Τίτλος Μαθήματος: Γενική Μικροβιολογία Ενότητα: ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ Διδάσκων: Καθηγητής Ιωάννης Σαββαΐδης Τμήμα: Χημείας
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Μορφολογία Βακτηριακού Κυττάρου Το μέγεθος, το σχήμα και η διάταξη των βακτηρίων και άλλων μικροοργανισμών είναι αποτέλεσμα των γονιδίων και συνεπώς αποτελούν χαρακτηριστικά της μορφολογίας κυττάρου. Υπάρχουν διάφορα σχήματα και μεγέθη βακτηρίων και συνεχώς ανακαλύπτονται νέα βακτήρια. Τα πλέον κοινά σχήματα των βακτηρίων διακρίνονται σε κόκκους, βακτήρια, δονάκια, σπειρύλια και σπειροχαίτες (Σχήμα 4.1). Οι κόκκοι έχουν σχήμα σφαιρικό και διάμετρο από 0,8-1 μμ. Οι κόκκοι διατίθενται μεμονωμένοι, ανά δύο (διπλόκοκκοι), σε αλυσίδες (στρεπτόκοκκοι) ή σε ομάδες σε σχήμα σταφυλής (σταφυλόκοκκοι) (Σχήμα 4.2). Σχήμα 4.1 Ταξινόμηση βακτηρίων από το σχήμα. Τα βακτήρια έχουν σχήμα επίμηκες (ράβδος), το μήκος ποικίλλει από 1-8 μμ. Τα δονάκια έχουν σχήμα επίμηκες και με μία κάμψη, ενώ τα σπειρύλια έχουν περισσοτέρων της μιας κάμψεως. Τέλος οι σπειροχαίτες έχουν λεπτό επίμηκες σώμα και ευκίνητο. Η εμφάνιση των μικροβίων υπό διαφόρους 23
σχηματισμούς (διπλόκοκκοι, στρεπτόκοκκοι, σταφυλόκοκκοι κλπ.) οφείλεται στον τρόπο διαίρεσης του μικροβίου και στην παραμονή των νέων κατά τη διαίρεση σχηματιζόμενων μικροβίων πλησίον αλλήλων. Σχήμα 4.2 Σχήματα βακτηρίων: (1) Μικρόκοκκοι; (2) Διπλόκοκκοι; (3) Στρεπτόκοκκοι; (4) Σταφυλόκοκκοι; (5) Σαρκίνα; (6) Ράβδοι; (7) Σπειρύλια; (8) Δονάκια (Vibrio). Όταν παρατηρούνται βακτήρια με μικροσκόπιο θα πρέπει να περιγράφονται όσο το δυνατόν περισσότερα χαρακτηριστικά για την ταυτοποίηση αυτών. Δομή. Το μικροβιακό κύτταρο ενός προκαρυωτικού μικροοργανισμού αποτελείται από κυτταρόπλασμα και εξωτερική στιβάδα. Μέσα στο κυτταρόπλασμα βρίσκονται ο πυρήνας, τα ριβοσώματα, τα κοκκία (έγκλειστα), τα μεσοσώματα, και τα πλασμίδια. H εξωτερική στιβάδα αποτελείται από μέσα προς τα έξω από την κυτταρική μεμβράνη και το κυτταρικό τοίχωμα (Σχήμα 4.3). Σχήμα 4.3 Παράσταση βακτηριακού κυττάρου. 24
Πολλά βακτήρια φέρουν έλυτρο, το οποίο περιβάλλει το κυτταρικό τοίχωμα. Επίσης το τοίχωμα ορισμένων βακτηρίων περιβάλλεται από λεπτά νηματοειδή εξαρτήματα (φίμπριες) ή και από εξαρτήματα (βλεφαρίδες) τα οποία χρησιμεύουν για την κίνηση του βακτηρίου. Κυτταρόπλασμα. Το κυτταρόπλασμα των βακτηρίων έχει κολλοειδή σύσταση και δεν είναι ομοιογενές. Εντός αυτού τα διάφορα μόρια κινούνται με γρήγορη ταχύτητα και παρατηρούνται κυρίως ο πυρήνας, τα ριβοσώματα, τα πλασμίδια, τα μεσοσώματα, οι σπόροι, και διάφορα κοκκία. Ο πυρήνας. Ο πυρήνας των βακτηρίων είναι ορατός με κοινό μικροσκόπιο κατόπιν χρώσεως (αντίδραση κατά Feulgen). Δεν υπάρχει πυρηνική μεμβράνη περιβάλλουσα τον πυρήνα. Η πυρηνική ουσία αποτελείται από δίκλωνο DΝΑ. Ο πυρήνας