ENDOSPORES: MGA KATANGIAN, ISTRAKTURA, PAGBUO, PAG-ANDAR - BIOLOGY - 2025

Ang mga endospores ay mga form ng kaligtasan ng ilang mga bakterya, na binubuo ng mga dormant cells at dehydrated coated protection layer, na nagpapakita ng matinding pagtutol sa kemikal at pisikal na stress. Nagagawa nilang magtagal nang walang hanggan sa kawalan ng mga sustansya. Nabuo ang mga ito sa loob ng bakterya.

Ang mga endospores ay ang pinaka-lumalaban na mga istraktura sa pamumuhay na kilala. Maaari silang mabuhay ng mataas na temperatura, ultraviolet light, gamma radiation, desiccation, osmosis, chemical agents, at enzymatic hydrolysis.

Pinagmulan: Pasilidad ng Microskopyo ng Dartmouth Electron, College ng Dartmouth

Kapag tinukoy ito ng mga kondisyon sa kapaligiran, ang mga endospores ay tumubo sa pagtaas ng mga aktibong bakterya na nagpapakain at dumami.

Ang mga endospores ay isang uri ng spore. May mga fungi, protozoa, algae, at mga halaman na gumagawa ng kanilang sariling mga uri. Ang mga endospores ay kulang sa pag-andar ng reproduktibo: ang bawat selula ng bakterya ay gumagawa lamang ng isa. Sa iba pang mga organismo, sa kabilang banda, maaari silang magkaroon ng isang pag-andar ng reproduktibo.

Kasaysayan

Noong kalagitnaan ng ika-17 siglo, ang Dutch merchant na tela at payunir ng mikrobiolohiya na si Antonie van Leeuwenhoek, gamit ang mga mapanlikha na mikroskopyo na dinisenyo at ginawa ng kanyang sarili, ay ang unang nag-obserba ng mga buhay na microorganismo, kabilang ang protozoa, algae, lebadura, fungi at bakterya.

Noong 1859, ang French Academy of Sciences ay nag-sponsor ng isang kumpetisyon kung saan nakilahok ang kemikal na Pranses na si Louis Pasteur. Ang layunin ay upang magaan ang ilaw sa pamamagitan ng isang eksperimento sa "kusang henerasyon", isang sinaunang hypothesis na iminungkahi na ang buhay ay maaaring lumitaw mula sa "mahahalagang pwersa" o "maaaring maililipat na sangkap" na naroroon sa hindi nabubuhay o nabubulok na bagay.

Ipinakita ni Pasteur na, tulad ng sa alak, hangin at solidong mga partikulo ay ang mapagkukunan ng mga microbes na lumalaki sa mga sabaw ng kultura na dati nang isterilisado ng init. Di-nagtagal, noong 1877, ang pisika ng Ingles na si John Tyndall ay nagwasto sa mga obserbasyon ni Pasteur, na inilalagay ang pangwakas na suntok sa hypothesis ng kusang henerasyon.

Nagbigay din si Tyndall ng katibayan para sa sobrang init na lumalaban sa mga bakterya. Malaya, sa pagitan ng 1872 at 1885, ang botanist ng Aleman na si Ferdinand Cohn, ay itinuturing na tagapagtatag ng modernong microbiology, na inilarawan nang detalyado ang mga endospores ng bakterya.

Kahabaan ng buhay

Karamihan sa mga organismo ay nakatira sa mga kapaligiran na nag-iiba sa oras at espasyo. Ang isang pangkaraniwang diskarte para sa nakaligtas na mga kondisyon sa kapaligiran na pansamantalang hindi angkop para sa paglaki at pagpaparami ay ang pagpasok ng isang estado ng mababaligtad na dormancy, kung saan ang mga indibidwal ay nagtatago sa mga protektadong istruktura at mabawasan ang kanilang paggasta sa enerhiya.

Ang paglipat sa pagitan ng mga aktibo at latent na estado ay magastos nang malaki. Ang pamumuhunan na ito ay higit na malaki kapag ang mga indibidwal ay dapat magtayo ng kanilang sariling mga protekturang istruktura, maging binubuo sila ng mga exogenous na materyales, o biosynthesized sa loob. Bilang karagdagan, ang mga indibidwal ay dapat na tumugon sa mga pampasigla sa kapaligiran na nagiging sanhi ng paglipat.

