Чем спора отличается от свободной бактерии?

Устойчивость к спорам бактерий

Оболочка эндоспора сложна и обусловлена ​​исключительной устойчивостью к различным химическим и физическим факторам. Они устойчивы к ультрафиолетовому излучению, сушке, высокотемпературному, экстремальному замораживанию и химическим дезинфицирующим средствам. Через него никакие химикаты или вода не могут проникнуть. Состояние называется анабиозом и характеризуется полностью увлажненными метаболическими процессами. В этом состоянии споры могут сохраняться годами. К примеру, anacrax bacillus (Bacillus antracis) образует споры в почве после смерти животных, перенесших сибирскую язву. В этом состоянии споры остаются жизнеспособными на срок до 50 лет.

Напротив, вегетативные формы спорообразующих бактерий и других микроорганизмов выживают в температуре от 100 ° С до 1-2 мин. В такой среде споры могут выжить в течение 2 часов. В автоклаве при 121 ° С споры погибают примерно через 15 минут и в сухом стерилизаторе со скоростью. от 160 до 180 ° С в течение 1-2 часов. Их высокая термостойкость обусловлена ​​присутствием в коре споры дипиколиновой кислоты и ионов магния. Способы стерилизации согласуются с наиболее устойчивыми формами жизни — бактериальными спорами.

Клетки роста спорообразующих клеток восстанавливаются, когда споры попадают в подходящие условия. Этот процесс происходит на трех основных этапах:

1. активация — возникает, когда сферическая оболочка повреждается такими факторами, как температура, кислотная среда, механическое разрушение ее целостности;
2. прорастание происходит в присутствии определенных веществ в среде, таких как глюкоза, соли, аденозин, аминокислоты (L-аланин) и является необратимым процессом, в котором поглощается вода, активируется обмен веществ;
3. рост — формирование новой растительной клетки протопласта споры. Весь процесс составляет около 1 часа.

Окрашивание спор происходит с помощью сложных методов, таких как Пешков. В других методах окрашивания споры рассматриваются как легкие огнеупоры из-за конденсации их цитоплазмы. Споры также можно наблюдать с помощью электронного микроскопа, который в основном используется в исследовательских целях.

Различия между спорами и свободными бактериями

• Форма и размер: споры имеют овальную или круглую форму и меньший размер по сравнению со свободными бактериями.
• Строение: споры обладают жесткой оболочкой, которая позволяет им выживать в неблагоприятных условиях, в то время как свободные бактерии не имеют такой оболочки.
• Жизненный цикл: споры являются репродуктивной формой бактерий и могут образовываться в условиях недостатка питательных веществ или других стрессовых ситуаций. Свободные бактерии, в свою очередь, являются активными формами бактерий, которые могут размножаться и функционировать в оптимальных условиях.
• Устойчивость к факторам окружающей среды: споры обладают высокой устойчивостью к различным физическим и химическим воздействиям, включая высокую температуру, дезинфицирующие средства и радиацию. Свободные бактерии могут быть менее устойчивыми к таким факторам.
• Функции: споры служат для защиты генетической информации и передачи ее потомственным бактериям, тогда как свободные бактерии выполняют разнообразные функции, включая обмен веществ, участие в биологических циклах и вызывание инфекционных заболеваний.

Таким образом, свободная бактерия отличается от споры по форме, строению, жизненному циклу, устойчивости к факторам окружающей среды и функциям.

Процессы размножения

Размножение у свободных бактерий и спор отличается особенностями и методами. Свободные бактерии способны к бесполому размножению, называемому делением. При этом одна бактерия делится на две дочерние клетки, схожие по генетическому материалу с родительской клеткой.

Спора — это метод размножения, характерный для некоторых бактерий. В процессе спорообразования, одна бактерия формирует спору, которая является особым состоянием в жизненном цикле. Спора обладает высокой стойкостью к неблагоприятным условиям и может сохраняться в течение длительного времени. Когда условия становятся благоприятными, спора может прорастать и превращаться в активную бактерию, начиная новый жизненный цикл.

• Способ размножения свободных бактерий — деление
• Способ размножения спор — спорообразование и прорастание

Структура и функции

Важной особенностью бактерий является наличие спор. Спора — это особая стадия развития бактерии, которая помогает ей выжить в неблагоприятных условиях

В споре бактерия находится в застойном состоянии и не проявляет активности.

Кроме спор, некоторые бактерии могут существовать в свободной форме. Они перемещаются при помощи жгутиков или слизевидных нитей и могут передвигаться в среде, искать пищу или осуществлять обмен веществ.

