Вопрос 52. Эндоспоры.

Образование эндоспор. Дифференцировка приводит к образованию клеток с различными функциями. Формируется особый тип клеток - покоящиеся формы (споры) – устойчивы к неблагоприятным воздействиям. Споры образуют в основном Гр(+) бактерии: 6 родов: Bacillus, Clostridium, Streptomyces и др. Недавно описали новую Гр(-) спорообразующую бактерию р. Sporomasa (имеет форму банана)

Стадии образования спор на примере B. Subtilis: В оптимальных условиях роста клетки B. subtilis размножаются путем бинарного деления, при котором образуется септа (перегородка) в центре материнской клетки. При исчерпании питательного субстрата и высокой плотности популяции появляется первый признак споруляции – ассиметрично расположенная перегородка (спорулирующая септа) – наступает 1-я стадия образования спор. После формирования септы начинается 2-я стадия: клетка делится септой на 2 части: 1 – большой клеточный компартмент - развивается материнская клетка 2-й - меньший компартмент – будущая спора. Мембраны материнской клетки окружают меньший компартмент, формируя двойную мембрану вокруг предспоры. 3 стадия - образуется протопласт предспоры, покрытый 2-х мембранной структурой (зародышевой клеточной стенкой). 4 стадия- между двумя мембранами откладывается пептидогликан – происходит образование кортекса споры. 5 стадия – сборка белковых покровов споры. 6-я (стадия созревания) - спора становится устойчивой к действию физико-химических факторов и приобретает свойства покоящейся формы, а также в будущем способность к прорастанию. На последней 7-й стадии происходит лизис материнской клетки с освобождением споры – обезвоженной покоящейся формы клетки, сильно преломляющей свет.

Строение эндоспор. В сердцевине: дипиколиновая кислота, ионы Са2⁺ (цементируют сердцевину споры), низкомолекулярные белки (связываются с молекулой ДНК, придавая ей стабильность).Сердцевина обезвожена и окружена мембранами (активной функции не выполняют), затем слой муреина – кортекс (в дальнейшем послужит основой клеточной стенки), все окружает эндоспориум (вещества различной химической природы)

Схема строения споры 1 — эндоспориум; 2 — слои споровой оболочки; 3 — внешняя мембрана споры; 4 — кора (кортекс- пептидогликан); 5 — внутренняя мембрана споры; 6 — сердцевина.

Функции эндоспор. Бактерии в состоянии споры способны выдерживать стресс, при этом сохраняя жизнеспособность Бактериальная спора практически лишена воды, поэтому, находясь в состоянии покоя, устойчива к различным воздействиям: химические вещества, температура (низкая и высокая), частично УФ-излучение. споры термофильной бактерии Thermoactinomyces пролежали 110 лет в илах, воде и т.д.

Споры Bacillus circulaus пролежали 350 000 000 лет в отложениях соленых высохших озер.

Прорастание эндоспор Для прорастания спор нужно снять внутренний и внешний покой (напр. нагреванием - чтобы рецепторы споры восприняли сигнал). Для Bacillus subtilis сигналом служит аминокислота –аланин, при ее добавлении в среду споры начинают прорастать. Для других бактерий сигналы: глюкоза, фруктоза, ионы К⁺. Механическая стимуляция прорастания спор вызывает: нарушение структуры оболочек, инициацию репарации ДНК, репликацию ДНК. В результате из споры может образоваться новая бактериальная клетка.

Вопрос 53. Система quorum-sensing (QS). Система QS проявляется в условиях повышенной плотности бактерий. Бактерии выделяют, когда концентрация популяция достигает некоторой критической величины, за которой следует либо лизис культуры в жидкости, либо прикрепление к твердой поверхности с образованием биопленки. Физиологич. функции бактерий изменяются в результате продукции клетками внеклеточных сигнальных молекул относящихся к классам хинолов, лактонов и пептидов. Сигнальные молекулы реагируют с рецептором сенсорного белка, изменяют его конформацию, и проводит сигнал к другому компоненту QS-системы – белку-регулятору ответа. Определяющим в основе функции всех регуляторных QS-систем является возрастание концентрации секретируемого аутоиндуктора в зависимости от увеличения плотности клеточной культуры.

QS-системы контролирует гены, определяющие синтез факторов вирулентности, протеолитических систем, антибиотиков. Образование биопленок является основной стратегией выживания бактерий в окружающей среде, поскольку именно в составе биопленки они защищены от таких антибактериальных воздействий, как антибиотики, бактериофаги, фагоциты.

Биопленки – это высокоорганизованные микробные сообщества, живущие в липополисахаридном "многоквартирном доме" на твердой поверхности. Микробные "квартиры" связаны каналами водоснабжения для распределения питательных веществ и канализации для удаления отходов жизнедеятельности, а "скелет" дома служит защитной крепостью. Выполнение общественных функций существенно повышает способность к выживанию.

QS система осуществляет коммуникацию бактерий – передача информации между клетками популяции. QS координирует экспрессию генов во всем сообществе. Играет ключевую роль в регуляции различных процессов (взаимодействия с высшими организмами, животными, растениями, биосинтез экзоферментов, антибиотиков, токсинов, конъюгацию и др.).

В биопленке могут быть грамотрицательные и грамположительные МО, простейшие. Социальным поведением регулируется репликация,переход из некультивированного состояния в культивированное, ряд других процессов, которые требуют выживания бактерий в неблагоприятных условиях. Эволюционно это один из наиболее древних механизмов, способствующих выживанию в стрессовых условиях внешней среде. А встреча в нашем организме с факторами иммунной защиты – как раз стрессовая ситуация, к которой бактерии научились адаптироваться. Иммунитет сыграл селективную роль, способствуя отбору бактерий, способных ему противостоять.