ENDOSPORA: CIRI, STRUKTUR, PEMBENTUKAN, FUNGSI - BIOLOGI - 2026

The endospora adalah bentuk survival bakteria tertentu, terdiri daripada sel-sel yang tidak aktif dan kering lapisan pelindung bersalut, menunjukkan rintangan yang melampau kepada tekanan kimia dan fizikal. Mereka dapat bertahan selama-lamanya tanpa adanya nutrien. Mereka terbentuk di dalam bakteria.

Endospora adalah struktur hidup paling tahan yang diketahui. Mereka dapat bertahan pada suhu tinggi, sinar ultraviolet, radiasi gamma, pengeringan, osmosis, agen kimia, dan hidrolisis enzimatik.

Sumber: Kemudahan Mikroskop Elektron Dartmouth, Dartmouth College

Apabila keadaan persekitaran menentukannya, endospora bercambah menimbulkan bakteria aktif yang memberi makan dan membiak.

Endospora adalah sejenis spora. Terdapat kulat, protozoa, alga, dan tumbuhan yang menghasilkan jenisnya sendiri. Endospora kekurangan fungsi pembiakan: setiap sel bakteria hanya menghasilkan satu. Pada organisma lain, sebaliknya, mereka boleh mempunyai fungsi pembiakan.

Sejarah

Pada pertengahan abad ke-17, pedagang kain Belanda dan pelopor mikrobiologi Antonie van Leeuwenhoek, menggunakan mikroskop cerdas yang dirancang dan dibuat oleh dirinya sendiri, adalah yang pertama memerhatikan mikroorganisma hidup, termasuk protozoa, alga, ragi, kulat dan bakteria.

Pada tahun 1859, Akademi Sains Perancis menaja pertandingan di mana ahli kimia Perancis Louis Pasteur mengambil bahagian. Objektifnya adalah untuk menjelaskan melalui eksperimen mengenai "generasi spontan", sebuah hipotesis kuno yang mengemukakan bahawa kehidupan dapat timbul dari "kekuatan vital" atau "zat yang dapat ditransmisikan" yang terdapat pada benda yang tidak hidup atau terurai.

Pasteur menunjukkan bahawa, seperti dalam hal anggur, zarah udara dan pepejal adalah sumber mikroba yang tumbuh dalam kuah kultur yang sebelumnya disterilkan dengan panas. Tidak lama kemudian, pada tahun 1877, ahli fizik Inggeris John Tyndall mengesahkan pemerhatian Pasteur, yang memberi tamparan terakhir kepada hipotesis generasi spontan.

Tyndall juga memberikan bukti untuk bentuk bakteria yang tahan panas. Secara bebas, antara tahun 1872 dan 1885, ahli botani Jerman Ferdinand Cohn, yang dianggap sebagai pengasas mikrobiologi moden, menerangkan endospora bakteria secara terperinci.

Panjang umur

Sebilangan besar organisma hidup di persekitaran yang berbeza-beza mengikut masa dan ruang. Strategi umum untuk bertahan dalam keadaan persekitaran yang sementara tidak sesuai untuk pertumbuhan dan pembiakan adalah memasuki keadaan dorman yang dapat dipulihkan, di mana individu berlindung pada struktur pelindung dan meminimumkan perbelanjaan tenaga mereka.

Peralihan antara keadaan aktif dan pendam secara metabolik mahal. Pelaburan ini lebih besar apabila individu mesti membina struktur pelindung mereka sendiri, sama ada terdiri daripada bahan eksogen, atau disintesis secara biosin. Di samping itu, individu mesti dapat bertindak balas terhadap rangsangan persekitaran yang menyebabkan peralihan.

Latensi menghasilkan takungan individu yang tidak aktif yang dapat diaktifkan apabila keadaan yang baik muncul kembali. Takungan ini memungkinkan pemuliharaan populasi dan kepelbagaian genetiknya. Ketika datang ke bakteria patogen penghasil endospora, latensi memudahkan penularannya dan menyukarkan pengendaliannya.

Endospora bakteria dapat bertahan selama bertahun-tahun. Telah dibahaskan bahawa endospora yang diawetkan dalam substrat kuno, seperti permafrost, sedimen akuatik, simpanan garam bawah tanah, atau ambar dapat tetap bertahan selama ribuan bahkan jutaan tahun.

Pemerhatian

Menggambarkan kedudukan dan ciri-ciri lain dari endospora sangat berguna untuk mengenal pasti spesies bakteria.

