Wykonał: Ireneusz Chmiel

Przetrwalniki- formy
spoczynkowe umożliwiające
organizmom przetrwanie
niekorzystnych dla nich
warunków (susza, niskie
temperatury).

1. klasyczne endospory (endospory)

2. Inne formy przetrwalne:

 egzospory

 cysty

 miksospory

• powstają wewnątrz komórki bakteryjnej, z której są uwalniane
• prowadzą do tzw. pauzy metabolicznej („śpiączka” bakteryjna)
• niezwykle odporne na czynniki fizyczne (np. UV, czy godzinne
gotowanie w temp. 100°C, stąd gotowanie nie starczy dla
sterylizacji,
• mogą przeżyć setki lat,
• tworzą je tylko laseczki bakterii Gram+ z rodzaju Bacillus
(tlenowe) i Clostridium (beztlenowe), jest jak na razie jeden
wyjątek: Coxiella burnetti = Gram– riketsja powodująca
odzwierzęcą gorączkę Q dotyczącą zapalenia płuc i opon
mózgowo-rdzeniowych

Endospory w mikroskopie optycznym można łatwo rozpoznać
dzięki temu, że silnie załamują światło, podobnie jak odwodnione
białka. W sporze bowiem zawarta jest prawie cała sucha masa
komórki macierzystej , chociaż jej objętość jest dziesięć razy
mniejsza.

W przypadku wątpliwości, czy mamy do czynienia z endosporami,
należy zastosować odpowiednia metodę barwienia. Jeśli
utrwalony preparat bakterii zabarwimy na gorąco fuksyną
karbolową, to endospory przyjmą ten barwnik i nie odbarwią się
po przemyciu etanolem.

Endospory powstają wewnątrz komórki bakteryjnej, a proces ich
tworzenia rozpoczyna się od nagromadzenia substancji białkowej,
czemu towarzyszy wzrost współczynnika załamania światła. W ciągu
pierwszych 5 godzin sporulacji większość białek komórki
macierzystej ulega rozkładowi. Wytwarzany jest kwas dipikolinowy,
związek swoisty tylko dla endospor, nie występujący w komórkach
wegetatywnych. Jest umiejscowiony w protoplastach.

Sporulacja zaczyna się specyficznym, nierównym
podziałem komórki. Na skutek przewężania błony
cytoplazmatycznej następuje oddzielenie części
protoplastu od komórki macierzystej. Protoplast
endospory zostaje stopniowo otoczony przez błonę
cytoplazmatyczną komórki macierzystej. W wyniku tego
protoplast spory jest już otoczony dwiema błonami
cytoplazmatycznymi, które biorą udział w syntezie ściany
przetrwalnika. Błona protoplastu spory syntetyzuje na
zewnątrz ścianę komórkową przyszłej kiełkującej spory, a
błona pochodząca z komórki macierzystej syntetyzuje do
wewnątrz korteks.

U nielicznych bakterii (np. Bacillus cereus) komórka
macierzysta tworzy jeszcze jedną, dodatkową, luźna
osłonę polipeptydową- egzosporium. Osłony, z powodu
wielowarstwowej budowy, mogą stanowić do 50%
objętości bądź też suchej masy dojrzałej endospory.

Sporulacja przebiega według następującego schematu:

•I stadium – uwypuklenie błony cytoplazmatycznej do wnętrza
komórki. Tworzy się przegroda

•II stadium – DNA dzieli się na genofor sporangium i genofor
prespory

•III stadium – DNA prespory zostaje oddzielone i otoczone dwiema
błonami cytoplazmatycznymi

•IV stadium – wewnętrzna błona tworzy ścianę komórkową
przetrwalnika, a zewnętrzna daje do środka korteks

•V stadium – zakończenie formowania korteksu i osłon białkowych

•VI stadium – osłonki stają się nieprzepuszczalne i ciepłoodporne,
silne załamywanie światła, ustanie metabolizmu i wejście w stan
anabiozy

•VII stadium – uwolnienie endospory spowodowane lizą sporangium

Schemat powstawania endospory

a i b : wytwarzanie przegród

c – e : tworzenie prespory

Morfologiczne i fizjologiczne zmiany

zachodzące w komórkach bakterii

tlenowych podczas wytwarzania

endospor

Proces zaczyna się z chwilą wyczerpania glukozy (czas
zerowy). Powstawanie endospor można śledzić na
podstawie przyrostu zawartości wapnia i kwasu
dipikolinowego, jak również dzięki wzrastającej oporności
na działanie wysokiej temperatury i zmianom
współczynnika światła. Zmianom biochemicznym można
przyporządkować zmiany morfologiczne

.

