Образование организмами клеток – спор в плотной оболочке – явление, которое встречается в живой природе не очень часто. На самом деле – единожды, и только у бактерий. Хоть и есть еще один природный процесс формирования спор, но, несмотря на схожесть биологических наименований, это два совершенно разных вида живых образований. Один вид формируют спорообразующие бактерии, другой – растения и грибы.
Общая характеристика
Спорообразование у бактерий – механизм, который обеспечивает выживаемость бактериального организма в неблагоприятных условиях. В таком виде механизм образования спор существует исключительно у представителей прокариотов. Споры, которые образуют растения и грибы, служат только для размножения этих организмов.
Бактериальные споры образуются внутри прокариотической клетки. Благодаря устойчивой к различным внешним влияниям (химическим, тепловым, световым и.т.д.) прочной оболочке они сохраняют наследственную информацию, содержащуюся в кольцевой ДНК до момента прекращения действия неблагоприятных условий.
До тех пор, пока клетка находится в состоянии споры, метаболизм в ней практически сводится к нулю. Она не ест, не дышит и даже не синтезирует ДНК. Именно такое состояние анабиоза позволяет клетке пережить отсутствие возможности поддерживать жизненные процессы.
Далеко не все микроорганизмы способны образовывать споры. В литературе иногда спорообразующие бактерии называют спорангиями, хотя спорангии – это только одно из состояний процесса спорообразования.
Известно три вида прокариотных спор:
- эндоспоры (эти виды спор формируются из собственной клеточной цитоплазмы, которая втягивается внутрь клетки);
- экзоспоры (формируются снаружи клетки, а по завершению процесса спорообразования отпочковываются);
- миксоспоры (образуются в плодовых телах миксобактерий).
Внешне спора в десять раз меньше той бактериальной клетки, которая её образовала. Практически весь объем споры занимает толстая стенка. Уничтожить спору можно, только воздействуя на неё открытым огнём или специально подобранным антибиотиком.
Жизнеспособность спор может сохраняться около тысячи лет. Оказавшись в благоприятных условиях, спора преобразуется в молодой бактериальный организм, который быстро растет, развивается и размножается.
Врачи отмечают, что технология выживания спорообразующих бактерий представляет собой важный аспект в микробиологии и медицине. Эти бактерии, такие как Bacillus и Clostridium, способны образовывать споры, которые защищают их от неблагоприятных условий, включая высокие температуры и химические вещества. Споры могут сохранять жизнеспособность в течение длительного времени, что делает их потенциально опасными в контексте инфекционных заболеваний.
Медицинские эксперты подчеркивают необходимость разработки эффективных методов дезинфекции и стерилизации, чтобы минимизировать риск инфекций, вызванных этими устойчивыми микроорганизмами. Кроме того, врачи акцентируют внимание на важности понимания механизмов, позволяющих бактериям выживать, что может помочь в создании новых антибиотиков и терапий. В целом, исследование спорообразующих бактерий является ключевым направлением для повышения безопасности в здравоохранении.
Гетеротрофность
Практически все известные анаэробные и аэробные спорообразующие бактерии являются гетеротрофами и живут за счет потребления готовой органики. Причем не за счет живой органики, а за счет продуктов жизнедеятельности других живых организмов (сапрофитность).
Требования к наличию кислорода в окружающей среде
В основном образовывают споры облигатные и факультативные анаэробы, а также аэробы. Основные из них являются представителями таких родов:
- Бациллюс;
- Клостридиум;
- Десульфотомакулум.
Из них только Бациллюс – факультативные анаэробные и аэробные спорообразующие бактерии. Клостридии и Десульфотомакулумы являются спорообразующими анаэробными бактериями.
Читайте также:
Определение аэробности и анаэробности микроорганизмов заключается в идентификации процесса бактериального дыхания: чем дышит бактерия. Живой организм нуждается в дыхании для поддержания внутреннего метаболизма. Аэробы используют в качестве окислителей молекулярный кислород, анаэробы окисляют высокомолекулярные соединения путем задействования остатка фосфорной кислоты.
