MIRELA BURCEA

MICROBIOLOGIE GENERALĂ Procariote şi Eucariote

EDITURA GRANADA EXIMCO BUCUREŞTI

2002'

Pentru informaţii şi comenzi: EDITURA GRANADA EXIMCO,' Bucureşti, sectorul 1

Str. Eremia Grigorescu nr. 22, tel.: 211.47.86

Prefaţă

Microbiologia este o ştiinţă cu un pronunţat caracter aplicativ. Cu toate acestea, însuşirea tehnicilor de lucru în laboratorul de microbiologie nu poate incepe înainte de cunoaşterea detaliată a obiectului de studiu al acestei ştiinţe - microorganismele.

Prezentul manual încearcă o abordare didactică a ceea ce înseamnă structura celulei microbiehe procariote şi eucariote. După abordarea cronologică a principalelor evenimente care au contribuit la dezvoltarea microbiologiei ca ştiinţă şi a personalităţilor care au făcut posibilă evoluţia ei, sunt tratate aspecte vizând obiectul de studiu al acesteia - principalele grupe de microorganisme, a căror structură este prezentată detaliat pe parcursul capitolelor următoare. Ilustrarea bogată cu ajutorul schemelor şi a fotografiilor la microscop, prezentarea comparativă a unor elemente cu ajutorul tabelelor; facilitează înţelegerea şi însuşirea termenilor de specialitate, adesea destul de dificil de memorat, dar fără de care nu este posibilă o pregătire adecvată în domeniu şi formarea limbajului adecvat de specialitate.

Manualul este elaborat într-o manieră originală şi este binevenit în biblioteca celor care se pregătesc în domeniul ştiinţelor biologice sau al biologiei aplicate. El răspunde cerinţelor unui învăţământ modern şi este rodul muncii autorului ei în instituţii de învăţământ superior din Franţa, dar şi din ţară, unde în timpul a numeroase stagii a reuşit să acumuleze competenţe ştiinţifice incontestabile, extrem de necesare elaborării prezentei lucrări.

Biolog dr. Petruţa Călina Cornea

5

1. INTRODUCERE ÎN STUDIUL MICROBIOLOGIEI

1.1. Obiectul microbiologiei

Microbiologia este ştiinţa care studiază acele organisme vii care au dimensiuni foarte mici (sub Imm diametru), neputând fi văzute cu ochiul liber, denumite organisme microscopice sau microorganisme. Din această categorie fac parte: bacteriile, algele, ciupercile microscopice saiî ftngii, protozoarele şi virusurile. Acestea din urmă, deşi nu se pot denumi microorganisme, sunt studiate tot în cadrul microbiologiei. Numele acestei ştiinţe provine din limba greacă: mikros = mic, bios = viaţă, logos = discurs.

Microbiologia studiază de asemenea, şi tehnicile specifice care fac posibilă observarea şi cunoaşterea detaliată a alcătuirii şi dezvoltării acestor organisme microscopice, precum şi metodele de distrugere a lor.

Astăzi microbiologia este o ştiinţă de mare interes. Deşi a avut un debut destul de târziu, ea a cunoscut o dezvoltare extrem de rapidă, situându-se astăzi printre ştiinţele primordiale în evoluţia omenirii.

Cunoaşterea şi exploatarea microorganismelor a adus societăţii numeroase avantaje: producerea pâinii, berii, antibioticelor, vaccinurilor, vitaminelor, enzimelor şi a multor altor produse importante. Ele stau la baza atât a biotehnologiilor tradiţionale cât şi a celor moderne, de ultimă oră. Microorganismele sunt indispensabile mediului înconjurător şi permit ciclurilor carbonului, oxigenului, azotului şi sulfului să funcţioneze în mediul terestru şi acvatic.

Pe de altă parte microorganismele reprezintă şi cauza a numeroase probleme în societatea umană, încă de la începutul existenţei acesteia. Maladiile microbiene au jucat un rol major în evenimente istorice cum ar fi căderea imperiului roman sau cucerirea Lumii noi. în 1347, pesta sau "moartea neagră" a lovit Europa cu o

acest dezastru a schimbat cultura europeană şi a pregătit calea Renaşterii (Prescott, Harley, Klein, 1995).

Astăzi, microbiologii şi alţi cercetători continuă să lupte contra altor flagele cum ar fi SIDA.

1.2 Istoria dezvoltării microbiologici ca ştiinţă

Câteva evenimente importante au marcat descoperirea microorganismelor şi implicit dezvoltarea microbiologiei ca ştiinţă de sine stătătoare (tabelul 1.1).

Tabelul 1.1 Principalele evenimente care au marcat dezvoltarea

microbiologiei ca ştiinţă Perioada Evenimentul de interes pentru microbiologie

Perioada morfologică a microbiologiei 98 -55 Î.C -filozoful roman Lucreţiu sugerează că forme de existenţă invizibile

provoacă maladii; 1546 -medicul Girolamo Fracastoro îşi exprimă supoziţia că boli grave,

deseori incurabile, sunt cauzate de organisme vii care nu pot fi văzute cu ochiul liber;

1676 -Antonie van Leeuvenhoek este prima persoană care descoperă şi descrie " animalculele" şi trimite observaţiile sale la Royal Society din Londra pentru a fi publicate (1688). El este descoperitorul microscopului şi observă fermentaţia anaerobă, diverse protozoare, alge. Studiază saliva umană. Perioada fiziologică a microbiologiei

1798 -Jenner introduce vaccinul contra variolei ("vărsatul de vânt"); 1838-1839 -Schwann şi Schleiden emit "Teoria celulară"; 1835-1839 -Bassi descoperă o boală a viermilor de mătase produsă de o specie

microscopică de ciuperci; 1849 -Snow studiază dezvoltarea unei epidemii de holeră la Londra; 1857 -Pasteur demonstrează că fermentaţia zahărului la acid lactic este dată

de un microorganism. El este fondatorul microbiologiei moderne. Descoperă diferite boli infecţioase la om şi la animale, boli ale vinului şi berii, anaerobioza şi antibioza. Pune bazele pasteurizării ca metodă de conservare a alimentelor.

1867 -Lister publică lucrarea sa asupra antisepsiei în chirurgie cu ajutorul fenolului;

1876-1877 -Koch descoperă agentul patogen al antraxului (Bacillus anthracis); 1881 -Koch introduce mediile de cultură solide în microbiologie;

-Pasteur pune bazele vaccinării contra antraxului;

8

1882

1884 1885 1887 1887-

1888

1890 1892 1895 1897

1897

1899

1900

1903 1906

1910 191.5-1921 1923 1928 1929 1933 1935

1937 1941

1944

1946

-Koch descoperă agenţii patogeni ai altor două boli grave: tuberculoza şi holera; -Lucrările lui Koch sunt publicate pentru prima oară; -Pasteur prepară vaccinul contra turbării; -începe utilizarea cutiilor Petri; -Vinogradski studiază microbiologia solului; izolează şi identifică bacterii sulfuroase, studiază chimiosinteza la bacteriile feruginoase; -Beijerink izolează din nodozităţile rădăcinilor de leguminoase bacterii din genurile Rhizobium şi Azotobacter. -Von Behring prepară antitoxine contra difteriei şi tetanosului; -Ivanovsky lansează ideea originii virale a bolii "mozaicul tutunului"; -Bordet descoperă şi defineşte complementul în imunologie; -Biichner prepară un extract de levuri care fermentează substraturile bogate în glucide, dovedind rolul enzimelor provenind din extractele levuriene în realizarea fermentaţiei; -Ross demonstrează că agentul patogen al malariei este vehiculat de către ţânţari; -Beijerink demonstrează că o particulă virală este cauza bolii "mozaicul tutunului"; -Reed demonstrează că febra galbenă se transmite prin intermediul ţânţarilor; -Wright descoperă anticorpii din sângele animalelor imunizate; -Schaudin şi Hoffmann arată că Treponema pallidum este agentul patogen al sifilisului; -Wassermann dezvoltă testul de fixare a complementului pentru diagnosticarea sifilisului; ; -Ricfeetts demonstrează că există agenţi patogeni care se transmit prin intermediul căpuşelor; -Ehrlich pune bazele chimioterapiei în tratamentul sifilisului; -D'Herelle şi Twort descoperă virusurile bacteriilor (bacteriofagii); -Alexander Fleming descoperă lizozimul; -Apare prima ediţie a determinatorului de bacterii Bergey; -Griffith descoperă fenomenul de transformare bacteriană; -Fleming descoperă penicilina; -Ruska construieşte primul microscop cu transmisie; -Stanley arată structura V.M.T. (Virusul Mozaicului Tutunului). -Domagk descoperă sulfamidele; -Chatton împarte microorganismele în eucariote şi procariote; -Beadle şi Tatum formulează ipoteza "o genă, o enzimă". Perioada biologiei moleculare : -Avery demonstrează că ADN este purtătorul informaţiei genetice în celulă şi responsabil de transformarea genetică a bacteriilor, fenomen evidenţiat anterior de Griffith; -Waksman descoperă streptomicina; -Lederberg şi Tatum descriu conjugarea bacteriană;

lyjj -OC UCZYUlici imurusujpia tu uunuaai -Watson şi Crick propun structura în dublu helix a AND;

1955 -Jacob şi Wollman descoperă că factorul F este o plasmidă; -Jerne şi Burnet propun teoria selecţiei clonale;

1959 -Yalow dezvoltă tehnica de dozaj radio-imunologic; 1961 -Jacob şi Monod propune modelul operonului pentru reglajul genetic

la bacterii; : 1962 -Pasteur propune structura de bază a imunoglobulinei G; 1970 -Arber şi Smith descoperă endonucleazele de restricţie;

-Temin şi Baltimore descoperă transcriptazele la retro virusuri; 1973 -Ames dezvoltă un test bacterian de detecţie a agenţilor mutageni şi

carcinogeni; 1975 -Kohler şi Milstein dezvoltă o tehnică pentru producerea de anticorpi

monoclonali. -Lyme descoperă borelioza; -Recunoaşterea arheobacteriilor ca grup distinct de bacterii; -Realizarea sintezei insulinei graţie tehnologiei ADN recombinant; -Dezvoltarea microscopului cu efect tunel şi cu baleiaj; -Obţinerea vaccinului contra hepatitei B prin tehnici de inginerie genetică;

1982 -1983 -Gech şi Altman descoperă ribozimele; 1983 -1984 -Montagnier şi Gallo descoperă virusul uman al imunodeficienţei

(HIV); -Mullis dezvoltă tehnica de polimerizare în lanţ (PCR);

1986 -Primul vaccin contra hepatitei B obţinut prin inginerie genetică şi recunoscut ca utilizabil la om;

1990 -Primul test de terapie genică umană

1.3 Contribuţia cercetătorilor români la dezvoltarea microbiologiei ca ştiinţă

Victor Babeş (1854 -1926, născut la Viena), medic şi bacteriolog, membru al Academiei Române, este fondatorul microbiologiei româneşti şi autorul primului tratat de microbiologic din lume (în colaborare cu Victor Cornii, Paris, 1885). A adus contribuţii remarcabile la studiul turbării, leprei, difteriei, tuberculozei. A pus în evidenţă, în creierul animalelor bolnave de turbare, "corpusculii Babeş - Negri", importante în diagnosticarea acestei boli. Este descoperitorul a peste 50 germeni patogeni noi şi autorul a numeroase tehnici de colorare a bacteriilor şi ciupercilor. Precursor în domeniul seroterapiei

1977 1979 1980 1982

10

şi unui dintre primii cercetători care au remarcat fenomenul de variabilitate microbiană, mai ales la bacilul difteric şi la cel tuberculos. A evidenţiat în citoplasma unor bacterii anumite formaţiuni corpusculare (granulaţiile metacromatice Babeş - Ernst), importante pentru diferenţierea unor germeni. A studiat bacilul leprei, bacilul Koch, streptococii, diferite enterobacterii şi a elaborat lucrări ştiinţifice valoroase despre acestea. Babeş este cel care a precizat etiologia hemoglobinuriei bovinelor şi a cârceagului oilor, afecţiuni care au fost denumite "babesioze", iar agenţi patogeni au primit numele de Babesia bovis şi respectiv Babesia ovis. Si~a adus contribuţia la perfecţionarea tehnicii propuse de Pasteur în vaccinarea antirabică, pe care a şi introdus-o în România. De altfel el este cel care a pus bazele seroterapiei la noi în ţară.

loan Cantacuzino (1863 -1934, născut la Bucureşti), microbiolog, imunolog, epidemiolog, este fondatorul şcolii româneşti moderne de imunologie şi creatorul Institutului de Microbiologie din Bucureşti, care îi poartă numele. Activitatea sa se remarcă prin importante contribuţii la studiu tifosului exantmatic, al tuberculozei, holerei, scarlatinei. A creeat noţiunea de imunitate prin contact ("Problema imunităţii la nevertebrate", 1923). A întemeiat "Revista ştiinţelor medicale" şi "Archives roumaines de pathologie experimentale" în războiul din 1913 a condus campania de combatere a epidemiei de tifos exantematic ("Marea experienţă română"), Este cunoscut ca unul dintre organizatorii luptei împotriva tuberculozei din România. A publicat un număr mare de lucrări care abordează: virionul holerei şi vaccinarea antiholerică, imunizarea activă împotriva dizenteriei şi a febrei tifoide, etiologia şi patogenia scarlatinei, vaccinarea B.C.G. ş.a.

Constantin Levaditi (1874 r 1953, născut în România şi stabilit în Franţa), microbiolog, virusolog şi imunolog, profesor universitar la Cluj, membru al Academiei Franceze de Medicină şi Membru de onoare al Academiei Române, a fost fondatorul şcolii franceze de inframicrobiologie. Câteva din rezultatele muncii sale se concretizează prin lucrări care îşi aduc contribuţia în domeniul cultivării şi punerii în evidenţă în ţesuturi a spirochetelor. El a introdus tratamentul cu bismut în tratarea sifilisului. împreună cu cercetătorul K.Landsteiner a elaborat studii vizând epidemiologia poliomielitei, cultivarea virusului poliomielitei pe alte celule decât cele nervoase. Aceste cercetări au creeat premizele preparării vaccinului antipoliomielitic. Levaditi a studiat şi patologia herpesului, a zonei-zoster, encefalitei letargice,

MiHai Ciucă (1897 - IVO/, născut m Komamaj, proiesor universitar la Iaşi şi la Bucureşti, microbiolog, parazitolog şi igienist român, a fost un foarte activ organizator al campaniei de eradicare a malariei în România, dar şi peste hotare. Activitatea sa de cercetare s-a concretizat prin numeroase lucrări privind fenomenul de bacteriofagie, malarioterapie, patogenie şi epidemiologie a malariei, etiologie şi patologie a scarlatinei. A desfăşurat de asemenea, cercetări asupra rickettsiozelor, salmonelozelor, colibacilozelor. A pus în evidenţă, împreună cu J.B.V.Bordet, lizogenia (1921).

