41 Спорообразование у микроорганизмов

Бактерии рода Bacillis Clostnidium и Pesuifotoma Culum, так же как и отдельные виды кокки и спириллы, способны образовать споры (эндоспоры) - тельца сферической формы, устойчивые к воздействию неблагоприятных факторов. Споры преломляют свет и четко видны в световом микроскопе. Как правило, внутри бактериальной клетки образуется только одна спора. Однако в последнее время у отдельных видов Clostnidium обнаружены клетки с двумя и более спорами. Обычно спорообразование начинается, когда бактерия испытывает недостаток питательных веществ или когда в среде в большом количестве накапливаются продукты обмена веществ бактерий. Поэтому споры можно рассматривать как приспособление организма для выживания в неблагоприятных условиях среды.

Формирование спор зависит от условия роста. Споры могут оставаться живыми в условиях, когда вегетативные клетки, то есть клетки, не образовавшие споры, погибают. Большинство спор хорошо переносят высушивание, многие споры нельзя убить даже кипячением в течение нескольких часов. Для их уничтожения требуется температура пара 120єС при давлении 1атм (1,01*10Па). При этих условиях споры погибают через 20 минут. В сухом состоянии они погибают лишь при сильном нагревании (до 150-160) в течение нескольких часов. Споры отдельных видов бактерий отличаются особенной термоустойчивостью. В результате неравномерного деления бактериальной клетки, сопровождающееся впячиванием цитоплазматической мембраны, наблюдается обособление части нуклеоида с небольшой частью цитоплазмы. Образовавшаяся проспора затем покрывается цитоплазматической мембраной бактериальной клетки.

Таким образом, внутри клетки возникает новая клетка-спора, окруженная двумя мембранами. Затем между мембранами образуется кортикальный слой или кортекс, состоящий из особых молекул пептидогликана.

Спорообразование сопровождается активным синтезом белка. Белки эндоспор в отличие от белков вегетативных клеток богаты цистеином и гидрофобными аминокислотами, с чем связывают устойчивость спор к действию неблагоприятных факторов. Содержание ДНК в споре несколько ниже, чем в исходной клетке , поскольку в спору переходит лишь часть генетического материала материнской клетки. Генетический материал поступает в спору в виде полностью реплицированных молекул ДНК. Споры некоторых видов содержат по 2 или 3 копии хромосом. Содержание РНК с споре ниже, чем в вегетативной клетке, и РНК в значительной степени при спорообразованию синтезируется заново. Одним из характерных процессов, сопровождающих образование эндоспор, является накопление в них дипиколиновой кислоты и ионов кальция в эквимолярных количествах. Эти соединения образуют комплекс, локализованный в сердцевине споры. Помимо кальция в эндоспорах обнаружено повышенное содержание других катионов - магний, марганец, калий - с которыми связывают пребывание спор в состоянии покоя и их термоустойчивость.

Дальнейшее развитие споры заключается в образовании нескольких слоев споровых покрытий и ее созревании. Споровые покровы синтезируются в основном из вновь синтезированных особых белков, а также липидов и гликолипидов. Электронномикроскопическое изучение ультратоных срезов многих бактерий показало, что поверх покровов споры образуется еще одна структура - экзеспориум, часто состоящий из ряда слоев и имеющий подчас разнообразную «лепную» форму. Диаметр споры приблизительно равен диаметру клетки, которая при этом несколько расширяется, приобретая вид барабанной палочки. У других спора образуется в центре клетки и последняя либо не меняет формы (род Bacillis), либо расширяется в середине, принимая вид веретена (род Clostnidium).

После созревания споры клеточная стенка вегетативной части клетки разрушается и спора выходит в окружающую среду. При попадании в благоприятные условия спора начинает прорастать.

Прорастанию предшествует поглощение спорой воды и последующее набухание. Затем оболочка, под влиянием давления, вызванного ростом, разрывается, возникает ростовая трубка. В дальнейшем происходит удлинение освободившегося бактериального организма и, наконец, деление уже удлиненной клетки.

Споры бактерий могут длительное время (десятки, сотни и даже тысячи лет) существовать в покоящемся состоянии.

Имеются микроорганизмы, относительно устойчивые к неблагоприятным условиям среды (температура, кислотность, аэрация и др.) покоящиеся клетки - циститы, не являются спорами. Например, азотобактерии образуют циститы, устойчивые к высушиванию и теплу.