αυτός ανευρίσκεται σε όλα τα στάδια ανάπτυξης του βακτηρίου. Η πυρηνική ουσία στην περίπτωση της Εscherichia coli αποτελείται από ένα κυκλικό, κλειστό, συνεχές κλώνο μήκους 1mm περίπου (Σχήμα 4.4). Πρόκειται περί ενός χρωμοσώματος, το πλέον μελετημένο βακτηριακό χρωμόσωμα της Ε. coli, και αποτελείται από 4 x 10 6 ζεύγη βάσεων, έχει μοριακό βάρος 2,5 x 10 9 Daltons και περιέχει περίπου 5.000 γονίδια. Σχήμα 4.4 Διατομή κυττάρου του βακτηρίου Εscherichia coli. Πλασμίδια. Εκτός του DNA του πυρήνα πολλά βακτήρια περιέχουν ανεξάρτητο χρωμοσομικό DNA. Συνήθως βρίσκονται στο πρωτόπλασμα του μικροβίου (εξωπυρηνικά), και ο αναδιπλασιασμός τους είναι αυτόνομος, ενώ μερικά είναι δυνατόν να είναι ενσωματωμένα στο χρωμόσωμα του βακτηρίου και να αναδιπλασιάζονται μαζί με αυτό. Τα πλασμίδια είναι αυτόνομα, κλειστά, 25
κυκλικά τμήματα DNA, περιέχουν γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεϊνες, και έχουν μεγάλη σημασία για τη βακτηριακή αντοχή στα αντιβιοτικά, και την παθογόνο δράση. Διάφορα αντίγραφα πλασμιδίων μπορεί να υπάρχουν από ένα μέχρι πάνω από 100 σε ένα κύτταρο. Ριβοσώματα. Είναι μικρά σωμάτια μεγέθους 16 x 18 nm και περιέχουν 80-85% του βακτηριακού RNA. Τα ριβοσώματα αποτελούνται από 2 υπομονάδες τις 30S και 50S υπομονάδες, που συνδυάζονται και δίνουν 70S ριβοσώματα. Τα ριβοσώματα βρίσκονται μέσα στο κυτταρόπλασμα και στην εσωτερική επιφάνεια της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Συνήθως βρίσκονται κατά αθροίσματα, τα πολυριβοσώματα ή πολυσώματα, που ενώνονται με τα μόρια mrνα για την πρωτεϊνοσύνθεση. Τα βακτηριακά κύτταρα περιέχουν περίπου 5000-50000 ριβοσώματα. Ο αριθμός αυτός εξαρτάται από τη φάση ανάπτυξης του κυττάρου και είναι μέγιστος σε ταχέως αναπτυσσόμενα κύτταρα. Διάφορα αντιβιοτικά αναστέλλουν την πρωτεϊνοσύνθεση των βακτηρίων με τη δράση τους στα ριβοσώματα 70S, χωρίς να επηρεάζουν την λειτουργία των 80S ευκαρυωτικών ριβοσωμάτων. Μεσοσώματα. Σε μερικά βακτήρια η μεμβράνη περιβάλλει το κυτταρόπλασμα χωρίς εμβαθύνσεις ή αναδιπλώσεις. Σε άλλα βακτήρια σχηματίζονται σακοειδείς εμβαθύνσεις της κυτταροπλασματικής μεμβράνης και αυτά καλούνται μεσοσώματα. Βρίσκονται στα σημεία διαχωρισμού των εμβαθύνσεων της μεμβράνης και της πυρηνικής ουσίας. Οι σπόροι. Μερικά βακτήρια κυρίως αυτά που ανήκουν στα γένη Bacillus και Clostridium σχηματίζουν σπόρους. Οι σπόροι αποτελούν ανθεκτικές μορφές των βακτηρίων και βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου για αυτό και λέγονται ενδοσπόρια. Οι σπόροι είναι ανθεκτικοί στην θερμότητα, στην ξηρασία στην υπεριώδη ακτινοβολία και σε τοξικές χημικές ουσίες. Η δημιουργία σπόρων γίνεται όταν τα θρεπτικά υλικά εξαντλούνται ή σε ειδικές συνθήκες όπου ανεπιθύμητα προϊόντα μεταβολισμού συσσωρεύονται. Αντίθετα η βλάστηση των σπόρων ενεργοποιείται με διάφορους παράγοντας, όπως η θέρμανση στους 60-80 ο C, το χαμηλό ph ή ουσίες που περιέχουν σουλφυδρυλικές ομάδες (-SΗ). Οι σπόροι έχουν ορισμένο μέγεθος, σχήμα και θέση για συγκεκριμένο στέλεχος ή είδος βακτηρίων. Οι σπόροι είναι δυνατόν να παραμείνουν ζώντες για πολλά χρόνια και πρόσφατα έχουν απομονωθεί από 26
