Endosporos: características, estrutura, formação, funções - Ciência - 2023

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As endosporos São formas de sobrevivência de certas bactérias, constituídas por células desidratadas dormentes cobertas por camadas protetoras, que apresentam extrema resistência ao estresse físico e químico. Eles são capazes de durar indefinidamente na ausência de nutrientes. Eles são formados dentro das bactérias.

Os endosporos são as estruturas vivas mais resistentes conhecidas. Eles podem sobreviver a altas temperaturas, luz ultravioleta, radiação gama, dessecação, osmose, agentes químicos e hidrólise enzimática.

Quando as condições ambientais o determinam, os endosporos germinam, dando origem a bactérias ativas que se alimentam e se multiplicam.

Endosporos são um tipo de esporo. Existem fungos, protozoários, algas e plantas que produzem seus próprios tipos. Os endosporos não têm função reprodutiva: cada célula bacteriana produz apenas uma. Em outros organismos, ao contrário, eles podem ter uma função reprodutiva.

História

Em meados do século 17, o comerciante de tecidos holandês e precursor da microbiologia Antonie van Leeuwenhoek, usando microscópios engenhosos projetados e fabricados por ele mesmo, foi o primeiro a observar microorganismos vivos, incluindo protozoários, algas, leveduras, fungos e bactérias.

Em 1859, a Academia Francesa de Ciências patrocinou um concurso do qual participou o químico francês Louis Pasteur. O objetivo era lançar luz por meio de um experimento sobre "geração espontânea", uma hipótese milenar que propunha que a vida pode surgir a partir de "forças vitais" ou "substâncias transmissíveis" presentes na matéria inanimada ou em decomposição.

Pasteur mostrou que, como no caso do vinho, o ar e as partículas sólidas são a fonte dos micróbios que crescem em caldos de cultura previamente esterilizados com calor. Pouco depois, em 1877, o físico inglês John Tyndall corroborou as observações de Pasteur, dando o golpe final na hipótese da geração espontânea.

Tyndall também forneceu evidências de formas de bactérias extremamente resistentes ao calor. De forma independente, entre 1872 e 1885, o botânico alemão Ferdinand Cohn, considerado o fundador da microbiologia moderna, descreveu detalhadamente os endosporos bacterianos.

Longevidade

A maioria dos organismos vive em ambientes que variam no tempo e no espaço. Uma estratégia frequente para sobreviver a condições ambientais temporariamente inadequadas para crescimento e reprodução é entrar em um estado de dormência reversível, durante o qual os indivíduos se refugiam em estruturas protetoras e minimizam seu gasto de energia.

A transição entre os estados ativo e latente é metabolicamente cara. Esse investimento é maior quando os indivíduos precisam construir suas próprias estruturas de proteção, sejam elas compostas por materiais exógenos, ou biossintetizados dentro deles. Além disso, os indivíduos devem ser capazes de responder aos estímulos ambientais que causam a transição.

A latência gera um reservatório de indivíduos dormentes que podem ser ativados quando as condições favoráveis reaparecem. Esses reservatórios permitem a conservação de populações e de sua diversidade genética. Quando se trata de bactérias patogênicas produtoras de endosporos, a latência facilita sua transmissão e dificulta seu controle.

Os endosporos bacterianos podem permanecer viáveis por muitos anos. Tem sido argumentado que os endosporos preservados em substratos antigos, como permafrost, sedimentos aquáticos, depósitos subterrâneos de sal ou âmbar podem permanecer viáveis por milhares e até milhões de anos.

Observação

Visualizar a posição e outras características dos endosporos é muito útil para a identificação de espécies de bactérias.

Endosporos podem ser vistos usando um microscópio de luz. Em bactérias submetidas à coloração de Gram ou azul de metileno, essas são distinguidas como regiões incolores dentro da célula bacteriana vegetativa. Isso ocorre porque as paredes dos endosporos são resistentes à penetração de reagentes de coloração comuns.

Foi desenvolvido um método de coloração específico para endosporos, conhecido como coloração diferencial Schaeffer-Fulton, que os torna claramente visíveis. Este método permite visualizar tanto aquelas que estão dentro da célula vegetativa bacteriana quanto aquelas que estão fora dela.

O método Schaeffer-Fulton é baseado na capacidade do verde malaquita de manchar a parede dos endosporos. Após a aplicação dessa substância, a safranina é usada para colorir as células vegetativas.