Ang pagkabigo ay bumubuo ng isang imbakan ng tubig ng mga nakasisindak na mga indibidwal na maaaring maaktibo kapag muling lumitaw ang mga kanais-nais na kondisyon. Pinapayagan ng mga reservoir na ito ang pag-iingat ng mga populasyon at ang kanilang pagkakaiba-iba ng genetic. Pagdating sa endospore-paggawa ng pathogen bacteria, ang latency ay nagpapadali sa kanilang paghahatid at ginagawang mahirap ang kanilang control.

Ang mga endospores ng bakterya ay maaaring manatiling mabubuhay sa loob ng maraming taon. Napagtalo na ang mga endospores na napanatili sa mga sinaunang mga substrate, tulad ng permafrost, aquatic sediment, underground salt deposit, o amber ay maaaring manatiling mabubuhay sa libu-libo at maging milyun-milyong taon.

Pagmamasid

Ang pagpapakita ng posisyon at iba pang mga katangian ng mga endospores ay lubhang kapaki-pakinabang para sa pagkilala sa mga species ng bakterya.

Ang mga endospores ay makikita gamit ang isang light mikroskopyo. Sa bakterya na sumailalim sa Gram o methylene blue staining, ang mga ito ay nakikilala bilang walang kulay na mga rehiyon sa loob ng vegetative bacterial cell. Ito ay dahil ang mga dingding ng mga endospores ay lumalaban sa pagtagos ng mga ordinaryong reagents ng paglamlam.

Ang isang tiyak na pamamaraan ng paglamlam para sa mga endospores, na kilala bilang Schaeffer-Fulton kaugalian stain, ay binuo na ginagawang malinaw na nakikita ang mga ito. Ang pamamaraang ito ay nagbibigay-daan upang mailarawan ang parehong mga nasa loob ng cell na may bakterya at ang mga nasa labas nito.

Ang pamamaraan ng Schaeffer-Fulton ay batay sa kakayahan ng malachite green upang mantsang ang pader ng mga endospores. Matapos mailapat ang sangkap na ito, ang safranin ay ginagamit upang kulayan ang mga vegetative cells.

Ang resulta ay isang pagkakaiba-iba ng paglamlam ng mga endospores at mga vegetative cells. Nakakuha ang dating isang berdeng kulay at ang huli ay isang kulay rosas.

Istraktura

Sa loob ng vegetative cell, o sporangium, ang mga endospores ay maaaring matatagpuan terminal, subterminal, o centrally. Ang form na ito ng bakterya ay may apat na layer: medulla, mikrobyo pader, cortex, at takip. Sa ilang mga species mayroong isang ikalimang panlabas na lamad na lamad na tinatawag na exosporium, na binubuo ng lipoprotein na naglalaman ng mga karbohidrat.

Ang medulla o sentro ay ang protoplast ng endospore. Naglalaman ito ng chromosome, ribosom, at isang sistema ng pagbuo ng enerhiya ng glycolytic. Maaaring hindi ito magkaroon ng mga cytochromes, kahit na sa mga aerobic species.

Ang enerhiya para sa pagtubo ay naka-imbak sa 3-phosphoglycerate (walang ATP). Ito ay may mataas na konsentrasyon ng dipicolinic acid (5-25% ng tuyong timbang ng endospore).

Ang pader ng mikrobyo sa spore ay pumapalibot sa medullary membrane. Naglalaman ito ng mga tipikal na peptidoglycan, na sa panahon ng pagganyak ay nagiging cell wall ng vegetative cell.

Ang cortex ay ang pinakamakapal na layer ng endospore. Pinalilibot ang dingding ng mikrobyo. Naglalaman ito ng atypical peptidoglycan, na may mas kaunting mga cross-link kaysa sa karaniwang isa, na ginagawang napaka-sensitibo sa autolysis ng mga lysozymes, kinakailangan para sa pagtubo.

Ang amerikana ay binubuo ng isang keratin na tulad ng protina na naglalaman ng maraming mga bono ng intramolecular disulfide. Pinalibutan ang cortex. Ang impermeability nito ay nagbibigay ng pagtutol sa mga pag-atake ng kemikal.

Physiology

Ang Dipicolinic acid ay lilitaw na may papel sa pagpapanatili ng latency, pag-stabilize ng DNA, at paglaban sa init. Ang pagkakaroon ng maliit na natutunaw na mga protina sa acid na ito ay bumubulusok sa DNA at pinoprotektahan ito mula sa init, desiccation, ultraviolet light, at kemikal.

