בתהליך האבולוציה, חיידקים הסתגלו לשרוד בתנאי הסביבה הלא נוחים ביותר ושמרו מידע תורשתי באמצעות היווצרות נבגים. נבגי חיידק נוצרים בתוך התא. כל תהליך הנביטה (היווצרות נבגים) נמשך 18 - 20 שעות. במהלך תהליך זה משתנים בתא החיידק מספר תהליכים ביוכימיים. חיידקים יכולים להישאר במצב דמוי נבגים במשך זמן רב - מאות שנים. בתנאים סביבתיים נוחים, נבגים נובטים. תהליך הנביטה נמשך 4 - 5 שעות.
ספורולציה מתרחשת כאשר:
מצע תזונה מדולדל,
יש חוסר בפחמן וחנקן,
יוני אשלגן ומנגן מצטברים בסביבה הפנימית של התא,
רמת החומציות של הסביבה משתנה וכו'.
אורז. 1. בתמונה נראה נבג בתוך תא חיידקי (תמונה שצולמה לאור מיקרוסקופ אלקטרונים - EM).
אילו חיידקים מסוגלים ליצור נבגים?
חיידקים בצורת מוט היוצרים נבגים נקראים bacilli.הם שייכים למשפחת Bacillaceae ומיוצגים על ידי הסוג Clostricdium, הסוג Bacillus והסוג Desulfotomaculum. כולם חיידקים אנאירוביים גרם חיוביים.
סוג קלוסטרידיום מכיל יותר מ-93 מינים של חיידקים. כולם יוצרים נבגים. חיידקים פתוגניים מהסוג Clostridium גורמים לגנגרנה גז, גנגרנה ריאתית, אחראים לסיבוכים לאחר הפלה ולידה, ולזיהומים רעילים קשים, כולל בוטוליזם. נבגי חיידקים ממין זה עולים על קוטר התא הווגטטיבי.
סוג באצילוס מכיל יותר מ-217 מינים של חיידקים. חיידקים פתוגניים מהסוג Bacillus גורמים למספר מחלות בבני אדם ובעלי חיים, לרבות מחלות הנישאות במזון ואנתרקס. נבגי חיידקים ממין זה אינם עולים על קוטר תא וגטטיבי.
אורז. 2. בתמונה נראים חיידקים מהסוג קלוסטרידיום. משמאל נמצא Clostridia perfingens. הם גורמים להרעלת מזון וגנגרנה גז. מימין נמצא Clostridia botulinum. החיידקים גורמים למחלות קשות הנישאות במזון - בוטוליזם.
אורז. 3. התמונה מציגה את הגורם הסיבתי של אנתרקס. Bacillus anthracis סוג Bacillus - גדול, חסר תנועה, עם קצוות קצוצים (משמאל) וחיידק במצב דמוי נבגים (מימין).
לפני היווצרות הנבג עצמו, רמת חילוף החומרים בתא החיידק הווגטטיבי יורדת, שכפול ה-DNA נפסק, אחד הנוקלאוטידים ממוקם באזור הספורוגני, וחומצה דיפיקולינית מתחילה להיות מסונתזת.
היווצרות של האזור הספורוגני
היווצרות האזור הספורוגני מתחילה בדחיסה של אזור הציטופלזמה שבו נמצא הנוקלאוטיד (פרוספרה).בידוד של האזור הספורוגני מתרחש בעזרת ממברנה ציטופלזמית, שמתחילה לצמוח בתוך התא.
היווצרות פרוספורות ומחלוקות
הקורטקס נוצר בין השכבה הפנימית והחיצונית של הממברנה. אחד ממרכיביו הוא חומצה דיפיקולינית, הקובעת את עמידות הנבג בחום.
הצד של הממברנה הפונה כלפי חוץ מכוסה בקרום (אקסוספוריה). הוא מורכב מחלבונים, שומנים ותרכובות אחרות שאינן מצויות בתא וגטטיבי. הקליפה עבה ורופפת. זה הידרופובי.
