3.2.7. Фимбрии и пили

Многие из грамотрицательных бактерий имеют на поверхности регидные придатки, которые обозначаются как пили (лат. - волоски) и фимбрии (лат. - бахрома). Они короче и тоньше жгутиков, состоят из белковых субъединиц. Среди пилей следует различать пили половые, играющие роль в прикреплении конъюгирующих клеток друг к другу. Их синтез находится под контролем плазмидных генов. Размеры пилей 0,5- 10,0 мкм, половые пили несколько длиннее других видов пилей, участвующих в адгезии микроорганизмов. Синтез пилей, участвующих в адгезии, находится под контролем хромосомных генов.

Фимбрии - короткие нити, окружающие бактериальную клетку. Их количество достигает нескольких тысяч. Размеры фимбрий 0,1-12 мкм, диметр 25 нм. С помощью фимбрий микроорганизмы могут прикрепляться к определенным рецепторам. Для многих патогенных бактерий фактором патогенности являются фимбрии. Они служат факторами адгезии и колонизации.

Гликокаликс. Многие бактерии в естественной среде обитания могут давать явление гликокаликса, которое не выявляется при обычном культивировании микроорганизмов. Эти микроорганизмы покрываются слоем длинных переплетенных полисахаридных волокон, состоящих из декстрана и левана. Эти волокна образуются в результате действия ферментов и др. биологически активных веществ, связанных с клеткой. Они располагаются вне клетки микроорганизма. Микроорганизмы, способные покрываться волокнами, приобретают новые свойства. Например, с помощью гликокаликса Streptococcus mutans прочно прикрепляется к зубной эмали. Считается, что эти волокна являются фактором адгезии микроорганизмов.

3.2.8. Эндоспоры

Споры - это форма существования вегетативной клетки. Споры образуют два рода грамположительных палочек: аэробные - рода Bacillus и облигатно анаэробные - рода Clostridium, третий представитель – Грам (+) кокки рода Sporosarcina. Когда исчерпаны все запасы питательных веществ, внутри этих клеток образуется одна эндоспора. Спора - это покоящаяся клетка, устойчивая к действию высушивания, химических веществ, температуре, потенциально способная к превращению в вегетативную форму в благоприятных условиях. В клетке спорообразование происходит, когда она находится во внешней среде, процесс спорообразования не отмечен в тканях организма.

Резистентность спор связана с большим количеством кальциевой соли и дипиколиновой кислоты, присутствующей в ее оболочке. Диаметр споры может не превышать размер клетки (Bacillus) или превышать его (Clostridium). Споры в клетке могут располагаться центрально (Bacillus), ближе к концу - субтерминально (Cl. botulinum) и в конце клетки - терминально (Cl. tetani).

Спорообразующие клетки дополнительно имеют в хромосоме 60 генов. Cпоруляция (инициация) напрямую связана с геном spo0. Транскрипция этого гена запускает процессы последовательной транскрипции 40 оперонов. Это включает определенные биохимические и морфологические процессы. Образуются сигма-единицы РНК-полимераз, которые обеспечивают функцию множества промоторов.

Это гены, которые обеспечивают споруляцию.

В каждой спорообразующей клетке формируется одна эндоспора. Первый шаг процесса спорообразования - морфологические изменения ядерного вещества клетки, образующего тяж вдоль длинной оси спорулирующей клетки. Приблизительно 1/3 тяжа отделяется и переходит в формирующуюся спору. Впоследствии этот ядерный тяж целиком переходит в спору.

Формирование споры начинается с того, что у одного из полюсов клетки происходит уплотнение цитоплазмы. Этот участок цитоплазмы совместно с частью генетического материала полностью обособляется от остального клеточного содержимого с помощью перегородки, которая формируется за счет ЦПМ, впячивающейся внутрь клетки.

Мембрана прорастает от периферии к центру, где срастается, что приводит к образованию споровой перегородки. Следующий этап – обрастание отсеченного участка цитоплазмы ядерным материалом клетки, что приводит к образованию предспоры.

Начинается формирование кортикального слоя (кортекса). Поверхность наружной мембраны предспоры синтезирует споровые покровы. Спорообразование сопровождается активным синтезом белка, богатого цистеином и гидрофобными аминокислотами. В споре содержание ДНК ниже, чем в клетке. Спора содержит 2-3 копии хромосомы.

Все это время происходит накопление дипиколиновой кислоты и ионов кальция. Формирование споры идет в течение 18-20 ч.

Споровые покровы состоят из белков и небольшого количества гликолипидов и липидов. Белки обладают высокой устойчивостью к неблагоприятным условиям, что делает спору защищенной от литических и др. ферментов. Благоприятствующими условиями для существования споры являются наличие или отсутствие определенных питательных агентов, определенная температура среды, кислотность, аэрирование.

Протопласт споры (ядро) содержит хромосому, компоненты аппарата синтеза белка и энергетическую систему.

Стенка споры - это слой, который непосредственно окружает внутреннюю споровую мембрану. Она содержит пептидогликан и становится стенкой прорастающей вегетативной клетки.

Кортекс - это самый толстый слой клеточной оболочки споры. Он содержит необычный тип пептидогликана с меньшим количеством поперечных сшивок, чувствителен к лизоциму, а его автолиз играет ключевую роль в процессе прорастания споры.

Оболочка споры - состоит из кератиноподобного белка, содержащего дисульфидные связи. Плохая проницаемость этого слоя обусловливает относительную резистентность спор к антибактериальным химическим веществам.

Экзоспорий - липопротеиновая оболочка, содержащая некоторое количество углеводов.

Обычно, попадая в благоприятные условия споры, прорастают и превращаются снова в вегетативные клетки. Процесс прорастания спор идет значительно быстрее (4-5 ч), чем образование спор и состоит из трех стадий: активации, начальной стадии и стадии роста.

Прорастание спор происходит с получением определенного, в том числе - химического сигнала, который для разных бактерий может быть - источником энергии, аденозином, L- аланином, температурой и пр. В качестве веществ, которые инициируют прорастание спор, эффективны углеводы, неорганические ионы, некоторые аминокислоты. На первом этапе прорастания споры происходит активация ферментов, особенно литических, возрастает дыхательный процесс. Из спор целиком удаляется дипиколиновая кислота, идет активный синтез белков и РНК, но репликация ДНК начинается не ранее двух часов от начала прорастания споры.

Активация- это пусковой механизм прорастания споры, т.к. даже в богатой среде спора не будет прорастать, если не произойдет ее активация агентом, повреждающим оболочку. Это может быть кислая среда, температура, механическое повреждение оболочки и пр.

Начальная стадия. После активации спора прорастает, если благоприятны условия ее окружения. Связывание эффектора активирует автолизин, который быстро разрушает кору пептидогликана. После этого, спора поглощает воду, освобождается дипиколдинат кальция и многие другие компоненты. Споры разрушаются гидролитическими ферментами.

Стадия роста. С разрушением коры и наружных слоев споры, появляется растущая вегетативная клетка, состоящая из протопласта и окружающей стенки. Наступает период активного биосинтеза, заканчивающийся делением клетки, который и называют стадией роста.