Ştefan Nicolau (1897-1967, născut în România), a fost întemeietorul şcolii româneşti de virologie şi fondatorul institutului de profil care astăzi îi poartă numele. Activitatea sa se remarcă prin contribuţiile fundamentale la studiul a numeroase boli virotice: herpesul, turbarea, febra aftoasă, zona-zoster. El a introdus noţiuni cum ar fi: paraimunitate, septinevrită. Cercetările sale referitoare la hepatita epidemică au dus la izolarea virusului hepatitei epidemice sclerogene („Hepatitele inframicrobiene"). A studiat probleme de oncogeneză („Cancer şi virusuri"). Pentru activitatea sa ştiinţifică a primit premiul de stat.

1.4 Importanţa microbiologiei pentru omenire

Odată demonstrată teoria germinală a bolilor infecţioase, la sfârşitul secolului al XlX-lea, conform căreia aceste boli sunt cauzate de germeni sau microbi patogeni şi nu reprezintă o pedeapsă a divinităţilor aşa cum multă vreme s-a crezut, au devenit posibile:

- studierea, cultivarea şi identificarea agenţilor microbieni responsabili de numeroase infecţii care au afectat omenirea;

- aplicarea conceptului de asepsie, antisepsie şi profilaxie, descoperite de Pasteur şi de alţi câţiva medici şi microbiologi ai epocii.

Graţie cercetărilor întreprinse, s-a ajuns la punerea la punct a unor tehnici care permit controlarea sau prevenirea transmiterii bolilor infecţioase. Sterilizarea este principala aplicaţie a asepsiei, termen care semnifică absenţa totală a microorganismelor dintr-un mediu sau dintr-un produs. Graţie aplicării tehnicilor de acest tip s-a observat în timp o diminuare considerabilă a ratei mortalităţii post-operatorii. Odată cu evoluţia microbiologiei ca ştiinţă a început preocuparea tot

12

mai asiduă pentru salubritatea publică, pentru dezvoltarea metodelor de protecţie şi profilaxie ca mijloace de reducere a riscului contaminării şi a apariţiei unor epidemii.

Imunologia este tot un rezultat al evoluţiei microbiologiei. Dezvoltarea ei ca ramură a microbiologiei a făcut posibilă aplicarea primelor măsuri de prevenţie a contaminării persoanelor sănătoase de către cele bolnave, prin imunizare în urma vaccinării.

De asemenea, colaborarea dintre microbiologi şi chimişti a dus la producerea de substanţe antimicrobiene (antiseptice, dezinfectante, sulfamide, antibiotice).

în zilele noastre microbiologia prezintă un cvadruplu interes: medical, ştiinţific, industrial şi tehnologic.

în plan industrial, microorganismele prezintă un interes economic considerabil. Pe de o parte, ele sunt utilizate în fabricarea unui număr mare de alimente extrem de diverse: pâinea, brânzeturile, iaurturile, murăturile, marinatele, băuturile alcoolice etc., dar şi pentru obţinerea unor produse organice, imposibil de obţinut pe alte căi tehnologice decât cu ajutorul microorganismelor: vitamine, antibiotice, hormoni, insecticide biologice, biomasă proteică neconvenţională etc.

Cunoaşterea microorganismelor şi a modului în care se dezvoltă acestea, fac posibilă evitarea contaminării şi deprecierii materiilor prime şi a produselor alimentare în timpul prelucrării şi stocării lor etc. Este bine să cunoaştem faptul că microorganismele pot deprecia şi materiale ca hârtia, fierul, pielea, pe care trebuie să le protejăm adecvat.

în plan ştiinţific, începând cu anul 1950, microorganismele au devenit preţioase obiecte de cercetare, graţie avantajelor pe care le prezintă: •

- cultivare şi manipulare simple; - multiplicare rapidă ce permite studierea unui număr mare de

generaţii în timp scurt; - stabilitate genetică accentuată; - existenţă unicelulară; Graţie muncii cu microorganismele s-au putut acumula

principalele cunoştinţe actuale de biochimie, genetică, farmacologie. Cercetările de microbiologic se află la originea revoluţiei

biotehnologice de la sfârşitul secolului al XX-lea. Ca urmare a acestora, a devenit posibilă găsirea unor soluţii pentru numeroase probleme teoretice şi aplicative:

- dezvoltarea tehnicilor ADN recombmant care permite integrarea unei gene străine într-un genom bacterian şi astfel, obţinerea în cantităţi însemnate, pe cale industrială, a unor substanţe greu de obţinut pe alte căi;

- cercetarea puterii carcinogene a unor compuşi chimici; - depoluarea unor medii contaminate cu produse toxice, materii

organice provenind din activităţile gospodăreşti, industriale şi agricole; - valorificarea deşeurilor prin producerea de suplimente

alimentare pentru animale şi chiar pentru om, în principal proteine neconvenţionale (Single Cell Protein).

- dezvoltarea unor tehnologii agricole noi, care pot reduce poluarea; de exemplu utilizarea simbiozei leguminoase-bacterii fixatoare de azot pentru eliminarea fertilizării suplimentare cu îngrăşăminte azotate.

1.5 Domeniile microbiologiei

Lumea microorganismelor este extrem de diversă, iar microorganismele se găsesc aproape peste tot. Totodată microbiologia modernă este o disciplină foarte vastă, cu numeroase ramuri speciale. Ea are un puternic impact asupra medicinei, agriculturii, ştiinţelor alimentare, ecologiei, geneticii, biochimiei etc.

Microbiologia este în egală măsură o ştiinţă fundamentală şi aplicativă. Ea poate fi împărţită în două mari ramuri: microbiologie generală şi microbiologie specială. Microbiologia generală se ocupă de morfologia şi fiziologia microorganismelor pe categorii bine definite, pe când microbiologia specială abordează fiecare grup taxonomic în parte (familii, genuri, specii de microorganisme). De asemenea, în ramura microbiologiilor speciale pot fi încadrate şi acele microbiologii cu un caracter aplicativ strict delimitat, cum ar fi: microbiologia medicală şi imunologia, microbiologia industrială, microbiologia agricolă, fitopatologia, microbiologia alimentară, geomicrobiologia, microbiologia apei, a aerului etc.

Microbiologii la rândul lor pot fi specialişti în anumite domenii ale microbiologiei, fiind spre exemplu: virusologi (studiază virusurile), bacteriologi (studiază bacteriile), algologi (studiază algele), micologi (studiază ciupercile) etc. De asemenea, ei pot studia probleme de citologie, fiziologie, ecologie, genetică, taxonomie microbiană, biologie

14

moleculară etc. Mulţi microbiologi lucrează în domenii aplicative ale microbiologiei, cum ar fi microbiologia medicală, microbiologie alimentară sau şi mai strict, microbiologia produselor lactate.

Cu ce se ocupă microbiologul profesionist? Acela care lucrează în domeniul medical trebuie să identifice

agentul patogen care determină o boală infecţioasă Ia om sau la animal. Microbiologul din domeniul sănătăţii publice este în legătură cu cel ce lucrează în domeniul medical, dar el trebuie să prevină îmbolnăvirea populaţiei, controlând starea de igienă a localurilor publice, a halelor de producţie alimentară, a surselor de apă ce deservesc localităţile etc. Microbiologul ecologist studiază relaţiile dintre microorganisme şi habitatul lor. El este interesat de contribuţia microorganismelor la ciclul carbonului, al azotului, al sulfului, în sol, apă etc. Acesta studiază totodată efectele poluării asupra microorganismelor, dar şi modul în care microorganismele influenţează această poluare, accentuându-i sau diminuându-i efectele.

Viitorul microbiologiei este strălucit. Dezvoltarea tehnicilor ADN recombinant şi a ingineriei genetice, face ca microbiologia să se dezvolte mult mai rapid azi decât în trecut.

Promisiunile microbiologiei au fost foarte bine redate de microbiologul Ren Dubos: "Cât de extraordinar este că peste tot în lume, microbiologii participă astăzi la activităţi atât de diferite ca studiul structurii unei gene, controlul unei boli, procesele industriale bazate pe capacitatea fenomenală a microorganismelor de a descompune şi sintetiza molecule organice complexe. Microbiologia este una dintre profesiile cele mai gratifiante pentru că ea dă practicienilor ei posibilitatea de a fi în contact cu toate ştiinţele naturale şi de a contribui pe numeroase căi la bunăstarea omenirii." (după Prescot, Harley, Klein, 1995).

1.6 Caracteristicile fundamentale ale microorganismelor

Microorganismele se deosebesc de alte entităţi vii printr-un anumit număr de proprietăţi structurale şi funcţionale: tip de organizare celulară caracteristic, unicelularitate, in vizibilitate cu ochiul liber, potenţial metabolic specific, omniprezenţă şi abundenţă.

1.6.1 Organizarea celulară

Cu excepţia virusurilor, toate microrganismele prezintă o organizare celulară. După cum se ştie, celula este unitatea funcţională a tot ceea ce este viu, capabil să funcţioneze autonom, adică să se

ansamoiui aciivnaţiior mtraceiuiare şi extraceiuiare (autoreglare) şi sa se reproducă (autoreproducţie).

Organizarea celulară a microorganismelor prezintă două grade de complexitate, ceea ce face posibilă distingerea a două grupe de microorganisme: procariotele şi eucarioteleln tabelul 1.2 sunt prezentate elementele esenţiale ce fac posibilă departajarea microorganismelor procariote de cele eucariote. Cei doi termeni care definesc grupele generale de microorganisme prezente în lumea vie îşi au originea în limba greacă (caryon = nucleu). La acest cuvânt s-au adăugat prefixele pro şi eu care înseamnă înainte, respectiv adevărat. Altfel spus, procariote = înainte de organizare nucleară şi eucariote = cu nucleu adevărat. Eucariotele au o organizare celulară mai complexă decât procariotele, au un nucleu delimitat de o membrană nucleară, cu mai mulţi cromozomi, faţă de procariote care au un nucleu fără membrană proprie şi cu un singur cromozom. Microorganismele eucariote sunt unicelulare, dar adesea există şi forme pluricelulare sau constituite din filamente plurinucleate, numite coenocite. Microorga-nismele procariote sunt întotdeauna unicelulare. Microorganismele eucariote, deşi adesea pluricelulare coenocitice, nu prezintă niciodată o diferenţiere sau o specializare celulară, fapt ce este observat numai la organismele eucariote superioare (plante, animale).

Tabelul 1.2 Caracteristicile generale ale celulei procariote şi eucariote

Caracteristica Procariote Eucariote Organizare celulară Organizare nucleară

Organite specializate Tip de organizare

Grupe de microorganisme

simplă aparat nuclear

"nucleoid" 1 rare

unicelulară

bacterii

complexă nucleu adevărat delimitat de o membrană numeroase unicelulară,, pluricelulară, coenocitică alge, fungi (ciuperci microscopice), protozoare

Prezentarea mai detaliată h caracteristicilor anatomice şi funcţionale ale celor două tipuri dfe organizare celulară prezente în lumea vie este redată sintetic în tabelul 1.3 şi în figura 1.1 a şi b.

Deşi se studiază la microbiologie, virusurile fac parte dintr-un grup distinct. Ele nu au organizare celulară, iar structura lor este rudimentară, fiind alcătuite doar din două părţi

16

Corpi de Mezozom Nucleoid Ribozom incluziune Capsulă

Fig. 1.1 a Structura celulei procariote (bacterie flagelată)

Av = vacule autofagice C = centriol CH = cloroplast Ci = cil CR = cromatina DV = vaculă digestivă F = microfilamente G = glicogen GA = Aparat Golgi GE, GERL, LD - picături lipidice M = mitocondrie MT = microtubuli N = nucleu NU = nucleol P = peroxizom PL = lizozom primar PM = membrană plasmatică PV = vacuole pinocitare R = ribozomi şi polizomi Rb = corpi reziduali RER = reticul endopiasmic

rugos SER = reticul endopiasmic

neted SY - vacuole secretorii

TSÎ ^ t o

Caracteristici Procariote Eucariote Animale Vegetale

Anatomice Peretele celular prezent absent prezent Membrana celulozică absentă absentă prezentă* Membrana citoplasmică prezentă prezentă prezentă Membrana nucleară absentă prezentă prezentă Nr. cromozomi 1 singur grup

linkage (cromozom

circular)

mai mulţi decât 1 mai mulţi decât 1

ADN independent de nucleu ADN plasmidial ADN mitocondrial ADN mitocondrial

şi cloroplastic Citoplasma gel permanent

fară curenţi citoplasmatici

transformări reversibile

sol-gel, curenţi citoplasmatici

transformări reversibile

sol-gel, curenţi citoplasmatici

Ribozomii subunităţi de SOS şi 50S

Subunităţi de 40S şi 60S asociate

Subunităţi de 40 S şi 60 S asociate

libere în reticulului reticulului citoplasmă endoplasmic endoplasm ic

Mitocondriile absente (mezozoinii sunt

. echivalenţi funcţional

mitocondriilor)

. , prezente prezente

Reticulul endoplasmic absent prezent prezent

Aparatul Golgi: absent prezent prezent Lizozomii absenţi prezenţi prezenţi Cloroplastele absente

(cromatofdre la bacterii)

absente prezente cu excepţia fungilor

Vacuolele absente prezente prezente Centriolul absent prezent prezent

Funcţionale . . : ~

Tipul respirator aerob, anaerob aerob aerob, fermentativ la unii fungi

Diviziunea mitotică absentă (fisiune binară) prezentă prezentă

Diviziunea meiotică absentă prezentă prezentă Mobilitatea -flageli simpli

(filament axial) -alunecare

-flageli sau cili complecşi -mişcări amoeboide

absentă**

* la ciuperci este prezentă chitina ** unele alge şi unii fungi produc celule reproducătoare mobile

18

Celula procariotă are o organizare simplă, iar volumul celular mai mic. Ea nu are un nucleu adevărat, delimitat de o membrană. Numărul de organite specializate este foarte mic.

Celula eucariotă are o organizare complexă, cu nucleu adevărat şi numeroase organite specializate.

Virusurile nu au citoplasmă şi nu au un sistem propriu producător de energie. Altfel spus nu au metabolism propriu, fapt ce face ca ele să fie în totalitate dependente de celula gazdă în care se dezvoltă. Spunem că virusurile sunt parazite obligat intracelulare.

1.6.2 Unicelularitatea şi mvizibilitatea Aceste trăsături disting microorganismele de alte categorii de

vieţuitoare. Dacă excludem câteva excepţii rare, talia celui mai mare microorganism nu depăşeşte câteva sute de microni. Deci, nu poate fi văzută cu ochiul liber.

