Бактериални спори

В природата малко видове бактерии могат да образуват спори. Те представлява латентни, устойчиви и нерепродуктивни структури, образувани от бактерии, които принадлежат към отдел Firmicutes (от лат. firmus - здрав, и cutis - кожа). Голяма част от тези микроорганизми нормално обитават почвата и водите и при неблагоприятни за тях условия формират спори, които позволяват оцеляването им. В медицинската микробиология единствено спорообразуващите бактериални видове се наричат с термина бацили.

Характерни представители на бацилите са аеробите от род Bacillus (напр. болестотворният Bacillus antracis), анаеробите от род Clostridium с патогенни представители C. botulinum (причинител на ботулизма), C. perfringens (газова гангрена), C. tetani (тетанус), C. difficile (псевдомембранозен колит), както и неболестотворни коки от рода Sporosarcina.

Бактериалните спори са средство за преживяване на бактериите в условия на неподходяща температура, липса на необходимите им нутриенти, промени в киселинността на средата и в такава форма бацилите на могат да се размножават. При попадане в неблагоприятни условия вегетативната бактериална форма преминава в спора (спорулира) за период от няколко часа до едно денонощие. Процесът води до формиране на т.нар. ендоспора, която възниква в пределите на вегетативната клетка. За осъществяването му е необходим активен метаболизъм в клетката, тъй като за изграждането на ендоспората е необходим синтез на редица нови ензими и съставки на обвивката й, както и подходяща температура, хранителни вещества, наличие или липса на кислород и др. Поради това аеробните бацили спорулират единствено в аеробна (кислородна) среда, а клостридиите - единствено в анаеробни (безкислородни) условия. Болестотворните бацили формират спори само при попадането им в околната среда. Ендоспорите позволяват на бактериите да съществуват в латентно състояние в продължителни периоди от време (години, векове).

Активирането на спорулацията настъпва при недостиг предимно на въглехидрати или поради наличие на трудно усвоими хранителни вещества. В началото на процесът на спорулация настъпва изолиране на едно от ядрата на вегетативната клетка посредством инвагинации на цитоплазмената мембрана, които обгръщат ядрото и го обвиват с двойна мембрана. След формирането й, двойната мембрана участва активно в изграждането на споровата обвивка. Тя е съставена от спорова стена и кортекс, разположени между външната и вътрешната мембрана, а над външната мембрана се намират обвивката и екзоспориума.

Устройство на бактериалните спори

Споровата сърцевина (протопласт) съдържа бактериалната ДНК, малко рибозоми и ограничено количество вода. Над вътрешната мембрана, покриваща сърцевината, се разполага споровата стена. Тя е съставена от нормален пептидогликан, от който при благоприятни условия се образува клетъчната стена на вегетативната форма. Над споровата стена се намира кортексът, който представлява най-дебелия слой на обвивката и е изграден от специфичен пептидогликан - малко на брой съшивки и много чувствителен на лизозим и други протеолитични ензими. В кортекса се съдържа веществото дипиколинова киселина, Ca⁺⁺ и Mg⁺⁺ йони. Тази киселина е специфична субстанция за спорите и способства за поддържане на ендоспорите в латентно състояние. Това химично вещество съставлява до 10% от тегло на ендоспората. Над външната мембрана е обособена обвивката на спората, изградена от кератиноподобен белтък, и екзоспориум, съставен от липопротеинова мембрана.

В зависимост от положението на ендоспората в пределите на вегетативната клетка, тя може да бъде централно, субтерминално или терминално разположена. Характерно за спорите на клостридиите е по-големият им диаметър от този на вегетативната клетка, поради което при формирането си те я раздуват в участъка на образуването си. Поради това клетката добива вретеновидна или бухалковидна форма. Спорите на род Bacillus са разположени централно и не водят до раздуване на вегетативната форма.

Устойчивост на бактериалните спори

Обвивката на ендоспорите е сложно устроена и на нея се дължи изключителната им устойчивост към различни химични и физични фактори. Те са резистентни на ултравиолетова радиация, изсушаване, висока температура, екстремно замразяване и химически дезинфектанти. През нея не могат да проникнат химични вещества или вода. Състоянието, в което преживява спората, се нарича анабиоза и се характеризира с напълно затихнали метаболитни процеси. В това състояние спорите мога да просъществуват с години. Така напр. антраксният бацил (Bacillus antracis) формира спори в почвата след загиване на животните, заболели от антракс. В това състояние спорите остават жизнеспособни до 50 години.

За разлика от тях, вегетативните форми на спорообразуващите бактерии и останалите микроорганизми издържат на темп. от 100 °C до 1-2 мин. В подобна среда спорите могат да преживеят над 2 часа. При автоклавиране на 121 °C спорите загиват за около 15 мин., а в сух стерилизатор при темп. от 160-180 °C за 1-2 часа. Устойчивостта им на висока температура се дължи на наличието на дипиколинова киселина и магнезиеви йони в споровия кортекс. Методите на стерилизация са съобразени с най-резистентните форми на живот - бактериалните спори.

Вегетативните клетки на спорообразуващите клетки се възстановяват при попадане на спорите им в подходящи условия. Този процес се реализира в три основни стадии:

• активиране - настъпва при увреждане на споровата обвивка от фактори като температура, кисела среда, механичното нарушаване на целостта й;
• герминиране - настъпва при наличие на определени вещества в средата като глюкоза, соли, аденозин, аминокиселини (L-аланин) и представлява необратим процес, при които се поема вода, метаболизма се задейства и обвивките се автолизират;
• прорастване - формиране на нова вегетативна клетка от споровия протопласт. Продължителността на целия процес е около 1 час.

Оцветяването на спорите се осъществява посредством сложни методи като този на Мьолер или Пешков. При други методи на оцветяване спорите се виждат като пречупващи светлината телца, което се дължи на кондензацията на цитоплазмата им. Спорите могат да се наблюдават и с електронен микроскоп, който се използва предимно с научноизследователската цел.