W dogodnych warunkach pokarmowych wegetatywne komórki
laseczek mogą przez czas nieogranicznony rozmnażać się przez
podział. Dopiero brak substancji odżywczych lub nagromadzenie
produktów przemiany materii prowadzi do tworzenia się spor.
Przetrwalniki powstają więc tylko w pewnych określonych
warunkach sprzyjających temu procesowi, z tym że wysuszanie
nie powoduje powstawania endospor.

Tworzenie endospor jest więc zapoczątkowane brakiem
odpowiednich substratów w środowisku.

Indukcja sporulacji zachodzi w ciągu kilku godzin.
Jeżeli do zawiesiny komórek Bacillus cereus w ciągu
pierwszych 5 godzin po przeniesieniu ich do wody
dodamy glukozę, to nie dochodzi do wytwarzania
endospor, a więc dodana glukoza hamuje
sporulację. Jeśli jednak glukozę dodamy po okresie
dłuższym niż 6 godzin , to nie zahamuje ona
procesu wytwarzania przetrwalników. Indukcja
sporulacji jest nieodwracalna i około 90% komórek
wytworzy endospory między dziesiąta a trzynastą
godziną po przeniesieniu do wody. Sporulacja jest
zatem regulowana przez czynniki środowiskowe.

Przykłady wytwarzających endospory :

a) Bacillus anthracis (laseczka wąglika – wykorzystywana
swego czasu jako broń biologiczna w listach)

• posiada otoczkę polipeptydową
• jest to „mistrz” w wytwarzaniu przetrwalników
• endospora w kształcie „kija bambusowego” położona
centralnie (dzięki zastosowaniu met. Mellera jest koloru
czerwonego, nie barwi się w met. Grama, stąd określenie, że
ma strukturę twardą)

b) Clostridium tetani (laseczka tężca)

• długie, dość wąskie leseczki
• bardzo łatwo możemy ulec zakażeniu chociażby przez
ukłucie igłą
• szczepionki należy przyjmować co 8-10 lat
• są urzęsione perytrychalnie
• endospora ułożona terminalnie w kształcie owalnym,
wewnątrzkomórkowo (przypomina „główkę od szpilki”)

c) Clostridium botulinum (laseczka jadu kiełbasianego)

• posiada subterminalnie, owalnie ułożoną endosporę
(przypomina „rakietę tenisową”)
• powoduje zaburzenia widzenia, trudności w mówieniu,
połykaniu, śmierć – porażenie ośrodka oddechowego,
zatrzymanie akcji serca
• formy urzęsione

d) Clostridium perfringens (laseczka zgorzeli gazowej)

• subcentralne ułożenie endospory
• nie ma urzęsienia
• wytwarza 12 toksyn
• odpowiedzialna za zatrucia pokarmowe i zgorzel

e) Clostridium difficile

• występuje w przewodzie pokarmowym, produkuje dwie toksyny

• odpowiedzialna za biegunkę poantybiotykową w łagodniejszej
postaci (zespół AAD), a w cięższej rzekomobłoniaste zap. jelita
grubego, które nie leczone kończy się śmiercią (zespół PMC)
• posiada dwie endospory

Budowa endospory:

Endosporę można podzielić na trzy zasadnicze

przedziały:

1. Najbardziej wewnętrzną warstwę stanowi

protoplast

– znajduje się w nim chromosom bakteryjny,

rybosomy oraz zagęszczona cytoplazma

– znajduje się tu również kw. dipikolinowy (DPA)

związany z Ca2+ zapewniający twardość i

odporność przed wysokimi temperaturami. Tego

kwasu nie posiadają bakterie i egzospory.