התבגרות נבגים
במהלך תקופת הבשלת הנבגים מסתיימת היווצרות כל המבנים שלו. הנבג הופך להיות עמיד בחום. הוא מקבל צורה מסוימת ותופס מיקום מיוחד בתא. לאחר שהנבג התבגר במלואו, מתרחשת אוטוליזה של התא.
אורז. 4. בתמונה נראה נבג שנוצר, שלאורך הפריפריה שלו יש שאריות של הציטופלזמה.
אורז. 5. בתמונה משמאל נראה נבג חדש שנוצר (A), שלאורך הפריפריה שלו יש שאריות של הציטופלזמה. ואז הציטופלזמה מתה. בתמונה מימין (B) נראה נבג שטוהר במעבדה.
אורז. 6. בתמונה למעלה מופיעים שלבי הספורולציה - מהיווצרות האזור הספורוגני ועד להיווצרות מלאה ותמוגגת שאריות תאים. התמונה למטה מציגה נבג עם זרמים דמויי סרט. O היא הקליפה החיצונית שלו, K היא קליפת המוח, C היא החלק הפנימי.
קליפת המוח
הקורטקס מגן על הנבג מפני אנזימים המיוצרים בכמויות גדולות על ידי התא בשלב הסופי של הנבג. מטרתם להרוס לחלוטין את התא הווגטטיבי האם. בהיעדר קליפת מוח, נבגי חיידקים מתלשים. קורטקס מכיל חומצה דיאמינופימלית, המספקת יציבות חום
הצד הפנימי של הקורטקס צמוד לצד הפנימי של הממברנה הציטופלזמית. במהלך נביטת הנבגים, קליפת המוח הופכת לדופן התא של התא הווגטטיבי.
קליפת נבגים (אקסוספוריום)
הצד של הממברנה הציטופלזמית הפונה כלפי חוץ מכוסה בממברנה (אקסוספוריום) במהלך הספורולציה. הוא מורכב מחלבונים, שומנים ותרכובות אחרות שאינן מצויות בתא וגטטיבי. הקליפה עבה ורופפת. מהווה כ-50% מנפח הנבג עצמו. זה הידרופובי. הדופן החיצונית של הנבג עמידה בפני אנזימים. זה מגן על הנבג מפני נביטה מוקדמת.
אורז. 7. בתמונה נראה נבג עם יציאות. הליבה שלו היא תא וגטטיבי נח.
גידולים על נבגים
על כמה נבגים, נוצרים יציאות במהלך נבגים. הם מגוונים וספציפיים. מאפיין זה קבוע תורשתי וקבוע עבור כל חיידק. הצמחים על הנבגים מורכבים בעיקר מחלבון. חומצות האמינו של החלבון דומות לאלו של קרטין וקולגן. תפקידם של הצמחים על הנבגים טרם הובהר במלואו.
אורז. 8. סוגי יציאות על נבגים: דגלים, צינורות, מקלות בצורת מברשת, סרטים רחבים, קוצים, סיכות, בצורת קרני צבי.
אורז. 9. בתמונה נראים נבגים של חיידקים מהסוג קלוסטרידיום. יציאות בצורת צינורות (1 ו-5), יציאות בצורת דגלים (2), צמחים דמויי סרט (3), יציאות נוצות (4), נבגים עם קוצים על פני השטח (6).
במהלך תהליך הנבג, הנבג מכוסה בממברנות - הקליפה החיצונית והקורטקס. הם מגנים על הנבג מפני תנאים סביבתיים לא נוחים.
קליפת המוח מכיל חומצה דיאמינופימלית, האחראית על יציבות תרמית. מעטפת חיצונית מגן על הנבג מפני נביטה מוקדמת וגורמים סביבתיים שליליים.
במצב דמוי נבגים, החיידק עמיד בפני טמפרטורות סביבה גבוהות וייבוש. הוא מסוגל לשרוד בתמיסות עם תכולת מלח גבוהה, לסבול רתיחה והקפאה ממושכת, קרינה ואקום וקרינה אולטרה סגולה. הנבג מפגין עמידות למספר חומרים רעילים וחומרי חיטוי.
התמדה של נבגי חיידקים פתוגניים בסביבה החיצונית תורמת להתמדה של זיהום ולהתפתחות מחלות זיהומיות קשות.
