Спорообразование бактерий

Многие палочковидные бакте­рии (с грамположительным типом строения клеточной стенки) способны образовывать в определенных условиях споры. Такие бактерии, в отличие от всех остальных, называются ба­циллами.

Обычная вегетативная клетка бактерии (бациллы) превра­щается в спору при наступлении неблагоприятных условий (высушивание, дефицит питательных веществ и др.). Внутри бактериальной клетки образуется одна спора (эндоспора), представляющая собой покоящуюся клетку с более плотной оболочкой, меньшим содержанием воды и обладающую боль­шей устойчивостью к внешним воздействиям, в частности, в от­ношении температуры и высушивания. Так, споры некоторых бактерий выдерживают длительное кипячение (обычные клетки гибнут при нагревании до 50-60°С) и могут долго сохраняться в совершенно сухих средах. Споры способны выдерживать не­благоприятные условия в течение продолжительного времени, иногда нескольких лет.

Образование спор способствует сохранению вида, не является способом размножения бак­терий, так как при этом из одной вегетативной клетки обра­зуется только одна спора. Его следует рассматривать как реакцию вегетативной клетки бактерии на изменение условий внешней среды.

Более того, спороносящие клетки сразу же теряют способ­ность размножаться.

Процесс спорообразования в вегетативной клетке происхо­дит в течение нескольких часов. При ухудшении условии среды он ускоряется, при улучшении, наоборот, замедляется или прекращается вовсе.

Во время спорообразования содержимое клетки уплотняется и концентрируется либо в центре клетки, либо у одного из ее концов. При этом теряется значительная часть воды (до поло­вины) и образуется двойная оболочка с плотным и слабопрони­цаемым наружным слоем. Этот слой плохо пропускает воду и растворенные в ней вещества. Для рассмотрения бактерий под микроскопом прибегают к их окраске. Однако споры такой окраске не поддаются, потому что их оболочки малопрони­цаемы для краски.

Впоследствии, при прорастании споры, наружный слой обо­лочки утрачивается, а внутренний слой становится оболочкой вновь образовавшейся вегетативной клетки.

В других случаях при спорообразовании количество содер­жащейся в клетке воды не уменьшается, но зато эта вода пере­ходит в связанное состояние. В таком состоянии вода резко изменяет свои свойства (например, теряет способность раство­рять обычно растворимые в «свободной» воде вещества, не за­мерзает при минусовых темпе­ратурах и т. д.).

Плотная двухслойная оболочка, небольшое содержание воды и ее связанное состоя­ние обусловливают высокую устойчивость спор к неблаго­приятным внешним воздей­ствиям.

Форма спор может быть овальной, шаровидной; расположение в клетке – терминальное, т. е. на конце палочки (у возбудителя столбняка), субтерминальное – ближе к концу палочки (у возбудителей ботулизма, газовой гангрены) и центральное - спора образуется в центре клетки, которая по форме напоминает веретено (клостридиум, сибиреязвенная бацилла). Спора долго сохраняется из-за наличия многослойной оболочки, дипиколината кальция, низкого содержания воды и вялых процессов метаболизмов. В благоприятных условиях споры прорастают, проходя три последовательные стадии: активация, инициация, прорастание.

Время от начала образования споры до ее полного оформ­ления называется периодом созревания. После созревания споры прежняя оболочка клетки, внутри которой образовалась данная спора, постепенно распадается, и спора освобождается из клетки.

Затем, попав в благоприятные условия, спора начинает по­глощать воду и набухать. Наружная оболочка ее при этом раз­рушается, и спора прорастает в вегетативную клетку. Прораста­ние споры происходит в течение нескольких часов.

С точки зрения переработки и хранения пищевых продуктов спорообразование как свойство бактерий (бацилл) является крайне нежелательным, так как затрудняет и усложняет борьбу с этими микроорганизмами.

Чтобы уничтожить споры, например, в консервах, их приходится стерилизовать, т. е. подвер­гать нагреванию до температуры не менее 120°С, а такой нагрев отрица­тельно сказывается на качестве консервированных продуктов.

Стерилизация молока существенно изменяет его первоначаль­ные свойства, приводит к потере витаминов. А если молоко не нагревать до такой высокой температуры, то его невозможно будет долго сохранить. Так, пастеризованное молоко, которое нагревается только до температуры 80-90°С с целью сохранения питательных веществ, портится при комнатной температуре очень быстро, потому что в процессе пастеризации уничтожают­ся лишь вегетативные формы микробов, а споры не погибают. В нагретом до комнатной температуры молоке они прорастают и быстро размножаются, вызывая порчу этого продукта.

При микроскопировании легко можно определить спорообразующие и не спорообразующие формы палочковидных бактерий. Вегетативные клетки хорошо адсорбируют красители на своей поверхности и полностью окрашиваются. Оболочка же споры малопроницаема для красителя и под микроскопом споры имеют вид округлых или овальных блестящих зерен.

Палочки, образующие споры, называются бациллами (при образовании споры форма клетки не меняется, т.к. размер споры не превышает ширину клетки и клостридиями (диаметр споры больше толщины клетки и поэтому при созревании споры клетка приобретает форму веретена – если спора расположена в центре клетки или барабанной палочки – если спора располагается на одном из полюсов клетки).

Извитые(изогнутые) бактерии различаются не только по длине и толщине, но и по степени извитости (изогнутости). Па­лочки, изогнутые в виде запятой, называются вибрионами; па­лочки с одним или несколькими завитками - спириллами; длинные палочки с множеством завитков - спирохетами.

Форма бактериальной клетки и ее размеры не по­стоянны и могут изменяться в зависимости от условий обитания и возраста микробной клетки.

При неблагоприятных условиях среды бактериальная клет­ка может принять резко измененную, уродливую форму. Для выяснения типичных форм и размеров того или иного предста­вителя бактерий создают определенные условия выращивания.

Размеры бактерий колеблются от 0,1-0,15 до 16-28 микрометров (1 мкм=0,001 мм). В среднем диаметр тела кокков составляет от 0,5 до 1 мкм, а средняя длина палочковидных – от 2 до 5 мкм. Бактерии, имеющие диаметр менее 0,05 микрометра, называются нанобактериями.