μούμιες ή έντομα μερικών αιώνων. Η μεγάλη ανθεκτικότητα των σπόρων οφείλεται στο αδιαπέραστο περίβλημά τους, τη μικρή περιεκτικότητα σε νερό και την υψηλή περιεκτικότητα σε ασβέστιο και σε διαπικολινικό οξύ. Οι σπόροι αποτελούν μοναδικές μορφές αντίστασης και διατήρησης των βακτηρίων. Σχήμα 4.5 Σπόροι των βακτηρίων α,β: κεντρικοί; γ,δ: πολικοί ή τελικοί. Κοκκία του μικροβιακού σώματος (έγκλειστα). Αρκετοί μικροοργανισμοί περιέχουν κοκκία που θεωρούνται πηγές ενέργειας ή εφεδρικές ουσίες διατροφής του μικροβίου. Ο σχηματισμός αυτών σχετίζεται με το είδος του μικροβίου καθώς και με την μεταβολική τους κατάσταση. Οι ουσίες αυτές δυνατόν να είναι πολυσακχαρίτες (γλυκογόνο ή άμυλο), πολύ-βυδροξυβουτυρικό οξύ, θείο ή βολουτίνη. Η ανεύρεση κοκκίων μετά από ειδική χρώση διευκολύνει την αναγνώριση του είδους του μικροβίου. Σε περιπτώσεις αναστολής ή παύσης της μικροβιακής ανάπτυξης από κάποιο παράγοντα τα κοκκία χρησιμοποιούνται από το κύτταρο για το μεταβολισμό του και στην περίπτωση απουσίας πηγής ενέργειας ή άνθρακα επιμηκύνουν την διάρκεια ζωής του. Πολυσακχαρίτες. Τα κοκκία αυτά (άμυλο ή γλυκογόνο) χρωματίζονται με την χρωστική Lugol σε κυανά η ερυθρά και έχουν ανευρεθεί στα κλωστηρίδια και στα εντεροβακτηριοειδή. Πολυ-β-υδροξυβουτυρικό οξύ. Τα κοκκία αυτά έχουν παρατηρηθεί σε πολλά βακτήρια σε συνθήκες στέρησης οξυγόνου και αυτά αποτελούνται από πολυμερισμένο β-υδροξυβουτυρικό οξύ. Κοκκία βολουτίνης. Πολλά βακτήρια συσσωρεύουν πολυφωσφορικές ενώσεις. Με την επίδραση της χρωστικής κυανούν του μεθυλενίου ή τολουϊδίνης χρωματίζονται ερυθροϊώδη και καλούνται μεταχρωματικά κοκκία. Τα κοκκία 27
βολουτίνης χρησιμοποιούνται ως πηγή φωσφόρου και σε περίπτωση έλλειψης αυτού χρησιμοποιούνται στη διαίρεση του κυττάρου. Θείο. Τα κοκκία θείου σχηματίζονται σε ορισμένα βακτήρια που μετατρέπουν την περίσσεια Η 2 S σε κοκκία ανοργάνου θείου. Τα κοκκία ανευρίσκονται σε κυανοβακτήρια. ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΣΤΙΒΑΔΑ H εξωτερική μεμβράνη περιλαμβάνει την κυτταροπλασματική μεμβράνη και το κυτταρικό τοίχωμα. Επίσης γίνεται δεκτή η ύπαρξη περιπλασματικού χώρου (periplasmic space) μεταξύ αυτών όπου ανευρίσκονται κυρίως διάφορα ένζυμα. Κυτταροπλασματική μεμβράνη. Με τη βοήθεια του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου αποδείχθηκε ότι η βακτηριακή κυτταροπλασματική μεμβράνη αποτελείται από διάφορες στιβάδες. Οι μεμβράνες των βακτηρίων, φυτών και ζώων δείχνουν σημαντική ομοιότητα στη γενική τους δομή, συνεπώς