des Bakteriums durch Mitose dupliziert. Am Ende der Mitose richtet sich das „mütterliche“ Genom auf einen der Pole der Zelle aus, während sich der „Sohn“ oder das resultierende Genom auf den gegenüberliegenden Pol ausrichtet..

Stufe 3: Zellmembranteilung

Die Zellmembran beginnt sich sehr nahe an dem Pol zu verengen, an dem sich das während der Mitose erzeugte „Tochter“ -Genom befindet. Diese Kontraktion führt dazu, dass das resultierende Genom vom Rest des Zytosols der Zelle isoliert wird..

Stadium 4: Evagination einer zweiten Zellmembran (Bildung der Forespora)

Das durch die verengte Zellmembran gebildete Segment wird durch einen anderen Teil der Zellmembran verstärkt, wodurch eine Doppelmembran gebildet wird und eine unreife Spore entsteht, die als "Vorpora" bekannt ist..

Stadium 5: Bildung der Kortikalis

Die Bakterienzelle erhöht die Produktion von Muraminsäureresten. Diese sind auf die Oberfläche gerichtet, die die Vorpora bedeckt, wodurch eine zusätzliche Schutzschicht entsteht. Sobald die Bildung dieser Schicht abgeschlossen ist, wird die Forespora Exospora genannt.

Stufe 6: innere und äußere Sporenabdeckungen

Erhöhungen der Muraminsäureproduktion sind auch darauf ausgerichtet, zwei Schichten einer Zusammensetzung von Peptidoglycan zu bilden, die der der bakteriellen Zellwand ähnlich ist. Diese beiden Schichten bilden die innere und äußere Hülle der Exospore und verwandeln sie in eine Endospore..

Stufe 7: Endosporenfreisetzung

Der letzte Schritt bei der Sporulation oder Sporenbildung ist die Freisetzung. Die Zellwand, die Membran und alle Beschichtungen der "Mutter" -Zelle werden lysiert und geben die reife Endospore an die Umwelt ab..

Verweise

  1. Madigan, M. T. & Martinko, J. (2005). Brock Biology of Microorganisms, 11. Aufl.
  2. Matthews, K. R., Kniel, K. E. & Montville, T. J. (2019). Lebensmittelmikrobiologie: eine Einführung. John Wiley & Sons.
  3. Setlow, P. (2011). Resistenz von Bakteriensporen. Im Bakterielle Stressreaktionen, 2. Auflage (S. 319-332). Amerikanische Gesellschaft für Mikrobiologie.
  4. Setlow, P. (2013). Resistenz von Bakteriensporen gegen chemische Agenzien. Russell, Hugo & Ayliffe, 121-130.
  5. G. J. Tortora, B. R. Funke, C. L. Case & T. R. Johnson (2004). Mikrobiologie: eine Einführung (Band 9). San Francisco, Kalifornien: Benjamin Cummings.

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