Споры бактерий (эндоспоры)

Эндоспоры — это покоящиеся формы (см. Покоящиеся формы микробов) в жизненном цикле бактерий. Они формируются внутри цитоплазмы вегетативных клеток при наступлении неблагоприятных условий (для паразитических форм — вне организма хозяина).

Эндоспоры радикально отличаются от вегетативных клеток:

  • Состояние метаболизма: Репрессия (подавление активности) генома и почти полное отсутствие обмена веществ (состояние анабиоза или гипобиоза).
  • Химический состав: Малое количество свободной воды в цитоплазме, повышенная концентрация ионов кальция и наличие дипиколиновой кислоты, с которой связывают термоустойчивость спор.
  • Защита: Наличие дополнительных оболочек, препятствующих диффузии и проникновению веществ из внешней среды.

Благодаря этим особенностям споры обладают исключительной устойчивостью к повреждающим факторам (высокой температуре, радиации, химическим веществам, высушиванию) и способны сохранять жизнеспособность в течение очень долгого времени.

Полная инактивация спор с потерей жизнеспособности достигается:

  • Автоклавированием.
  • Выдерживанием в аэростериле при температуре 160–170 °C в течение 60–120 минут.
  • Обработкой специальными спороцидными химическими веществами.

Спорообразующие бактерии и процесс споруляции

Спорообразование характерно для бактерий родов Bacillus, Clostridium, Sporosarcina, Sporolactobacillus, Desulfatomaculum и актиномицетов рода Thermoactinomyces. Споры всех этих бактерий сходны по строению и составу, как сходен и процесс их образования (споруляции).

Процесс споруляции включает несколько этапов:

  1. У бактерии образуется дополнительный нуклеоид, который отходит к одному из полюсов клетки.
  2. В цитоплазматической мембране возникает впячивание (инвагинация), разделяющее клетку на два протопласта, каждый из которых содержит по одной хромосоме.
  3. Меньший протопласт — проспора (предспора) — покрывается второй оболочкой, также синтезируемой мембраной материнской клетки.
  4. Между двумя листками мембраны формируется основной специфический для спор слой — кортекс из пептидогликана, отличающегося по составу от пептидогликана клеточной стенки.
  5. Снаружи спора покрывается толстой рыхлой оболочкой — экзоспорием.
  6. Белковая оболочка споры, богатая остатками цистеина и лизина и характеризующаяся гидрофобностью, завершает формирование.
  7. Происходит аутолиз (саморастворение) вегетативной клетки-спорангия, и зрелая спора высвобождается.

Активация и прорастание спор

При попадании в благоприятные условия, а также под влиянием некоторых факторов спора активируется и прорастает в вегетативную клетку.

  • Активация заключается в дерепрессии генома и мобилизации метаболических процессов.
  • Прорастание характеризуется:
    • Удалением из клетки дипиколиновой кислоты и ионов кальция.
    • Разрушением пептидогликана кортекса.
    • Падением оптической плотности споры.
    • Снижением её термоустойчивости.
    • Превращением в метаболически активную структуру, из которой образуется вегетативная особь.

Процесс прорастания регулируется специальными веществами — герминантами (например, L-аланином, ионами магния, n-додециламином, глюкозой). Ему также способствует механическое повреждение стенки споры. Ингибируют прорастание D-аланин, бикарбонат натрия и другие вещества.

Методы окрашивания спор

Споры бактерий, как и кислотоустойчивые бактерии, окрашивают по методу Циля — Нельсена (см. Циля — Нельсена метод), но с модификацией: дифференциацию проводят не 5%, а 1% водным раствором серной кислоты. В результате споры приобретают красный цвет, а тела бактерий — голубой.

Часто применяют способ Ожешки. На первом этапе нефиксированный мазок обрабатывают в течение 1–2 минут 0,5% раствором соляной кислоты при подогревании. На втором этапе, после промывания и фиксации препарата над пламенем, его окрашивают по Цилю — Нельсену.