αναφερόμαστε συνήθως σε μία στοιχειώδη απλή μεμβράνη. Η βακτηριακή μεμβράνη απομονώνεται από τους πρωτοπλάστες χρησιμοποιώντας οσμωτικό shock. Η μεμβράνη είναι πλούσια σε λιπίδια, κυρίως φωσφολιπίδια, και αποτελείται από διπλή στιβάδα με τις υδρόφοβες ομάδες στο εσωτερικό και τις υδρόφιλες ομάδες προς το εξωτερικό τμήμα της κυτταρικής επιφάνειας (Σχήμα 4.6). Η μεμβράνη σταθεροποιείται από υδρόφοβες δυνάμεις μεταξύ των λιπαρών οξέων και των ηλεκτροστατικών επιδράσεων μεταξύ των υδρόφιλων φωσφορικών ομάδων και μορίων νερού. 28
Σχήμα 4.6 Δομή της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Διάφορες πρωτεϊνες ενσωματώνονται μεταξύ των μορίων των φωσφολιπιδίων και αποτελούν έως και το 50% του ξηρού βάρους του κυττάρου. Οι πρωτεϊνες αυτές μεταφέρουν διάφορα μόρια εντός και εκτός του κυττάρου και επιτρέπουν στο κύτταρο να επιζεί σε αραιά διαλύματα. Στον χώρο της μεμβράνης επιτελούνται σημαντικές βιοχημικές διεργασίες όπως η σύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος και η έκκριση ενζύμων. Περιπλασματικός χώρος. Ορίζεται ως ο χώρος που περιέχεται μεταξύ της κυτταροπλασματικής μεβράνης και του κυτταρικού τοιχώματος. Στα Gramαρνητικά βακτήρια είναι περισσότερο εμφανής (Σχήμα 4.7). Σε αυτόν τον χώρο υπάρχουν διάφορα ένζυμα, περιοριστικά (ΕcoRI), πρωτεϊνες, νουκλεάσες και δεσμευτικές πρωτεϊνες. Ο περιπλασματικός χώρος παίζει ρόλο στην ρύθμιση της όσμωσης. Σχήμα 4.7 Κυτταρικό τοίχωμα των Gram-θετικών και Gram-αρνητικών βακτηρίων. Κυτταρικό τοίχωμα. Εξωτερικά τα βακτήρια περιβάλλονται από το κυτταρικό τοίχωμα. Αυτό είναι στερεό και εφάπτεται της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Χάρη στο κυτταρικό τοίχωμα τα βακτήρια διατηρούν σταθερό το σχήμα τους. Πρόκειται για διαπερατή μεμβράνη ο μεταβολισμός της οποίας είναι διαφορετικός του λοιπού μικροβιακού σώματος. Η ύπαρξη του κυτταρικού τοιχώματος φαίνεται από την πλασμόλυση, με χρώση (Victoria Blue) ή από την άμεση απομόνωση. Πλασμόλυση επιτυγχάνεται με την τοποθέτηση του μικροβιακού κυττάρου εντός υπερτόνου διαλύματος. Η απομόνωση του 29
κυτταρικού τοιχώματος γίνεται με βρασμό ή με μηχανική διάσπαση με υπέρηχους και διαφορική φυγοκέντριση. Το κυτταρικό τοίχωμα αποτελεί περίπου το 20% του ξηρού βάρους του μικροβίου ή σε σχέση με τον όγκο το 1/4 περίπου του μικροβιακού κυττάρου. Η χημική σύσταση του κυτταρικού τοιχώματος ποικίλλει στα διάφορα μικροβιακά είδη και έχει βασικές διαφορές στα Gram-θετικά και Gram-αρνητικά βακτήρια. Το κυτταρικό τοίχωμα προστατεύει μηχανικά την εύθραυστη κυτταροπλασματική μεμβράνη από την οσμωτική πίεση που εξασκείται από το κυτταρόπλασμα. Το κυτταρικό τοίχωμα μετέχει στο μεταβολισμό του μικροβίου, αφού επιτρέπει τη δίοδο των ουσιών προς το εσωτερικό ή το εξωτερικό του κυττάρου. Gram-θετικά βακτήρια. Το κυριότερο συστατικό του