Ang synthesis ng atypical peptidoglycan ay nagsisimula kapag ang isang asymmetric septum ay nabuo na naghahati sa vegetative cell. Sa ganitong paraan, hinati ng peptidoglycan ang stem cell kung saan ang prespore ay bubuo sa dalawang compartment. Pinoprotektahan ito ng peptidoglycan mula sa mga kawalan ng timbang na osmotic.

Ang cortex osmotically ay nag-aalis ng tubig mula sa protoplast, na ginagawa itong mas lumalaban sa pagkasira ng init at radiation.

Ang mga endospores ay naglalaman ng mga DNA sa pag-aayos ng mga enzymes, na kumikilos sa panahon ng pag-activate ng utak at kasunod na pagtubo nito.

Sporulation

Ang proseso ng pagbuo ng isang endospore mula sa isang vegetative bacterial cell ay tinatawag na sporulation o sporogenesis.

Ang mga endospores ay madalas na nangyayari kapag ang ilang mga kritikal na nutrisyon ay nasa maikling supply. Maaari ring magkaroon ng produksyon ng endospore, na kumakatawan sa seguro sa buhay laban sa pagkalipol, kung ang mga nutrisyon ay sagana at iba pang mga kondisyon sa kapaligiran ay kanais-nais.

Ang sporulation ay binubuo ng limang phase:

1) Pagbubuo ng septum (medullary lamad, mikrobyo pader ng spore). Ang isang bahagi ng cytoplasm (hinaharap medulla) at isang replicated chromosome ay nakahiwalay.

2) Ang pader ng mikrobyo ng spore ay bubuo.

3) Ang cortex ay synthesized.

4) nabuo ang takip.

5) Ang mga vegetative cell ay nagpapahina at namatay, kaya pinakawalan ang endospore.

Pagganyak

Ang proseso kung saan ang isang endospore ay nagbabago sa isang vegetative cell ay tinatawag na pagtubo. Ito ay na-trigger ng pagkasira ng enzymatic ng takip ng endospore, na nagpapahintulot sa hydration ng utak at pag-restart ng aktibidad ng metaboliko.

Ang pagguho ay binubuo ng tatlong yugto:

1) Pag-activate. Ito ay nangyayari kapag ang abrasion, isang ahente ng kemikal, o pinipinsala ng init ang takip.

2) Pagganyak (o pagsisimula). Nagsisimula ito kung kanais-nais ang mga kondisyon sa kapaligiran. Ang peptidoglycan ay pinapahina, inilabas ang dipicolinic acid, at ang cell ay hydrated.

3) Pagkasabog. Ang cortex ay pinanghihina at muling pagsisimula ang biosynthesis at cell division.

Patolohiya

Ang mga endospores ng pathogenic bacteria ay isang malubhang problema sa kalusugan dahil sa kanilang pagtutol sa pag-init, pagyeyelo, pag-aalis ng tubig at radiation, na pumapatay sa mga vegetative cells.

Halimbawa, ang ilang mga endospores ay maaaring mabuhay ng maraming oras sa tubig na kumukulo (100 ° C). Sa kaibahan, ang mga vegetative cell ay hindi lumalaban sa temperatura sa itaas ng 70 ° C.

Ang ilang mga bakterya na gumagawa ng endospore ng genera Clostridium at Bacillus excrete potent protein toxins na nagdudulot ng botulism, tetanus, at anthrax.

Depende sa kaso, ang mga paggamot ay nagsasama ng gastric lavage, paglilinis ng sugat, antibiotics, o antitoxin therapy. Ang mga hakbang sa pag-iwas ay kinabibilangan ng kalinisan, isterilisasyon, at pagbabakuna.

Botulismo

Ito ay sanhi ng kontaminasyon sa mga spores ng Clostridium botulinum. Ang pinaka-halata na sintomas nito ay ang paralisis ng kalamnan, na maaaring sundan ng kamatayan. Ang saklaw nito ay mababa.

Mayroong tatlong uri ng botulismo. Ang infantile ay sanhi ng ingestion ng honey o iba pang mga additives, nahawahan ng hangin, na naidagdag sa gatas. Para sa bahagi nito, ang pagkain ay ginawa sa pamamagitan ng ingestion ng kontaminadong pagkain (tulad ng de-latang pagkain), hilaw o hindi maganda ang luto. Panghuli, ang pinsala ay ginawa sa pamamagitan ng pakikipag-ugnay sa lupa, na siyang likas na tirahan ng C. botulinum.