O resultado é uma coloração diferencial de endosporos e células vegetativas. Os primeiros adquirem uma coloração verde e os segundos uma coloração rosada.

Estrutura

Dentro da célula vegetativa, ou esporângio, os endosporos podem estar localizados terminal, subterminal ou centralmente. Esta forma bacteriana possui quatro camadas: medula, parede germinativa, córtex e cobertura. Em algumas espécies, existe uma quinta camada membranosa externa chamada exosporium, composta de lipoproteína que contém carboidratos.

A medula ou centro é o protoplasto do endosporo. Ele contém o cromossomo, os ribossomos e um sistema gerador de energia glicolítico. Pode não apresentar citocromos, mesmo em espécies aeróbias.

A energia para a germinação é armazenada em 3-fosfoglicerato (não há ATP). Possui alta concentração de ácido dipicolínico (5–15% do peso seco do endosporo).

A parede germinativa do esporo envolve a membrana medular. Ele contém peptidoglicano típico, que durante a geminação se torna a parede celular da célula vegetativa.

O córtex é a camada mais espessa do endosporo. Envolve a parede germinativa. Contém peptidoglicano atípico, com menos ligações cruzadas que o típico, o que o torna muito sensível à autólise por lisozimas, necessária para a germinação.

O revestimento é composto por uma proteína semelhante à queratina que contém numerosas ligações dissulfeto intramoleculares. Circunda o córtex. Sua impermeabilidade confere resistência aos ataques químicos.

Fisiologia

O ácido dipicolínico parece desempenhar um papel na manutenção da latência, estabilização do DNA e resistência ao calor. A presença de pequenas proteínas solúveis neste ácido satura o DNA e o protege do calor, dessecação, luz ultravioleta e agentes químicos.

A síntese do peptidoglicano atípico começa quando se forma um septo assimétrico que divide a célula vegetativa. Desta forma, o peptidoglicano divide a célula-tronco em dois compartimentos nos quais o pré-esporo se desenvolverá. Peptidoglicano protege contra desequilíbrios osmóticos.

O córtex remove osmoticamente a água do protoplasto, tornando-o mais resistente ao calor e aos danos da radiação.

Os endosporos contêm enzimas de reparo do DNA, que atuam durante a ativação da medula e sua subsequente germinação.

Esporulação

O processo de formação de um endosporo a partir de uma célula bacteriana vegetativa é denominado esporulação ou esporogênese.

Os endosporos ocorrem com mais frequência quando certos nutrientes essenciais são escassos. Também pode haver produção de endosporos, que representam um seguro de vida contra a extinção, quando os nutrientes são abundantes e outras condições ambientais são favoráveis.

A esporulação consiste em cinco fases:

1) Formação do septo (membrana medular, parede germinativa do esporo). Uma porção do citoplasma (futura medula) e um cromossomo replicado são isolados.

2) A parede germinativa do esporo se desenvolve.

3) O córtex é sintetizado.

4) A tampa está formada.

5) A célula vegetativa se degrada e morre, liberando o endosporo.

Germinação

O processo pelo qual um endosporo se transforma em uma célula vegetativa é chamado de germinação. Isso é desencadeado pela quebra enzimática da cobertura do endosporo, que permite a hidratação da medula e o reinício da atividade metabólica.

A germinação consiste em três fases:

1) Ativação. Ocorre quando abrasão, um agente químico ou calor danificam a tampa.

2) Germinação (ou iniciação). Começa se as condições ambientais forem favoráveis. O peptidoglicano é degradado, o ácido dipicolínico é liberado e a célula é hidratada.

3) Surto. O córtex é degradado e a biossíntese e a divisão celular são reiniciadas.

Patologia

Os endosporos de bactérias patogênicas são um sério problema de saúde devido à sua resistência ao aquecimento, congelamento, desidratação e radiação, que matam as células vegetativas.

Por exemplo, alguns endosporos podem sobreviver por várias horas em água fervente (100 ° C). Em contraste, as células vegetativas não resistem a temperaturas acima de 70 ° C.

Certas bactérias produtoras de endosporos dos gêneros Clostridium Y Bacilo eles excretam toxinas de proteínas poderosas que causam botulismo, tétano e antraz.

Dependendo do caso, os tratamentos incluem lavagem gástrica, limpeza de feridas, antibióticos ou terapia com antitoxinas. As medidas preventivas incluem higiene, esterilização e vacinação.

