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3.5.1: Endosporen - Biologie

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LERNZIELE

  • Beschreiben Sie die Funktion und den Vorteil der Endosporenbildung sowie die Methoden zu ihrer Betrachtung.

Eine Endospore ist eine ruhende, zähe und nicht reproduktive Struktur, die von bestimmten Bakterien aus dem Firmicute-Stamm produziert wird. Die Endosporenbildung wird normalerweise durch Nährstoffmangel ausgelöst und tritt normalerweise bei grampositiven Bakterien auf. Bei der Endosporenbildung teilt sich das Bakterium innerhalb seiner Zellwand. Eine Seite verschlingt dann die andere. Endosporen ermöglichen es Bakterien, über längere Zeiträume, sogar über Jahrhunderte, inaktiv zu bleiben. Wenn die Umgebung günstiger wird, kann sich die Endospore in den vegetativen Zustand reaktivieren. Beispiele für Bakterien, die Endosporen bilden können, umfassen Bacillus und Clostridium. Die Endosporen bestehen aus der DNA des Bakteriums und einem Teil seines Zytoplasmas, umgeben von einer sehr harten äußeren Hülle. Endosporen können ohne Nährstoffe überleben. Sie sind beständig gegen ultraviolette Strahlung, Austrocknung, hohe Temperaturen, extreme Frosteinwirkung und chemische Desinfektionsmittel. Sie kommen häufig im Boden und im Wasser vor, wo sie lange Zeit überleben können. Bakterien produzieren intern einen einzigen Endospor.

Das Betrachten von Endosporen unter dem Lichtmikroskop kann aufgrund der Undurchlässigkeit der Endosporenwand für Farbstoffe und Flecken schwierig sein. Während sich der Rest einer Bakterienzelle verfärben kann, bleibt die Endosporen farblos. Um dem entgegenzuwirken, wird eine spezielle Färbetechnik, die sogenannte Moeller-Färbung, angewendet. Dadurch kann die Endosporen rot erscheinen, während sich der Rest der Zelle blau färbt. Eine weitere Färbetechnik für Endosporen ist die Schaeffer-Fulton-Färbung, die Endosporen grün und Bakterienkörper rot färbt. Es gibt Variationen in der Endosporenmorphologie. Beispiele für Bakterien mit terminalen Endosporen umfassen Clostridium tetani, das Pathogen, das die Krankheit Tetanus verursacht. Bakterien mit einer zentral platzierten Endosporen umfassen Bacillus cereus, und diejenigen mit einer subterminalen Endosporen umfassen Bacillus subtilis. Manchmal kann die Endopore so groß sein, dass sich die Zelle um die Endospor herum ausdehnt. Dies ist typisch für Clostridium tetani.

Wenn ein Bakterium erkennt, dass die Umweltbedingungen ungünstig werden, kann es den Prozess der Endosporulation starten, der etwa acht Stunden dauert. Die DNA wird repliziert und zwischen ihr und dem Rest der Zelle beginnt sich eine Membranwand zu bilden, die als Sporenseptum bekannt ist. Die Plasmamembran der Zelle umgibt diese Wand und wird abgeschnürt, um eine Doppelmembran um die DNA herum zu hinterlassen, und die sich entwickelnde Struktur ist jetzt als a . bekannt Vorspore. Während dieser Zeit wird Calciumdipolinat in die Vorspore eingebaut. Als nächstes bildet sich der Peptidoglykankortex zwischen den beiden Schichten und das Bakterium fügt der Außenseite der Vorspore eine Sporenhülle hinzu. Die Sporulation ist nun abgeschlossen und die reife Endospore wird freigesetzt, wenn die umgebende vegetative Zelle abgebaut ist.

Obwohl sie gegen extreme Hitze und Strahlung beständig sind, können Endosporen durch Verbrennen oder Autoklavieren zerstört werden. Endosporen können das Kochen bei 100 °C stundenlang überleben, wobei jedoch je länger die Anzahl der Stunden ist, desto weniger überleben. Ein indirekter Weg, sie zu zerstören, besteht darin, sie in eine Umgebung zu bringen, die sie in ihren vegetativen Zustand reaktiviert. Bei den richtigen Umgebungsbedingungen keimen sie innerhalb von ein oder zwei Tagen, und dann können die vegetativen Zellen einfach zerstört werden. Diese indirekte Methode wird Tyndallisierung genannt. Es war eine Zeit lang die übliche Methode im späten 19.NS Jahrhundert vor dem Aufkommen preiswerter Autoklaven. Eine längere Exposition gegenüber ionisierender Strahlung wie Röntgen- und Gammastrahlen tötet auch die meisten Endosporen ab.

Die Reaktivierung der Endosporen tritt auf, wenn die Bedingungen günstiger sind und beinhaltet Aktivierung, Keimung und Auswachsen. Selbst wenn sich eine Endopore in reichlich Nährstoffen befindet, kann es sein, dass sie nicht keimt, wenn keine Aktivierung stattgefunden hat. Dies kann durch Erhitzen der Endosporen ausgelöst werden. Bei der Keimung beginnt der ruhende Endospor die Stoffwechselaktivität und unterbricht so den Winterschlaf. Sie ist im Allgemeinen durch Ruptur oder Absorption der Sporenhülle, Schwellung der Endosporen, eine Zunahme der Stoffwechselaktivität und einen Verlust der Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltstress gekennzeichnet.

Als vereinfachtes Modell zur zellulären Differenzierung wurden die molekularen Details der Endosporenbildung umfassend untersucht, insbesondere am Modellorganismus Bacillus subtilis. Diese Studien haben viel zu unserem Verständnis der Regulation der Genexpression, der Transkriptionsfaktoren und der Sigmafaktor-Untereinheiten der RNA-Polymerase beigetragen.

Bei den Milzbrandattacken 2001 wurden Endosporen des Bakteriums Bacillus anthracis verwendet. Das in kontaminierten Postbriefen gefundene Pulver bestand aus extrazellulären Milzbrand-Endosporen. Einatmen, Verschlucken oder Hautkontamination dieser Endosporen führte zu einer Reihe von Todesfällen.

Geobacillus stearothermophilus Endosporen werden als biologische Indikatoren verwendet, wenn ein Autoklav in Sterilisationsverfahren verwendet wird. Bacillus subtilis-Sporen sind nützlich für die Expression rekombinanter Proteine ​​und insbesondere für die Oberflächenpräsentation von Peptiden und Proteinen als Werkzeug für die Grundlagen- und angewandte Forschung auf den Gebieten der Mikrobiologie, Biotechnologie und Impfung.

Wichtige Punkte

  • Beispiele für Bakterien, die Endosporen bilden können, umfassen Bacillus und Clostridium.
  • Endosporen können ohne Nährstoffe überleben. Sie sind beständig gegen ultraviolette Strahlung, Austrocknung, hohe Temperaturen, extreme Frosteinwirkung und chemische Desinfektionsmittel.
  • Obwohl sie gegen extreme Hitze und Strahlung beständig sind, können Endosporen durch Verbrennen oder Autoklavieren zerstört werden.

Schlüsselbegriffe

  • Endospor: Eine ruhende, zähe und nicht reproduktive Struktur, die von bestimmten Bakterien aus dem Firmicute-Stamm produziert wird.


Schau das Video: Endospore Formation (August 2022).