X
تبلیغات
میکروبیولوژی 86 شاهد - مراحل مختلف بوجود آمدن اسپور Spores

میکروبیولوژی 86 شاهد

وبلاگ دانشجویان ارشد میکروبیولوژی86 دانشگاه شاهد

مراحل مختلف بوجود آمدن اسپور Spores

رشته كروماتيك به يك طرف باكتري رفته وشكسته مي شود واطراف را مواد غذايي احاطه مي كند.
غشاءسيتوپلاسمي به داخل فرورفتگي را بوجود مي آيد سپس قسمتي از مواد هسته اي جداشده توسط مقداري از سيتوپلاسم احاطه مي شود واين اسپر اوليه است fore Spore
لايه هاي مختلف بوجود مي آيد.
مراحل بوجود آمدن باكتري از اسپور
تبديل باكتري از اسپور درسه مرحله صورت مي پذيرد
Gram-negative bacteriumزمانيكه ميزان كربن،نيتروژن ويا فسفر درمحيط كم مي شود باكتريهاي مشخص به سمت نرم خاموش ومقاوم به محيط پيش مي روند.تشكيل چنين حالتي را Spore ويا endospores مي نامند سلولي مادر كه اسپور را احاطه كرده Sporangium مي نامند.تشكيل اسپور محدود به باسيل هاي هوازي،كلسترديومهاي بي هوازي وتعدادي از Sarcinae و actinomyceten محدود مي شود.تمام اين ارگانيسم ها گرم مثبت بوده وتشكيل اسپور وابسته به توانايي تشكيل يك ديواره كلفت مي باشد.
اسپور باكتريها شبيه exospore قارچها و actinomy ceten مشخص وهم چنين دانه هاي گياهان عالي، cryptobiotic مي باشند كه دراين مرحله آنها داراي فعاليت متابوليكي نمي باشند ولي قادرند ازاين مرحله به حالت فعال برگردند، اسپور ودانه هاي غير متحرك وقارچهاي نسبتاً بزرگ وگياهان كه براي بخش آنها به اطراف به كار مي روند.اسپور باكتريها برعكس جهت زنده ماندن ميكروارگانيسم تحت شرايط سخت مانند حرارت، خشكي، سرما، مواد شيميايي واشعه كمك مي كند.اگر چه مقاومت به گرما بيشترين توجه دراسپور را بر انگيخته است ولي نقش اكولوژي اصلي اسپور احتمالاً زندگي آنها رادر شرايط خشك مي باشد. باسيل هاي زنده از نمونه خاكي هايي كه بيش از 30 سال نگه داري شده اند جدا شده است.
اسپورها در باكتري شناسي پزشكي مهم مي باشند زيرا آنها باعث ايجاد تعدادي از بيماريها شده وهمچنين درتوليد مواد استريل سلولهاي مقاوم مي باشند.
Endospore  formations (sporulation  process )
همانطور كه گفته شد تشكيل اسپور غالباً درزماني كه كاهش متابوليت اساسي وجود دارد اتفاق مي افتد. مكانيسم كمبود مواد غذايي كه باعث شروع اسپورلاسيون  sporulation مي شود ناشناخته مي باشد. ولي اعتقاد عمومي دانشمندان براين است كه يك (درسطح مولكولي)سيگنال(علامت) كمبود داخلي سلولي guanine nucletide باعث شروع اين مرحله مي شود اين نظريه بوسيله آزمايش كه سنتز بوسيله موادي كه گوانيدين را مهار مي ساختند مشاهده شد و زمانيكه حتي در حضور مقدار كافي كربن، نيتروژن و فسفر با مهارگوانيدين نوكلوتيد اين روند اسپور شدن ادامه يافت .تغييرات فيزيكي و شيميايي زيادي مراحلي مختلفي جهت اسپور شدن اتفاق مي افتد كه به ترتيب عبارتند از
مرحله اول .اولين اتفاق رونوشت برداري از DNA مي باشد در طي اين دوره كروموزوم باكتري از فرم واحدهاي پيچيده به ساختمان رشته اي بنام axial filament تبديل مي گردد. در طي اين مرحله از بعضي از گونه هاي Bacillus آنتي بيوتيك به خارج ترشح مي شود. نقش اين آنتي بيوتيك ها در توليد اسپور نامشخص مي باشد. بعضي تغييرات در آنزيم هاي مشخص مانند افزايش آنزيمهايي كه در توليد انرژي دخالت مي كنند در طي اين دوره ديده شده است. سطح كافي (ميزان كافي) ATP جهت ادامه اين مرحله مورد نياز مي باشد.آنزيمهايي مانند Serine Protease همچنين در طي اين دوره ازباكتري رها مي شود كه نقش آن درتوليد اسپور نامشخص است.
غلظت بالايي از گوانوزين Phosphorylated guanosine در طي مراحل خاصي از اسپوراسيون ديده شده است اما چگونگي دخالت آن در توليد اسپور  نا مشخص است.
