Кіріспе

Бактериялар құрайтын қорғаныш құрылым. Эндоспора – бұл бациллоталар тобына жататын кейбір бактериялардың құрайтын, тоқтау күйіндегі, берік және көбеюге қабілетсіз құрылымы. "Эндоспора" атауы спора немесе тұқым сияқты форманы білдіреді (эндо – "ішінде" деген мағынаны білдіреді), бірақ ол нағыз спора емес (яғни, ұрпақ емес). Бұл бактерияның өзін-өзі қарапайым, тоқтау күйіне келтіре алатын түрі. Эндоспораның пайда болуы көбінесе қоректік заттардың жетіспеуінен туындайды және әдетте грам-оң бактерияларда кездеседі. Эндоспора пайда болғанда бактерия жасуша қабырғасының ішінде бөлінеді, содан кейін бір жағы екіншісін жабады. Орта жағдайлары жақсарғанда эндоспора белсенді күйге қайта оралуы мүмкін. Көптеген бактериялар эндоспора түріне өзгермейді. Эндоспора құрай алатын бактерия түрлеріне Bacillus cereus, Bacillus anthracis, Bacillus thuringiensis, Clostridium botulinum және Clostridium tetani жатады. Эндоспораның пайда болуы археяларда кездеспейді. Эндоспора бактерияның ДНК-сынан, рибосомалардан және дипиколин қышқылының көп мөлшерінен тұрады. Дипиколин қышқылы – эндоспоралардың ұйықтау қабілетіне көмектесетін спораға тән химиялық зат. Бұл химиялық зат спораның құрғақ салмағының 10%-ға дейін құрайды. Вегетативті жасуша қабырғаларын жоятын антибактериялық препараттар эндоспораларға әсер етпейді. Эндоспоралар көбінесе топырақ пен суда кездеседі, онда олар ұзақ уақыт бойы тірі қалуы мүмкін. Әртүрлі микроорганизмдер "споралар" немесе "кисталар" құрайды, бірақ төмен G+C грам-оң бактериялардың эндоспоралары қатал жағдайларға ең төзімді.

Орналасқан жері

Эндоспораның орналасуы бактерия түрлеріне қарай өзгеше болады және оны анықтауға көмектеседі. Жасуша ішіндегі негізгі типтері – терминальды, субтерминальды және орталықта орналасқан эндоспоралар. Терминальды эндоспоралар жасушаның полюстерінде көрінеді, ал орталық эндоспоралар шамамен жасуша ортасында орналасады. Субтерминальды эндоспоралар – бұл екі шектің арасындағы, көбінесе полюстерге қарай жеткілікті алыс, бірақ орталыққа да жақын болатын, сондықтан оларды терминальды немесе орталық деп санамайды. Жақын орналасқан эндоспоралар да кездеседі. Терминальды эндоспоралары бар бактериялардың мысалы – Clostridium tetani, тетанус ауруын қоздыратын патоген. Орталықта орналасқан эндоспорасы бар бактерияларға Bacillus cereus жатады. Кейде эндоспора соншалықты үлкен болып келеді, жасуша эндоспораның айналасында кеңейіп кетеді. Бұл Clostridium tetani-ге тән.