κυτταρικού τοιχώματος είναι η πολυμερής ένωση πεπτιδογλυκάνη ή μουρεϊνη (50-80% του ξηρού βάρους), της οποίας οι κύριες υποομάδες είναι τα αμινοσάκχαρα Ν- ακετυλογλυκοζαμίνη και Ν-ακετυλομουραμικό οξύ ενωμένες με 1,4β γλυκοσιδικό δεσμό (Σχήμα 4.8). Το Ν-ακετυλομουραμικό οξύ φέρει πεπτιδική αλυσίδα, αποτελούμενη από αμινοξέα όπως D-γλουταμινικό οξύ, L-αλανίνη, D-αλανίνη, L-λυσίνη, m- διαμινοπιμελικό οξύ. Πρέπει να σημειωθεί ότι το κυτταρικό τοίχωμα φέρει μοναδική δομή, η οποία δεν συναντάται στα ζώα και στα φυτά (Νακετυλογλυκοζαμίνη και Ν-ακετυλομουραμικό οξύ), και ορισμένα αμινοξέα όπως διαμινοπιμελικό και τα ισομερή D-αλανίνης και γλουταμινικού οξέος. Το χαρακτηριστικό των αμινοξέων στην πεπτιδογλυκάνη είναι ότι το μεγαλύτερο μέρος του γλουταμινικού οξέος και περισσότερο από το 50% της αλανίνης βρίσκονται σε D-στερεοϊσομερή μορφή. 30
Σχήμα 4.8 Δομή πεπτιδογλυκάνης του βακτηρίου Εscherichia coli. Oι πεπτιδικές αλυσίδες του Ν-ακετυλομουραμικού οξέος (MurNac) και της Ν- ακετυλογλυκοζαμίνης (GlcNac) συνδέονται με 1.4β γλυκοσιδικό δεσμό. Ορισμένα στάδια σύνθεσης της πεπτιδογλυκάνης αναστέλλονται από διάφορα αντιβιοτικά και στην ιδιότητα αυτή οφείλεται η αντιμικροβιακή τους δράση. Εκτός των ανωτέρω στα περισσότερα των Gram-θετικών βακτηρίων υπάρχουν τα τειχοϊκά οξέα, τα οποία είναι πολυμερείς ενώσεις φωσφορικής ενώσεις ριβιτόλης ή γλυκερόλης. Πρόσφατες έρευνες έδειξαν ότι τα τειχοϊκά οξέα συνδέονται με την πεπτιδογλυκάνη μέσω φωσφορικών ομάδων. Εκτός τούτου, το τειχοϊκό οξύ που περιέχει γλυκερίνη ενώνεται με το φωσφολιπίδια ή τα γλυκολιπίδια της κυτταρικής μεμβράνης. Gram-αρνητικά βακτήρια. Το τοίχωμα των Gram-αρνητικών βακτηρίων αποτελείται από λεπτό στρώμα πεπτιδογλυκάνης, <10% του ξηρού βάρους του κυτταρικού τοιχώματος, και περιβάλλεται από την εξωτερική μεμβράνη. Επίσης υπάρχουν μεγάλες ποσότητες (80% του ξηρού βάρους του κυτταρικού τοιχώματος) λιποπρωτεϊνών, λιποπολυσακχαριτών και φωσφολιπιδίων (Σχήμα 4.9). 31
Σχήμα 4.9 Παράσταση της δομής της εξωτερικής στιβάδας των Gramαρνητικών βακτηρίων. ΟΜ = εξωτερική στιβάδα; Μ = πεπτιδογλυκάνη; PR = περιπλασματικός χώρος; CM = κυτταροπλασματική μεμβράνη. Μεταξύ των μορίων αυτών υπάρχουν διάφορες πρωτεϊνες. Ορισμένες από τις πρωτεϊνες βρίσκονται σε μεγάλη συγκέντρωση και λέγονται κύριες πρωτεϊνες. Διαπερνούν την εξωτερική μεμβράνη και συνδέονται στενά με την πεπτιδογλυκάνη. Διατάσσονται σε τριάδες και σχηματίζουν πόρους (πορίνες) από τους οποίους διέρχονται υδρόφιλα μόρια, όπως θρεπτικά συστατικά και υδρόφιλα αντιβιοτικά. Ορισμένες άλλες πρωτεϊνες της εξωτερικής μεμβράνης συμμετέχουν στην διαπερατότητα του κυτταρικού τοιχώματος, ή στη βακτηριακή σύζευξη, το διπλασιασμό του DNA και τη διαίρεση του βακτηρίου. Σημειώνεται ότι δεν ανευρίσκονται τεϊχοικά οξέα στο τοίχωμα των Gram-αρνητικών βακτηρίων. Έλυτρο. Ορισμένα βακτήρια περιβάλλονται από έλυτρο (Σχήμα 4.10). Γύρω από το κυτταρικό τοίχωμα υπάρχουν μεγάλες ποσότητες πυκνού βλεννώδους στρώματος το οποίο αποτελείται από πολυσακχαρίτες ή πολυπεπτίδια. 32