مرحله دوم: اين مرحله اي است كه اولين تغييرات در شكل باكتريها اتفاق مي افتد. فرورفتن غشاء سيتوپلاسم و تشكيل غشاء Septum(ديواره) در نزديكي يكي از طرفين سلول (يك قطب سلول) اتفاق مي افتد. اين اتفاق باعث مي شود كه باكتري Sporongium به دو قسمت غير مساوي تقسيم شود كه سلول بزرگتر را mother cell و كوچكتري را forespore را پيش اسپور مي گويند و پيش اسپور است كه در نهايت به endospore تبديل مي گردد. تقسيم شدن Sporangium همچنين باعث مي شود كه مولكول DNA به دو سلول مادر و پيش اسپور تقسيم شود.
مرحله سوم: درطي اين مرحله غشاي ديوارة سلول مادر پيش اسپور را در يك لايه غشايي دومي در بر مي گيرد و پيش اسپور داخل خود سيتوپلاسم سلول قرار مي گيرد ونتيجه آن با بودن پيش اسپور در سيتوپلاسم بصورت پرتوپلاست آزاد در سلول مادر مشخص مي شود روند بلعيدن englfment به راحتي قابل اندازه گيري مي باشد زيرا آنزيم آلكالين فسفاتاز ظهور مي يابد. ولي نقش اين آنزيم در sporulation نامشخص مي باشد.
مرحله چهارم: ناحيه بين دوغشاءپروتوپلاست پيش اسپور بوسيله يك موادي شبيه ديواره سلولي بنام Cortex پر مي شود كورتكس يك peptidoglycan مي باشد اما از لحاظ تركيبات با peptidoglycan  ديواره سلولي باكتريهاي فعال متفاوت مي باشد. در طي اين مرحله كلسيم بوسيله پيش اسپور گرفته شده ازمحيط وdipicolinic acid كه درباكتريهاي فعال وجود ندارند درپيش اسپور سنتز مي گردند. رابطه بين كلسيم و dipicolinic acid نسبت يك به يك مي باشد. كلسيم به dipicolinic acid متصل شده وتشكيل Caleium dipicolinateate مي دهدكه مقدار آن تا 15% وزن خشك اسپور بالغ را در بر مي گيرد. يك لايه مجزا از peptidoglycan زير كورتكس تشكيل مي شود اين ديواره سلولي اوليه مي باشد كه ديواره سلولي اسپور رويان دامي شود آنزيم هايي كه براي تشكيل كورتكس بوجود مي آيد با سلول مادر همكاري مي كند در حالي كه آنزيم براي ديواره سلولي ابتدايي همكاري باپروتوپلاست مي كند. اين مرحله بوسيله حضور glucose dehydrogenase كنترل مي شود ولي عمل اين آنزيم نامشخص مي باشد.
مرحله پنجم: پوشش پروتئيني كه داراي مقدار زيادي از Cystene مي باشد در غشاي اطراف كورتكس تجمع پيدا مي كند.
مرحله ششم: بالغ شدن دراين مرحله اتفاق مي افتد ودرانتهاي اين مرحله اندرسپور قادر است درمقابل حرارت، حلال هاي آلي، اشعه وlysozyme مقاومت كند.
مرحله هفتم:  sporangium ممكن است تخريب گردد واندرسپور بالغ به محيط رها شود.
Mechanism of Spore resistance and its implecations.
ارگانيسم ها حساس به مواد شيميايي مي باشند زيرا مواد شيميايي باعث هيدرليز پروتئين هاي مهم مي شود(آنزيم ها) و يا نوكلئيك اسيد اسپور بنابراين بسيار مقاوم به مواد شيميايي هستند زيرا آب آزاد وجود ندارد كه آب جهت هيدروليز مورد نياز مي باشد.مقاومت به گرما توسط اسپور ظاهراً بدليل سه تركيب آنها مي باشد.1-inherent moleculor Component 2- dehydration 3- mineralization .
تركيب مولكولهاي اصلي ويا ذاتي وابسته به درجه حرارتي است كه ارگانيسم تشكيل اسپور مي دهد به عبارت ديگر thermophils توليد(اسپورهايي بادرجه زياد ومقاوم به حرارت مي كند) اسپورهايي كه مقاومت بيشتري به حرارت دارند توليد مي كنند.تطابق به گرما احتمالاً بخاطر وجود ماكرومولكولهايي است به اسپوربه ارث رسيده است.
مداركي وجود دارد كه توزيع آب دراسپور درنقاط مختلف متفاوت مي باشد.core اسپور نسبتاً dehydrate بوده درحالي كه cortex داراي مقدار بيشتري آب مي باشد.مقدار dehydration ،core درجه مقاومت به حرارت راتعيين مي كند.
