Endospore batteriche

Giovanni DI BONAVENTURA, PhDLaboratorio di Microbiologia Clinica (5° livello, lab n. 27)

Centro Scienze dell’Invecchiamento (Ce.S.I.)

Università “G. D’Annunzio” di Chieti e Pescara

E-mail: gdibonaventura@unich.it

Spora battericaCaratteristiche generali

Spora: struttura di resistenza, endocellulare (si forma dallo sporangio), metabolicamente inerte (quiescente)

Rifrangente (luminosa) al microscopio ottico, perché impenetrabile ai coloranti

Prodotta da batteri sporigeni (Gram-positivi) di interesse medico: aerobi (Bacillus anthracis, B. cereus)

anaerobi (Clostridium botulinum, C. tetani, C. perfringens)

Patogeni sporigeni

Clostridium botulinum

Clostridium tetani

Clostridium perfringens

Bacillus cereus

Bacillus anthracis

Spora battericaMorfologia e disposizione

Forma:

Sferica (Clostridium spp)

Ellittica (Bacillus spp)

Dimensioni (diametro vs sporangio):

diametro superiore (C. tetani)

diametro inferiore (B. anthracis)

Posizione:

terminale o sub-terminale (Clostridium spp)

centrale o para-centrale (Bacillus spp)

Spora battericaUltrastruttura

Parte centrale: Citoplasma (core) circondato da

membrana plasmatica sulla cui faccia interna è addossato il cromonema

Parete cellulare rudimentale (sottile, ac. muramico disidratato)

Involucri sporali: Corteccia (cortex):

Dipicolinato di calcio, peptidoglicano compatto (interno) e lasso (esterno)

Coats (interno, esterno):

Proteine (simil-cheratina), lipidi (1-2%)

Esosporio:

Fosfolipoproteico (acidi teicoici, glucosamina, acido diaminopimelico)

Bacillus stearothermophilus. Spora matura.

cortex

coats

esosporio

Spore battericheSporogenesi

Processo dimorfogenetico caratterizzato dalla transizione: forma vegetativa spora

Geneticamente controllato (differenziazione): Modificazione fattore della RNA-polimerasi

Derepressione genica

Avvio nella fase stazionaria di crescita, indotta da condizioni ambientali “sfavorevoli” al metabolismo batterico: Essiccamento

Cambiamento di pH

Variazione del tasso O2, CO2

Radiazioni ionizzanti (U.V., raggi )

Secrezione di tossine ed antibiotici (polimixina B)

Durata: 6-8 ore

Spore battericheSporogenesi

1. Addensamento del cromonema (disposizione “a sbarra”)

2. Divisione nucleare

3. Separazione dei nucleoidi

4. Formazione della prespora

5. Apposizione nuove membrane

6. Liberazione spora per autolisi dello sporangio

La sporogenesi è un processo molto complesso che richiede una cellula particolarmente efficiente

“ … le spore sono cellule sane minacciate dalla fame …”

(Knaysi)

SporogenesiStep-by-step

Sporogenesi in Paenibacillus larvae. La cellula bacillare è dotata di un sottile stratopeptidoglicanico (Fig. 1). La spora immatura (prespora) è circondata dalla cellula madre(sporangio) (Fig. 2). L’ispessimento degli involucri sporali indica che l’endospora è completa,anche se ancora all’interno dello sporangio (Fig. 3). L’endospora viene finalmente rilasciata dallosporangio. L’involucro sporale più interno è composto da massimo sette distinti strati (lamelle).

1

3

2

Spora battericaFisiologia e caratteristiche

Totale assenza di biosintesi macromolecolari Scarso contenuto in H2O Scarsa attività enzimatica Scarso od assente (Bacillus spp) consumo di O2

Elevata resistenza chimico-fisica: calore (100°C per alcune ore):

disidratazione; stabilizzazione della struttura secondaria e terziaria delle proteine sporali; presenza di dipicolinato di calcio

essiccazione enzimi radiazioni

Caratteri antigeni identici a quelli della forma vegetativa, oltre ad alcuni antigeni specifici

Spora battericaGerminazione

Processo dimorfogenetico: spora forma vegetativa

Indotto dal ripristino di condizioni ambientali “favorevoli” (nutrienti, alanina in particolare)

Si articola in tre fasi successive (90 min):1. Attivazione (stimolo chimico, dinamico, termico)

Danneggiamento (e quindi permeabilizzazione) degli involucri sporali, con eliminazione di dipicolinato e ioni Ca2+

2. Iniziazione Ingresso di metaboliti attivanti gli enzimi litici della parte

centrale della spora; distruzione della cortex

3. Crescita Assunzione di acqua ed ioni Ripresa delle principali funzioni metaboliche Fuoriuscita della nuova cellula vegetativa (esocrescita)Al termine della germinazione, la forma vegetativa può

andare incontro a sporogenesi (microciclo) o avviarsi verso la riproduzione

Spora battericaImplicazioni pratiche

Spore di clostridi rimangono vitali fino a 500 anni: Spore di actinomiceti scoperte nel fango a distanza di

7500 anni

Particolare importanza delle spore in ambito: Medico

Resistenza a disinfettanti e calore; contaminazione di ferite e materiali chirurgici

Industriale

Preparazione di conserve alimentari

Sociale

Impiego di spore di B. anthracis per scopi bioterroristici

Laboratoristico

Spore di B. stearothermophilus usate per la validazione (controllo qualità) dell’autoclave