1.6.3 Talia şi volumul celular Cele două trăsături sunt variabile în funcţie de specie.

Procariotele sunt în medie mult mai mici decât eucariotele. Câteva exemple se pot observa în tabelul 1.4

Tabelul 1.4 Talia şi volumul unor eucariote şi procariote (după J.P.Regnault, 1990)

Microorganisme Talia (\xm) Volumul mediu (£im3) E u c a r i o t e

Alge unicelulare gen. Micromonas 1 5 - 15 000

Protozoare Amoeba pro teu s

Paramecium caudatum

400-600 150-200 10 000 -50000

Levuri Saccharomyces cerevisiae 1 -30 20 -50

P r o c a r i o t e Staphyîococcus aureus 0,5-1

Escherichia coli 0,5 - 2,5 1 -5 Salmonella typhi 0,5-3

Diametrul mediu al unei bacterii este cuprins între 0,5 şi lmm, iar lungimea bacteriilor de formă alungită (bacilii) nu depăşeşte, tn medie, 3 - 5mm. Amoeba şi parameciul, eucariote unicelulare din categoria protozoarelor, măsoară între 400 şi 600 mm, în cazul primei şi 150 - 200 în cazul celei de a doua.

Microorganismele şi în principal bacteriile, sunt dotate cu un potenţial metabolic şi de reproducere considerabil. în funcţie de specie, el poate să se dezvolte fie pornind de la materii minerale, fie pornind de la variate materii organice prezente în natură. Faţă de alte vieţuitoare, microorganismele dispun de mai multe mijloace de a-şi procura energia necesară activităţii lor vitale.

Din cauza taliei mici şi a simplităţii de organizare, procariotele sunt considerate adesea forme de viaţă primitive, inferioare. Acest punct de vedere este însă eronat. în primul rând, raportul suprafaţă/volum foarte mare, le conferă un avantaj considerabil, capacitatea de absorbţie a elementelor nutritive fiind direct proporţională cu acest raport. Urmare a acestui fapt, bacteriile au o putere metabolică infinit superioară faţă de a tuturor vieţuitoarelor. S-a calculat că metabolismul lor este de 2,5 milioane de ori mai intens decât cel al omului.

Microorganismele şi în principal procariotele, sunt dotate şi cu un potenţial de reproducere considerabil. De exemplu, speciei bacteriene Staphylococcus aureus i-ar trebui în jur de 2 zile pentru ca o cultură a acesteia să ajungă la o masă de 6xl027g, ceea ce reprezintă masa Terrei. Este de înţeles faptul că niciodată o astfel de cultură nu va găsi suficiente elemente nutritive pentru a menţine un ritm de creştere de asemenea proporţii. Comparând microorganismele cu organismele superioare, s-a constatat că o populaţie bacteriană îşi dublează masa sa tot la 3 minute, ceea ce o planţă face în două săptămâni şi un animal în trei luni. O vacă de 500kg nu produce pe zi dacât 500g proteină, în timp ce aceeaşi masă de microorganisme poate produce de la 2 la 5 tone proteină în 24 ore.

în prezent, utilizarea reziduurilor petroliere pentru obţinerea de proteină neconvenţională este o practică biotehnologică frecvent practicată în ţările avansate pentru suplimentarea hranei animalelor. Această practică se bazează tot pe valorificarea potenţialului metabolic şi dc rcproduccrc excepţional al microorganismelor. Astfel, pornind de la o tonă de reziduuri petroliere se poate obţine peste o tonă de levuri uscate sau 0,75 t proteină brută, echivalentul a 1,7 t turte de soia.

20

1.6.5 Omniprezenţa şi abundenţa

O altă caracteristică importantă a microorganismelor este abundenţa lor. Microorganismele sunt prezente peste tot în natură: în aer, în apă, în sol, la suprafaţa ţesuturilor animale şi vegetale etc. Consecinţa prezenţei lor pretutindeni poate însemna pentru om, animale, plante, apariţia unor boli. Contra agresiunii acestora, organismele vii şi-au creat sisteme proprii de luptă şi apărare prin sistemul imunitar caracteristic. împotriva degradării produselor alimentare de către microorganisme, omul a creeat procedee de conservare adecvate. Nu toate microorganismele sunt însă periculoase, omul profitând de-a lungul anilor de existenţa celor utile.

Deasemenea, prezenţa lor în biosferă este importantă pentru producerea de 02 , descompunerea şi reciclarea materiilor organice, circuitul elementelor minerale etc. Prin urmare, nu trebuie să neglijăm rolul ecologic determinant al microorganismelor în natură.

în ceea ce priveşte abundenţa lor, microorganismele formează grupul de vieţuitoare cel mai numeros reprezentat, cu densitatea cea mai mare. în fiecare gram de sol fertil se regăseşte mai mult de un miliard de microorganisme. în tubul digestiv al animalelor acest număr atinge lmiliard /ml: S-a evaluat de asemenea, că masa tuturor microorganismelor depăşeşte în biosferă pe aceea a altor categorii de vieţuitoare.

1.6.6 Diversitatea lumii microbiene

Lumea microbiană numără în prezent peste 500 000 specii, ceea ce demonstrează marea variabilitate naturală a acestei categorii de vieţuitoare, diversitate ce face dificilă atât clasificarea cât şi studierea microorganismelor.

în prezent, lumea microorganismelor este împărţită de către specialişti în următoarele categorii; alge unicelulare, protozoare, micele (fungi), bacterii şi virusuri.

în afară de virusuri, care reprezintă un grup particular, toate celelalte categorii de microorganisme se caracterizează prin câteva trăsături comune. Acestea sunt:

- organizarea de tip celular; - metabolism propriu, independent;

In cele ce urmeaza vom trece m revista pe scurt caracterele distinctive ale grupelor enumerate mai sus (tabelul 1.5).

în secolul al XÎII-lea Antonie Van Leeuwenhoeck evidenţiază pentru prima dată marea diversitate a lumii microbiene. Mai târziu, în perioada lui Pasteur, devine posibilă inventarierea diferitelor caracteristici care permit clasificarea în diferite grupe a microorganismelor. înainte de descoperirea microorganismelor, toate organismele vii erau clasificate în două mari grupe (regnuri), clasificare făcută de către Linne: regnul animal şi regnul vegetal. Această clasificare, recunoscută de către primii naturalişti, a fost rapid confirmată prin argumente ştiinţifice:

- organismele animale obţin energia din oxidarea materialelor organice, acumulând substanţe de rezervă, grăsimi sau glicogen, se mişcă activ, iar celula lor. este lipsită de perete celular.

- organismele vegetale sunt fotosintetizante, utilizând lumina ca sursă de energie; ele sintetizează amidonul ca rezervă nutritivă, sunt imobile, iar celula lor posedă perete celular.

După cunoaşterea şi descrierea noilor forme de viaţă descoperite odată cu descoperirea microscopului - microorganismele - încadrarea lor în unul din cele două regnuri, vegetal şi animal, devine extrem de dificilă, cu toate că unele grupe prezintă trăsături care le apropie de plante, iar altele care le apropie de animale. Astfel, algele şi ciupercile prezintă anumite trăsături comune plantelor, ca de exemplu capacitatea de fotosinteză şi .prezenţa peretelui celular celulozic în cazul primelor şi al peretelui celular chitinos al celorlalte. De asemenea, protozoarele mobile non-fotosintetizante pot fi considerate animale, după cum indică şi denumirea lor de origine greacă (protos = primitiv şi zoon = animal). Contrar punctelor comune ale acestor grupe de microorganisme cu lumea plantelor şi a animalelor, bacteriile nu au putut fi asimilate nici uneia dintre ele. Totodată, unele microorganisme prezintă simultan proprietăţi ale ambelor regnuri. De exemplu, specia de protozoare Euglena gracilis se caracterizează prin faptul că nu are membrană celulară celulozică ci o membrană elastică. Ea are şi flageli. Aceste trăsături ar putea să determine încadrarea euglenei în categoria animalelor. Totuşi, ea are cloroplaste şi realizează fotosinteză, ceea ce face posibilă încadrarea ei în lumea plantelor.

22

Tabelul 1.5 Caracteristici distincte ale algelor, protozoarelor, micetelor, bacteriilor şi

virusurilor (după Regnault J.P., 1990)

Caracteristica Alge Protozoare Micete Bacterii Virusuri Organizare celulară

Prezentă Prezentă Prezentă Prezentă Absentă

Organizare Unicelulare Unicelulare Unicelulare Unicelulare biologică Pluricelulare coenocitice Perete celular Prezenţa

celulozei Absent Prezenţa

chitinei Prezenţa peptido-glicanului

-

Tip nutriţional Exclusiv Exclusiv Exclusiv Autotrof sau autotrof heterotrof heterotrof heterotrof în

funcţie de grup

-

Fotosinteză Prezentă Absentă Absentă Prezentă sau absentă în funcţie de grup

-

Posibilităţi de cultivare în Da Da Da Da Nu mediu sintetic Mobilitate Absenta* Prezentă Absentă Prezentă în

funcţie de grup

Absentă

Reproducere Prezentă Prezentă Prezentă Prezentă Absent autonomă Modul cel mai Asexuată Asexuată Asexuată Asexuată Sinteza frecvent de Fisiune Fisiune Fisiune Sciziparitate constitu-reproducere binară binară binară enţilor

virali prin interme • diul celulei gazdă

* există unele excepţii

Pentru ieşirea clin acest impas, zoologul german Ernst Haeckel propune în 1868 creearea unui al III-lea regn, acela al Protistelor, care reuneşte: algele unicelulare, protozoarele, fungii şi bacteriile.

Acest punct de vedere a fost recunoscut de cea mai mare parte a microbiologilor epocii.

în 1937, Chatton propune cele două tipuri de organizare celulară în cadrul lumii vii: celula de tip eucariot şi aceea de tip procariot Această departajare de ordin citologic a condus la divizarea lumii Protistelor în două mari categorii: Protiste superioare sau eucariote,

albastre-verzi). Marea diversitate morfologică şi fiziologică observata în rândul

reprezentanţilor regnului Protista a încurajat abordarea de către Whittaker şi Margulis în 1978 a unei noi clasificări, aceea cu 5 regnuri: Monera (Bacterii şi Cyanobacterii), Protiste (Protozoare şi Chrysophyte), Fungi sau Mycete (Mucegaiuri, Levuri, Ciuperci adevărate), Plante (Alge verzi, brune, roşii, Bryophitae şi Trachaeophytae) şi Animale (Metazoare). Cele două regnuri nou introduse de Whittaker erau iniţial încadrate în acelaşi grup, al plantelor, dar ele prezintă 4 trăsături care le diferenţiază de acesta: heterotrofia (dependenţa de materia organică), prezenţa altor constituenţi chimici în peretele celular decât celuloza, organizarea celulară frecvent coenocitică, modul de reproducere. Deci, criteriile fundamentale în clasificarea cu 5 regnuri au fost complexitatea organizării celulare şi tipul nutriţional. Se poate observa că în acest tip de clasificare, microorganismele se regăsesc în 3 regnuri: Monera, Protiste şi Fungi.

Totuşi se constată că în unele clasificări termenul de Monera nu este utilizat pentru a desemna denumirea acestui regn. De exemplu, în Manualul Bergey, ediţia 1974, cel mai consacrat determinator pentru bacterii, aceste microorganisme sunt încadrate în grupul Procariote.

în ciuda opiniilor contradictorii exprimate de diverşi cercetători în evoluţia microbiologiei, tendinţa actuală este aceea de a considera regnul Protiste ca fiind în exclusivitate rezervat unicelularelor, aşa încât clasificarea cu 3 regnuri este Cea mai utilizată.

Clasificarea făcută de Whittaker este însă de interes pentru că sugerează anumite relaţii evolutive între diferitele grupe descrise de acesta.

Dezvoltarea noilor tehnici de biologie moleculară au bulversat încă o dată clasificările existente. Graţie acestora, s-a putut constata că unele organisme care prezintă o organizare celulară identică pot fi distincte ca urmare a unor diferenţe majore de ordin molecular. Relevând prezenţa unor constituenţi celulari proprii unor anumite grupuri microbiene, cercetările recente au scos la iveală diferenţe de nebănuit între procariote şi au impus reconstituirea unor relaţii filogenetice. Astfel, s-au lansat noi ipoteze privind evoluţia vieţuitoarelor şi s-a stabilit că toate microorganismele unicelulare,

24

metazoarele şi metaphytele descind dintr-un grup ancestral comun denumit Progenote. Prin tehnici de genetică moleculară ce permit reperarea secvenţelor nucleotidice identice s-au putut regăsi caracteristici ancestrale ale organismelor şi s~a putut demonstra ipoteza strămoşului comun. ( Aplicând o tehnică propusă de C.Woese în 1990, a fost reluată chestiunea clasificării procariotelor şi a fost pusă în dubiu pertinenţa regnului Monera ca unitate ce regrupează această categorie de organisme. Cercetările lui Woese demonstrează existenţa a 2 grupuri distincte de procariote: Arheobacteriile, de la grecescul arheos care înseamnă vechi şi Eubacteriile de la eu care înseamnă adevărat în aceeaşi limbă. Astăzi se consideră că există 3 linii diferite de microorganisme: Arheobacteriile, Eubacteriile şi microorganismele eucariote (tabelul 1.6) ce se diferenţiază între ele printr-un anumit număr de caracteristici moleculare ce se repetă şi care vizează:

- natura constituenţilor peretelui celular; - tipul de lipide prezente în membrane; -prezenţa sau absenţa unor anumite baze azotate în acizii

nucleici; - natura pigmenţilor fotosintetici; Arheobacteriile Acestea se disting de eubacterii prin diferite caracteristici

biochimice, în principal prin natura constituenţilor peretelui celular. Astfel, peretele celular al arheobacteriilor conţine substanţe bogate în proteine, în timp ce peretele celular al eubacteriilor este constituit din peptidoglican, o substanţă care se regăseşte doar la acestea. în categoria arheobacteriilor se includ: bacteriile termoacidofile, bacteriile halo file şi bacteriile metanogene. Ele se disting unele de altele prin caracteristici biochimice şi ecologice specifice care explică adaptarea acestora la condiţiile de viaţă tipice unor ere îndepărtate, când mediul în care trăiau era bogat în metan şi săruri, iar temperatura era ridicată.

Bacteriile termoacidofile nu se pot dezvolta decât în medii cu temperatură ridicată şi foarte acide (80°C, pH sub 2). Asemenea bacterii se mai găsesc astăzi în surse termale de apă. Genul Sulfobolus este un exemplu de bacterie termoacidofilă şi poate fi izolată din izvoare termale sulfuroase.

Bacteriile halofile se pot întâlni în apele sărate ale oceanelor (salinitatea apei este de 3,5%), dar şi în Marea Moartă, unde

Bacteriile metanogene sunt foarte răspândite în natură. Ele sunt acelea care produc metanul. Ele se dezvoltă în medii sărace în oxigen şi bogate în hidrogen şi gaz carbonic: în ape stagnante, în staţii de epurare a apelor, în intestinul unor animale. Graţie capacităţii lor de a reduce gazul carbonic la metan, această grupă de microorganisme a fost cea mai adaptată în atmosfera bogată în gaz carbonic şi hidrogen şi săracă în oxigen a începutului vieţii pe pământ. Un gen al acestui grup de arheobacterii este Methanobacterium.