Minezalization مهمترين عامل خارجي مي باشد كه روي dehydration اثر مي گذارد براي مثال:غلظت يك عنصر مانند كلسيم درجه dehydration را كنترل مي كند مواد معدني اسپوررا ثابت مي كند بوسيله جابجايي آب بااين مواد درپليمر.براي مثال Calcium dipicolinate درمولكول DNA قرار گرفته ولذا ازهيدروليز آن جلوگيري بعمل مي آورد.مكانيسم مقاومت به اشعه(U.V)هنوز معين نشده است حدس زده مي شودكه يك نوع از پروتئينهاي مخصوص درزماني كه اسپور بوجودمي آيدسنتز مي شود واين پروتئين با اسيدنوكلوئيك interact تداخل اند و واكنش انجام داده وتغييردرشكل آن انجام داده وباعث مقاومت به اشعه مي شود در طي روند رويش،اين پروتئين از بين رفته وDNA حساس بهU.V مي شود.
علاوه بر زنده ماندن اين ارگانيسم ها در شرايط سخت، اسپورها مشكل عمده اي درجوامع پزشكي مي باشند مخصوصاً اسپور جنس Bacillus وكلسترديوم.براي مثال Bacillus anthracis عامل شاربن، Clobotulinu botulinum عامل بوتوليسم مسموميت غذايي وC. tetani عامل كزاز مي باشند. اسپور اين باكتريها به حرارت، آنتي بيوتيك و بسياري ازآنتي سپيتيك مقاوم مي باشند. فرم فعال باكتريها و قارچها در عرض 10-5 دقيقه در حرارت ‌ْ80  از بين مي روند ولي 330 دقيقه براي اسيد بوتدنيوم، 90دقيقه اسپور كزاز،30دقيقه اسپور gas gangrem حرارت جوش لازم است تا اين اسپورها ازبين بروند در حالي كه همه آنها دردرجه حرارت cْ121فشار 15پوند بمدت 15دقيقه از بين مي روند.
ساختمان اسپور باساختمان باكتري تفاوت دارد كه شامل قسمتهاي زير مي باشد
exosporium : يك لايه Lipoprotein  مي باشد و لايه نازكي است كه مواد به راحتي از آن وارد نمي توانند بشوند و اين لايه در بعضي از باكتريها وجود دارد مانند Bacillus  cereus
 پوسته خارجي يا Spore Coat : از Polypeptide (پروتئين شبيه كراتين كه اتصال دوسولفوره دارد وداراي مقدار زيادي سيستن مي باشد) واز دوتا چهار لايه تشكيل شده است.
Spore Cortex كه از همه لايه ها ضخيم تر مي باشد دراين مرحله Dipicolonic acid ومقدار زيادي كلسيم در مركز اسپور وجود دارد اين ماده وكلسيم مقاومت اسپور را در مقابل حرارت باعث مي شود.
ديواره Spore wall اسپور مانند Cell wall باكتري هاي (گرم مثبت) مي باشد و شامل peptidoglycan طبيعي مي باشد.
غشاء داخلي innen membrane : غشاء سيتوپلاسمي را بعداً بوجود مي آورد داخلي ترين قسمت اين لايه از پرده سيتوپلاسمي ياخته مادر منشاء مي گيرد.
 هسته مركزي يا Protoplast – Core : مواد هسته اي ومقدار كمي سيتوپلاسم دارد مقاومت درمقابل حرارت بعلت وجود Calcium Dipicolinate dehydrated مي باشد.
دو هسته كه از يك DNA ساخته شده است
 دي پي كلوئيك از بيوسنتز ليزين بوجود مي آيد.
Sporangium: the cell in which an endospore is formed
A bacterial structure sometimes observed as an inclusion is actually a type of dormant cell called an endospore. Endospores are formed by a few groups of Bacteria as intracellular structures, but ultimately they are released as free endospores. Biologically, endospores are a fascinating type of cell. Endospores exhibit no signs of life, being described as cryptobiotic. They are highly resistant to environmental stresses such as high temperature (some endospores can be boiled for hours and retain their viability), irradiation, strong acids, disinfectants, etc. They are probably the most durable cell produced in nature. Although cryptobiotic, they retain viability indefinitely such that under appropriate environmental conditions, they germinate back into vegetative cells. Endospores are formed by vegetative cells in response to environmental signals that indicate a limiting factor for vegetative growth, such as exhaustion of an essential nutrient. They germinate and become vegetative cells when the environmental stress is relieved. Hence, endospore-formation is a mechanism of survival rather than a mechanism of reproduction.