Известны и другие группы покоящихся клеток (микроспоры, микробактерии, эндоскопы актиномицетов и др.).

Многие микроорганизмы и их споры вызывают порчу пищевых продуктов, а, попадая в организм человека, вызывают острые пищевые интоксикации. Для того чтобы обезопасить себя и сохранить свежеть пищевых продуктов, прибегают к способам стерилизации. Вот некоторые из них:

Сушка - этот способ заключается в том, что при сушке из исходного продукта удаляется влага, при этом содержание сухих веществ значительно повышается, чем создаются неблагоприятные условия для развития микроорганизмов. Способ широко применяется в домашних условиях для сушки фруктов, грибов, овощей, в пищевой промышленности для заготовки овощей для тех мест, где использование свежих овощей заведомо затруднено (экспедиции, зимовки в экстремальных условиях и т. п.). У некоторых народов заготовка мяса впрок производится также с помощью сушки.

Копчение - к нему прибегают, когда нужно заготовить впрок мясные или рыбные продукты. Основан он на консервирующем действии дыма, который получается при медленном сгорании, вернее, тлении, отходов плодовых деревьев (опилки, стружки, щепа и т. п.). Продукты возгонки (фенол, уксусная кислота, креозот, формальдегид), содержащиеся в дыме, оказывают консервирующее действие на продукт, убивает большинство микроорганизмов, а также придают специфический вкус и аромат.

Соление - под действием соли жизнедеятельность микроорганизмов в любых продуктах заметно снижается, а при содержании соли в продукте свыше 10 % практически прекращается. Солят, в основном, рыбу, мясо, овощи.

Квашение широко применяется в целях сохранения таких овощей, как капуста, огурцы, помидоры, арбузы, яблоки и др. При квашении в рассоле и самом продукте происходит молочнокислое брожение и выделяется молочная кислота, которая препятствует развитию микроорганизмов. При этом добавляемая соль решающей роли не играет. Хранить квашеные продукты целесообразно при пониженной температуре, близкой к нулю (погреб, подвал, ледник).

Маринование - консервирующее действие на продукт оказывается путем добавления в рассол уксусной кислоты и заливки им продукта. Круг маринуемых продуктов весьма широк, но в основном овощи, фрукты.

Охлаждение - консервирующее действие охлаждения состоит в том, что температура сохраняемого продукта понижается до 0°С, при которой жизнедеятельность микроорганизмов сводится практически на нет. Срок хранения различных продуктов при этом способе зависит от самого продукта и колеблется от нескольких дней до нескольких месяцев.

Замораживание - консервирующее действие этого способа сохранения продуктов сходно с охлаждением. Однако в этом случае продукт подвергается быстрому, замораживанию до более низкой температуры -- до 18 -- 20°С ниже нуля и хранится при -18°С. Хранить замороженные продукты (мясо, рыбу, овощи, фрукты, резаную зелень) возможно в течение нескольких месяцев. При оттаивании качество замороженных продуктов практически не снижается. В настоящее время, когда в торговой сети наблюдается обилие морозильных бытовых камер, разных марок и различной вместимости, этот способ сохранения получает все более широкое распространение.

Консервирование сахаром - при содержании в сахарном сиропе сахара свыше 65 % создаются крайне неблагоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов. Еще более жесткие условия создаются для них, если некоторые ягоды смешиваются в перекрученном на мясорубке состоянии с сахаром (смородина). В результате такие консервы могут храниться при комнатной температуре до нового сезона.

Консервирование с применением консервантов (антисептиков) - к ним относится бензойнокислый натрий, салициловокислый натрий, аспирин (ацетилсалициловая кислота) и др., которые, обладая антисептическими и консервирующими свойствами, тормозят процессы гниения, брожения и, следовательно, способствуют сохранности продукта. Поскольку применение этих антисептиков в домашних условиях приводит к снижению качества сохраняемого продукта, применять их не рекомендуется. Исключение составляет засыпка свежих овощей -- лука, петрушки, укропа, перца поваренной солью или добавление в консервируемые овощи незначительного количества аспирина. Снижение качества конечного продукта при этом способе консервирования не отмечается.

Консервирование теплом - пожалуй, наиболее распространенный способ. Сохранение продуктов от порчи при этом достигается путем предварительного кипячения их в простерилизованной и герметически закрытой таре. В процессе прогревания (стерилизации) или нагревания (пастеризации) продукта микроорганизмы погибают, а вкусовые качества и пищевая ценность продукта сохраняются.