Până în prezent se cunosc destul de puţine detalii referitoare la evoluţia acestor 3 grupe de arheobacterii, dar se presupune că, cel mai vechi grup este acela al bacteriilor metanogene din care a descins cel al halofilelor, termoacidofilele dezvoltându-se complet separat.

Tabelul 1.6 Caractere discriminatorii între arheobacterii, eubacterii şi eucariote

Caracteristici Arheobacterii Eubacterii Eucariote Talia (L) 1 um lfim lO im Peretele celular -diverşi

constituenţi -niciodată acid muramic

-acidul muramic este întotdeauna prezent ca şi peptidoglicanul

-fără perete celular (eucariotele animale) -perete celular fără peptidoglican (eucariotele vegetale)

Lipidele membranare

-în lanţuri ramificate cu legături esterice

-în lanţuri drepte cu legături esterice

-în lanţuri drepte cu legături esterice

i Membrană nucleară

absentă absentă prezentă

Cromozomi 1 1 întotdeauna mai mulţi ARN de transfer Timidine absente Timidine absente

în general Timidine prezente în general

Ribozomi (talia subunităţilor)

30S, SOS 30S,50S 40S} 60S

Lungimea ARN ribozomal 16S

1500 nucleotide 1500 nucleotide 1800 nucleotide

Lungimea ARN ribozomal 23 S

2900 nucleotide 2900 nucleotide 3500 nucleotide şi mai multe

Flageli absenţi prezenţi prezenţi Pigmenţi fotosintetici

bacteriorodopsine bacterioclorofile Clorofile, carotenoide

! Diviziunea ; celulară

Fisiune binară Fisiune binară Mitoză, meioză

26

Eubacteriile

, în acest grup se încadrează bacteriile care se disting de arheobacterii prin câteva caracteristici anatomice şi biochimice, după cum s-a văzut în tabelul 1.6. Aici se includ cyanobacteriile sau algele albastre-verzi, bacteriile fotosintetizante roşii şi cele verzi, spirochetele şi bacteriile comune.

Cyanobacteriile, bacteriile fotosintetizante roşii şi cele verzi se disting în principal de bacteriile din alte grupuri prin faptul că ele conţin pigmenţi fotosintetizanţi cu ajutorul cărora transformă energia solară în energie utilă activităţii celulare. Trebuie semnalat faptul că fotosinteza realizată de bacteriile fotosintetice roşii şi verzi este diferită de cea a cyanobacteriilor şi plantelor pentru că la prima categorie procesul se realizează în anaerobioză, pe când la cele din urmă, în aerobioză. Cyanobacteriile se întâlnesc în numeroase ape dulci şi marine. Genuri reprezentative: Anaboena, Nostoc etc.

Spirochetele se deosebesc de alte bacterii prin forma lor spiralată, peretele celular flexibil şi modul de locomoţie particular. Ele se deplasează cu ajutorul unui filament axial situat în interiorul celulei ceea ce imprimă întregii celule o mişcare rapidă de rotaţie. Unele spirochete trăiesc în medii naturale: sol, ape dulci, oceanice, în timp ce altele trăiesc sub formă parazită în ţesuturile omului şi ale animalelor. Este cazul genurilor Treponema, Borrelia, Leptospira.

Bacteriile comune formează o lume extrem de vastă şi de diversă. Ele se caracterizează prin unicelularitate, printr-un perete celular rigid, bogat în acid muramic, un compus al peptidoglicanului. Unele specii au mijloace specifice de deplasare. Ele nu sunt fotosintetizante.

Un număr mare de specii se regăsesc în medii naturale, altele colonizează pielea, mucoasele animalelor, ale omului sau trăiesc pe suprafaţa plantelor.

Se constată că diferitele grupe de eubacterii se diferenţiază între ele prin numeroase caractere. Figura 1.2 ilustrează locul microorganismelor pe scara evolutivă a lumii vii, după observaţiile făcute de C. Woese.

Fig. 1.2 - Locui microorganismelor în lumea vie (Schemă - J.P.Regnault, după observaţiile lui C.Woese)

1.6.7 Locul virusurilor în lumea microbiană

Am constatat că toate clasificările abordate, referitoare la poziţia microorganismelor în lumea vie, nu ţin seama de existenţa virusurilor. Aceasta se datoarează faptului că ele ocupă un loc aparte în lumea microbiană. Din punct de vedere al organizării lor, acestea nu pot fi considerate microorganisme, fiind situate mult sub cele mai simple bacterii. între eubacterii şi virusuri se află totuşi microorganisme care pot fi considerate intermediare între cele două. Ele sunt: micoplasmele, rickettsiile şi chlamidiile, care deşi au o organizare celulară procariotă ca şi eubacteriile, nu prezintă toate trăsăturile tipic bacteriene, apropiindu-se adesea de lumea virusurilor. Totuşi, majoritatea trăsăturilor acestor grupuri de microorganisme nu permit încadrarea lor în lumea virusurilor, ci a bacteriilor (tabelul 1.7).

28

i,. Tabelul 1.7

Comparaţie între eubacterii, mycoplasme, rickettsii, chlamidii şi virusuri

v \Carac ter i s t ica

Categor ia l , microbio-logică ^ x ^

Prezenţa simultană

ADN, ARN

Prezenţa peretelui

celular

Reproducerea prin

fisiune binară

Prezenţa unui sistem generator de energie

Parazitism obligat

intraceluiar

Virusuri - +

Rickettsii + + + + Chlamidii Mycoplasme + + + _ Eubacterii + + + + -

- absent; + prezent

Mycoplasmele sunt, faţă de celelalte categorii în discuţie, singurele care nu au un perete celular. Se constată că Eubacteriile şi Mycoplasmele au un sistem propriu producător de energie, ceea ce face posibilă cultivarea lor pe medii de cultură în laborator. Opus acestora, Rickettziile şi Chlamidiile nu pot efectua propria lor biosinteză, pentru că sunt lipsite de cea mai mare parte a enzimelor responsabile de această activitate. Ele trebuie deci, să apeleze la metabolismul celulei pe care o parazitează. Eubacteriile şi Mycoplasmele sunt parazite extracelulare, în timp ce Rickettziile şi Chlamidiile sunt parazite obligat intracelulare. Această dependenţă de celula gazdă face ca ele să nu poată fi cultivate decât "in vivo", la fel ca şi virusurile, pe culturi de ţesuturi sau celule, în animale de laborator vii, în ouă embrionate. Ea se datorează simplităţii genomului acestor două categorii de bacterii. Spre exemplu, genomul Chlamidiilor nu conţine decât 10% din ADN regăsit la eubacterii.

Virusurile nu au nici ele im echipament enzimatic propriu şi nu pot trăi autonom, fiind de asemenea, parazite obligat intracelulare. Cu toate acestea, nu putem spune despre virusuri că sunt simple structuri moleculare autoreproductibile, deoarece structura lor fizico-chimică prezintă un grad de organizare superior. în plus, virusurile sunt capabile de continuitate genetică, o caracteristică fundamentală a viului. Astăzi virusurile nu mai pot fi considerate cele mai simple forme de organizare, acestea fiind viroizii şi prionii, despre care vom vorbi la momentul potrivit. Se cunoaşte în prezent faptul că viroizii sunt formaţi dintr-o moleculă de ARN de 10 ori mai mică decât cel mai mic virus. Prionii sunt formaţi, la rândul lor, dintr-o moleculă de ARN de 100 de ori mai mică decât cel mai mic virus. Ei produc maladii grave. Boala

bolnave. Maladia Creutzfeldt-Jacob este cauzată de un pnon şi se caracterizează, de asemenea; prin afectarea progresivă şi iremediabilă a sistemului nervos central.

oj itu a M^'t i>

• Fi > > i-Tr.î • • ii ÎJL>: > • • v • - ' ; ^ * . : - <r • .t - f r ' v- . ^ 1 . •

tS> fj..-' .•;•'" : .;• Vv • ' - : ir;,"'-*1- . »*• "'-î a. a

* . . ; . , ' '-T; 1 • * r ' - -i '

-.v'Of i*ii lOvi^^^ îO , .. v* :•

• ' " . , , .v -r» ' • : <r

ma ! - .{, ; - : a . . . M rf . . - - f ' i îi 1

' • V " " - - * * •

st\ î , ' * . • ' -*;r . w . '-, ..î_r?. • . • ..ii,

« T' - " ,,

t o _ t • . ^ : " ; - : / ' i : r -

30

2. MICROORGANISME PROCARIOTE -ANATOMIA CELULEI BACTERIENE

După cum am văzut în capitolul precedent, procariotele formează un grup vast compus din două subgrupe: cel al Arheobacteriilor şi cz 1 al Eubacteriilor. Bacteriile reprezintă grupul cel mai important de microorganisme atât din punct de vedere al numărului de reprezentanţi cât şi al importanţei ecologice şi practice pentru om. în plan teoretic, înţelegerea celei mai mari părţi a fenomenelor biochimice şi de biologie moleculară se datoreaiză cercetării bacteriilor.

în prezentul capitol vom aborda problemele referitoare la talia, forma, organizarea şi funcţionarea celulei bacteriene. Deoarece importanţa practică a arheobacteriilor este mai restrânsă, ele nefiind implicate în domeniile medical şi tehnologic, ne vom ocupa în cele ce urmează cu precădere de grupul eubacteriilor.

2.1 Talia, forma şi gruparea bacteriilor 2.1.1 Talia bacteriilor

Trebuie să subliniem de la început faptul că bacteriile au o talie redusă, de 100 de ori mai mică decât aceea a celulei eucariote. Dimensiunea celulei bacteriene este totuşi variabilă în funcţie de specie, fiind o caracteristică determinată genetic. Cele mai mici bacterii pot avea un diametru de aproximativ 100 - 200nm. Este vorba despre specii aparţinând genului Mycoplasma care au talia apropiată de aceea a celor mai mari virusuri (Poxvirusurile). Unele bacterii pot avea o talie destul de mare. Astfel, unele Spirochete pot atinge chiar 500|iim lungime. La fel, Cyanobacterii ale genului Oscillatoria, au în jur de 7jam diametru, adică acelaşi diametru pe care îl are o globulă roşie. Specia E. coli este considerată o bacterie de talie medie, având dimensiunile cuprinse între 1,1 - l,5jam lăţime şi 2 - 6\xm lungime.

Diametrul aproximativ (lăţime x lungime în nm

Oscillatoria Globulă roşie

E. coli

Rickettsie

Poxvirus

Virusul gripei

Bacteriofagul T2 E.coli Virusul mozaicului tutunului Virusul poliomielitei

7.000

1.300x4.000

475

230x320

85

65x95 65x95

27

5,4 ori diametrul bacteriei E,coli prezentate dedesupt

l l l lp r I I P -

Fig. 2.1 - Talia bacteriilor în comparaţie cu aceea a globulei roşii şi a virusurilor

2.1,2 Principalele tipuri morfologice de bacterii

Forma celulei bacteriene este, la fel ca şi dimensiunile ei, o caracteristică determinată genetic, deci stabilă intraspecific. Există însă şi numeroase specii care se aseamănă între ele, atât în ceea ce priveşte forma, cât şi dimensiunile, lucru explicabil la un grup de vieţuitoare atât de mici şi simple cum sunt bacteriile. Cu toate acestea, după cum vom vedea în cele ce urmează, în lumea bacteriilor există o mare diversitate în ceea ce priveşte forma.

32

Principalele tipuri şi subtipuri morfologice de bacterii Tabelul 2A

Tipul morfologic Subtipol morfologie Caracteristici Aspect microscopic Cxempfe Bacteriile sferice sau cocii

gr. kokkos — sămânţă Coci simpli (Micrococi)

Bacterii sferice izolate ANEXA i Micrococcus aureus Bacteriile sferice sau cocii gr. kokkos — sămânţă

Dîplococi gr. dipJos - dublu

Rezultă prin diviziunea cocilor după un singur plan, urmată de menţinerea împreună a celulelor fiice, sub formă de perechi. Există dîplococi care se abat de la forma sferică perfectă: -bacteriile "flacără de lumânare" -bacteriile "reniforme" sau "boabe de cafea'4

ANEXA 1 Diplococcitspneumoniae

Gen Piieum ococcus Gonococcus;

Metiingococcus.

Bacteriile sferice sau cocii gr. kokkos — sămânţă

Streptococi gr. streptos — împletit

Rezulta prin diviziunea repetată a cocilor după un singur plan, urmată de menţinerea. împreună. înlănţuite, a celulelor fiice

ANEXA 1 Slreplococcusfaecalis

Bacteriile sferice sau cocii gr. kokkos — sămânţă

Tetracoci sau coci grupaţi în

tetrade

Rezultă prin diviziunea cocilor după 2 planuri perpendiculare unul pe altul, urmată de formarea unui grup de 4 celule numite tetrade care se menţin împreună

ANEXA 1 Mycr ococcus tei rage nes

Bacteriile sferice sau cocii gr. kokkos — sămânţă

Sarcina Rezultă prin diviziunea cocilor după 3 planuri perpendiculare unele pe altele, urmată de formarea unor grupări cubice de câte 8 - 1 6 celule

ANEXA 3. Sarcinafa/va

Bacteriile sferice sau cocii gr. kokkos — sămânţă

Stafîlococi gr. siaphUos -

ciorchine

Rezultă prin diviziunea cocilor după mai multe planuri succesive neregulate, urmată de formarea unor grupări asemănătoare unor ciorchini

ANEXA i Slaphylococcus aureus

Lampropedia Diviziunea repetată a cocilor urmată de formarea unor aglomerări de 16 - 32 - 64 celule dispuse într-un singur plan, asemeni unor "tablete" rectangulare

ANEXA i Tximpropedîa hyaîina

Bacteriile cilindrice sau bacili

gr.bacillus = baston aş

Drepte Simplft cu capete

rotunjite

Bacili izolaţi care au formă cilindrică tipică şi capetele rotunjite

ANEXA 1 Escherichîa coti Listetia monocyiogenes

Diplobacili cu capetele rotunjite

Bacili grupaţi în perechi, uniţi prin extremităţile lor

ANEXA I

Streprobacili cu capete rotunjite

Bacili înlănţuiţi, uniţi prin extremităţile lor

ANEXA 1 BaciUus rmgater ium

-grupaţi în palîsadă sau gard

Bacili înlănţuiţi, uniţi pe lungime

-grupaţi în rozetă sau stea

Bacili care formează lanţuri scurte ce se reunesc în capete sub forma de stea sau rozetă

Agrobacter'mm tnmefaciens

Bacili cu capete retezate

Pot fi înlănţuiţi sau izoîatî

Bacili cu capete ascuţite sau fusiformi

Bacili simpli sau înlănţuiţi, fusiformi A N E X A I Pusobacieriîtm fiisifom

Bacili cu capete umflate

(forma de haltere, os sau măciucă)

Bacili simpli sau înlănţuiţi, umflaţi la capete

ANEXA I

Curbate» virgulă sau vibrion

Bacili curbaţi de forma unei virgule ANEXA 1 Vibrio cholerae

Bacterii spiralate lat. spira — spirală

Spirilii Bacili spiralaţi care formează ture rigide (nu revin complet la forma dreaptă în timpul deplasării)

ANEXA I Spirillum volutam Bacterii spiralate lat. spira — spirală

Spirochetele Bacili spiralaţi care formează ture flexibile, (lungime de 30 - 500pm)

A N E X A I Cristispira sp.