Σχήμα 4.10 Έλυτρο βακτηρίων Το έλυτρο δεν χρωματίζεται με τις συνήθεις χρώσεις. Η ύπαρξη του διαπιστώνεται με τον συνδυασμό θετικής και αρνητικής χρώσης η με ανοσοβιολογικές μεθόδους (Σχήμα 4.11). Βακτήρια με έλυτρο σχηματίζουν λείες ή βλεννώδεις αποικίες, ενώ βακτήρια χωρίς έλυτρο σχηματίζουν ανώμαλες αποικίες. Η ύπαρξη του έλυτρου δεν είναι απαραίτητη για τη ζωή του βακτηρίου αλλά σχετίζεται με τη λοιμογόνο δράση του. Τα στελέχη που φέρουν έλυτρο διαφεύγουν την φαγοκυττάρωση και προσκολλώνται ευκολότερα στις διάφορες επιφάνειες. Το έλυτρο έχει αντιγονική ικανότητα και στην ιδιότητα αυτή στηρίζεται η παραγωγή εμβολίων. Σχήμα 4.11 Έλυτρο του βακτηρίου Βacillus megaterium με Ινδική χρώση. Ορισμένες φορές είναι δυνατόν να αποχωρισθούν από τα βακτήρια τα εξωκυττάρια πολυμερή και να σχηματίσουν ένα βλεννώδες στρώμα, όπου βρίσκονται εγκλωβισμένα βακτηριακά κύτταρα. Ένα παράδειγμα αποτελεί το γαλακτικό βακτήριο Leuconostoc mesenteroides, το οποίο μετατρέπει διάλυμα σακχάρεως σε ζελέ δεξτράνης σε σύντομο χρονικό διάστημα. Αν και η 33
παραγωγή του στρώματος καθορίζεται γενετικά, η παραγωγή επηρεάζεται από τα σύσταση του θρεπτικού υλικού μέσα στο οποίο το βακτήριο καλλιεργείται. Θρεπτικό υλικό με υψηλή περιεκτικότητα σακχάρου ευνοεί την ανάπτυξη του στρώματος σε αντίθεση με θρεπτικά υλικό που στερείται βασικών συστατικών. Το είδος του σχηματισθέντος πολυσακχαρίτη εξωτερικά του κυτταρικού τοιχώματος εξαρτάται από το βαθμό προσκόλλησης του εξωπολυσακχαρίτη στην κυτταρική επιφάνεια. Βλεφαρίδες. Οι βλεφαρίδες ή μαστίγια είναι λεπτότατοι τριχοειδείς ελικοειδείς σχηματισμοί διαμέτρου 10-20 nm και χρησιμεύουν ως όργανα κινήσεως του μικροβίου (Σχήμα 4.12). Αποτελούνται από πρωτεϊνες που διατάσσονται κυλινδρικά και δεν είναι ίδιες σε όλα τα βακτήρια. Ανάλογα με τη θέση των βλεφαρίδων τα βακτήρια διακρίνονται σε μονότριχα, αμφίτριχα, λοφιότριχα ή περίτριχα (Σχήμα 4.13). Οι βλεφαρίδες συνδέονται με την κυτταροπλασματική μεμβράνη. Δεν διαθέτουν βλεφαρίδες όλα τα μικρόβια. Η κίνηση που προσδίδουν οι βλεφαρίδες στα βακτήρια είναι κυματοειδής και ταχεία, ενώ τα βακτήρια που απώλεσαν τις βλεφαρίδες τους ακινητοποιούνται μέχρι να ανακτήσουν βαθμιαία την κινητικότητα τους με νέες βλεφαρίδες. Σχήμα 4.12 Βλεφαρίδες βακτηρίων. Οι βλεφαρίδες των βακτηρίων έχουν αντιγονικές ιδιότητες (αντιγόνο Η). Η παρατήρηση της κινήσεως των βλεφαρίδων των μεγαλυτέρων βακτηρίων (Pseudomonas) γίνεται με εξέταση σε σκοτεινό πεδίο. Οι βλεφαρίδες δεν 34