– zawiera też krótkie, niskocząsteczkowe,

kwasorozpuszczalne białka

2. Kolejna część to warstwa korowa (tzw. kora endospory)

• zbudowana z peptydoglikanu ale różniącego się od tego
znajdującego się w ścianie bakteryjnej ze względu na niskie
usieciowanie

• obecność enzymu GSLE – niezbędny do germinacji
(kwitnienia, powrotu do formy metabolicznej), jest to
amidaza, która hydrolizuje korę endopory umożliwiając
uwolnienie protoplastu endospory przy germinacji

• amidozy, hydrolazy potrzebne dla umocnienia nowej
kom. bakt.

3. Zewnętrznie znajduje się płaszcz spory (tzw. płaszcz
białkowy)

• zbudowany z kreatynopodobnego białka

4. ostatnia warstwa, nie zawsze występująca, pokrywa
całość – lipoproteinowa błona zewnętrzna

1.

Cy

- cytoplazma 2.

Cm

- błona cytoplazmatyczna 3.

Zw

– ściana

komórkowa komórki wegetatywnej 4.

Ri

– korteks 5.

iSh

-

wewnetrzna osłona spory 6.

aSh

– zewnętrzna osłona spory 7.

Esp

- egzosporium

Zniszczenie endospor może nastąpić :

• przy zastosowaniu autoklawu (121°C, 1 atm.,
30 min.)

• lub suszarki (180°C, 30 min.)

• w wypadku spalenia bakterii (dlatego w czasie
epidemii palono dobytek tych, którzy chorowali)

-Dojrzałe endospory nie wykazują dostrzegalnego
metabolizmu

-są bardzo odporne na ogrzewanie, promieniowanie i czynniki
chemiczne.

-Ich ciepłooporność wynika z małej zawartości wody.

-spory Bacillus megaterium zawierają np. 15% wody, a więc
w przybliżeniu tyle co wełna lub sucha kazeina.

-bardzo odporne na wysoka temperaturę są też zliofilizowane
komórki wegetatywne, a ciepłooporność endospor wydaje się
proporcjonalna do zawartości w nich kwasu dipikolinowego.

-Większa odporność przetrwalników niż komórek
wegetatywnych na promieniowanie jest w przybliżeniu
proporcjonalna do liczby mostków dwusiarczkowych w
zewnętrznych warstwach białkowych.

-Osłony endospor zawierają głownie białko bogate w
cysteinę, podobne do kreatyny.

-odporność chemiczna spor wynika z nieprzepuszczalności
ich osłon dla wielu związków chemicznych

Spora może zachować swoją żywotność i ciepłooporność przez szereg
lat. W korzystnych jednak warunkach w ciągu kilku minut ulega
nabrzmieniu, staje się przepuszczalna dla rozcieńczonych barwników i
traci ciepłooporność. Proces przejścia ze „śpiącej” postaci spory w
komórkę wegetatywną nazwany jest kiełkowaniem. W okresie
spoczynkowym zachodzą powolne, trudne do wykrycia zmiany
przygotowujące endosporę do kiełkowania- tzw. AKTYWACJA
FIZJOLOGICZNA. Mogą ją przyspieszyć: podwyższona temp., czynniki
chemiczne, mechaniczne, a także pH od 4,5 do 8,5. Jeżeli zaistnieją
pewne niekorzystne warunki następuje powrót do stanu spoczynkowego-
REWERSJA AKTYWIZACJI.

Faza pierwsza przebiega w

ciągu kilku minut i

charakteryzuje się:

• utrata odpornośći

• zdolnością silnego załamywania

światła

• podatnością na barwienie i

uwalnianie pewnych substancji do
środowiska

Faza druga trwa dłużej i

wyróżnia się w niej

następujące stadia:

nabrzmienie spory

Rozerwanie osłon

Rozpuszczenie warstwy korowej

 pozostała warstwa spory staje
się ścianą komórki wegetatywnej,
która wyrasta, wydłuża się i dzieli.
Procesowi temu towarzyszy
aktywacja procesów syntezy
składników

• Biegunowe

kiełkowanie spory
bakterii z rodzaju
Clostridium (z
egzosporium)

• Biegunowe

kiełkowanie
endospory Bacillus
megaterium,
płaszcz spory
pozostał
przyczepiony.