Bacterii spiralate lat. spira — spirală

Treponemele Bacili spiralaţi care formează ture flexibile (lungime max. 15pm)

ANEXA 1 Treponema pallkhitn

Bacterii spiralate lat. spira — spirală

Leptospirele Bacili spiralaţi care formează ture flexibile şi au extremităţile în formă de cârlig (lungime 5 - lOpm)

A N E X A I Lepiospira interrogan

Bacterii filamentoase Bacterii filamentoase, asemănătoare miceliului fungic

Fig. Or& Acimomycetalei

Bacterii pă t ra te Bacterii cu aspect pătrat, reunite câte 6 - 8

A N E X A I

Bacterii care formează filamente

Bacterii cu triclioame Bacterii care formează filamente multicelulare unise riale. Nu trebuie confundate cu Actinomyceteie

ANEXA 2 gen. Txzptothrbc Beggicrtoa • .

Bacterii care formează apendici

P r ostecate

-pedunculate

-cu înmugurire

Bacterii care prezintă apendici celulari semi rigizi Apendicele are forma unui peduncul ce se termină cu un crampon de fixare Apendicele are forma unui mugure mai mic decât celula

ANEXA 2 Gen Caulobacler Bacterii care formează apendici

Cu apendice aeeiular Bacterii care prezintă, apendici "falşi", provenind din sub stan te secretate de celule. Ele nu au perete celular

ANEXA 2 Galfioneliafermginea

bacterii filamentoase, bacterii pătrate şi unele tipuri particulare. In cadrul fiecărui tip morfologic există însă o anumită variabilitate care face posibilă împărţirea acestora în subtipuri. în tabelul 2.1 sunt prezentate principalele tipuri şi subtipuri morfologice de bacterii.

2.1.3 Morfologia bacteriană, o strategie de adaptare

Principalele aspecte morfologice ale bacteriilor, abordate în subcapitolele precedente corespund unei imagini simplificate a realităţii. Ele sunt rezultatul observaţiilor făcute asupra unor culturi de laborator cu creştere maximă şi nu ţin seama de extraordinara diversitate morfologică manifestată de către bacterii în cursul ciclului lor de dezvoltare în mediul natural acvatic, terestru etc. şi care de cele mai multe ori exprimă o strategie de supravieţuire. Astfel, există bacterii care sunt amorfe, ovoidale, cubice, în stea, filamentoase, ramificate, pedunculate etc. Ele pot fi grupate, aşa cum am văzut, în perechi, grămezi, lanţuri, rozete sau palisade. Diversitatea formelor şi a modurilor de grupare ale celulelor bacteriene pot fi explicate prin unele funcţii. Din acest punct de vedere, raportul suprafaţă/volum (S/V) la celula bacteriană joacă un rol major. Bacteria sferică este acea care prezintă raportul S/V cel mai mic. Acest raport creşte cu cât celula se lungeşte şi se subţiază. Se poate deduce că în condiţii de abundenţă în nutrienţi, bacteriile de formă sferică, deci cu un raport S/V scăzut, pot fi avantajate. Opus acestui caz, într-un mediu sărac în materii organice, bacteriile în formă de bastonaş, cu o suprafaţă mai mare, vor putea mai uşor capta elementele nutritive dispersate.

Este de asemenea, uşor de înţeles faptul că forma bacteriilor traduce şi proprietăţile hidrodinamice optime pentru anumite grupe adaptate mediului de viaţă acvatic. Bacteriile mobile sunt frecvent sferice. Cele adaptate la deplasarea prin alunecare sunt mai adesea bacilare. Formele spiralate caracteristice leptospirelor pot fi pentru acest grup de microorganisme mijloace eficace de deplasare în medii relativ vâscoase.

Este prin urmare evident, că marea variabilitate a formei bacteriilor corespunde adaptării fiecăreia dintre acestea unei nişe ecologice specifice.

36

22 Organizarea celulei bacteriene

Celula bacteriană prezintă elemente structurale obligatorii, existente la toate speciile şi diferite structuri particulare prezente numai la anumite specii în tabelul 2.2 şi fig. 1.1a sunt prezentate principalele structuri obligatorii şi facultative ale celulei bacteriene, precum şi principalele funcţii îndeplinite de acestea.

Tabelul 2.2 Principalele elemente structurale ale celulei bacteriene şi funcţiile acestora

Elemente structurale Funcţii Obligatorii

Peretele celular -asigură menţinerea formei caracteristice a celulei şi o protejează de liza în medii hipotonice

Membrana plasmatică şi

mezozomii

-barieră cu permeabilitate selectivă, limită mecanică a celulei, transport de elemente nutritive şi de deşeuri, localizarea mai multor procese metabolice (respiraţie, fotosinteză etc.), detectarea semnalelor din mediu în manifestarea fenomenelor de chimiotactism

Spaţiul periplasmic -locul de transformare al nutrienţilor cu ajutorul enzimelor hidrolitice şi al proteinelor de legare care se sintetizează aici

Citoplasma -gel coloidal permanent care menţine integritatea nucleoidului (masei nucleare) -sediul organitelor şi al incluziunilor celulare

Vacuolele gazoase -utile în flotarea bacteriilor în mediul acvatic Corpii de incluziune -granule cu rol de rezerve de carbon, fosfor şi alte

substanţe cu rol nutritiv Ribozomii -sinteza proteică / Nucleoidul -sediul materialului genetic (ADN) Facultative

Capsula şi stratul mucoid -rezistenţă la fagocitoză Flagelii şi cilii -mobilitate : >

Pilii şi fimbriile -conjugarea bacteriană şi aderarea la diverse suprafeţe Endosporul -supravieţuire în condiţii extreme de mediu (numai la

bacteriile sporogene) Plasmidele -elemente genetice extracromozomale

2.2.1 Peretele celular

Peretele celular este, din mai multe puncte de vedere, una dintre cele mai importante părţi ale celulei bacteriene. în afară de mycoplasme şi de câteva arheobacterii, cea mai mare parte a bacteriilor

puterea patogenă a acestora. Peretele celular poate proteja, de asemenea, celula bacteriană contra substanţelor toxice. El este totodată locul de acţiune al mai multor antibiotice. Această structură anatomică bacteriană este un complex de membrane şi macromolecuie asociate. In funcţie de mediul de viaţă în care trăiesc, diferite grupe de bacterii prezintă un perete celular cu funcţii şi structuri diferite, ca urmare a necesităţilor adaptative caracteristice. Astfel, o bacterie parazită obligat intracelulară nu are nevoie de un perete celular rigid pentru a se proteja de şocurile osmotice sau pentru a se apăra de mecanismele de apărare extracelulare. El trebuie, din potrivă, să reziste substanţelor antibacteriene elaborate în veziculele lizozomale. O bacterie ce trăieşte în mediul acvatic, va trebui să reziste unei presiuni mai mari care se exercită asupra citoplasmei. Totodată ea trebuie să aibă mijloace adecvate de fixare pe un anumit suport pentru a avea condiţiile necesare multiplicării şi colonizării zonei. în medii extreme, bacteriile sau arheobacteriile trebuie să facă faţă unor condiţii de pH, temperatură, osmolaritate (presiune osmotică) specifice, mari sau mici.

Pe baza unei coloraţii puse la punct de Christian Gram (medic de origine daneză), în 1884, a devenit posibilă împărţirea bacteriilor în două grupe majore, în funcţie de caracteristicile structurale ale peretelui celular: bacterii gram +, ce se colorează în violet închis şi bacterii gram ce se colorează în roz-roşu.

Diferenţa structurală între peretele celular al celor două grupe de bacterii a fost descoperită graţie microscopului electronic.

Astfel, peretele celular al bacteriilor gram+ este format dintr-un singur strat omogen de peptidoglican sau mureină cu o grosime de 20-80fim, ce se găseşte la exteriorul membranei plasmatice (fig. 2.2).

Peretele celular al bacteriilor gram- este mai complex. El conţine un strat de peptidoglican de l-3^im grosime, înconjurat de o membrană externă de 7-8jj,m.

La microscopul electronic se observă între membrana plasmatică şi membrana externă a bacteriilor gram-, un spaţiu care se numeşte periplasmă sau spaţiu periplasmic. S-a arătat recent că spaţiul periplasmic ar putea fi umplut de o reţea laxă de peptidoglican. Se pare totuşi că acest spaţiu este de fapt format dintr-un gel şi nu dintr-un fluid. Dimensiunea spaţiului periplasmic la bacteriile Gram- variază

38

Fig. 2.2 - Prezentarea schematică a ultrastructurii peretelui celular al bacteriilor Gram-f (stânga) şi Gram-(dreapta)

între 1 şi 71|iim. Studiile recente indică faptul că el poate constitui 20 -40% din volumul celular total, dar se cercetează în continuare acest aspect pentru a se obţine date mult mai precise.

Spaţiul periplasmic al bacteriilor Gram- conţine numeroase proteine periplasmice care participă la nutriţia celulei. Bacteriile Garm+ nu au asemenea proteine. Ele excretă enzime care se numesc exoeimme.

Numeroşi cercetători clasifică bacteriile după structura peretelui celular în următoarele grupe:

- Firmacixtes (lat. firmus = tare; cutis = piele) în această categorie intră bacteriile gram-f cu perete celular gros

şi deci, lipsite de membrană externă. - Gracilicutes (lat. gracilis = subţire) Aici se pot încadra bacteriile gram- cu perete celular subţire şi cu

membrană externă. - Mollicutes (lat. mollis = moale) Acestea sunt bacterii lipsite de perete celular sau cu perete

celular neuniform, defectuos, cum este cazul Mycoplasmelor şi al formelor "I/V

După această vedere de ansamblu asupra structurii peretelui celular al bacteriilor gram-f şi gram-, vom trece la detalierea acestor aspecte.

membrană . citoplasmică -periplasmă

-— peptidoglican -lipop.olizaharide

. lipoproteine

membrană citoplasmică

pept>doglicon perete 4 celular

i,uu uiii'MfU*- -J——i—w wrt Wi

excepţia arheobacteriilor prezintă în peretel 3 celular un complement de natură polimerică, denumit peptidoglican, care asigură soliditatea şi rigiditatea acestui element structural al celulei.

Peptidoglicanul sau mureina este format din mai multe subunităţi unite între ele. Polimerul este format din doi derivaţi glucidici: N-acetilglucozamina şi acidul N-acetilmuramic (un ester lactic al N-acetilglucozaminei), De asemenea, acesta mai conţine şi 4 sau 5 acizi aminaţi diferiţi, în funcţie de specie. Compoziţia unei subunităţi a peptidoglicanului, tipică majorităţii speciilor bacteriene gram+ şi gram-, este prezentată în fig. 2.3.

NAÎVi NAG ch3

CH2OH A— oK H V j—* 0-—j

H NH-C=0 A" k H /OH H\J

H H H NH~C = 0 CKOH i

CHS Acid D-!actic HaC-CH-C = 0 i

NH I

CH3—C — H I c=o 1 NH I

H — C — CHZ-I COOH

L- alanină

. CH2— C= O D-aîanină

NH I

H—C — (CH2)3 — CH — COOH I f C=0 NH,

NH I

H — c — CH3 I c=o I X

• Acid mezo-diaminopimeiic

D-Alanine

Conectare la o punte interpeptidică sau la acidul diaminopimelic al unei alte tetrapeptide

Fig. 2.3 - Compoziţia unei subunităţi peptidoglicanice

40

Scheletul acestui polimer este constituit din reziduuri de N-acetilglucozamină şi de acid N-acetil muramic, dispuse alternativ, O tetrapeptidă constituită din acizi aminaţi L alternând cu acizi aminaţi D, este legată la grupul carboxil al acidului N-acetil muramic.

Multe bacterii posedă un alt acid diaminat, de regulă L-Uzina, în poziţia 3, în locul acidului mezo-diaminopimelic (fig. 2.4). Lanţurile de peptiduglican sunt reunite între ele prin legături interpeptidice. Adesea, grupul carboxil al D-alaninei terminale este direct legat la grupul aminat al acidului diaminopimelic. în unele cazuri legătura se face printr-o punte interpeptidică (fig. 2.4)

Acid N-acetilmuramiriic

N-aceti!gIucosamină

lant peptidic

Pentaglioina punţii interpeptidice

Fig. 2 .4- Segment de peptidoglican arătând lanţurile polizaharidice, lanţurile laterale tetrapeptidice şi punţile interpeptidice.

2,2.1.1 Peretele celular al bacteriilor Gram+ (fig. 2.5) Peretele celular omogen şi de grosime redusă al bacteriilor gram-f

este constituit în principal din peptidoglican (90% din totalul constituenţilor) şi alte categorii de compuşi, absenţi la bacteriile gram-. Dintre aceştia: acizii teichoici, acizii aminaţi ş.a.

Diferitele categorii de bacterii se caracterizează prin prezenţa cu precădere a unor anumiţi constituenţi, după cum vom vedea în cele ce urmează:

- acizii teichoici preponderent la pneumococi;

- proteinele M la streptococii din grupa A, bine cunoscuţi prin proprietăţile lor antigenice şi efectul lor patogen.

Acizii teichoici, aflaţi în cantitatea cea mai mare după peptidoglican, sunt polimeri de glicerol sau de ribitol reuniţi prin grupări fosfat. Aceşti acizi sunt conectaţi fie la peptidoglican, fie la lipidele membranei plasmatice. în acest ultim caz ei se numesc acizi UpoteichoicL Acizii teichoici aderă la suprafaţa peptidoglicanului şi sunt încărcaţi negativ, dând pereteleui celular al bacteriilor gram-f încărcătură negativă. Funcţiile acestor molecule sunt încă necunoscute, dar ele sunt importante pentru menţinerea structurii peretelui celular. Bacteriile gram- sunt lipsite de acizi teichoici.

Acizi lipolichoici Acizi teichoici

Fig. 2.5 - învelişul celular al bacteriilor Gram+

2.2.1.2 Peretele celular al bacteriilor Gram-

Examinând figura 2.6 care prezintă structura peretelui celular al bacteriilor gram-, constatăm că aceasta este mult mai complexă decât aceea a peretelui celular al bacteriilor gram-f-, prezentată în figura 2.5.

42

Lanţuri laterale Porine Lipoproteine

Brâun,

Fosfoîipide \ Peptidoglicon Proteine intrinsece

Lipopo-lizaharide

Membrană externă

Spaţiu periplasmic şi peptido-glicon

Membrană plasmică

Fig. 2.6 - învelişul celular al bacteriilor Gram-

Două caracteristici de bază permit diferenţierea bacteriilor gram-de cele gram-f, luând în considerare peretele lor celular:

- proporţia crescută de lipide; - prezenţa a 3 straturi de compoziţie chimică diferită. în timp ce la bacteriile gram+ proporţia de lipide nu depăşeşte

4%, la cele gram- ea atinge valori cuprinse între 11 şi 22%. în figura 2.6 se observă că peretele celular al bacteriilor gram- formează 3 straturi distincte şi este mai complex decât acela al bacteriilor gram+.