Botulismo

É causada pela contaminação com esporos de Clostridium botulinum. Seu sintoma mais óbvio é a paralisia muscular, que pode ser seguida de morte. Sua incidência é baixa.

Existem três tipos de botulismo. O infantil é causado pela ingestão de mel ou outros aditivos, contaminados pelo ar, que foram adicionados ao leite. Por sua vez, os alimentos são produzidos pela ingestão de alimentos contaminados (como enlatados), crus ou mal cozidos. Finalmente, a lesão é produzida pelo contato com a terra, que é o habitat natural da C. botulinum.

Tétano

É causado por Clostridium tetani. Seus sintomas incluem contrações musculares que são muito dolorosas (em grego, a palavra “tétano” significa contrair) e tão fortes que podem causar ossos quebrados. Muitas vezes é fatal. Sua incidência é baixa.

Esporos infecciosos de C. tetani normalmente eles entram no corpo através de uma ferida, na qual germinam. Durante o crescimento, que exige que a ferida seja mal oxigenada, as células vegetativas produzem a toxina do tétano.

As bactérias e seus endosporos são comuns no meio ambiente, incluindo o solo. Eles foram encontrados nas fezes de humanos e animais.

Antraz

É causado por Bacillus anthracis. Seus sintomas variam muito, dependendo do ambiente e do local da infecção. É uma doença grave e muitas vezes fatal. Sua incidência é moderadamente alta, produzindo epidemias em animais e humanos. No século 18, o antraz dizimou as ovelhas da Europa.

Os mamíferos herbívoros são seu hospedeiro natural. Os humanos são infectados pelo contato (geralmente ocupacional) com animais, ou pelo manuseio ou ingestão de produtos de origem animal.

Existem três tipos de antraz:

1) Cutâneo. A entrada é de ferimentos. Úlceras necróticas enegrecidas se formam na pele.

2) Por inalação. Entrada durante a respiração. Ele produz inflamação e sangramento interno e leva ao coma.

3) Gastrointestinal. Entrada por ingestão. Causa úlceras orofaríngeas, sangramento abdominal grave e diarreia.

Em aproximadamente 95% dos casos, o antraz humano é cutâneo. Em menos de 1% é gastrointestinal.

Ao controle

Os endosporos podem ser destruídos por esterilização em autoclaves, combinando pressões de 15 psi e temperaturas de 115–125 ° C por 7–70 minutos. Eles também podem ser eliminados por mudanças alternadas de temperatura e pressão, de modo que haja germinação de esporos seguida pela morte das bactérias vegetativas resultantes.

O ácido peracético é um dos agentes químicos mais eficazes para destruir os endosporos. O iodo, em tintura (dissolvido em álcool) ou iodóforo (combinado com uma molécula orgânica), também costuma ser letal para os endosporos.

A destruição dos endosporos em instrumentos cirúrgicos é efetivamente alcançada pela introdução dos mesmos em um recipiente no qual um plasma (gás excitado rico em radicais livres) é induzido, para o qual certos agentes químicos são submetidos a pressão negativa e um campo eletromagnético.

A destruição dos endosporos em objetos grandes, como colchões, é conseguida pela exposição por várias horas ao óxido de etileno combinado com um gás não inflamável.

As indústrias de processamento de alimentos usam dióxido de cloro em solução aquosa para fumigar áreas potencialmente contaminadas com endosporos de antraz.

O nitrito de sódio adicionado aos produtos cárneos e o antibiótico nisina adicionado ao queijo evitam o crescimento de bactérias produtoras de endosporos.

Armas biológicas e bioterrorismo

Bacillus anthracis é fácil crescer. Por isso, durante as duas guerras mundiais, foi incluída como arma biológica nos arsenais da Alemanha, Grã-Bretanha, Estados Unidos, Japão e União Soviética.

Em 1937, o exército japonês usou o antraz como arma biológica contra os civis chineses na Manchúria. Em 1979, em Sverdlovsk, Rússia, pelo menos 64 pessoas morreram por inalação acidental de esporos de uma cepa de B. anthracis de origem militar. No Japão e nos Estados Unidos, o antraz tem sido usado para fins terroristas.

Em contraste, tentativas estão sendo feitas para usar revestimentos de endosporos como um veículo para drogas terapêuticas e para antígenos criados para fins de imunização preventiva.

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