Sporul bacterian

Sporul bacterian

Reprezinta o formatiune morfo-biologica dotata cu rezistenta crescuta la agentii fizico-chimici (uscaciune, caldura, frig, radiatii, antiseptice si dezinfectante), prin care bacteria isi poate conserva viabilitatea timp indelungat, in stare latenta, in conditii in care forma vegetativa nu ar putea supravietui. Proprietatea de a sporula o au un numar restrans de specii bacteriene, toate incadrate in familia Bacillaceae. Speciile aerobe sporuleaza facultativ si formeaza genul Bacillus (B. anthracis, B. subtilis, B. cereus, B. megaterium etc), iar speciile anaerobe sporuleaza constant si formeaza genul Clostridium (Cl. botulinum, Cl. tetani, Cl. septicum, Cl. chauvoei, Cl. welchii etc). In mod exceptional proprietatea de a sporula o pot avea si unii coci (Sporosarcina ureae).

Sporogeneza

Sporul se formeaza in celula bacteriana prin procese complexe de reorganizare morfo-chimica. Se deosebeste fundamental de forma vegetativa din care provine. De regula, dintr-o celula bacteriana rezulta un singur spor, iar din acesta, prin germinare, ia nastere o singura forma vegetativa. Ca urmare, sporogeneza nu constituie pentru bacterii o modalitate si un mijloc de multiplicare. Prin natura sa este un fenomen unic pe plan biologic, in cursul caruia forma vegetativa se transforma intr-o "unitate biologica", capabila sa conserve viata bacteriei in stare latenta timp indelungat (luni sau ani). Mult timp s-a considerat ca sporularea este indusa de conditii nefavorabile de viata, care impun transformarea bacteriei intr-o forma de rezistenta. Opinia este insa infirmata de numeroase date, in special de constatarea ca sporularea se manifesta cu intensitate maxima mai ales cand germenii se gasesc in conditii optime de mediu si viata. De aceea, in acceptiunea actuala, sporogeneza este considerata ca un fenomen normal in evolutia celulei bacteriene, procesul fiind controlat si dirijat morfogenetic de cca 50 de gene. Proprietatea de a sporula este supusa unor procese multiple de variabilitate fenotipica, sporogeneza fiind stimulata sau inhibata de numerosi factori exogeni. De exemplu, oxigenul molecular este un factor indispensabil sporularii bacteriilor aerobe ; pentru bacteriile anaerobe este insa nociv, sporulare lor putand fi inhibata complet de prezenta acestuia in mediu. Bacilul antraxului nu sporuleaza in organismul animal, dar sporuleaza intens in materialele patologice (sange, secretii, piei) cand acestea vin in contact cu aerul. In culturile dezvoltate pe suprafata mediilor solide, cat si in cele dezvoltate in mediile puternic aerate, aceeasi bacili sporuleaza mult mai rapid si mai intens. Temperatura influenteaza, de asemenea sporularea. De exemplu, Bacillus anthracis sporuleaza la temperaturi cuprinse intre 16 C - 42 C; in afara acestor limite sporularea inceteaza, desi multiplicarea germenilor mai poate cotinua.  Sporogeneza este influentata si de alti factori de mediu, cum ar fi pH-ul, diferite substante chimice etc. Este stimulata de fosfati, saruri de amoniu, acid ascorbic, cazeina etc., dar este inhibata total sau partial de ionii de calciu, de glicerina etc. Morfogeneza sporului a fost amplu studiata prin microscopia electronica. In faza premergatoare sporularii se produce replicarea si reorganizarea aparatului nuclear, o formatiune nucleara fiind antrenata, prin mezozomul de care se leaga, spre zona de formare a sporului. In jurul acesteia, materia citoplasmatica se restructureaza si se densifica, devenind tot mai refringenta (mai opaca la lumina si electroni) formand astfel sporoplasma. Componentele sporale sunt apoi separate de continutul endocelular printr-o membrana sporala proprie (derivata initial din membrana citoplasmatica). In fazele ulterioare se formeaza un perete pluristratificat, compact, gros si foarte rezistent. Odata cu morfogeneza acestuia se produce si o organizare a constituentilor sporali, atingandu-se astfel stadiul de maturare a sporului. In final rezulta un spor bine individualizat din punct de vedere morfochimic. De regula, dupa sporulare, peretele bacterian este dezintegrat, la unele specii rapid, la altele mai lent, prin enzimele autolitice continute de celula, sporul fiind astfel eliberat in mediul ambiant. Uneori, in jurul sporului se pot pastra resturi din peretele bacterian care formeaza un invelis exterior denumit exosporium.  Morfo-chimic, sporii au o forma sferoidala, usor ovalara, avind dimensiuni care variaza cu specia bacteriana, fiind cuprinse intre 0,5-2mm. Se pot forma in celula bacteriana in zona centrala, subterminala (spre un capat) si terminala (la capatul formei vegetative). Dimensiunile si pozitia sporilor, raportate la forma vegetativa, desi variabile sunt deosebit de caracteristice la unele specii bacteriene si au o valoare taxonomica, fiind de mare utilitate in lucrarile curente de identificare a genului si a speciilor. Infrastructura este asemanatoare la toti sporii. Protoplastul sporal (celula sporala propriu-zisa) contine materia nucleara (sau nucleoplasma) formata din ADN cromozomal si o cantitate relativ redusa de sporoplasma cu aspect granular, mult mai densa si electrono-opaca decat citoplasma. Granulele au dimensiuni de circa 10 nm si reprezinta probabil ribosomii. Acest continut sporal este delimitat de o membrana sporala, care reprezinta in acelasi timp si stratul intern al peretelui sporal pluristratificat. Peretele sporal este de natura preponderent proteica. Are o infrastructura lamelara complexa, fiind alcatuit din trei straturi principale:

-stratul intern, denumit si intima, care reprezinta membrana sporala propriu-zisa (similara membranei citoplasmatice);

-stratul median, respectiv cortexul, gros si mai putin dens, cu opacitate electrono-optica mai redusa, contine mureina modificata;

-stratul extern sau exina, frecvent pluristratificat (format din mai multe "tunici sporale"). Sporii unor bacterii mai pot prezenta un invelis exterior suplimentar numit exosporium.

Ansamblul acestor caracteristici structurale fac ca sporii sa aiba afinitati tinctoriale diferite de cele ale formelor vegetative. Ei pot fi colorati numai prin metode energice, care forteaza patrunderea colorantilor prin peretele si in continutul sporal. 

Sporii se deosebesc fundamental de formele vegetative prin numeroase alte caracteristici fizico-chimice. Contin foarte putina apa libera, putine enzime si o cantitate mult mai mica de ribonucleoproteine. Au un continut mai redus de saruri de K si P, dar mult mai ridicat de ioni de Ca, Mg , Mn si de 4-5 ori mai multa cisteina. De asemenea , contin o cantitate apreciabila de acid dipicolinic (existent numai in spor, in cantitate de circa 10% din greutatea uscata. Sporii nu desfasoara activitate metabolica si nu au schimburi de substante cu mediul. Enzimele pe care le contin in cantitate redusa sunt sub o forma inactiva. In schimb, contin enzime catalitice fata de alanina in cantitate de 2-10 ori mai mari decat formele vegetative, acestea avand un rol important in procesele de germinare.