Růstové cykly bakterií Plodnice rodu Myxococcus Jednoduché růstové cykly • Důvodem je adaptace či příprava (u sporulace) na změny podmínek životního prostředí - přechod z prostředí těla vyšších organismů ven • Změny podmínek v půdě Vegetativní a klidové stadium Tvorba spor • G+ bakterie – endospory termorezistentní Bacillus, Clostridium, Sporosarcina, Sporolactobacillus, Thermoactinomyces • G- bakterie – exospory Méně rezistentní, odolné zejm.vůči vysychání Azotobacter, Methylosinus • Chlamydie Elementární a retikulární tělíska Azotobacter Endospora, sporulace • Asporulační medium – glukóza • odolná, KLIDOVÁ (nereproduktivní) struktura • převážně G+ bakterie - Bacillus (aerobní tyčky), Clostridum, Thermoactinomyces a Desulfotomaculum (anaerobní tyčky), Sporosarcina (aerobní koky), Sporolactobacillus, Oscillospira, Thermoactinomyces • také některými G - bakteriemi (Coxiella burnetii) • možnost přečkat podmínky nevhodné pro život i po tisíce let • minimální obsah vody a minimální metabolismus • prostředkem šíření bakterií i na značné vzdálenosti • Stabilizace makromolekul spory: - přítomnost specifických bílkovin - ztráta vody a její náhrada vápníkem. • odolné k: působení UV a γ záření, k vysoušení, lysozymu, teplotním změnám, nedostatku živin a působení mnoha dezinfekčních prostředků. V ethanolu mohou přežívat několik měsíců. • Sporicidní látky: ethylenoxid, beta-propionlakton, koncentrované louhy a kyseliny, formaldehyd při prodloužené expozici, kyselina peroctová – Persteril, jodové preparáty, chloramin. Medicínsky významné jsou spory rodů Bacillus a Clostridium Clostridium botulinum: • sporulující buňky odolávají 2-6 hodin teplotě 100 °C • oproti nesporulujícím, které hynou po 30' při 70 °C! • Spory inaktivovány po 20' při 121 °C vodní páry při • 2 atm (0,2Mpa) a po 90´ - 180' při 160 - 200 °C suchého tepla, vysoce termorezistentní, přežijí až pětihodinový var v Clostridium tetani – tetanus. Ke zničení spor nutno působit 100°C po 90 minut. v Bacillus anthracis – biologická zbraň, anthrax v • biopesticidy - Bt toxin transgen -Bacillus thuringiensis var. israelensis Morfologie spor • Mikroskopie: vysoce světlolomné útvary nepřijímající Gramovo barvivo • Tvar, velikost a uložení – charakteristický znak pro identifikaci • Velikost – všímáme si, zda a ve kterém místě spora vyklenuje buňku. Zda je průměr spory větší, než tloušťka vegetativní buňky • Rozšíření buňky: C. botulinum, C. tetani, Bacillus stearothermophilus • mírné rozšíření: C. histolyticum a C. novyi). U některých druhů spora buňku nezduřuje: B. anthracis, B. cereus. Bacillus anthracis Tvar spory • Oválné - Bacillus anthracis, B. cereus, Clostridium botulinum • Kulaté – Cl. tetani, B. sphaericus • Cylindrické, elipsoidní. Uložení spory v buňce • terminální = na konci tyčinky (C. tetani jakoby paličky, proto byl dřívější název „Plectridium tetani“, pléctron = řec. kladivo), B. stearotermophilus • centrální (C. histolyticum, C. novyi, C. septicum, B. anthracis, B. cereus) • subterminální = paracentrálně = mezi středem a pólem buňky, většinou (C. botulinum, C. sporogenes, B. brevis) Barvení Obdobné postupu barvení acidorezistentních tyčinek (barvení za horka). Poté vzdorují odbarvování i roztokem HCl+ethanol. Proces sporulace • Začíná ve fázi G1 přechodem od binárního k asymetrickému dělení • Hlavně stacionární fáze • 7 fází • Fáze 0 Mateřská vegetativní buňka (sporangium) přechází z binárního k asymetrickému dělení. • Fáze I • Tvorba axiálních filament k • rozdělení bakteriálního chromozomu. • Sporogenní zóna – jiná hustota • Fáze II • ukončena replikace buněčného genetického materiálu, a ten se následně rozestupuje k pólům buňky. Končí invaginace cytoplazmatické membrány. •Fáze III • proliferace cytoplazmatické membrány kolem obou vydělených částí buňky, u spory dochází k zaobalení (prospora - barvitelná) • Intina. extina •Fáze IV Tvoří se kortex spóry s PG o složení líšícím se od peptidoglykanu buněčné stěny • Ve spóře obsažena kyselina dipikolinová (stabilizuje kvarterní strukturu DNA ve vazbách) a velké množství Ca^++ iontů – aktivní transport - antiport. • Fáze V • Syntéza pláště. • Vícevrstevný. • Již minimum vody. • U rodu Bacillus: Vzniká exosporium složené z deseti proteinů, polysacharidů a lipidů. • Fáze VI • Maturace endospory a lýza mateřské buňky, uvolnění zralých spór •Fáze VII • Volná zralá spóra. Stavba zralé spory • Jádro – obsahující sporoplast či protoplast : stroma spóry představuje gelovou matrix, tvořenou bakteriálním jaderným ekvivalentem – nukleoidem, kalcium dipikolinátem (CDPA) nebo pyridin-2,6-dikarboxylovou kyselinou, jež nahrazuje vodu při udržování kvarterní struktury DNA • · Kortex • 1) vnitřní kortex (20% kortexu) či stěnu spóry • 2) zevní kortex (80 % kortexu). • Zajišťuje nepropustnost ( nebarvitelný!) • Kortex tvořen peptidoglykany (PG). • Jen 20-30 % PG jednotek shodných s jednotkami v buněčné stěně. • Zbylých 50-60 % N-acetylmuramyl–laktam, • dalších 18-20 % kyseliny N-acetylmuramové je spojeno s L-alaninem namísto tetrapeptidu. • Tyto modifikace zajišťují enzymy: membránově vázaná Glu-mesoDmp hydroláza a cytosolová Ac-Ala-Glu-mesoDmp lyáza. • · Perikortikální membrána • · Pláště složené z proteinů bohatých na cystein (a podobných keratinu), zajišťují odolnost spór k působení chemikálií. • · výše zmíněné exosporium u rodu Bacillus Jedinečné a charakteristické struktury spory •Kalcium dipikolinát •Proteiny stabilizující DNA •Kortex •DNA reparační enzymy v procesu germinace Germinace spory – terminální, centrální • Germinací rozumíme rychlý proces klíčení spory. Začíná spontánní aktivací spory • Aktivace – destabilizací pláště – působením teploty 70-85 °C po 5 – 10 min, další aktivátory: malé organické molekuly, L-Ala, Ado a Ino, vyšší obsah bazí V laboratořích zahřátí v přítomnosti vody. Aktivovaná spora přijímá vodu a ztrácí rezistenci – bílkoviny se začínají rozkládat, vzniklé AMK - stavební kameny nových proteinů •Lytický enzym: p68 => p29 (kortikohydroláza) – depolymerizuje kortex pro nástupný průnik vody. Po dvou hodinách po germinaci spory následuje dělení vegetativní buňky. •Inhibice klíčení: D-Ala, MgCl[2], PMSF Exospory = cysty • Nejsou tolik rezistentní vůči teplu • Rezistentní vůči vysychání • Granula PHB • Odlišné obaly