Endospores:
Historical Developement & Importance
100's of species mainly of the genera Bacillus (aerobic rods, facultative anaerobes), and Clostridium (anaerobic rods); Few others include Sporosarcina (aerobic cocci), Desulfotomaculum (anaerobic rods, sulfate-reducers)
Food industries (canning, milk etc) heat treat products to reduce microbial spoilage & kill pathogens; spore-formers are a problem (swelling of tins; putrification of meat etc)
Mainly found in soils --> vegetables --> meat where spores germinate to produce toxins (eg veg / meat salad stored improperly prior to use; wooden choping boards prefered over synthetic)
Mainly found in soils --> infect wounds (problem with farm associated workers)
Some strains were being developed for biological warfare eg B. anthracis (anthrax)
Some strains produce important biopesticides (biotechnology) eg B. thuringiensis var. israelensis produces toxic proteins against mosquito & blackfly larvae. Commercial variants  available which produce toxins towards slightly different insect pests eg Thuricide, Teknar, M-one.
Spore which can germinate have been found from structures 7200 year old temples have been found and recently from GI tract of a bee preserved in amber (1 million years old)

Endospores:
Historical Developement & Importance
100's of species mainly of the genera Bacillus (aerobic rods, facultative anaerobes), and Clostridium (anaerobic rods); Few others include Sporosarcina (aerobic cocci), Desulfotomaculum (anaerobic rods, sulfate-reducers)
Food industries (canning, milk etc) heat treat products to reduce microbial spoilage & kill pathogens; spore-formers are a problem (swelling of tins; putrification of meat etc)
Mainly found in soils --> vegetables --> meat where spores germinate to produce toxins (eg veg / meat salad stored improperly prior to use; wooden choping boards prefered over synthetic)
Mainly found in soils --> infect wounds (problem with farm associated workers)
Some strains were being developed for biological warfare eg B. anthracis (anthrax)
Some strains produce important biopesticides (biotechnology) eg B. thuringiensis var. israelensis produces toxic proteins against mosquito & blackfly larvae. Commercial variants  available which produce toxins towards slightly different insect pests eg Thuricide, Teknar, M-one.
Spore which can germinate have been found from structures 7200 year old temples have been found and recently from GI tract of a bee preserved in amber (1 million years old)

Endospores:
Historical Developement & Importance
100's of species mainly of the genera Bacillus (aerobic rods, facultative anaerobes), and Clostridium (anaerobic rods); Few others include Sporosarcina (aerobic cocci), Desulfotomaculum (anaerobic rods, sulfate-reducers)
Food industries (canning, milk etc) heat treat products to reduce microbial spoilage & kill pathogens; spore-formers are a problem (swelling of tins; putrification of meat etc)
Mainly found in soils --> vegetables --> meat where spores germinate to produce toxins (eg veg / meat salad stored improperly prior to use; wooden choping boards prefered over synthetic)
Mainly found in soils --> infect wounds (problem with farm associated workers)
Some strains were being developed for biological warfare eg B. anthracis (anthrax)
Some strains produce important biopesticides (biotechnology) eg B. thuringiensis var. israelensis produces toxic proteins against mosquito & blackfly larvae. Commercial variants  available which produce toxins towards slightly different insect pests eg Thuricide, Teknar, M-one.
Spore which can germinate have been found from structures 7200 year old temples have been found and recently from GI tract of a bee preserved in amber (1 million years old)

Exospore    external to the cells
Cells of the methane-oxidizing genus Methylosinus form exospores i.e. spores external to the vegetative cells, by budding at one end of the cell
These are desiccation and heat resistant, but unlike endospores they do not contain DPA
Spores may be located in the middle of the cell, at the end, or between the end and the middle of the cell. Spore shapes may be round or oval. 
Spores may be located in the middle of the cell, at the end, or between the end and the middle of the cell. Spore shapes may be round or oval. 

+ نوشته شده در  دوشنبه 1388/01/10ساعت   توسط   |