Структура	Функции
Клеточная стенка	Защита клетки от внешней среды
Цитоплазма	Содержит органеллы и осуществляет обмен веществ
Жгутики	Обеспечивают движение бактерии
ДНК	Содержит генетическую информацию

Каждая структурная составляющая бактерии выполняет свою функцию, что позволяет ей выживать в различных условиях и выполнять свои жизненные процессы.

Устойчивость к факторам окружающей среды

Свободные бактерии и споры обладают разной устойчивостью к факторам окружающей среды.

Свободные бактерии активно взаимодействуют с окружающей средой и могут адаптироваться к различным условиям. Они могут выживать в широком диапазоне pH, температур и концентраций различных веществ. Некоторые бактерии могут быть устойчивы к высоким температурам или сильным кислотным условиям, в то время как другие могут выживать в экстремально холодных или щелочных средах. Свободные бактерии также могут быть устойчивы к высокой концентрации солей или токсических веществ.

Споры, с другой стороны, являются репродуктивными структурами, которые образуются у некоторых бактерий в неблагоприятных условиях. Споры являются особой формой жизнедеятельности, которая позволяет бактериям выживать даже при экстремальных условиях. Споры обладают высокой устойчивостью к теплу, сухости, ультрафиолетовому излучению, химическим веществам и другим факторам окружающей среды. Эта способность позволяет спорам сохранять свою жизнедеятельность в течение длительного времени, пока не наступят более благоприятные условия для их развития и прорастания.

Таким образом, свободные бактерии и споры обладают различной степенью устойчивости к факторам окружающей среды, что влияет на их способность выживать и размножаться в различных условиях.

Типы спор и покоящихся форм прокариот

Какие бактерии способны к спорообразованию?

Палочковидные бактерии, образующие споры, называются бациллами. Они относятся к семейству Bacillaceae и представлены родом клостридиум Clostricdium, родом бациллюс (Bacillus) и родом десульфотомакулум (Desulfotomaculum). Все они грамм положительные анаэробные бактерии.

Род клостридиум насчитывает более 93 видов бактерий. Все они образуют споры. Патогенные бактерии рода клостридиум вызывают газовую гангрену, легочную гангрену, являются виновниками осложнений после абортов и родов, тяжелых токсикоинфекций, в том числе ботулизма. Споры бактерий этого вида превышают диаметр вегетативной клетки.

Род бациллюс насчитывает более 217 видов бактерий. Патогенные бактерии рода бациллюс вызывают ряд заболеваний у человека и животных, в том числе пищевые токсикоинфекции и сибирскую язву. Споры бактерий этого вида не превышают диаметр вегетативной клетки.

Бациллы

Спорообразующие аэробные виды бактерии бациллы – род, который насчитывает около 200 видов бактерий. Все они грамположительные и имеют форму палочек.

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:

1. В почвах южных районов спорообразующих бактерий больше, чем в холодных почвах, тогда как на неспорообразующие перегрев действует губительно.
2. 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.
3. 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).

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.

Споры и спорообразование в жизни бактерий

Некоторые бактерии обладают способностью образовывать споры. Это относится, прежде всего, к палочковидным формам; у кокков спорообразование встречается редко, а для вибрионов и спирилл оно отсутствует.

Процесс спорообразования заключается в том, что в определенном месте бактериальной клетки цитоплазма начинает сгущаться, затем этот участок покрывается довольно плотной оболочкой. Остальная часть клетки постепенно разрушается. Таким образом, бактериальная клетка в течение нескольких часов превращается в спору.

В бактериальной клетке спора может располагаться центрально, на конце или занять промежуточное положение (субтерминальное).

Споры различных видов имеют неодинаковую форму. Они могут быть шаровидными, овальными. Иногда диаметр спор превышает толщину клетки, и это приводит к ее деформации — вздутию.

Эти особенности спорообразования у различных бактерий являются довольно постоянными признаками и часто используются в диагностике, т. е. при распознавании бактерий. Спорообразование стимулируется наступлением неблагоприятных для развития условий, обеднением питательной среды.

Жизненные процессы обменного характера, например, дыхание, хотя и происходят в спорах, но, крайне замедленно.

Споры более устойчивы, чем вегетативные формы этих же бактерий, к действию проникающей радиации, ультразвука, высушиванию, замораживанию, разрежению, гидростатическому давлению, действию ядовитых веществ и др.

Споры некоторых бактерий остаются жизнеспособными даже после нахождения в течение 20 мин в кипящей концентрированной кислоте.

Устойчивость спор повышается при их предварительном обезвоживании.