• Boczne

kiełkowanie spor
bakterii z rodzaju
Bacillus:

a) Bacillus cereus
b) Bacillus subtilis

W postaci endospor bakterie mogą przetrwać w stanie
uśpienia metabolicznego długi okres. W glebie przylegającej
do roślin przechowywanych w herbarium Kew Gardens
(Anglia) pozostających przez 200-320 lat w stanie
wysuszonym wykazano obecność nielicznych zdolnych do
zycia endospor B. subtilis i B. licheniformis. W próbkach 50-
100 letnich stwierdzono również obecność B.coagulans i B.
circulans. Na podstawie podobnych badań wykazano, że w
ciagu 50 lat przechowywania suchych prób gleby 90%
endospor utraciło żywotność. Jednak nawet po upływie 1000
lat w 1 tonie suchej gleby można jeszcze znaleźć zdolne do
życia spory.

Endospory wykazują największą odporność na ciepło, wysychanie,
promieniowanie i czynniki chemiczne. Nieliczne bakterie posiadają
innego rodzaju formy przetrwalne tzw. Egzospory. Istnienie egzospor
stwierdzono jedynie u bakterii wykorzystujących metan,
methylosinus trichosporium.
 inaczej zwane gonidiami
 mówimy, że są to formy odpowiadające przetrwalnikom, ale
powstają na zewnątrz komórki
 są odporne na suszę (brak wody), czynniki środowiskowe, brak
pożywienia, ale nie odporne na wysoką temperaturę
 są formą adaptacji do niekorzystnych warunków środowiskowych

Niektóre bakterie tworzą okrągłe, grubościenne komórki
zwane cystami. Powstają one, gdy zostaną wyczerpane
składniki odżywcze. W cystę zostaje przekształcona cała
cylindryczna komórka wegetatywna, a nie tylko jej część,
jak przy tworzeniu endospor. Cysty gatunków należących
do rodzaju Azotobacter i Methylocystis są odporne na
wysychanie, mechaniczne naprężenia i promieniowanie,
ALE NIE NA CIEPŁO.

Podobna przemiana cylindrycznych komórek
wegetatywnych rodzaju Myxococcus i Sporocytophaga
zachodzi przy tworzeniu miskospor.

Komórki rodzaju Arthrobacter (A. globiformis) są
pleomorficzne. W obecności dużej ilości substratów tworzą
komórki cylindryczne; gdy substraty zostają wyczerpane,
komórki staja się kokoidalne.

Arthrobacter należy do tych bakterii, które mogą przetrwać
pewien okres w stanie wysuszenia, np.. W wyschniętej glebie.
Nieznane jest jednak u tego rodu żadne zróżnicowanie
strukturalne.

 nieprawdziwe, nietypowe – stanowią pewien odpowiednik
formy egzosporalnej [nie są to typowe przetrwalniki]

 są to przemijające formy komórek, stabilne przez około 30
dni, odporne na warunki środowiskowe fizyczne i chemiczne

 giną w temp. 80°C po 10 min.

 powstają w warunkach „stresowych” dla bakterii (np. pełny
dostęp tlenu w wypadku bakterii aerofobnych, braku substancji
odżywczych)

tworzą formy ziarenkowate (kokoidalne) z rzęskami lub bez

I.

Grame-Cook K., Kilington R., Nicklin J.:
Mikrobiologia, krótkie wykłady, pod
redakcją: Markiewicz Zdzisław, Wyd.2.
Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa
2006

II. Kunicki-Goldfinger Władysław: Życie

balterii,Wyd.2. Polskie Wydawnictwo
Naukowe. Warszawa 1971.

III. Schlegel G. Hans: Mikrobiologia ogólna, pod

redakcją Markiewicz Zdzisław, Wyd2.
Wydawnictwo naukowe PWN. Warszawa
2004

IV. Szynkiewicz Zbigniew: Mikrobiologia, Wyd.1.

Państwowe Wydawnictwo Naukowe.
Warszawa 1975