Endospora dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop cahaya. Pada bakteria yang mengalami pewarnaan Gram atau metilena biru, ini dibezakan sebagai kawasan tidak berwarna dalam sel bakteria vegetatif. Ini kerana dinding endospora tahan terhadap penembusan oleh reagen pewarnaan biasa.

Kaedah pewarnaan khusus untuk endospora, yang dikenali sebagai pembezaan Schaeffer-Fulton, telah dikembangkan yang menjadikannya jelas kelihatan. Kaedah ini memungkinkan untuk membayangkan kedua-dua yang berada di dalam sel vegetatif bakteria dan yang berada di luarnya.

Kaedah Schaeffer-Fulton didasarkan pada kemampuan hijau malachite untuk mengotorkan dinding endospora. Setelah menggunakan bahan ini, safranin digunakan untuk mewarnai sel vegetatif.

Hasilnya adalah pewarnaan sel endospora dan sel vegetatif. Yang pertama memperoleh warna hijau dan yang terakhir berwarna merah jambu.

Struktur

Di dalam sel vegetatif, atau sporangium, endospora boleh terletak terminal, subterminal, atau pusat. Bentuk bakteria ini mempunyai empat lapisan: medula, dinding kuman, korteks, dan penutup. Dalam beberapa spesies terdapat lapisan membran luar kelima yang disebut exosporium, terdiri dari lipoprotein yang mengandungi karbohidrat.

Medulla atau pusat adalah protoplas endospore. Ia mengandungi kromosom, ribosom, dan sistem penjanaan tenaga glikolitik. Mungkin tidak mempunyai sitokrom, bahkan pada spesies aerobik.

Tenaga untuk percambahan disimpan dalam 3-fosfogliserat (tidak ada ATP). Ia mempunyai kepekatan asid dipicolinic yang tinggi (5-15% dari berat kering endospore).

Dinding kuman spora mengelilingi membran medula. Ia mengandungi peptidoglikan khas, yang semasa gemination menjadi dinding sel sel vegetatif.

Korteks adalah lapisan endospore paling tebal. Mengelilingi dinding kuman. Ia mengandungi peptidoglikan atipikal, dengan pautan silang yang kurang daripada biasa, yang menjadikannya sangat sensitif terhadap autolisis oleh lisozim, yang diperlukan untuk percambahan.

Lapisan ini terdiri daripada protein seperti keratin yang mengandungi banyak ikatan disulfida intramolekul. Mengelilingi korteks. Ketahanan yang tidak dapat dilembapkan memberikan ketahanan terhadap serangan kimia.

Fisiologi

Asid dipikolinik nampaknya berperanan dalam pemeliharaan latensi, penstabilan DNA, dan tahan panas. Kehadiran protein larut kecil dalam asid ini mensaturkan DNA dan melindunginya dari panas, pengeringan, sinar ultraviolet, dan bahan kimia.

Sintesis peptidoglikan atipikal bermula apabila septum asimetri terbentuk yang membahagi sel vegetatif. Dengan cara ini, peptidoglikan membahagikan sel induk di mana prespore akan berkembang menjadi dua petak. Peptidoglycan melindunginya dari ketidakseimbangan osmotik.

Korteks secara osmotif mengeluarkan air dari protoplas, menjadikannya lebih tahan terhadap kerosakan panas dan radiasi.

Endospora mengandungi enzim pembaikan DNA, yang bertindak semasa pengaktifan sumsum dan percambahan berikutnya.

Sporulasi

Proses pembentukan endospora dari sel bakteria vegetatif disebut sporulasi atau sporogenesis.

Endospora berlaku lebih kerap apabila nutrien kritikal tertentu kekurangan bekalan. Mungkin ada juga pengeluaran endospora, yang mewakili insurans nyawa terhadap kepupusan, ketika nutrien banyak dan keadaan persekitaran lain yang baik.

Sporulasi terdiri daripada lima fasa:

1) Pembentukan septum (membran medula, dinding kuman spora). Sebahagian sitoplasma (medula masa depan) dan kromosom yang direplikasi diasingkan.

2) Dinding kuman spora berkembang.

3) Korteks disintesis.

4) Penutup terbentuk.

5) Sel vegetatif merosot dan mati, sehingga melepaskan endospor.

Percambahan

Proses di mana endospora berubah menjadi sel vegetatif disebut percambahan. Ini dipicu oleh pemecahan enzimatik penutup endospore, yang memungkinkan penghidratan sumsum dan permulaan aktiviti metabolik.

Percambahan terdiri daripada tiga fasa:

1) Pengaktifan. Ia berlaku apabila lelasan, agen kimia, atau panas merosakkan penutup.