Stratul fin de peptidoglican reunit cu membrana plasmatică nu reprezintă decât 5-10% din greutatea peretelui celular.La E.coli ea are înjur de l|am grosime şi nu conţine decât 1-2 straturi de peptidoglican. Deasupra stratului de peptidoglican (spre exterior) se găseşte o membrană externă bogată în lipoproteine Braun, mici molecule proteice ataşate prin legături covalente de stratul de peptidoglican. Elementele cele mai particulare ale membranei externe sunt lipopolizaharidele (LPS), molecule mari, complexe, ce conţin glucide şi lipide în 3 straturi, după cum urmează: o porţiune lipidică spre interior, o porţiune formată din polizaharide pe centru şi un lanţ lateral O sau antigenul O la exterior. Acesta din urmă este constituit din câteva zaharuri particulare, compoziţia sa variind de la o suşă bacteriană la

este important din mai multe motive, altele decât acela menţionat mai sus. Astfel, datorită faptului că polizaharidele centrale conţin zaharuri şi fosfaţi, stratul LPS contribuie la încărcarea negativă a suprafeţei bacteriene. Lipidele A, care intră deasemenea în compoziţia stratului LPS, ajută la stabilizarea structurii membranare. în plus, această lipidă este adesea toxică, aşa încât stratul LPS acţionează ca o endotoxină şi provoacă unele simptome care apar în infecţii bacteriene cu specii gram-.

Membrana externă reprezintă în ansamblul ei o barieră importantă de protecţie, împiedicând sau diminuând pătrunderea sărurilor biliare, a antibioticelor şi a altor substanţe toxice care ar putea afecta bacteria.

în afara prezenţei membranei externe, bacteriile gram- se mai caracterizează şi prin alte două trăsături particulare, şi anume:

- prezenţa unui spaţiu periplasmic mult mai mare care include stratul de glican redus şi care separă stratul intern de peptidoglican de membrana plasmatică;

- prezenţa porilor transmembranari şi a canalelor de difuziune, formaţi din molecule proteice, ceea ce face posibilă trecerea moleculelor mici hidrofile (600 - 700 daltoni) prin straturile peretelui celular;

Aceste molecule proteice numite porine servesc totodată ca situri de fixare pentru virusurile bacteriofage, dar şi pentru unii compuşi chimici necesari bacteriilor.

Membrana externă a bacteriilor gram- este traversată de grupuri de câte 3 molecule de porine care formează canale prin care pot trece moleculele mici, aşa cum am arătat mai sus. Moleculele mari, cum ar fi acelea de vitamina B12 nu pot traversa membrana externă prin porine (aşa-numitul transport pasiv), fiind necesare mecanisme de transport specific.

Membrana externă împiedică de asemenea, pierderile unor constituenţi cum sunt enzimele periplasmice. Având în vedere aceste aspecte, peretele celular al bacteriilor gram- acţionează prin membrana externă ca o "sită moleculară".

Tabelul 2.3 permite o mai uşoară comparare a principalelor caracteristici ale peretelui celular al celor 2 categorii de bacterii, gram+ şi gram-.

44

Tabelul 2.3 Diferenţele fizice şi chimice ale peretelui celular al bacteriilor gram+ şi

gram-(după J.P.Regnault, 1990)

Caracteristica Gram+ Gram-Grosimea (nm) 15-75 10-15 Nr. straturi 1 3 Dispoziţia straturilor -un strat subţire de -un strat de, peptidoglican

peptidoglican -un strat intermediar de lipopolizaharide -un strat extern de lipoproteine

Compoziţia chimică: -peptidoglican (% din masa uscată) 30-50 10 -lipide (%) 1-4 11-22 -acizi teichoici prezenţi întotdeauna absenţi * -lipoproteine şi în cantitate redusă în cantitate rnare lipopolizaharide

2.2.1.3 Mecanismul coloraţiei Gram

Acest mecanism poate fi explicat prin conţinutul mai ridicat în lipide al peretelui celular de la bacteriile gram- pe de o parte şi prin grosimea redusă a însăşi peretelui celular pe de altă parte. Tabelul 2.4 rezumă acţiunea diferitelor substanţe în cursul coloraţiei Gram.

Coloraţia Gram constituie ,un element important în identificarea bacteriilor. Ea nu se aplică în cazul algelor, al protozoarelor şi al micetelor. Totuşi se poate aplică la levuri care prezintă întotdeauna o coloraţie violet închis, fiind gram+.

Bacteriile gram-t- şi gram-, ca efect al diferenţei de structură a peretelui celular, prezintă diferenţe importante din punct de vedere fiziologic, în particular în privinţa sensibilităţii la antibiotice şi a necesităţilor nutritive. Din această cauză coloraţia Gram este întotdeauna numai o etapă în identificarea taxonomică. Tabelul 2.5 vine să detalieze acestc elemente de diferenţiere între bacteriile gram+ >i gram-.

gram asupra peretelui celular ai bacteriilor - v -

Colorantul aplicat Bacterii gram+ Bacterii gram-Cristal violet

sau Violet de Genţiană

Peretele celular colorat în violet Peretele celular colorat în violet

Soluţie Lugol (Iod) Fixarea culorii violet (celula apare colorată în violet-negru)

Fixarea culorii violet (celula apare colorată în violet-negru)

Amestec de decolorare (alcool - acetonă)

Deshidratarea peretelui celular şi a membranei plasmatice antrenează reânchiderea porilor membranari şi aşa mult mai reduşi decât la bacteriile gram-. Complexul cristal-violet - Lugol este reţinut şi bacteriile rămân colorate în violet închis

Acţiunea alcoolului provoacă extragerea lipidelor prezente în cantitate mare. Peretele celular se fragilizează şi complexul cristal-violet -Lugol este antrenat şi spălat. Coloraţia violet dispare.

Safranină sau alt colorant specific

utilizat la recolorare

Celula este deja colorată în violet închis, deci efectul recolorării nu se sesizează

Complexul cristal-violet - Lugol fusese eliminat anterior, iar bacteriile sunt recolorate în roz de către safranină

Tabelul 2.5 Comparaţie între caracteristicile fiziologice ale

bacteriilor Gram+ şi Gram-

Proprietăţi Gram+ Gram-Necesităţi nutritive Relativ complexe Relativ simple Rezistenţă la deshidratare Mare Redusă Inhibarea creşterii de către peniciline Mare Redusă Inhibarea creşterii de către coloranţi Mare Redusă Distrugerea peretelui celular de către lizoenzime

Mare Redusă

Excreţie de exoenzime Frecventă Rară (enzimele sunt

reţinute în periplasmă)

Eliberare de exotoxine Da Nu Producerea de endotoxine Nu Da j< Rezistenţă la şocuri fizice Mare Redusă

4»

2.2.1.4 Compuşi chimici particulari ai peretelui celular Ibacterian

Unele bacterii conţin în peretele celular compuşi chimici particulari. Menţionăm 3 cazuri bine cunoscute sub acest aspect: acela al Mycobacteriilor, Chlamidiilor şi Arheobacteriilor.

Peretele celular al Mycobacteriilor Mycobacteriile formează un grup particular de bacterii; Din

acesta face parte specia Mycobacterium tuberculosis, agentul patogen al tuberculozei. în afară de peptidoglican, aceste bacterii conţin acizi graşi particulari şi anume acizii mycolici care le conferă proprietăţi particulare:

- o mare rezistenţă la deshidratare; Bacilul tuberculozei poate supravieţui timp de săptămâni în spută

de expectoraţie uscată. - rezistenţă la acţiunea unor alcali şi la aceea a unor dezinfectanţi; Mycobacteriile fac parte din categoria bacteriilor alcoolo - acido

rezistente, trăsătură ce se pune în evidenţă prin aplicarea coloraţiei Ziehl-Neelsen.

- trecerea dificilă în suspensie atunci când sunt cultivate în mediu lichid; datorită acestui fapt formează un voal la suprafaţa mediului şi un agregat dificil de separat în unele medii.

Pentru acest motiv se practică adăugarea de substanţe tensio-active în unele medii de cultură destinate acestor specii. Acestea fac posibilă dispersia uniformă a lor.

Peretele celular al Chlamidiilor Chlamidiile sunt parazite obligat intracelulare, deci au un ciclu de

dezvoltare particular. Forma infecţioasă a acestora poartă numele de corpi elementari şi este capabilă să penetreze în celula gazdă. Aici aceşti corpi elementari se transformă în formă vegetativă, adică în aşa-numiţii corpi reticulaţi. Pentru a invada celula gazdă, corpii elementari trebuie să aibă proprietăţi de suprafaţă specifice. Peretele celular al chlamidiilor este hidrofob şi are un pH negativ. El prezintă proteine de membrană externe care au puncte izoelectrice cuprinse între 5,3 - 5,5. Sunt prezenţi şi ionii de Ca2+. Aparent, cele două forme ale ciclului de dezvoltare al Chlamidiilor prezintă un perete celular tipic bacteriilor gram-. Totuşi penicilinele împiedică transformarea corpilor elementari în corpi reticulaţi. Membrana externă conţine mari cantităţi dintr-o proteină (OMP) cu greutate moleculară de 40kDa şi mai mitine

intre ele prm punţi disuiturate. Reţeaua tormată în aceste condiţii are o structură rigidă, comparabilă cu peptidoglicanul. Membrana externă are de asemenea lipopolizaharide. Structura simplificată a acesteia seamănă cu aceea a mutanţilor Re ai genului Salmonella, adică o moleculă de lipid A legată de 3 molecule de KDO (după Leclerc, 1995).

Peretele celular al Arheobacteriilor Acest grup de bacterii formează un grup aparte ca urmare a

observaţiilor relativ recente. Peretele lor celular este lipsit de peptidoglican. în locul său se găsesc diverşi compuşi bogaţi în proteine, în lumea Arheobacteriilor se încadrează 3 grupe de bacterii: metanogene, halofile extreme şi termofile extreme. Ele sunt gram-f sau gram-. în peretele celular al acestora nu este prezent un veritabil peptidoglican, el fiind format fie din pseudomureină, fie din metacondriotină sau dintr-un heteropolizaharid.

O altă particularitate a peretelui celular al arheobacteriilor este aceea că apare un strat extern numit Strat S, format din proteine sau glicoproteine.

Arheobacteriile gram- nu se aseamănă de loc cu eubacteriile din aceeaşi grupă gram. Un caz tipic este acela al genului Thermoplasma care cuprinde o membrană citoplasmică asociată unui Strat S şi fără perete celular.

2.2.1.5 Bacterii lipsite de perete celular

Unele bacterii sunt, în mod excepţional, lipsite de perete celular, în această categorie intră:

- Mycoplasmele, la care absenţa peretelui celular este o caracteristică specifică;

- Bacteriile "L" care şi-au pierdut peretele celular în urma unei mutaţii;

- Bacteriile care în anumite condiţii nu-şi pot sintetiza peretele celular şi formează aşa-numiţii sferoplaşti sau protoplaşti.

Mycoplasmele (PPLO - Pleuro - Pneumonia Like Organisms) au fost evidenţiate graţie unor afecţiuni respiratorii provocate la animalele domestice. Ele sunt procariote tipice chiar dacă le lipseşte peretele celular, ceea ce, de altfel, constituie un bun criteriu de identificare. Prin urmare, singura lor protecţie este membrana citoplasmică. Aceasta e bogată în steroli, o categorie de lipide care asigură o bună reglare a presiunii osmotice. Mycoplasmele trăiesc însă

48

în stadiu de parazit obligat în ţesuturile şi fluidele animalelor şi ale omului, deci ele nu sunt expusQ şocurilor osmotice.

O altă particularitate a acestui grup de microorganisme este talia lor foarte redusă şi pleomorfismul lor. Astfel, mycoplasmele au o talie cuprinsă între 125 şi 250nm. Este deci dificilă observarea lor la microscopul optic. Pe mediu solid ele formează colonii cuprinse între 10 şi 300|nin diametru. Ele au un aspect caracteristic de "ouă ochiuri", dar sunt mult prea mici pentru a putea fi văzute cu ochiul liber.

Datorită lipsei peretelui celular, mycoplasmele se caracterizează printr-un accentuat pleomorfism, ceea ce înseamnă o mare instabilitate morfologică. Ele pot fi ovoidale, filamentoase etc. Tot ca urmare a lipsei peretelui celular ele sunt bacterii gram-, iar la peniciline sunt complet insensibile. Mycoplasmele produc infecţii ale sistemului respirator (Mycoplasma pneumoniae) şi urinare (Ureaplasma irealyticum).

Formele "L" Acestea au fost denumite astfel datorită faptului că ele eu fost

izolate pentru prima dată la Institutul Lister din Londra, de către E. Klineberger, în 1955. Formele "L" au pierdut complet sau parţial peretele celular, unele dintre acestea prezentând un perete celular defectuos. Ele au apărut în urma unei mutaţii sau a unor tratamente particulare (cultivare pe medii izotonice sau hipertonice conţinând peniciline). în unele cazuri s-a constatat totuşi fenomenul de reparare a peretelui celular. O proprietate interesantă a acestor bacterii este capacitatea lor de a se dezvolta fără dificultate în mediile de cultură ce conţin peniciline, astfel încât mediile conţinând acest antibiotic, în care alte bacterii nu se pot dezvoltă au devenit medii selective pentru izolarea lor. Acest tip de bacterii atipice, parazitează ţesuturile animalelor şi se pot regăsi în condiţii osmotice foarte stabile. Patogenitatea lor nu a fost încă foarte clar stabilită, dar se crede că ele ar putea provoca infecţii mai mult sau mai puţin evidente. S-au întâlnit forme "L" derivate din bacteriile coliforme, din gonococi sau din bacterii difterice, izolate din probe patologice genito-urinare, dar nu s-a putut dovedi că ele sunt cauza infecţiilor.

2.2.1.6 Rolul peretelui celular

- determină forma bacteriilor şi asigură susţinerea mecanică a celulei;

- asigură protecţia osmotică a celulei; Peretele celular este necesar pentru a asigura protecţia bacteriei

împotriva distrugerii. în general, citoplasma bacteriană este mult mai concentrată decât mediul microbian care este hipotonic. Prin fenomenul de osmoză, apa trece prin membrane selective de tipul membranei plasmatice, de la soluţia diluată către soluţia concentrată. Deci, în mod normal, apa tinde să intre în celulele bacteriene, iar presiunea osmotică poate atinge 20 atmosfere. Membrana plasmatică nu poate suporta asemenea presiuni. în acest caz celula s-ar umfla, producându-se în cele din urmă fenomenul de liză (distrugere), dacă nu ar exista peretele celular care să o protejeze împotriva acestuia. Un mediu hipertonic este mai concentrat decât mediul intracelular. într-un asemenea mediu apa iese din celulă la exterior, iar citoplasma se dezorganizează. Acest fenomen se numeşte plasmoliză.