Термостойкость спор можно объяснить сравнительно невысоким содержанием свободной воды в цитоплазме (по некоторым данным, всего 40 %) и относительно большим содержанием сухого вещества (в основном белка).

Плотная, многослойная оболочка хорошо защищает споры от проникновения вредных веществ.

Благодаря способности к образованию спор, обладающих исключительно высокой устойчивостью к внешним воздействиям, спорообразующие бактерии остаются жизнеспособными при крайне неблагоприятных условиях.

Подавление жизнеспособности и уничтожение спорообразующих бактерий являются одной из основных практических задач консервной промышленности, переработки и хранения сельскохозяйственных продуктов.

Споры являются особой, устойчивой формой существования бактерий, способствующей сохранению данного вида.

Спорообразование у бактерий не связано с размножением, так как бактериальная клетка способна образовывать лишь одну спору.

Если споры попадают в благоприятные условия, каждая из них в течение нескольких часов превращается в обычную (вегетативную) бактериальную клетку.

Вначале лопается оболочка споры, а затем в этом месте появляется проросток клетки, постепенно превращающийся в нормальную клетку.

Прорастание длится несколько часов. В практике нередко приходится наблюдать так называемые «дремлющие» споры.

Это те, которые отстают от общей массы в скорости прорастания и, сохраняя жизнеспособность в течение долгого времени, могут прорастать постепенно через продолжительные сроки, исчисляемые временем от нескольких суток до многих лет.

Способность к образованию спор учитывается в систематике бактерий, при выборе методов стерилизации пищевых продуктов, оборудования, инвентаря.

Спорообразование может утрачиваться при частых пересевах бактерий на свежую среду, культивировании их при высоких температурах.

Прорастание спор бактерий

Действие происходит в три этапа.

Активация – в этот момент спора готова прорастать, хоть она еще обладает термоустойчивостью и способностью к светопреломлению. Сам процесс зависит от повышения температуры, чем выше, тем быстрее происходит активация.

Инициация – необратимый процесс, длящийся в течение нескольких минут. Спора, уже не устойчива к нагреванию и теряет способность к светорассеиванию.

Вырастание – это процесс интенсивного роста, во время которого происходит синтез РНК с белком. Прорастая, спора проходит через лизис оболочки. Разрыв в произвольном месте предполагает выход вегетативной клетки, которая снабжена жгутиковым аппаратом у подвижных клеток.

Смысл в том, что вегетативная клетка может размножаться. Спора нет. Сам процесс занимает от 2 до 4 часов. После предварительной специальной обработки, количество проросших спор прибавляется. У продолговатых форм отмечается специфический тип прорастания.

Самый распространенный из них — полярный и экваториальный. Косое прорастание встречается крайне редко

Чтобы успешно различать виды спороносных бактерий, нужно обратить внимание на культуральные особенности в питательной среде

Что такое споры бактерий

Во времена зарождения жизни на Земле, первыми ее обитателями были бактерии.

Чтобы пережить неблагоприятные погодные условия, засуху, отсутствие полезных веществ в окружающей среде, их защитной реакцией стала способность к спорообразованию.

В наше время, бактерии могут прижиться там, где больше не сможет выжить ни один организм.

Значение слова спора, в переводе с греческого означает «семя», «посев». Это, своего рода, «служащие» для расселения, хранители генетической информации бактериальной клетки.

Образования имеют овальную или округлую форму, зарождаются в сердцевине бактерий на определенном этапе их существования, как правило, в негативной среде обитания.

При наличии многослойной защитной оболочки, споры имеют особую устойчивость к физическим и химическим реакциям, а также тенденцию сохраняться на десятки и даже сотни лет.

Бактериальные споры и микробиология

Микробиология является отраслью биологии, которая отвечает за изучение микроскопических организмов, таких как бактерии.

Эта наука анализирует эволюцию и свойства микроорганизмов, выявляя их функции, их влияние на земную жизнь и их полезность..

Исследование спор было важно для микробиологии. Знание этих структур позволило прогресс в области стерилизации, особенно в медицине, сельском хозяйстве и пищевой промышленности

ссылки

1. Бактериальный эндоспор. Получено 28 сентября 2017 г. с сайта micro.cornell.edu
2. Бактериальная спора. Получено 28 сентября 2017 г. с сайта medical-dictionary.thefreedictionary.com
3. Бактериальная спора. Получено 28 сентября 2017 г. с сайта wikipedia.org
4. Бактериальные споры: современные исследования и применения. Получено 28 сентября 2017 г. с сайта researchgate.net
5. Бактериальные споры: структура, значение и примеры спор. Получено 28 сентября 2017 г. с сайта microbeonline.com
6. Спорообразующие бактерии Получено 28 сентября 2017 г. с сайта bode-science-center.com
7. Состав и структура бактериальных спор. Получено 28 сентября 2017 г. с сайта biomedsearch.com
8. Типы спорообразующих бактерий. Получено 28 сентября 2017 г. с сайта sciencing.com

Образование спор бактериями

При наступлении для бактерий неблагоприятных условий они способны образовывать споры. Неблагоприятными условиями могут быть отсутствие питательных веществ в среде, изменение ее кислотности, высокие или низкие температуры, пересыхание среды и другое.

