Спорообразование микроорганизмов

25.06.2014

Многие микроорганизмы на определенном этапе развития приступают к образованию спор. Процесс этот у разных групп микробов протекает различно. Споры могут формироваться экзогенно, как например, у актиномицетов, и эндогенно — у бактерий (спороносных). Способ формирования и свойства спор у разных представителей различны.
У спороносных бактерий эндогенные споры образуются следующим способом. Внутри зрелых клеток, как отмечалось выше, сначала выделяется в виде обособленного тела хроматиновое вещество. Это тело рассматривается как зачаток споры. Вокруг него протоплазма концентрируется в крупное округлое образование — проспору. Проспора вскоре уплотняется, уменьшается в объеме, становится более контурированной, на поверхности ее появляется тонкая мембрана — интима, а поверх последней наружная, более толстая оболочка — энзима. Проспора, таким образом, созревает и превращается в спору.
Хроматиновое тельце при формировании споры исчезает, в проспоре не обнаруживается, а в зрелой споре снова появляется в виде вполне оформленного ядер неподобного образования (рис. 19).

При спорообразовании плазма меняет свои тинкториальные свойства. Концентрированная вокруг хроматинового тельца плазма окрашивается более интенсивно, чем нормальная протоплазма, наиболее густо окрашивается проспора. Последняя хорошо выделяется и без окраски вследствие большой светопреломляемости: под микроскопом содержимое проспоры кажется блестящим. Зрелые споры теряют способность воспринимать краски. Только после обработки слабым раствором соляной кислоты, нагретой до 60°, плазма спор начинает воспринимать краски. Окрашенные споры обесцвечиваются кислотой медленней, чем вегетативные клетки. На этом основан метод дифференциации и распознавания спор. Неспособность зрелой споры окрашиваться обычными методами приписывается относительной непроницаемости оболочки. Однако анализы показывают, что изолированные оболочки окрашиваются хорошо, но протоплазма споры сама не воспринимает краски. Следовательно, плазма клетки претерпевает коренные изменения в процессе формирования спор. Плазма зрелых спор имеет иные физико-химические свойства по сравнению с плазмой вегетативных клеток, хотя зольный состав их одинаков.
В зрелых спорах не обнаруживаются свободные энзимы. Предполагают, что они находятся в связанном состоянии, причем в таком, при котором активные группы их не разрушаются при нагревании.
Споры, как известно, обладают большой устойчивостью к нагреванию. Механизм и причины, обусловливающие термостабильность спор, не выяснены. Некоторые авторы приписывают это пониженному содержанию воды в плазме, что однако опровергается исследованиями: найдено, что количество воды в плазме спор и вегетативных клеток одно и то же.
В последнее время устойчивость спор связывают с повышенной концентрацией кальция. Пытались объяснить теплоустойчивость спор содержанием в них липоидов и другими факторами. Ho ни одна гипотеза не подтверждается экспериментами.
Образование спор у бактерий происходит при весьма разнообразных условиях. Оно наблюдается как на голодных, так и на обогащенных питательных средах. Причем на первых споры образуются раньше.
Причины, обусловливающие спорообразование, неясны. Объяснять спорообразование недостатком пищи нет основания. На обильной пище общее количество спор в культуре всегда больше, чем на голодных средах. Ни аэрация, ни температура, ни другие факторы сами по себе не являются непосредственной причиной образования спор, а лишь создают условия, влияющие на данный процесс.
Процесс спорообразования у бактерий подчинен тем же закономерностям, которые отмечаются и для спорообразования или плодоношения у других групп микроорганизмов — актиномицетов, грибов, дрожжей и др. Условия образования спор у бактерий, актиномицетов или дрожжей одни и те же. В том и другом случаях процесс образования спор ускоряется при недостатке питания.
Устойчивость спор к неблагоприятным условиям существования рассматривается как биологическое приспособление бактерий, как способ сохранения вида.
Мы полагаем, что биологическая сущность спорообразования состоит не только в сохранении вида или, быть может, вовсе не в этом, а в другом каком-либо биологически существенном назначении. Спорообразование далеко не всегда отвечает требованию сохранения вида. Оно у большинства почвенных бактерий, как правило, не наступает при многих неблагоприятных условиях. По нашим наблюдениям, у бактерий умеренной зоны его не бывает при повышенной температуре (36—38°), а равно и при низкой температуре (3—5°). Мы не могли получить спор на питательных средах в присутствии многих антибиотиков и некоторых химикатов.