Спорообразующие бактерии всех трех родов относятся к классу эубактерий (истинные бактерии). Эубактерии образовывают эндоспоры. Экзоспоры образовывают актиномицеты (активные производители почвенного гумуса). Миксоспоры – одно из возможных состояний миксобактерий (колонии, производящие экзоферменты).
Практически все актиномицеты и миксобактерии – аэробы.
Спорообразующие бактерии вызывают большой интерес среди ученых и исследователей, особенно в контексте их способности выживать в экстремальных условиях. Многие отмечают, что эти микроорганизмы могут сохранять жизнеспособность в высоких температурах, радиации и даже в условиях вакуума. Это делает их объектом изучения для биотехнологий и медицины. Некоторые эксперты подчеркивают, что понимание механизмов, позволяющих бактериям образовывать споры, может привести к новым методам борьбы с инфекциями и разработке устойчивых к антибиотикам препаратов. Однако есть и опасения: споры могут вызывать заболевания, и их устойчивость ставит перед медициной новые вызовы. В целом, исследования в этой области открывают перспективы, но требуют осторожного подхода.
Процесс спорообразования
Анаэробные и аэробные спорообразующие бактерии образуют споры по практически идентичным механизмам. Один из самых распространенных процессов спорообразования схематично выглядит так:
- Бактериальная клетка прекращает делиться и становится более крупной по размеру.
- В цитоплазме клетки образуются гранулезы (питательные вещества прокариотов), и поверхность клетки становится похожей на апельсиновую корку.
- Некоторые молекулы клеточных нуклеотидов соединяются между собой и перетягивают определенную часть клетки.
- Зона клетки, перетянутая связкой нуклеотидов, образовывает про-спору.
- В процессе созревания про-спора светлеет и теряет способность пропускать свет (становится непрозрачной).
- В зависимости от видов микроорганизмов споры могут быть круглые, овальные, яйцевидные.
- Зрелая спора имеет очень плотную оболочку, в ней до минимума снижается синтез ДНК.
- Материнская бактериальная клетка, в которой созрела спора, разрушается, и спора остается во внешней среде без материнского чехла.
Прорастание
При попадании в благоприятную среду, которая богата питательными веществами и в которой есть возможность поддерживать внутриклеточный метаболизм, прочная оболочка споры начинает в буквальном смысле набухать. Набухание происходит до полнейшего разрушения оболочки. В тот момент, когда в ткани образуется довольно крупный порыв, через него во внешнюю среду выходит молодая клетка.
Такой способ прорастания спор характерен для таких прокариотов, как аэробные спорообразующие бактерии. Освобождение от спор у некоторых анаэробных бактерий происходит по-другому.
Так, некоторые виды анаэробных бактерий, которые образуют спорангии, не освобождаются от внешней клеточной оболочки. Спора соприкасается не с внешней средой, а с оболочкой клетки (чехлом). При возникновении благоприятных условий для жизни бактериальной клетки чехол начинает пропускать внутрь клетки питательные вещества, и спора прорастает внутри уже существующего клеточного чехла.
Бациллы
Спорообразующие аэробные виды бактерии бациллы – род, который насчитывает около 200 видов бактерий. Все они грамположительные и имеют форму палочек.
В отличие от неспорообразующих, спорообразующие бактерии имеют более крупные размеры. Некоторые из них даже можно увидеть невооруженным глазом.
Среди спорообразующих бактерий бацилл есть патогенные для человека виды. Так, сибирскую язву вызывает бацилла антрацис (возбудитель сибирской язвы). В человеческий организм болезнетворный возбудитель попадает через повреждения на коже. Зараженные ткани подвергаются токсическому воздействию продуктов жизнедеятельности антрацис и отмирают.