2) Percambahan (atau permulaan). Ia bermula jika keadaan persekitarannya baik. Peptidoglycan terdegradasi, asid dipikolinik dilepaskan, dan selnya terhidrat.

3) Wabak. Korteks terdegradasi dan biosintesis dan pembahagian sel dimulakan semula.

Patologi

Endospora bakteria patogen adalah masalah kesihatan yang serius kerana ketahanan terhadap pemanasan, pembekuan, dehidrasi dan radiasi, yang membunuh sel vegetatif.

Contohnya, beberapa endospora dapat bertahan selama beberapa jam di dalam air mendidih (100 ° C). Sebaliknya, sel vegetatif tidak menahan suhu melebihi 70 ° C.

Bakteria penghasil endospora tertentu dari genera Clostridium dan Bacillus mengeluarkan toksin protein kuat yang menyebabkan botulisme, tetanus, dan antraks.

Bergantung pada kesnya, rawatan termasuk lavage gastrik, pembersihan luka, antibiotik, atau terapi antitoksin. Langkah-langkah pencegahan termasuk kebersihan, pensterilan, dan vaksinasi.

Botulisme

Ia disebabkan oleh pencemaran dengan spora Clostridium botulinum. Gejala yang paling jelas adalah kelumpuhan otot, yang boleh diikuti dengan kematian. Kejadiannya rendah.

Terdapat tiga jenis botulisme. Bayi itu disebabkan oleh pengambilan madu atau bahan tambahan lain, yang tercemar oleh udara, yang telah ditambahkan ke dalam susu. Sebahagiannya, makanan dihasilkan dengan pengambilan makanan yang tercemar (seperti makanan dalam tin), mentah atau kurang dimasak. Terakhir, kecederaan disebabkan oleh kontak dengan tanah, yang merupakan habitat semula jadi C. botulinum.

Tetanus

Ia disebabkan oleh Clostridium tetani. Gejalanya termasuk pengecutan otot yang sangat menyakitkan (dalam bahasa Yunani, perkataan "tetanus" bermaksud menguncup) dan sangat kuat sehingga boleh menyebabkan patah tulang. Selalunya membawa maut. Kejadiannya rendah.

Spora infeksi C. tetani biasanya memasuki badan melalui luka, di mana ia bercambah. Semasa pertumbuhan, yang memerlukan luka kurang beroksigen, sel-sel vegetatif menghasilkan toksin tetanus.

Bakteria dan endosporanya sering terjadi di persekitaran, termasuk tanah. Mereka telah dijumpai dalam tinja manusia dan haiwan.

Anthrax

Ia disebabkan oleh Bacillus anthracis. Gejala-gejalanya sangat berbeza bergantung pada persekitaran dan tempat jangkitan. Ia adalah penyakit yang serius dan sering membawa maut. Kejadiannya agak tinggi, menghasilkan wabak pada haiwan dan manusia. Pada abad ke-18, anthrax merosakkan biri-biri Eropah.

Mamalia herba adalah inang semula jadi. Manusia dijangkiti melalui kontak (biasanya pekerjaan) dengan haiwan, atau dengan mengendalikan atau memakan produk haiwan.

Terdapat tiga jenis antraks:

1) Kulit. Entri dihasilkan kerana kecederaan. Ulser nekrotik kehitaman terbentuk pada kulit.

2) Dengan penyedutan. Masuk semasa bernafas. Ia menghasilkan keradangan dan pendarahan dalaman dan membawa kepada koma.

3) Gastrointestinal. Kemasukan dengan pengambilan. Ia menyebabkan ulser orofaring, pendarahan perut yang teruk dan cirit-birit.

Dalam kira-kira 95% kes, antraks manusia adalah kulit. Kurang dari 1% ia adalah gastrousus.

Kawal

Endospora dapat dihancurkan dengan pensterilan pada autoklaf, menggabungkan tekanan 15 psi dan suhu 115–125 ° C selama 7–70 minit. Mereka juga dapat dihilangkan dengan perubahan suhu dan tekanan yang bergantian, sehingga ada percambahan spora diikuti dengan kematian bakteria vegetatif yang dihasilkan.

Asid peracetic adalah salah satu agen kimia yang paling berkesan untuk memusnahkan endospora. Iodin, dalam tincture (larut dalam alkohol) atau iodophor (digabungkan dengan molekul organik) juga biasanya mematikan endospora.

Pemusnahan endospora dalam instrumen pembedahan dapat dicapai dengan berkesan dengan memasukkannya ke dalam wadah di mana plasma (gas teruja yang kaya dengan radikal bebas) diinduksi, yang mana agen kimia tertentu mengalami tekanan negatif dan medan elektromagnetik.