Образование спор бактериями — это в первую очередь способ пережить неблагоприятные условия среды. В отличие от других организмов у бактерий спорообразование почти не используется для размножения.

Споры бактерий сохраняют жизнеспособность в весьма неблагоприятных условиях внешней среды. Они способны переживать крайне высокие и низкие температуры, сохранять жизнеспособность на протяжении очень многих лет. Так известны бактерии, споры которых могут прорастать через 1000 лет. У других бактерий споры выдерживают кипячение. Бывает, что споры способны пережить температуру меньше -200 градусов Цельсия.

В те времена, когда жизнь на Земле только появилась, и на ней существовали преимущественно только бактерии, возможно погодные условия могли быстро меняться, становиться весьма суровыми. Чтобы выжить, бактерии эволюционно выработали в себе способность к спорообразованию. На сегодняшний день бактерии могут жить там, где другие организмы выжить не могут.

В спорах бактерий все жизненные процессы почти прекращены, цитоплазмы мало, и она густая. Спора покрыта толстой оболочкой, защищающей ее от разрушающих факторов внешней среды. Однако спора содержит все необходимое (в том числе ДНК бактерии), чтобы в благоприятных условиях прорасти и образовать полноценную бактериальную клетку.

Большинство бактерий образуют споры, которые называют эндоспорами. В основном их образуют палочковидные бактерии. «Эндо» значит «внутри». То есть у большинства бактерий споры образуются внутри клетки. При образовании спор происходит впячивание клеточной мембраны, и внутри бактерии обособляется область — будущая спора. Туда переходит ДНК. Вокруг этой области образуется толстый слой так называемой коры, которая будет защищать спору. С ее внутренней и внешней стороны присутствует мембрана. С внешней стороны от мембраны есть еще несколько оболочек.

У палочковидных бактерий эндоспоры могут образовываться в разных местах клетки. У одних — в середине, у других — ближе к концу, у третьих — у самого края палочки-клетки.

Существуют виды бактерий, которые образуют не эндоспоры, а экзоспоры, цисты и другие формы покоящихся форм. «Экзо» говорит о том, что спора образуется не внутри клетки бактерии, а как бы снаружи от нее. Образование экзоспор происходит путем образования своеобразных почек у клетки. После чего такие почки покрываются толстой оболочкой, превращаются в споры и отделяются.

С помощью спор бактерии не только переживают неблагоприятные условия, но и расселяются, так как споры очень легкие и легко разносятся ветром и водой.

Существуют некоторые виды бактерий, которые производят тела круглой или овальной формы, отличающиеся сильным све­топреломлением.

Эти образования носят название эндоспор. Спо­рообразование является одной из стадий цикла развития опреде­ленных микроорганизмов в ответ на неблагоприятное воздействие внешней среды, выработанное в процессе эволюции в борьбе за сохранение вида.

Недостаток питательных веществ вызывает у не­которых микроорганизмов различные реакции, обеспечивающие под­готовку клетки к длительному периоду, в течение которого пита­тельные вещества недоступны. Переход к спорообразованию на­блюдается при истощении питательного субстрата, при недостат­ке углерода, азота или фосфора, изменении рН среды и т.д.

Споро­образование присуще, в основном, палочковидным микроорганиз­мам (бациллы и клостридии, и сравнительно редко наблюдается у кокков (Sarcina urea, Sarcina lutea) и извитых форм (Desulfovibrio desulfuricans).

Спорообразование происходит во внешней среде, на питатель­ных средах и не наблюдается в тканях человека и животных.

Споры

Место обитания, где распространены

Из-за того, что бактерии неприхотливы, а также просты в организации, они широко распространены в природе. Бактерии можно найти везде: в каплях воды — даже самой чистой, в крупицах почвы, в нефти, которая добыта на огромной глубине, а также в воде горячих источников с температурой более 80 градусов. Находятся они и на плодах, растениях, у разных животных, у людей в кишечнике, на конечностях, ротовой полости, на поверхности тела.