Ввиду возможности образования спор при попадании в неблагоприятные условия, возбудителя сибирской язвы невозможно истребить, оказывая на него тепловое, световое или химическое воздействие. Данное обстоятельство усложняет профилактику сибирской язвы, поскольку предупредительные меры ограничиваются только вакцинацией.
Примеры распространения бацилл в почве:
- В почвах южных районов спорообразующих бактерий больше, чем в холодных почвах, тогда как на неспорообразующие перегрев действует губительно.
- Отмечена разница в наличии спорообразующих бактерий в зависимости от растительности, произрастающей на почвах. Так, около корней растений обитают в основном неспорообразующие прокариоты, а на разлагающихся растительных остатках – виды спорообразующих прокариотов.
- Аэробные спорообразующие бактерии, или бациллы, оздоравливают почвы.
Клостридии и десульфотомакулум
Спорообразующие бактерии клостридии являются грамположительными анаэробами, которые не могут выжить в кислородной среде. Иначе они называются облигатными.
Клостридии имеют вид загнутой палочки и довольно крупные размеры. Они живут в основном в организмах живых существ, могут быть подвижными (со жгутиками) или неподвижными (без жгутиков).
Клостридии, которые обладают патогенными свойствами и могут погубить другие живые организмы, чаще всего имеют надстройку-капсулу. То есть сама клетка не соприкасается с внешней средой, а находится в капсуле. Цитоплазма этого вида анаэробов по своему составу не отличается от цитоплазмы спорообразующих аэробных бактерий, разница только в метаболических процессах.
Некоторые виды Клостридий вырабатывают токсичные яды, в том числе и ботулотоксин – один из самых сильных органических ядов. Патогенные виды клостридий – это возбудители столбняка, гангрены, ботулизма и т.д.
Род бактерий десульфотомакулум, в отличие от других грамположительных прокариотов, является грамотрицательным. Это облигатный подвижный анаэроб имеет палочковидную форму (изогнутую и прямую). Споры десульфотмакулумов имеют овоидную (яйцевидную) форму и могут располагаться как на полюсах клетки, так и в её центре.
Применение
Человек научился широко применять в промышленности деятельность бактерий, которые умеют образовывать споры. Так, при помощи анаэробных спорообразующих бактерий производится ацетон, антибиотики, витамины и гормоны. Аэробные спорообразующие в составе инсектицидов борются в сельском хозяйстве с вредными насекомыми.
Вопрос-ответ
Какова термостойкость спорообразующих бактерий?
Типичные бактериальные споры устойчивы к температурам, примерно на 40–45 °C, превышающим температуру соответствующих вегетативных клеток. Помимо этого общего правила термоустойчивость микроорганизмов значительно различается как у разных видов, так и у разных штаммов одного и того же вида.
Какие роды относятся к спорообразующим бактериям?
Clostridium и Bacillus — два спорообразующих рода, которые также содержат несколько пищевых патогенов, способных вызывать пищевые заболевания у людей.
-
Читайте также:
Советы
СОВЕТ №1
Изучите основные виды спорообразующих бактерий, такие как Bacillus и Clostridium. Понимание их особенностей поможет вам лучше подготовиться к возможным угрозам, связанным с этими микроорганизмами.
СОВЕТ №2
Обратите внимание на методы стерилизации и дезинфекции. Использование высоких температур, химических средств или фильтрации может эффективно уничтожить споры и предотвратить их распространение.
СОВЕТ №3
Разработайте план действий на случай заражения. Знайте, какие меры предпринять в случае обнаружения спорообразующих бактерий, включая использование средств индивидуальной защиты и изоляцию зараженных объектов.
СОВЕТ №4
Регулярно обновляйте свои знания о новых исследованиях и технологиях в области микробиологии. Это поможет вам оставаться в курсе последних достижений и методов борьбы с спорообразующими бактериями.
