1.2. Спорообразование

Вне организма человека или животного сибиреязвенные палочки могут образовывать споры. Споры (эндоспоры) - особый тип покоящихся репродуктивных клеток, характеризующихся резко сниженным уровнем метаболизма и высокой резистентностью к воздействию различных факторов. От вегетативных клеток споры отличаются репрессией генома, почти полным отсутствием обмена веществ (анабиозом), малым количеством свободной воды в цитоплазме, повышением в ней концентрации катионов кальция и появлением дипиколиновой (пиридин - 2,6 - дикарбоновой) кислоты в виде Са-хелата, с которыми связывают пребывание спор в состоянии покоя и их термоустойчивость. У бацилл споры являются защитной формой существования. Споры образуются под влиянием неблагоприятной температуры, недостатка влаги или питательных веществ в окружающей среде, необходимых для вегетации. При выращивании на средах небогатых питательными веществами спорообразование наступает при доступе кислорода воздуха на 2-5 сутки при температуре в пределах 12^OС - 42^OС. Процесс спорообразования при выращивании сибиреязвенного микроба на питательных средах зависит от многих причин: рH среды, температуры выращивания, влажности. Хорошей питательной средой для спорообразования является слабощелочной агар, при температуре выращивания 30^OС - 35^OС. При такой температуре процесс спорообразования обычно заканчивается через 16 часов, при 24^OС - через 36 часов, при 18^OС - через 50 часов. Споры начальной фазы располагаются в центре бациллы (по одной в каждой), а зрелые - отдельно.

Спорообразование - один из сложнейших процессов дифференцировки бактериальной клетки, который контролируется комплексом специальных генов - спорулоном. У многих бацилл во время образования спор синтезируются полипептидные антибиотики, подавляющие рост вегетативных клеток. Процесс образования спор проходит ряд последовательных стадий:

- подготовительная: изменяется метаболизм, завершается репликация ДНК, происходит ее конденсация. Клетка содержит два или более нуклеотида, один из которых локализуется в спорогенной зоне, остальные - в цитоплазме спорангия. Одновременно синтезируется дипиколиевая кислота;

- стадия предспоры: со стороны цитоплазматической мембраны вегетативной клетки происходит врастание двойной мембраны или септы, отделяющей нуклеоид с участком уплотненной цитоплазмы (спорогенная зона). В результате этого образуется проспора, окруженная двумя мембранами;

- образование оболочек: вначале между мембранами проспоры образуется зачаточный пептидогликановый слой кортекса и вокруг его наружной мембраны формируется споровая оболочка;

- созревание споры: заканчивается образование всех структур споры, она становится термоустойчивой, приобретает характерную форму и занимает определенное положение в клетке.

В организм диких и домашних животных могут попасть споры, которые затем прорастают с образованием вегетативной формы. В таком виде возбудитель Bacillus anthracis и существует в тканях, и передается от больного к здоровому. При попадании в благоприятные условия споры прорастают в вегетативные клетки. Этот процесс начинается с поглощения воды и гидратации структур споры. Одновременно активизируются ферменты, и резко возрастает энергия дыхания. Литические ферменты разрушают покровы клетки и пептидогликан кортекса, выделяется наружу дипиколиевая кислота и соли кальция. На месте разрыва оболочки споры возникает ростовая трубка и формируется вегетативная клетка. Оптимальными температурными условиями являются 37^OС, аэрация и наличие необходимых питательных веществ. Время прорастания спор занимает несколько часов при 37^OС. Длительно хранившиеся споры прорастают за 2-7 часов, недавно образованные - за 60-90 минут. Вирулентность возбудителя зависит от стадии развития (спора, прорастающая спора, вегетативная клетка). В опытах на морских свинках показано, что при вдыхании спор 100% животных погибает, проросших спор – 31%, при вдыхании вегетативных клеток заболевание животных не наблюдалось. Достаточно небольшого числа спор или вегетативных клеток, попавших тем или иным способом в организм, чтобы бактерия размножилась в тканевой жидкости и макрофагах. При этом она выделяет экзотоксин и капсульную субстанцию – вещества, поражающие клетку. Дополнительно к ним бактерия продуцирует еще и экзопротеазы – ферменты, расщепляющие белки организма-хозяина.