לנבגי חיידקים יש צורה אליפסה וכדורית. הם יכולים להיות ממוקמים בקצוות התא (פתוגני טטנוס), קרובים יותר למרכז (בוטוליזם וגנגרנות גז) או בחלק המרכזי של התא (אנתרקס באצילוס). פחות נפוץ, נבגי חיידקים ממוקמים לרוחב.
אורז. 10. בתמונה נראים אנדוספורים סופניים של C. difficile ו- Clostridium tetani.
אורז. 11. בתמונה נראים נבגים הממוקמים במרכז של החיידק Bacillus cereus.
אורז. 12. התמונה מציגה את מיקומו הסופני של נבג בחיידק Bacillus subtilis.
כובעים נוצרים על נבגים מהסוג Clostridium ו-Bacillus במהלך ספיגה. יש להם צורת חרוט או סהר ומבנה תאי. התאים דומים לשקים המלאים בחומר גזי. הם מעוצבים כמו מקלות או אליפסות. התאים עוזרים לנבג להישאר צף במים. אפילו עם צנטריפוגה, לא ניתן לשקוע נבגים מכוסים. כובעים על נבגים נוצרים בחיידקי קרקע של קרקעות הידרומורפיות, שנוצרו בתנאים של מים עיליים עומדים או בנוכחות מי תהום.
אורז. 13. בתמונה הכובעים על הנבגים הם בצורת חרוט (משמאל) ובצורת סהר (בצד ימין).
אורז. 14. התמונה מציגה את מבנה הכובע של נבג חיידקי. נראים תאי גז בודדים בצורת אליפסה (ואקוולים, שקיות).
חיידקים כגון B.anthracis (הגורם הסיבתי של אנתרקס) ו-B.cereus (הגורם הגורם לזיהומים רעילים) יוצרים גופי פאראספור במהלך היווצרותם. ב-B. anthracis, תצורות אלו הן עגולות בצורתן, ממוקמות על פני הנבגים או מבודדות. ל-Bacillus thuringiensis יש גופים פאראספוריים בצורה של גבישי חלבון דו-פירמידליים. הגבישים רעילים לזחלים, חרקים וזחלים של נמטודות, גמדים ויתושים. הגן אנדוטוקסין משמש בהגנה ביולוגית של צמחים.
אורז. 15. בתצלום נראים גבישים דו-פירמידליים פרספוריים של חיידק הקרקע Bacillus thuringiensis morrisoni.
כשהוא מוצא את עצמו בתנאים נוחים, הנבג מתחיל לנבוט לתוך תא וגטטיבי. תהליך הנביטה נמשך 4 - 5 שעות.
תהליך הפעלה
הנביטה מקודמת על ידי חימום, גלוקוז, חומצות אמינו, יונים של חומרים מסוימים ונזק מכני לדופן הנבגים.
תהליך ייזום
תהליך החניכה מתחיל עם ירידה בגנום. מופעלים תהליכי נשימה ומערכות אנזימים. חומצה דיפיקולינית ויוני סידן מוסרים מהתא, והקורטקס נהרס. במהלך מחלוקת, כמות המים עולה. כל השינויים הללו מובילים לאובדן תכונות הנבגים כמו יציבות תרמית, עמידות בפני קרינה וכימיקלים. מאפיין ייחודי של תהליך זה הוא הפחתת כמות שבירת האור על ידי הנבג.
תהליך הנביטה עצמו
צינור נבט מתחיל לנבוט מהנבג ולהרוס את קליפתו. נוצר קרום התא. תהליכי ההנבטה מווסתים על ידי מספר חומרים מיוחדים - נבטים. לאחר שהנבג השלים את הנביטה, התא מתחיל להתחלק.
אורז. 16. בתמונה נראה תא חיידקי, אשר לאחר הנביטה של הנבג מתחיל להתחלק.
ספורולציה משרתת את המטרה של שימור מיני החיידקים. נבגי חיידקים יציבים בצורה יוצאת דופן בסביבה החיצונית, וזו הייתה הסיבה לפריסת מחקר אינטנסיבי על ידי מדענים על תהליך זה במדינות רבות ברחבי העולם.