Құрылу және жойылу

Аштық жағдайында, әсіресе көміртегі мен азот көздерінің жетіспеушілігі кезінде, кейбір бактерияларда споралау процесі арқылы бір эндоспора пайда болады. Бактериялар қоршаған ортаның қолайсыз жағдайларын сезгенде эндоспоруляция процесін бастауы мүмкін, ол шамамен сегіз сағатқа созылады. ДНК көшіріледі және оның және қалған жасуша арасында споралық септум деп аталатын мембраналық қабырға қалыптасады. Жасушаның плазмалық мембранасы осы қабырғаны қоршап, ДНК-ның айналасында екі қабатты мембрана қалдырып, тығылып қалады, ал дамитын құрылым енді анспор деп аталады. Осы уақыт ішінде дипиколин қышқылының кальций тұзы – кальций дипиколинаты анспорға қосылады. Дипиколин қышқылы эндоспорадағы ақуыздар мен ДНК-ны тұрақтандыруға көмектеседі. Содан кейін екі қабаттың арасында пептидогликан қабығы қалыптасады және бактерия спораның сыртына споралық қабат қосады. Эндоспораның соңғы кезеңдерінде жаңа пайда болған эндоспора сусызданып, аналық жасушадан босатылғанға дейін жетіледі. Ағартқыштың жоғары концентрациясы тиімдірек емес, тіпті кейбір бактериялардың жиналуына және осылайша тірі қалуына себеп болуы мүмкін. Эндоспоралар жылу мен сәулеленуге жоғары төзімді болғанымен, оларды жану арқылы немесе судың қайнау температурасынан жоғары, 100°C температурада автоклавтау арқылы жоюға болады. Эндоспоралар 100°C температурада сағаттап тірі қалуы мүмкін, бірақ уақыттың ұзақтығы артқан сайын тірі қалатындарының саны азаяды. Оларды жоюдың жанама жолы – оларды вегетативтік күйіне қайта жандандыратын ортаға орналастыру. Олар қолайлы жағдайларда бір-екі күн ішінде өсіп шығады, содан кейін эндоспоралар сияқты берік емес вегетативтік жасушаларды оңай жоюға болады. Бұл жанама әдіс Тиндализация деп аталады. Бұл әдіс 19 ғасырдың соңында арзан автоклавтар енгізілгенге дейін кеңінен қолданылды. Рентген және гамма сәулелері сияқты иондаушы сәулелерге ұзақ уақыт әсер ету эндоспоралардың көпшілігін жояды. Кейбір бактериялардың (әдетте патогенді емес) эндоспоралары, мысалы Geobacillus stearothermophilus, автоклавталған заттың толық стерильді екенін тексеру үшін зонд ретінде қолданылады: спораларды қамтитын шағын капсула заттармен бірге автоклавқа салынады; цикл аяқталғаннан кейін капсуланың мазмұнынан өсуге болатынын тексеру үшін оны өсіреді. Егер ештеңе өспесе, споралар жойылған және стерилизация сәтті аяқталған. Ауруханаларда эндоскоптар сияқты нәзік инвазивті құралдардағы эндоспоралар төмен температурада және коррозиялық емес этилен оксиді стерилизаторларымен жойылады. Этилен оксиді – бұл құралдарда инфекцияның пайда болуын тоқтатуға қабілетті жалғыз төмен температуралы стерилизант. Ал "жоғары деңгейдегі дезинфекция" эндоспораларды өлтірмейді, бірақ стерильді дене қуыстарына кірмейтін колоноскоп сияқты құралдарға қолданылады. Бұл әдісте тек жылы су, ферменттер және жуғыш заттар қолданылады. Бактериялық эндоспоралар антибиотиктерге, көптеген дезинфекциялау құралдарына және радиация, қайнату және кептіру сияқты физикалық факторларға төзімді. Споралық қабықшаның өткізбейтіндігі эндоспораның химиялық заттарға төзімділігінен жауапты деп есептеледі. Эндоспоралардың жылуға төзімділігі әртүрлі факторларға байланысты: эндоспораның ішінде көп мөлшерде болатын кальций дипиколинаты эндоспораның ДНК-сын тұрақтандырып, қорғауы мүмкін. Кішкентай қышқылмен еритін ақуыздар (SASP) эндоспораның ДНК-сын қанықтырып, оны жылудан, кептіруден, химиялық заттардан және сәулеленуден қорғайды. Сонымен қатар олар өскіндік бактериялардың дамуы үшін көміртек және энергия көзі ретінде қызмет етеді. Кортекс эндоспораның ішкі бөлігінен осмостық жолмен суды алып тастауы мүмкін, ал нәтижесінде пайда болатын сусыздану эндоспораның жылу мен сәулеленуге төзімділігі үшін маңызды деп саналады. Соңында эндоспораның құрамында ДНК-ны жөндеуге қабілетті ферменттер бар, олар өскіндік кезеңде зақымдалған ДНК-ны қалпына келтіре алады.

Қайта белсендіру

Эндоспораның қайта белсендірілуі жағдайлар қолайлы болғанда жүреді және белсендіру, өсіп-өну және даму кезеңдерін қамтиды. Эндоспора көптеген қоректік заттардың ішінде болса да, белсендірілмесе өсіп шыға алмайды. Бұл эндоспораны қыздыру арқылы басталуы мүмкін. Өсіп-өну кезінде ұйықтап жатқан эндоспора метаболизмік белсенділікті бастайды, осылайша тоқтау күйін бұзады. Бұл көбінесе споралық қабықтың жарылуы немесе сіңірілуімен, эндоспораның ісінуімен, метаболизмік белсенділіктің артуымен және қоршаған орта стресіне төзімділіктің жоғалуымен сипатталады. Даму өсіп-өнуден кейін жүреді және эндоспораның ядросының жаңа химиялық компоненттерді жасауымен, ескі споралық қабықтан шығуымен және толыққанды функционалды вегетативтік бактериялық жасушаға айналуымен, ол көбейіп жаңа жасушалар тудыру үшін бөлінеді. Эндоспоралар вегетативтік жасушаларға қарағанда бес есе көп күкіртке ие. Бұл артық күкірт споралық қабықта цистеин аминқышқылы түрінде жинақталады. Ұйықтап жатқан күйді сақтауға жауапты макромолекула цистинге бай, S-S байланыстарымен тұрақтандырылған ақуыздық қабатынан тұрады деген болжам бар. Бұл байланыстардың азаюы үшіншілік құрылымның өзгеруіне әкелуі мүмкін, нәтижесінде ақуыз жазылуына соқтырады. Ақуыздың осы конформациялық өзгеруі эндоспораның өсіп-өнуіне қажетті белсенді ферменттік орталарды ашуға жауапты деп есептеледі. Эндоспоралар өте ұзақ уақыт бойы ұйықтап қалуы мүмкін. Мысалы, эндоспоралар Мысыр фараондарының қабірлерінде табылды. Оларды тиісті ортаға және жағдайға қойғанда, оларды қайтадан белсендіруге болады. 1995 жылы Калифорния политехникалық мемлекеттік университетінің профессоры Рауль Кано Доминикан Республикасынан алынған ағаш зәрбірге қамалған қазбаланған араның ішегінен бактериялық спораларды тапты. Зәрбірге қамалған араның жасы шамамен 25 миллион жылға бағаланды. Зәрбірді жарып, араның ішегінен алынған материалды қоректік ортаға салғанда споралар өсіп-өнді. Спораларды микроскоппен талдағаннан кейін, олардың қазіргі Доминикан Республикасындағы араларда кездесетін Lysinibacillus sphaericus түріне өте ұқсас екені анықталды.

Биотехнология

Bacillus subtilis споралары рекомбинантты ақуыздарды өндіруге және әсіресе пептидтер мен ақуыздарды беткейге шығару арқылы микробиология, биотехнология және вакцинация салаларындағы негізгі және қолданбалы зерттеулерде қолданылады.