Tetanus

Ito ay sanhi ng Clostridium tetani. Kasama sa mga sintomas nito ang mga kontraksyon ng kalamnan na napakasakit (sa wikang Griego, ang salitang "tetanus" ay nangangahulugang nagkontrata) at napakalakas na maaari silang maging sanhi ng mga nasirang buto. Ito ay madalas na nakamamatay. Ang saklaw nito ay mababa.

Ang mga infective spores ng C. tetani ay karaniwang pumapasok sa katawan sa pamamagitan ng isang sugat, kung saan sila ay namumulaklak. Sa panahon ng paglago, na nangangailangan ng sugat na hindi maganda ang oxygen, ang mga vegetative cells ay gumagawa ng tetanus toxin.

Ang mga bakterya at ang kanilang mga endospores ay pangkaraniwan sa kapaligiran, kabilang ang lupa. Natagpuan sila sa mga feces ng mga tao at hayop.

Anthrax

Ito ay sanhi ng anthracis ng Bacillus. Ang mga sintomas nito ay nag-iiba-iba depende sa kapaligiran at site ng impeksyon. Ito ay isang malubhang at madalas na nakamamatay na sakit. Ang saklaw nito ay katamtaman na mataas, na gumagawa ng mga epidemya sa mga hayop at tao. Noong ika-18 siglo, natukoy ng anthrax ang mga tupa ng Europa.

Ang mga herbivorous mammal ay ang natural host nito. Ang mga tao ay nahawahan sa pamamagitan ng pakikipag-ugnay (karaniwang trabaho) sa mga hayop, o sa pamamagitan ng paghawak o pag-ingesting ng mga produktong hayop.

Mayroong tatlong uri ng anthrax:

1) Cutaneous. Ang pagpasok ay ginawa ng mga pinsala. Itim at necrotic ulcers form sa balat.

2) Sa pamamagitan ng paglanghap. Pagpasok sa paghinga. Gumagawa ito ng pamamaga at panloob na pagdurugo at humantong sa pagkawala ng malay.

3) Gastrointestinal. Pagpasok sa pamamagitan ng ingestion. Nagdudulot ito ng mga oropharyngeal ulcers, matinding pagdurugo sa tiyan at pagtatae.

Sa humigit-kumulang na 95% ng mga kaso, ang human anthrax ay cutaneous. Sa mas mababa sa 1% ito ay gastrointestinal.

Kontrol

Ang mga endospores ay maaaring masira sa pamamagitan ng isterilisasyon sa autoclaves, pagsasama-sama ng mga presyon ng 15 psi at temperatura ng 115-112 ° C para sa 7-70 minuto. Maaari rin silang matanggal sa pamamagitan ng mga alternatibong pagbabago sa temperatura at presyon, tulad ng pagkakaroon ng pagtubo ng mga spores kasunod ng pagkamatay ng mga nagresultang bakterya ng vegetative.

Ang peracetic acid ay isa sa mga pinaka-epektibong ahente ng kemikal para sa pagsira sa mga endospores. Ang Iodine, sa tincture (natunaw sa alkohol) o iodophor (na sinamahan ng isang organikong molekula) ay karaniwang nakamamatay din sa mga endospores.

Ang pagkawasak ng mga endospores sa mga instrumento sa operasyon ay epektibong nakamit sa pamamagitan ng pagpapakilala sa kanila sa isang lalagyan kung saan ang isang plasma (nasasabik na gas na mayaman sa mga libreng radikal) ay naudyok, kung saan ang ilang mga ahente ng kemikal ay sumailalim sa negatibong presyon at isang electromagnetic field.

Ang pagkawasak ng mga endospores sa malalaking bagay, tulad ng mga kutson, ay nakamit sa pamamagitan ng paglalantad sa kanila ng maraming oras sa ethylene oxide na sinamahan ng isang hindi nasusunog na gas.

Ang mga industriya ng pagproseso ng pagkain ay gumagamit ng chlorine dioxide sa may tubig na solusyon upang mag-fumigate ang mga lugar na potensyal na nahawahan ng mga endospores ng anthrax.

Ang sodium nitrite na idinagdag sa mga produktong karne, at idinagdag ang antibiotic nisin sa keso, pinipigilan ang paglaki ng mga bakteryang gumagawa ng endospore.