χρωματίζονται με τις κοινές χρωστικές αλλά με ειδικές χρώσεις. Επίσης για την παρατήρηση της κίνησης αυτών χρησιμοποιείται και το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Σχήμα 4.13 Μορφές βακτηριακών βλεφαρίδων. Φίμπριες (Ινίδια). Μερικά βακτήρια σχηματίζουν στην επιφάνεια του μικροβιακού σώματος τριχοειδείς σχηματισμούς μικρότερους των βλεφαρίδων με μήκος μέχρι 10 μm. Αποτελούνται από πρωτεϊνη και ξεκινούν από την κυτταροπλασματική μεμβράνη. Χρησιμεύουν ως όργανα προσκόλλησης του βακτηρίου και διευκολύνουν την εγκατάσταση των βακτηρίων στα κύτταρα του ξενιστή και συνεπώς συνδέονται έμμεσα με τη λοιμογόνο ικανότητα του βακτηρίου (βακτήρια που έχουν φίμπριες). Οι φίμπριες δεν είναι όργανα κίνησης και σε μερικά βακτήρια (Eschrichia coli K12), η παρουσία των F φίμπριων είναι αναγκαία για τη μεταφορά γενετικού υλικού (σύζευξη βακτηρίων). Σπόροι. Ένας μικρός αριθμός βακτηρίων έχει την ικανότητα να σχηματίζει σπόρους. Βακτήρια που ανήκουν στα γένη Bacilli, Clostridia και Sporosarkina σχηματίζουν σπόρους (ενδοσπόρια) και περιέχονται εντός του βακτηριακού σώματος. Ανάλογα με τη θέση του σπόρου εντός του κυττάρου διακρίνονται σπόροι κεντρικοί, σπόροι πολικοί ή τελικοί. Χρωματίζονται με ειδικές χρώσεις όπως με τη χρώση Ziehl-Neelsen. H σπουδαιότητα των σπόρων οφείλεται στην ανθεκτικότητα αυτών στη θερμότητα. Οι σπόροι είναι ανθεκτικότεροι των φυτικών μορφών στη θερμότητα, στην ακτινοβολία βραχέων κυμάτων και σε διάφορες χημικές ουσίες. Για την καταστροφή τους απαιτείται θέρμανση σε 100-120 ο C για 10 ή και περισσότερο ενώ οι φυτικές μορφές των βακτηρίων 35
φονεύονται συνήθως σε 60-80 ο C. Η μεγάλη ανθεκτικότητα των σπόρων οφείλεται στο αδιαπέραστο περίβλημα τους, τη μικρή περιεκτικότητα σε νερό και την υψηλή περιεκτικότητα σε ασβέστιο και σε διαπικολινικό οξύ. Οι σπόροι παρουσιάζουν βαθμό μεταβολισμού και έχουν ένζυμα. Η βλάστηση των σπόρων επιτυγχάνεται σε κατάλληλα θρεπτικά υλικά και με την επίδραση διαφόρων παραγόντων όπως θερμότητα (60-80 ο C, παρουσία νερού, το χαμηλό ph, η ουσίας με -SH. Με τη δράση αυτών καταστρέφεται το ισχυρό περίβλημα του σπόρου. Η βλάστηση συνοδεύεται από απελευθέρωση ουσιών χαρακτηριστικών του κυτταρικού τοιχώματος (βλεννοπεπτίδια) και διαπικολινικού οξέος. Οι σπόροι είναι δυνατόν να παραμείνουν ζώντες για πολλά χρόνια (και ίσως για μισό αιώνα) και στην ιδιότητα αυτή στηρίζονται ορισμένα βακτήρια (Bacillus) να επιζούν για πολλά χρόνια σε λανθάνουσα κατάσταση. 36
Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Τέλος Ενότητας
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. Σημειώματα Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκων: Καθηγητής Ιωάννης Σαββαΐδης. «Γενική Μικροβιολογία. ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://ecourse.uoi.gr/course/view.php?id=1151. Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1] https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/.