Pemusnahan endospora pada objek besar, seperti tilam, dicapai dengan mendedahkannya selama beberapa jam kepada etilena oksida yang digabungkan dengan gas yang tidak mudah terbakar.

Industri pemprosesan makanan menggunakan klorin dioksida dalam larutan berair untuk mengasapkan kawasan yang berpotensi tercemar dengan endospora antraks.

Natrium nitrit ditambahkan ke produk daging, dan nisin antibiotik ditambahkan ke keju, mencegah pertumbuhan bakteria penghasil endospora.

Senjata biologi dan bioterorisme

Bacillus anthracis mudah tumbuh. Atas sebab ini, selama dua perang dunia itu dimasukkan sebagai senjata biologi di gudang senjata Jerman, Britain, Amerika Syarikat, Jepun dan Kesatuan Soviet.

Pada tahun 1937 tentera Jepun menggunakan anthrax sebagai senjata biologi terhadap orang awam China di Manchuria. Pada tahun 1979, di Sverdlovsk, Rusia, sekurang-kurangnya 64 orang mati akibat menyedut spora secara tidak sengaja dari keturunan B. anthracis yang diturunkan oleh tentera. Di Jepun dan Amerika Syarikat, antraks telah digunakan untuk tujuan pengganas.

Sebaliknya, usaha sedang dilakukan untuk menggunakan pelapis endospora sebagai alat untuk ubat terapeutik dan antigen yang dibuat untuk tujuan imunisasi pencegahan.

Rujukan

1. Barton, LL Hubungan struktur dan fungsional dalam prokariota. Springer, New York.
2. Black, JG 2008. Mikrobiologi: prinsip dan penerokaan. Hoboken, NJ.
3. Brooks, GF, Butel, JS, Carroll, KC, Morse, SA 2007. Mikrobiologi perubatan. McGraw-Hill, New York.
4. Cano, RJ, Borucki, MK 1995, Kebangkitan semula dan pengenalpastian spora bakteria dalam ambar Dominika berusia 25 hingga 40 juta tahun. Sains 268, 1060-1064.
5. Duc, LH, Hong, HA, Fairweather, N., Ricca, E., Cutting, SM 2003. Spora bakteria sebagai kenderaan vaksin. Jangkitan dan Imuniti, 71, 2810-2818.
6. Emmeluth, D. 2010. Botulisme. Penerbitan Infobase, New York.
7. Guilfoile, P. 2008. Tetanus. Penerbitan Infobase, New York.
8. Johnson, SS et al. 2007. Bakteria purba menunjukkan bukti pembaikan DNA. Prosiding Akademi Sains Nasional Amerika Syarikat, 104, 14401–14405.
9. Kyriacou, DM, Adamski, A., Khardori, N. 2006. Anthrax: dari zaman kuno dan kekaburan hingga pelopor utama dalam bioterorisme. Klinik Penyakit Berjangkit di Amerika Utara, 20, 227–251.
10. Nickle DC, Leran, GH, Rain, MW, Mulins, JI, Mittler, JE 2002. Penasaran DNA moden untuk bakteria "berusia 250 juta tahun". Jurnal Molekul Evolusi, 54, 134–137.
11. Prescott, LM 2002. Mikrobiologi. McGraw-Hill, New York.
12. Renberg, I., Nilsson, M. 1992. Bakteria tidak aktif di endapan tasik sebagai petunjuk paleoekologi. Jurnal Paleolimnologi, 7, 127–135.
13. Ricca, E., Pemotongan SM. 2003. Munculnya aplikasi spora bakteria dalam nanobiotechnology. Jurnal Nanobiotechnology, jnanobiotechnology.com
14. Schmid, G., Kaufmann, A. 2002. Anthrax di Eropah: epidemiologi, ciri klinikal, dan peranannya dalam bioterorisme. Mikrobiologi dan Jangkitan Klinikal, 8, 479-448.
15. Shoemaker, WR, Lennon, JT 2018. Evolusi dengan bank benih: akibat genetik penduduk akibat dormansi mikroba. Aplikasi Evolusi, 11, 60-75.
16. Talaro, KP, Talaro, A. 2002. Asas dalam mikrobiologi. McGraw-Hill, New York.
17. Tortora, GJ, Funke, BR, Case, CL 2010. Mikrobiologi: pengenalan. Benjamin Cummings, San Francisco.
18. Vreeland, RH, Rosenzweig, WD, Powers, DW 2000. Pengasingan bakteria halotoleran berusia 250 juta tahun dari kristal garam primer. Alam 407, 897-900.