Mga sandatang biolohiko at bioterrorism

Ang Bacillus anthracis ay madaling lumaki. Para sa kadahilanang ito, sa panahon ng dalawang digmaang pandaigdig ay isinama ito bilang isang biological na armas sa mga arsenals ng Alemanya, Great Britain, Estados Unidos, Japan at Soviet Union.

Noong 1937, ang hukbo ng Hapon ay gumamit ng anthrax bilang isang biological na armas laban sa mga sibilyang Tsino sa Manchuria. Noong 1979, sa Sverdlovsk, Russia, hindi bababa sa 64 na mga tao ang namatay mula sa hindi sinasadyang paglanghap ng mga spores mula sa isang pilay na nagmula sa militar ng B. anthracis. Sa Japan at Estados Unidos, ginamit ang anthrax para sa mga layunin ng terorista.

Sa kabaligtaran, ang mga pagtatangka ay kasalukuyang ginagawa upang magamit ang mga coatings ng endospore bilang isang sasakyan para sa mga therapeutic na gamot at para sa mga antigens na nilikha para sa mga layunin ng pag-iwas sa pagbabakuna.

Mga Sanggunian

1. Barton, LL Structural at functional na mga relasyon sa prokaryotes. Springer, New York.
2. Itim, JG 2008. Microbiology: mga prinsipyo at pagsaliksik. Hoboken, NJ.
3. Brooks, GF, Butel, JS, Carroll, KC, Morse, SA 2007. Medikal na microbiology. McGraw-Hill, New York.
4. Cano, RJ, Borucki, MK 1995, Pagbabalik at pagkilala sa mga spora ng bakterya sa may edad na 25- hanggang 40-milyong taong gulang na Dominikano. Agham 268, 1060-1064.
5. Duc, LH, Hong, HA, Fairweather, N., Ricca, E., Pagputol, SM 2003. Ang mga sparm ng bakterya bilang mga sasakyan sa bakuna. Impeksyon at kaligtasan sa sakit, 71, 2810–2818.
6. Emmeluth, D. 2010. Botulism. Infobase Publishing, New York.
7. Guilfoile, P. 2008. Tetanus. Infobase Publishing, New York.
8. Johnson, SS et al. 2007. Ang mga sinaunang bakterya ay nagpapakita ng katibayan ng pag-aayos ng DNA. Mga pamamaraan ng National Academy of Sciences ng USA, 104, 14401–14405.
9. Kyriacou, DM, Adamski, A., Khardori, N. 2006. Anthrax: mula sa antigong at pagkamalas sa isang front-runner sa bioterrorism. Mga Nakakahawang Clinic Disease ng North America, 20, 227-255.
10. Nickle DC, Leran, GH, Ulan, MW, Mulins, JI, Mittler, JE 2002. Nagtataka sa modernong DNA para sa isang "250 milyong taong gulang" na bakterya. Journal of Molecular Evolution, 54, 134–137.
11. Prescott, LM 2002. Microbiology. McGraw-Hill, New York.
12. Renberg, I., Nilsson, M. 1992. Malaking bakterya sa mga sediment ng lawa bilang mga tagapagpahiwatig ng paleoecological. Journal of Paleolimnology, 7, 127–135.
13. Ricca, E., SM Pagputol. 2003. Ang umuusbong na aplikasyon ng mga bakterya spores sa nanobiotechnology. Journal ng Nanobiotechnology, jnanobiotechnology.com
14. Schmid, G., Kaufmann, A. 2002. Anthrax sa Europa: ang epidemiology nito, mga klinikal na katangian, at papel sa bioterrorism. Clinical Microbiology and Infection, 8, 479–488.
15. Shoemaker, WR, Lennon, JT 2018. Ebolusyon na may isang seed bank: ang populasyon na genetic na bunga ng microbial dormancy. Mga Aplikasyon sa Ebolusyon, 11, 60-75.
16. Talaro, KP, Talaro, A. 2002. Mga pundasyon sa microbiology. McGraw-Hill, New York.
17. Tortora, GJ, Funke, BR, Kaso, CL 2010. Microbiology: isang pagpapakilala. Benjamin Cummings, San Francisco.
18. Vreeland, RH, Rosenzweig, WD, Powers, DW 2000. Ang paghihiwalay ng 250 milyong taong gulang na halotolerant na bacterium mula sa isang pangunahing kristal na asin. Kalikasan 407, 897-900.