Esporos bacterianos: características, estrutura, formação - Ciência - 2023

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As esporos bacterianos são estruturas celulares procarióticas de resistência produzidas por bactérias para resistir e sobreviver em condições ambientais desfavoráveis. Uma vez que as condições ambientais são favoráveis, eles dão origem a um novo indivíduo.

A síntese de esporos bacterianos ocorre por meio de um processo denominado esporulação. A esporulação é estimulada pela falta de nutrientes (fontes de carbono e nitrogênio) no ambiente em que vivem alguns tipos de bactérias.

Em todos os ecossistemas da biosfera, encontramos muitas espécies diferentes de bactérias e a maioria delas produz esporos. Bactérias são organismos procarióticos, ou seja, caracterizam-se por serem unicelulares microscópicos, sem organelas membranosas internas e possuindo parede celular, entre outras coisas.

Nosso conhecimento geral sobre as bactérias é que elas são os agentes causadores de muitas doenças (agentes etiológicos), visto que são capazes de se proliferar em outros organismos vivos, causando infecções e desestabilizando o funcionamento de seu sistema fisiológico.

Portanto, muitos dos protocolos de esterilização em indústrias humanas, principalmente nas indústrias farmacêutica, agrícola e alimentícia, se concentram em reduzir, controlar e exterminar esses microorganismos e seus esporos da superfície dos produtos que são comercializados através dos diferentes mercados.

Características dos esporos bacterianos

Resistência

Os esporos bacterianos são estruturas extremamente resistentes, projetadas para suportar diferentes tipos de “estresse” ambiental, como altas temperaturas, desidratação, radiação solar ou a presença de diferentes compostos químicos.

Camadas

Os esporos bacterianos são tipicamente envolvidos por 6 camadas diferentes; embora possam variar dependendo da espécie de bactéria. Essas 6 camadas são:

Exosporium (em algumas espécies esta camada não está presente)
Camada externa do esporo
Camada interna do esporo
Córtex
Parede celular germinativa
Membrana plasmática de células germinativas

Componentes

Dentro de cada esporo bacteriano estão todos os componentes essenciais para formar um indivíduo semelhante (senão idêntico) ao que o deu origem. Esses elementos incluem:

RNA de diferentes tipos, essencial para o estabelecimento da nova célula bacteriana. Alguns deles são RNA ribossomal, RNAs de transferência, RNAs mensageiros, entre outros.
DNA genômico, com a informação genética para "determinar" todas as estruturas e funções da célula. Os esporos também podem ter DNA de plasmídeo, que é DNA extracromossômico.
Moléculas de cálcio, manganês, fósforo e outros íons e cofatores para o correto funcionamento das enzimas, bem como para a manutenção da homeostase celular do futuro indivíduo.

Reprodução assexuada

Os esporos são considerados uma forma de reprodução assexuada, pois muitas vezes as condições se tornam desfavoráveis devido ao crescimento excessivo da população e as bactérias que percebem o estímulo da escassez de recursos começam a esporulação.

É importante entender que todos os esporos bacterianos dão origem a indivíduos geneticamente idênticos ao que os originou, portanto considerá-los uma forma de reprodução assexuada é perfeitamente válida.

Estrutura

Protoplasto

Na parte mais interna dos esporos bacterianos está o protoplasto, também conhecido como "núcleo do esporo" ou "célula germinativa".

A estrutura externa do esporo é projetada com a função primária de proteger o protoplasto, que contém o citoplasma, moléculas de DNA e RNA, proteínas, enzimas, cofatores, íons, açúcares, etc. que são necessários para a manutenção metabólica das bactérias.

Membrana celular

A primeira camada que envolve o protoplasto é a membrana celular, composta por lipídios e proteínas. Possui diversas estruturas especializadas na interação com as coberturas externas, de forma a perceber os estímulos ambientais por elas recebidos.

Parede celular

Tanto a parede celular interna quanto a externa, que são as camadas que precedem a membrana celular, têm a estrutura típica da parede celular bacteriana: são compostas principalmente do heteropolissacarídeo denominado peptidoglicano (N-acetil glucosamina e ácido N-acetil murâmico).

Córtex

Cobrindo as paredes que acabamos de mencionar está o córtex, que é composto de grandes cadeias de peptidoglicano (45-60% de resíduos de ácido murâmico).

No córtex, estão as camadas interna e externa dos esporos bacterianos, formadas por proteínas com funções especializadas para desativar enzimas e agentes químicos tóxicos que podem danificar o esporo. Duas das enzimas mais abundantes nesta camada são superóxido dismutase e catalase.

Exosporo

O Exosporium (que não é produzido por todas as espécies) é composto por proteínas e glicoproteínas que bloqueiam o acesso de grandes proteínas como os anticorpos, por exemplo. Acredita-se que essa camada seja encontrada em bactérias que dependem da patogenicidade para sobreviver.

Formação de esporos bacterianos

A formação de esporos começa quando as células bacterianas ativam a via genética que controla as funções de esporulação. Esses genes são ativados por proteínas e fatores de transcrição que detectam mudanças ambientais (ou a transição de "favorável" para "adverso").

O modelo clássico usado para estudar a formação de um esporo bacteriano é o observado em Bacillus subtilis, que é subdividido em 7 etapas. Porém, a formação de esporos em cada espécie bacteriana tem suas peculiaridades e pode envolver mais ou menos etapas.

Os estágios da esporulação podem ser facilmente avaliados, com a ajuda de um microscópio e observando o crescimento das células em ambientes com deficiência de nutrientes. Podemos descrever esses estágios mais ou menos da seguinte maneira:

Este 1: crescimento celular

A célula aumenta seu volume citosólico pelo menos três vezes em um período relativamente curto.

Etapa 2: duplicação do DNA bacteriano

Concomitante ao aumento do volume citosólico, o genoma da bactéria é duplicado por mitose. No final da mitose, o genoma “materno” se alinha em direção a um dos pólos da célula, enquanto a “filha” ou genoma resultante se alinha em direção ao pólo oposto.

Etapa 3: divisão da membrana celular

A membrana celular começa a se contrair muito perto do pólo onde está localizado o genoma “filho” produzido durante a mitose. Essa contração acaba isolando o genoma resultante do restante do citosol da célula.

Etapa 4: evaginação de uma segunda membrana celular (formação da forespora)

O segmento formado pela membrana celular contraída é reforçado por outra porção da membrana celular, formando uma membrana dupla e dando origem a um esporo imaturo conhecido como “forespora”.

Estágio 5: formação do córtex

A célula bacteriana aumenta a produção de resíduos de ácido murâmico. Estes são direcionados para a superfície que recobre a forespora, gerando uma camada adicional de proteção. Uma vez que a formação dessa camada está completa, a forespora é chamada de exosporo.

Estágio 6: coberturas de esporos internas e externas

Os aumentos na produção de ácido murâmico também são orientados para formar duas camadas de uma composição de peptidoglicano semelhante à da parede celular da bactéria. Essas duas camadas formarão a cobertura interna e externa do exosporo e o transformarão em um endosporo.

Etapa 7: liberação do endosporo

A última etapa da esporulação ou formação de esporos é a liberação. A parede celular, membrana e todos os revestimentos da célula "mãe" são lisados e liberam o endosporo maduro no ambiente.

Referências

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Matthews, K. R., Kniel, K. E., & Montville, T. J. (2019). Microbiologia de alimentos: uma introdução. John Wiley & Sons.
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Tortora, G. J., Funke, B. R., Case, C. L., & Johnson, T. R. (2004). Microbiologia: uma introdução (Vol. 9). São Francisco, CA: Benjamin Cummings.