Спорообразование не наступает и во многих природных условиях. При микроскопическом анализе почв очень редко встречаются клетки со спорами. Если внести в почву культуры спороносных бактерий в молодом возрасте, когда клетки еще не сформировали спор, то последние не образуются. Мы не могли получить споры в почве (подзолистой) у Вас. туcoides, Вас. mesentericus и Вас. megatherium.
В условиях Крайнего Севера, на островах Северного Ледовитого океана (о-ва Франца Иосифа, Северная Земля и др.) спороносные бактерии даже утрачивают способность спорообразования. В наших исследованиях и исследованиях Сушкиной и Рыжковой большинство этих бактерий спор не образует ни в питательных искусственных средах, ни в самой почве. Мы перепробовали много сред, выращивали культуры при разных условиях; большинство их не образовывало споры. Только немногие из них при особых условиях роста, при повышенной температуре (36—38°) приступали к спорообразованию, притом необильному. У некоторых организмов процесс не доходит до конца, формируются только проспоры, т. е. не дозревшие споры, без оболочек.
Споры, как показывают повседневные наблюдения, не особенно устойчивы и к внешним неблагоприятным факторам. Они погибают часто с такой же скоростью, как и вегетативные клетки. Например, при воздействии антибиотиками мы наблюдали их гибель одновременно с вегетативными клетками, так же быстро они погибают под воздействием некоторых химических антисептиков. Да и к высокой температуре они далеко не все стабильны. Имеются виды, у которых споры погибают наравне с вегетативными клетками при температуре 80—100°. Нередко встречаются неспороносные бактерии, которые не менее и даже более устойчивы к неблагоприятным факторам, чем спороносные виды бактерий.
Мы допускаем, что спорообразование у бактерий является биологической формой обновления организма, способом повышения жизнеспособности клеток, а следовательно, и всего вида. Спору можно рассматривать как зиготную клетку, образовавшуюся после слияния различных частей протопласта, как это имеет место при автогамной копуляции.
Клетки бактерий, достигшие определенного возраста, после ряда последовательных делений приступают к спороношению, которое сопровождается сложной картиной микроскопических превращений в протопласте, ведущих к слиянию отдельных хроматиновых и других частей в одно компактное тело — центр формирования споры.
Некоторые авторы отмечают, что описанное образование эндогенных спор свойственно не только спороносным бактериям, но также спириллам и вибрионам. По их наблюдениям, внутри клеток спирилл образуется крупное овальное тело, по внешнему виду напоминающее споры у спороносных бактерий. На их формирование уходит весь протопласт или значительная часть его. Иногда в клетке формируются одновременно два-три таких спорообразных тела. Мы наблюдали образование подобных тел у Spirillum volutans и других бактерий, помещая их в искусственную синтетическую среду или в каплю той воды, откуда они были получены. То же самое можно наблюдать и в висячей капле тех же сред. Движение спирилл по прошествии некоторого времени замедляется, протопласт начинает фрагментироваться на отдельные участки, которые округляются и приобретают размеры и формы крупных спор. Число таких спорообразных тел различно — от одного до четырех и более (рис. 20).
По нашим наблюдениям, эти образования не похожи на истинные споры у спороносных бактерий. Они представляют собой фрагменты протопласта, разделенного на участки вследствие тех или иных причин. Образование их скорее напоминает фрагментацию нитей мицелия у актиномицетов, микобактерий, у некоторых нитчатых и других бактерий.

У актиномицетов, как будет показано далее, образование спор происходит двояким способом — эндогенно и экзогенно. Споры или репродуктивные элементы образуются на специальных ветках воздушного мицелия и внутри вегетативных нитей субстратного мицелия. Формируются они сегментацией или фрагментацией.
Фрагментационный способ образования спор наблюдается у некоторых видов микобактерий и молочнокислых бактерий. Так же, как и у актиномицетов, протопласт клетки разбивается на отдельные части, которые оформляются в округлые тельца—споры. Число таких спор в клетке различно и неопределенно, от 2 до 6 и более. Здесь нет количественной закономерности, которая так характерна для дрожжей и грибов.
Во всех случаях множественного образования спор у актиномицетов, микобактерий или молочнокислых бактерий отмечается концентрация хроматинового вещества как зачатка или центра формирования их.