Rolul protector al peretelui celular împotriva variaţiilor de presiune osmotică este pur mecanic şi pasiv. Acesta este asigurat de către peptidoglican care se prezintă ca o plasă protectoare în jurul celulei, împiedicând deformarea ei peste anumite limite.

Peretele celular nu este niciodată sediul unui transport activ de substanţe sau a unei activităţi metabolice particulare. Rolul său se limitează doar la menţinerea volumului celular constant şi la reglarea mecanică a mişcării apei atunci când bacteriile sunt plasate în medii hipotonice.

Importanţa peretelui celular împotriva lizei osmotice a fost demonstrat experimental printr-un tratament cu lizozim sau penicilină. Lizozimul este o enzimă ce se găseşte în lacrimi, secreţii nazale, salivă. El atacă peptidoglicanul hidrolizând legăturile care unesc acidul N-acetil muramic la carbonul 4 al N-acetil glucozaminei. Penicilina inhibă sinteza peptidoglicanului. Dacă bacteriile sunt incubate în prezenţa penicilinei într-o, soluţie izotonică, bacteriile gram+ sunt transformate în protoplaşti, adică în celule fără perete celular. Aceştia continuă dezvoltarea normală atâta timp cât izotonicitatea rămâne constantă. Bacteriile gram- păstrează resturi ale peretelui celular în urma acestui tratament şi sunt denumite sferoplaşti. Protoplaştii şi sferoplaştii sunt sensibili în egală măsură la variaţiile de presiune osmotică, lizându-se în soluţii diluate datorită pătrunderii apei în celulă în mod necontrolat.

Deşi Mycoplasmele nu au perete celular, membrana lor plasmatică este mult mai rezistentă decât a celorlalte bacterii. Această rezistenţă se

50

datorează bogăţiei ei în steroli. Fără perete celular acestea au însă tendinţa de a-şi schimba forma, fenomen numit pleomorfism, aşa cum am mai arătat în subcapitolul 2.2.1.5.

- asigură puterea patogenă a bacteriei ţ Constituenţii chimici ai peretelui celular ai unor specii de bacterii

determină patogenitateat lor. Este cazul lipopolizaharidelor prezente în cantitate mare în peretele celular al bacteriilor Gram-. Aceşti compuşi intră în alcătuirea antigenilor 0 şi a unor endotoxine. Prefixul endo indică originea internă a toxinei formate în bacterie. Se mai spune că peretele celular al bacteriilor este sediul determinanţilor antigenici care induc resdstenţa celulei bacteriene la fagocitoză şi virulenţa acestora.

- asigură funcţia de "sită moleculară" pentru bacteriile Gram-, realizând transportul pasiv al moleculelor din mediul extern în celulă prin intermediul porinelor. Astfel, pătrund în mod pasiv în celulă substanţele hidrofile şi nu pot pătrunde în celulă substanţele hidrofobe. Ca urmare, nu pot intra în celulă substanţe potenţial nocive pentru celulă, dar nici nu se pierd metaboliţi importanţi pentru ea. Compuşii care pot intra în celulă sunt oligopeptide, oligozaharide, substanţe hidrofile cu greutate moleculară de aproximativ 700daltoni.

- asigură funcţia de transport specific al unor compuşi (vitamina B12, maltoza, maltodextrinele, ionii ferici şi nucleozidele), înglobarea unor bacteriocine şi absorbţia unor fagi;

- participă la procesul de creştere şi diviziune celulară prin procese de biosinteză localizată în zona septurilor transversale;

- este sediul enzimelor autolitice capabile să atace structura glicopeptidului în cazul sporulării, al eliberării sporului prin liza sporangelui, al germinării sporului etc.

2.2.2 Structurile externe ale peretelui celular

Bacteriile au o mare varietate de structuri dispuse la exteriorul peretelui celular. Acestea joacă un rol de protecţie, de fixare pe diverse suprafeţe şi de mobilitate.

2.2.2.1 Structurile externe polizaharidice

Unele specii de bacterii au la exteriorul peretelui celular un strat suplimentar mai mult sau mai puţin organizat, compact şi vâscos de natură glucidică.

Capsula este cea mai veche structură polizaharidică de suprafaţă descrisă la bacterii (fig. 1.1a şi 2.7). Ea este un strat mucos de natură

Fig. 2.7 - Capsula bacteriană la Mycobacterium avium

(microscopie electronică, după Leclerc, 1995)

polizaharidică, cu un contur bine definit, observat la unele bacterii patogene cum ar fi pneumococii. Mult timp s-a considerat că asemenea structuri polizaharidice situate la exteriorul celulei sunt întâlnite rar, numai la un număr restrâns de bacterii cu o patogenitate accentuată. în 1981 Costerton, efectuând numeroase cercetări cu ajutorul microscopului electronic, a demonstrat că de fapt, cea mai mare parte a bacteriilor sunt înconjurate de un asemenea strat. El a numit acest strat glicocalix (fig. 2.8). în 1982 Costerton evidenţiază de asemenea, compuşi legaţi de suprafaţa membranei externe a bacteriilor gram- şi a peptidoglicanului bacteriilor gram+, care formează complexe de polizaharide capsulare şi glicoproteine cu aspect de reţea. Pe aceştia, el îi numeşte Stratul S.

Fig. 2.8 - Glicocalix bacterian (gly) cu aspect pâslos; imagine la microscopul electronic (după Prescott, Harley, Klein, 1990)

52

O definire mai prudentă a tuturor acestor materiale extracelulare cu greutate moleculară mare este însă aceea făcută în 1982 de către Geesey, care le numeşte Extracellular Polymeric Substances (EPS). Aceste structuri sunt extrem de greu de evidenţiat, chiar prin microscopie electronică, ca urmare a structurii lor foarte hidratate (peste 99% apă) şi a fragilităţii lor texturale ce îngreunează deshidratarea eşantionului pentru examinare. în prezent, folosirea unor reactivi specifici sau a lectinelor, face posibilă păstrarea integrităţii structurale a acestor straturi în timpul pregătirii eşantionului, facilitând examinarea.

S-au făcut de asemenea, progrese remarcabile în studierea acestor structuri prin utilizarea tehnicilor recente de microscopie confocală (Confocal Scanning Laser Microscopy - CSLM) care utilizează raze laser pentru observarea becteriilor în stare vie. Glicocalixul, de exemplu, se poate evidenţia cel mai bine în mediul natural al bacteriilor, examinându-le pe suprafeţele pe care acestea aderă, pe mucoase sau în cursul unor infecţii.

încă din perioada cercetărilor lui Pasteur, bacteriile au fost sustrase din mediul lor natural şi crescute în condiţii de laborator, în condiţii de suprasaturare în factori necesari dezvoltării. Din această cauză ele s-au dezvoltat cu un minimum de efort, eliminând din structura lor elementele de care aveau nevoie în mediul natural pentru a supravieţui. Glicocalixul este o asemenea structură importantă în mediul natural pentru fixare şi protecţie.

O parte din constituenţii polizaharidici excretaţi de către celula bacteriană sunt eliminaţi în mediul extern şi nu constituie entităţi morfologice. Acestea sunt reunite sub numele de strat mucos sau slime. în alte cazuri, aceşti constituenţi formează veritabile "carapace" sau "teci" în jurul celulelor, care adesea se asociază în lanţuri. O acumulare abundentă de substante mucoide duce la formarea asa-numitei zooglee (fig. 2.9).

Structura polizaharidelor de suprafaţă Polizaharidele de suprafaţă sunt în contact intim cu peretele

celular al bacteriilor pe care îl îmbracă la o distanţă de numai câţiva microni. Acestea constituie un ciment care uneşte bacteriile între ele în conglomerate sau microcolonii, facilitând fixarea lor pe un anumit substrat şi făcând vizibilă astfel prezenţa lor în unele medii cum ar fi: mediul acvatic, suprafeţele umede, rumenul bovinelor etc. Stratul de

Fig. 2.9 - Zooglee la bacterii (coloraţie negativă cu tuş de China).

bacterii care devine astfel sesizabil chiar cu ochiul liber se numeşte biofilm bacterian.

Constituenţii organici care fac posibilă formarea biofilmului sunt polimeri (homo sau hetero) lineari sau ramificaţi de natură zaharidică, deci polizaharide tipice, dar care pot fi asociate cu proteine. Extrem de hidrataţi şi foarte flexibili, ei pleacă de la peretele celular sau membrana externă, dar nu formează legături stabile (covalente) între ei. Aceşti constituenţi se localizează în jurul acizilor teichoici la bacteriile gram-f sau în jurul lipopolizaharidelor la cele gram-. Legăturile dintre moleculele de LPS şi fibrele oligozaharidice sunt de natură ionică. Lanţurile polizaharidice se leagă între ele prin legături electrostatice stabilite graţie unor ioni metalici bivalenţi ca aceia de Mg2+ sau Ca2+. Aceşti ioni care au particularitatea de a se înconjura de o "teacă" stabilă, foarte legată de molecule de apă, explică structura foarte hidratată a polizaharidelor.

Structura polizaharidelor a fost în mod particular studiată la bacteriile responsabile de diverse maladii umane. La pneumococii

54

capsulaţi, constituenţii polizaharidici formează un lanţ lung de acizi aldobioniei (oză + acid uronic). Natura acestor structuri externe peretelui celular stau la baza clasificării speciilor de pneumococi şi a numeroaselor tipuri antigenice sau serotipuri (peste 70).

Streptococcus pyogenes elaborează o capsulă polizaharidică doar la începutul fazei exponenţiale de creştere şi este constituita din acid hialuronie. La Clostridium perfringens polizaharida constituentă este formată din două hexoze (manoză şi glucoză). De asemenea, la numeroase bacterii gram-, capsula este tot de natură polizaharidică. Este cazul, spre exemplu, al speciilor Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli etc. La unele bacterii gram+, cum ar fi Bacillus anthracis, Bacillus megatherium; Bacillus subtilis, substanţele capsulare sunt polipeptide constituite dintr-un singur tip de acid aminat (acidul D-glutamic). La mycobacterii (Mycobacterium avium) capsula este peptidoglicolipidică. (Leclerc,1995) (fig.2.7).

Capsula - factor al virulenţei la bacterii

Capsula nu joacă un rol vital în existenţa bacteriilor. O bacterie lipsită de capsulă poate creşte şi se poate multiplica normal. Elaborarea substanţelor capsulare poate fi favorizată de mediul de viaţă şi în unele cazuri ea necesită prezenţa unor precursori biochimici (spre exemplu zaharoza pentru dextran). în absenţa acestui element, bacteria nu formează capsulă, dar ea conservă toate celelalte caractere. Transferată pe un mediu convenabil, ea reîncepe să îşi sintetizeze capsula. De asemenea, eliberarea constituenţilor capsulari ai unei bacterii prin hidroliză enzimatică nu împiedică bacteria să se reproducă. Prin mutaţie, această putere de sinteză se poate pierde fără a se pierde viabilitatea celulei. Substanţele capsulare reprezintă suportul unor proprietăţi fiziopatologice şi imunologice. Ele joacă un rol important în asigurarea puterii patogene a bacteriei. Pneumococii capsulaţi sunt patogeni. Injectaţi la şoareci ei declanşază în 24 ore o septicemie mortală. Aceleaşi celule decapsulate pierd în acelaşi timp puterea lor patogenă. Substanţele capsulate sunt deci, veritabili factori de virulenţă. Ele împiedică apărarea organismului gazdă să se manifes te , p ro te j ând bacter ia împotr iva fagocitozei dator i tă chimiotactismului negativ manifestat faţă de leucocite şi macrofage.

în infecţiile grave, cum ar fi meningitele noilor născuţi, septicemii ş.a., au fost izolate suşe de E.coli aparţinând serotipului K1 (capsulat).

"mucoase" de tip M (purtătoare de strat mucoiaj proauc am abundenţă un polizaharid extracelular, acidul alginic, care formează o veritabilă capsulă. Suşele "mucoase" sunt izolate din secreţiile bronşice ale copiilor bolnavi de fibroză chistică. Alginatul capsular le conferă proprietăţi antifagocitare reprezentând o veritabilă barieră fizică împotriva acţiunii macrofagelor (Goldberg, 1992).

în funcţie de structură şi raporturile sale cu celula bacteriană, substanţa mucoidă poate fi prezentă sub următoarele forme (după 2'arnea, 1983):

- Microcapsula - un strat cu grosimea de sub 0,2|am, detectabil doar prin metode imunologice, nu şi microscopice.

- Macrocapsula - un strat mai mare de 0,2jLim, detectabilă prin metode citologice.

- Stratul mucos - o masă amorfă neorganizată situată în jurul celulei bacteriene.

- Zooglea sau masa zoogleică - o masă gelatinoasă care reuneşte mai multe celule bacteriene în colonii mucilaginoase detectabile în medii lichide chiar cu ochiul liber prin flocoanele macroscopice formate, care plutesc liber sau se lipesc pe diferite suprafeţe.

întrucât despre capsulă s-a vorbit la paragraful anterior, vom aborda în continuare câteva aspecte referitoare la stratul mucos şi zooglee, în lumina celor mai recente cercetări.

Stratul mucos sau "slime" Polizaharidele de suprafaţă pot fi eliberate de către bacterii sub

forma unui strat mucos sau "slime" în mediul în care bacteria se multiplică. în laborator această secreţie este stimulată prin agitarea culturii şi omogenizarea ei într-o cameră de cultivare prevăzută cu agitator. Aceşti constituenţi vâscoşi, detaşabili cu uşurinţă, pot fi sintetizaţi din abundenţă de către unele microorganisme în prezenţa unor precursori. Un exemplu bine cunoscut este acela al bacteriei lactice Leuconostoc mesenteroides, care contaminează adesea rafinăriile de zahăr şi care transformă foarte rapid soluţiile de zaharoză într-un jeleu gros de dextran. Această conversie are loc la suprafaţa celulei şi este catalizată de o transferază numită dextran-zaharază. Dextranul poate fi produs pe cale industrială graţie proprietăţilor sale gelifiante. El este utilizat ca substitut de plasmă, ca agent gelifiant în numeroase preparate alimentare etc.

56

Numeroşi polimeri zaharidici de origine microbiană sunt produşi pe cale industrială prin diferite procedee biotehnologice. Ei reprezintă o alternativă la gumele de origine vegetală sau la materialele plastice. De exemplu, alginatele din Azotobacter vinelandii, emulsifianţii produşi prin folosirea speciei Acinetobacter calcoaceticus, xantanul produs de către Xantomonas campestris, heteroglicanii produşi de către bacterii din genul Rhizobium etc.