На Земле нет ни одного места, где не было бы бактерий, однако они находятся в различных количествах. Условия жизнедеятельности бактерий различны. Одно из условий жизнедеятельности некоторых бактерий — наличие кислорода, другие могут не нуждаться в кислороде, могут жить в бескислородной среде.

Если бактерии находятся в воздухе, то они поднимаются в верхние слои атмосферы примерно до 30 км, а иногда и более. Особенно большое количество бактерий в почве. В одном грамме почвы находится более сотни миллионов бактерий.

Если бактерии находятся в воде, то они располагаются в поверхностных слоях воды открытых водоемов. Водные бактерии могут минерализовать органические остатки.

Если бактерии находятся в живых организмах, то болезнетворные бактерии оказываются в организмах из внешней среды, однако только в благоприятных условиях они могут вызвать заболевания. Симбиотические бактерии могут жить в органах пищеварения. Они помогают расщеплять, синтезировать витамины, усваивать пищу.

Споры

Споры – форма покоящихся грамположительных бактерий. Споры образуются при неблагоприятных условиях существования бактерий (высушивание, дефицит питательных веществ и др.). При этом внутри одной бактерии образуется одна спора. Образование спор способствует сохранению вида и не является способом размножения. Спорообразующие палочковидные аэробные бактерии, у которых размер споры не превышает диаметр клетки, называются бациллами. Спорообразующие палочковидные анаэробные бактерии, у которых размер споры превышает размер бактериальной клетки, называются клостридиями.

Схема образования споры (по Г.Шлегелю). А и Б – образование септы. В и Г – окружение протопласта споры мембраной материнской клетки. Д – формирование кортекса и оболочек споры. Е – схема строения зрелой споры: 1 – цитоплазма с нуклеоидом; 2 – ЦМ споры; 3 – клеточная стенка споры; 4 – кортекс; 5 – внутренняя оболочка споры; 6 – наружная оболочка споры; 7 – экзоспориум.

Процесс спорообразования (споруляция) проходит ряд стадий. Вначале на одном из полюсов бактериальной клетки происходит конденсация нуклеоида и отделение его за счет образования септы. Затем ЦПМ начинает обрастать образовавшийся протопласт споры и возникает складка, состоящая из двух слоев ЦПМ, позднее они сливаются, в результате образовавшаяся предспора оказывается окруженной двойной оболочкой. Между обращенными друг к другу мембранами образуется зародышевая стенка, кортекс, а также расположенные снаружи от мембран наружная и внутренняя оболочки.

Протопласт споры содержит ЦПМ, цитоплазму, хромосому, все компоненты белоксинтезирующей системы и анаэробной энергообразующей системы. Стенка споры непосредственно окружает внутреннюю мембрану и представлена пептидогликаном, из которого формируется клеточная стенка прорастающей клетки. Кортекс – самый толстый слой оболочки споры, чувствительный к лизоциму. Оболочка споры построена из кератиноподобного белка. Плохая проницаемость ее определяет высокую устойчивость споры к действию различных химических веществ. Экзоспорий – липопротеиновая оболочка, содержащая немного углеводов. В состав споры входит дипиколиновая кислота, обусловливающая термоустойчивость споры. Затем вегетативная часть клетки отмирает, и спора сохраняется во внешней среде в течение длительных сроков.

Clostridium tetani. Электронная микроскопия. Стадии образования споры. Н – нуклеоид; СО – споровая оболочка; СПР – спорангий. Х80000.«Авакян А.А., Кац Л.Н., Павлова И.Б. Атлас анатомии бактерий, патогенных для человека и животных. М «Медицина».-1972.-183 с.»

Способность ряда патогенных бактерий образовывать длительно сохраняющиеся во внешней среде споры, обладающие высокой термоустойчивостью, обусловлена низким содержанием воды, повышенной концентрацией кальция, структурой и химическим составом ее оболочки.

В благоприятных условиях споры прорастают, проходя три последовательные стадии: активацию, инициацию, прорастание. При этом из одной споры образуется одна бактерия. Прорастание споры происходит в течение 4-5 ч, в то время как образование споры продолжается 18-20 ч.

Спорообразование, форма и расположение спор в клетке (вегетативной) является видовым свойством бактерии, что позволяет отличать их друг от друга. Форма спор может быть овальной, шаровидной, расположение в клетке – терминальное, т.е. на конце палочки (возбудитель столбняка), субтерминальное – ближе к концу палочки (возбудитель ботулизма) и центральное (сибиреязвенная бацилла).

Споры можно выявить при обычном окрашивании бактериальной клетки в виде не окрашенной области внутри бактериальной клетки и по методу Ожешко.