Producţia de "slime" este frecventă la bacteriile acvatice. Ea este în mod particular mult mai intensă la unele bacterii din apele poluate, în cazul unei secreţii foarte intense de "slime" spunem că bacteriile formează o zooglee. Această excreţie "patologică" formează, după cum am mai arătat, o masă gelatinoasă la care agregă uşor particulele aflate în suspensie, dând naştere unor flocoane. Acest fenomen poate fi reprodus "in vitro" cultivând bacteriile în medii lichide convenabile. Ele formează pe suprafaţă o peliculă care floculează după un timp şi se depune. La microscop se observă în anumite cazuri aglomerări bacteriene arborescente sau "în degete de mănuşă", iar celulele sunt aglomerate în masa vâscoasă comună. în alte cazuri, masa gelatinoasă este amorfă şi ţine în suspensie celulele bacteriene. Substanţele care formează zooglea sunt exopolimeri polizaharidici de natură necunoscută, insolubili în apă (Leclerc, 1995).

Polizaharidele şi adeziunea bacteriană

Polizaharidele reprezintă liantul care determină apariţia tuturor asociaţiilor bacteriene sau aderarea bacteriilor la o suprafaţă dintr-un mediu. Moleculele polizaharidice anionice (exemplu: acidul uronic) sunt de fapt reprezentanţii moleculelor fibroase tipice care favorizează interacţiuni de suprafaţă şi cimentează celulele pe diferite suporturi inerte sau vii. în cazul adeziunilor specifice a bacteriilor la ţesuturile animale sau vegetale se pun în joc molecule de lectină. Receptorul care intervine în adeziune este o moleculă glucidică externă celulei animale sau vegetale. Totodată, o moleculă glucidică a unei bacterii poate fi legată la un compus al unei celule gazdă şi poate juca rolul de receptor (lectino-f agocitoză).

Formarea complexelor polizaharidice elaborate într-un mediu în care trăiesc mai multe specii bacteriene între care există diferite relaţii concurenţiale, este o adaptare a acestora care dispare imediat ce aceste bacterii sunt crescute în medii artificiale de laborator. Această

mediu prin transformări profunde în structura şi metabolismul lor. Sinteza de polizaharide este o cheltuială semnificativă de energie care nu este indispensabilă într-un mediu bogat în nutrienţi, într-o cultură monospecifică. Rolul ei în nutriţie şi în protecţie nu este esenţial. Invers, bacteriile provenind dintr-o cultură se confruntă într-un mediu natural cu o serie de greutăţi care le determină să sintetizeze acest substrat polizaharidic fibros pentru a se proteja.

Glicocalixul este o masă de filamente polizaharidice ataşate lipopolizaharidelor de pe suprafaţa bacteriilor formând o pâslă la suprafaţa celulei şi care îi asigură acesteia aderarea specifică la diferite suporturi inerte, dar şi la suprafaţa unor celule vii. în acest strat pâslos are loc diviziunea celulelor bacteriene integrate aici şi în acest fel iau naştere microcolonii acoperite de un glicocalix comun. Glicocalixul este absent la bacteriile crescute în laborator, în culturi pure, el fiind caracteristic doar bacteriilor aflate în condiţii naturale.

Modul de formare al acestui strat polizaharidic extracelular a fost studiat la Streptococcus mutans, specie bacteriană implicată în formarea cariilor dentare. La suprafaţa acestei bacterii acţionează trei enzime implicate în metabolismul zaharozei: invertaza, glucoziltrans-feraza şi fructoziltransferaza, după cum se va vedea în continuare. Invertaza descompune zaharoza în glucoză şi fructoză, puse la dispoziţia celulei ca sursă de energie. Glucoziltransferaza scindează zaharoza la fructoză (utilă în hrana bacteriei) şi glucoză (polimerizată sub forma unui lanţ lung de glucan). Glucanul are caracteristica de a nu fi solubil în apă. Din această cauză el aderă de smalţul dentar, iar biosinteza lui continuă datorită prezenţei glucoziltransferazei în reţeaua glicocalixului, care se dezvoltă în continuare, capturând noi şi noi celule bacteriene din aceeaşi specie sau din specii diferite, dând naştere unui depozit gălbui pe suprafaţa dinţilor, denumit placă bacteriană, punctul de plecare al cariei dentare. Cea de a treia enzimă este fructoziltransferaza, care eliberează glucoza pentru a fi folosită ca aliment şi leagă fructoză într-un polizaharid similar glucanului, dar hidrosolubil, deci inofensiv pentru dantură (după Zarnea, 1983).

58

Rolul glicocalixului

- sistem de fixare a bacteriilor în mediile naturale pe diferite substraturi inerte, vegetale sau animale;

- formarea de microcolonii bacteriene care determină un mediu favorizant pentru nutriţie prin: concentrarea de enzime degradative active, legarea diferiţilor ioni şi molecule care provin din mediul înconjurător sau sunt eliberate prin însăşi digestia enzimatică a celulelor moarte (sursă de hrană pentru bacteriile supravieţuitoare);

- sistem de protecţie a bacteriilor în mediile naturale împotriva bacteriofagilor, a bacteriilor prădătoare şi a protozoarelor;

- sistem de protecţie a bacteriilor patogene în organismele infectate prin împiedicarea fagocitozei de către leucocitele polimorfonucleare şi a fixării anticorpilor protectori din aceste organisme;

2.2.2.2 Proteinele de suprafaţă sau stratul S

Straturile S sunt formate din proteine de suprafaţă evidenţiate relativ recent, ca urmare a progreselor înregistrate în microscopia electronică, singura în măsură de a le evidenţia. Ele formează o reţea cristalină bidimensională constituită din subunităţi proteice sau glicoproteice. Straturile S au fost recunoscute la unele specii bacteriene distincte şi apar ca o caracteristică universală a învelişului celular de la Arheobacterii.

Ultrastructura şi tipurile de straturi S

Varietatea şi complexitatea acestor straturi este mare. Se pot distinge totuşi 3 tipuri principale.

Unele învelişuri sunt formate exclusiv dintr-un strat cristalin S la periferia membranei citoplasmatice. Acestea se regăsesc la arheobacteriile halofile, termofile, acidofile. La bacteriile metanogene aparţinând genurilor Methanospirilum şi Methanotrix, stratul S este protejat de o carcasă situată peste acesta.

Un al doilea grup este acela al eubacteriilor gram-h ce posedă un strat peptidoglicanic mai mult sau mai puţin strâns în jurul peretelui celular.

v ^ c i u e - a i u c n c a . g r u p u u p i m u c s u a i u i o c a i a u L c n b u c cuuacicruiur gram- care este asociat membranei externe.

Utilizând microscopia electronică poate fi reconstituită prin tehnici informatice, cu un grad de exactitate de ordinul a 2nm, ultrastructura acestor straturi S (fig. 2.10).

Fig. 2.10 - Reţele cristaline de Staturi S. Imagini la microscopul electronic după congelare-umbrire (a), criofracturare (b), coloraţie negativă (c,d), (după Leclerc, 1995)

Straturile S sunt alcătuite din subunităţi proteice sau glicoproteice identice aliniate după o simetrie oblică. Ele posedă pori cu morfologie şi talie identice.

Date precise acumulate prin cercetarea acestor straturi S la diferite specii ale genului Bacillus, arată că ele nu permit pă t runde rea în celulă a unor molecule cu greuta te moleculară de 20 000 - 45 000 daltoni, ceea ce corespunde unor pori cu diametrul de aproximativ 4 - 5nm.

60

Rolul acestor straturi este în principal protector (barieră moleculară sau ionică). Pe de altă parte, ele sunt implicate în fenomenele de adeziune sau de recunoaştere celulară.

La Arheobacteriile care posedă un strat S în jurul membranei plasmatice în locul peretelui celular, acesta este în acelaşi timp scheletul de menţinere a formei celulei.

O atenţie deosebită s-a acordat studiului straturilor S ale bacteriilor patogene din genurile Chlamydia, Treponema, Helicobacter, Rickettsia, Bacteriodes, Bordetella etc. Straturile S ale acestor genuri bacteriene joacă un rol important în exprimarea puterii lor patogene şi în fenomenul de adeziune la ţesuturile infectate, ceea ce impune aplicarea unor tratamente specifice pentru tratarea infecţiilor determinate de acestea (Massner şi Sleyter, 1992, citaţi de Leclerc, 1995).

2.2.3 Membrana plasmatică (citoplasmică) şi spaţiul periplasmic

Membrana citoplasmică acoperă citoplasma celulelor procariote ca şi pe aceea a celulelor eucariote, foarte asemănătoare din punct de vedere funcţional şi structural. Această structură anatomică extrem de importantă reprezintă principalul punct de contact cu mediul celular şi de asemenea, elementul de legătură cu mediul exterior. Astfel, interacţiunea celulei cu mediul trebuie să fie selectivă, fie că aceasta se află în interiorul unui organism, fie că se află în mediul extern natural, mult mai variat şi fără nici o protecţie. Celula nu trebuie doar să se hrănească şi să elimine deşeurile rezultate din activitatea metabolică, ci ea trebuie să-şi poată menţine totodată mediul intern într-o stare de organizare perfectă, în ciuda modificărilor exterioare permanente ce intervin.

Membrana citoplasmică este perfect vizibilă la microscopul electronic în secţiuni ultrafine de celule tratate cu tetraoxid de osmiu. Ea cuprinde două foiţe dense, opace, cu o grosime de 2-3nm. Aceste foiţe sunt poziţionate de o parte şi de alta a unei alte foiţe interne transparente de 4-5nm. Membrana poate fi izolată plecând de la protoplaşti supuşi unui şoc osmotic în apă distilată urmată de o centrifugare. Se obţin astfel vezicule şi fragmente de membrană, aşa-nurnite "fantome" (Leclerc, 1995).

Arhitectura acestei membrane, observată la microscopul electronic, este trilamelară sau triplustrat.

îviemDrana citopiasmicâ bacţeriană este organizată după un model foarte unitar şi conţine proteine şi lipide în proporţie variabilă. Majoritatea lipidelor membranei sunt din punct de vedere structural asimetrice, cu o parte polară si una nepolară, aşa-numita zonă amfifilă sau amfipatică. Aceasta înseamnă că extremităţile polare interacţionează cu apa şi deci sunt hidrofîle, iar cele nepolare sunt insolubile în apă şi au tendinţa de asociere, fiind hidrofobe. Această caracteristică permite lipidelor să formeze un dublu strat în membrane. Suprafaţa externă este astfel hidrofilă, zona hidrofobă fiind situată în interior, la adăpost de apă. Majoritatea acestor lipide amfipatice sunt nişte fosfolipide (fig. 2.11). Ele reprezintă 55% din totalul constituenţilor.

Etanolamină

Glicerol

Acizi graşi

nh; i CH,

CH,

~0-P = 0 1 O

ch2. I CH — CH \ O

Extremitate polară şi hidrofilă

C= 1 R

0 1 0 c=o I R

Lungi şiruri de acizi graşi nepolari, hidrofobi

Fig. 2.11 - Structura unui lipid membranar polar

Deşi, în general, se aseamănă foarte mult unele cu altele, membrana plasmatică a procariotelor are o particularitate aparte faţă de aceea a eucariotelor şi anume, absenţa sterolilor (exemplu: colesterolul) din compoziţia ei. Totuşi există unele specii de bacterii la care s-au putut evidenţia mici cantităţi de steroli. Este cazul c i a n o b a c t e r i i l o r şi al u n o r m y c o p l a s m e .

Fosfolipidele prezente în membrana plasmatică sunt reprezentate în principal de fosfatidil etanolamină (PE), fosfatidilglicerol (PG) şi difosfatidilglicerol (DPG). PE joacă un rol important în menţinerea

62

integrităţii membranei. Mutanţii deficitari în PE devin hipersensibili la o gamă foarte largă de antibiotice. La bacteriile gram-f apar şi alţi componenţi: glicolipidd, lipopolizaHaride şi acizi lipoteichoici. Experienţele i e marcaj cu ajutorul acidului trinitrobenzensulfonic efectuate la specia Bacillus megaterium au demonstrat ca membrana plasmatică a acesteia este săracă în PG, iar faţa internă a acestei membrane conţine de 2 ori mai mult PE decât cea externă. La Arheobacterii membrana citoplasmatică este cu totul diferită de aceea a altor bacterii, pentru că ea are un singur strat lipidic, iar moleculele lipidice traversează întreaga membrană (Leclerc, 1995).

Tehnicile moderne de microscopie electronică (criodeeapajul) au făcut posibilă evidenţierea complexităţii membranei citoplasmatice şi evidenţierea tuturor componenţilor structurali ai acesteia, fiind posibilă observarea deosebirilor dintre diferite specii sau grupe mai largi de bacterii.

Alţi componenţi ai membranei plasmatice evidenţiaţi au fost: glicolipidele şi o cantitate mică de acizi graşi. Membrana plasmatică cuprinde de asemenea, şi două categorii de proteine. Unele dintre acestea sunt hidrosolubile şi sunt legate de moleculele lipidice prin interacţiuni de tip hidrofil. Aceştea sunt situate la peri£|ria ansamblului trilamelar şi se numesc proteine periferice. Ele reprezintă 20-30% din totalul proteinelor mejpbranare. Altele, amfifile, sunt legate profund în stratul lipidic prin partea lor hidrofobă. Partea hidrofilă iese la suprafaţă fie la nivel extracelular, fie înspre citoplasmă (spre interiorul celulei). Ele pot de asemenea traversa complet cele două: straturi lipidice. Din aceste motive ele sunt denumite proteine intrinsece sau integrate. Aceste proteine membranare integrate în straturile lipidice dau un aspect mozaicat membranei citoplasmice. Din această cauză, spunem că. modelul molecular după care este construită membrana citoplasmatică este "modelul mozaicului fluid" (Jonathan Singer şi Garth Nicholson, citaţi de Prescot, 1995), (fig. 2.12a).

O parte dintre proteinele integrate formează nişte canale ce traversează stratul fosfolipidic. Acestea se numesc porine şi prin acestea trec nutrienţii hidrofili de talie mică traversând membrana plasmatică (fig. 2.12b).

Deseori, la suprafaţa externă a membranei plasmatice sunt ataşate glucide.

în concluzie, membrana citoplasmică este o structură foarte organizată şi cu o arhitectură asimetrică, flexibilă şi dinamică.

Proteină extrinsecă (de suprafaţă)

Lipopolizaharide

Porine

Proteine

Fosfolipide

Peptidoglicon ^

Fig. 2.12 - Reprezentarea schematică a structurii moleculare a membranei plasmatice - "modelul mozaicului fluid"(a); detaliu asupra structurii moleculare

a membranei plasmatice, cu evidenţierea structurii porinelor (b).

64

22.32 Rolul membranei citoplasmice

• barieră osmotică; In general, citoplasma bacteriană este mult mai concentrată decât

mediul extern, cel mai des hipotonic. Prin osmoză, apa traversează selectiv membranele semipermeabile, cum este cazul membranei citoplasmice şi trece de la soluţia diluată (mai bogată în apă) spre cea concentrată (cu un conţinut mai redus în apă). Prin urmare, apa tinde în mod normal să intre în celula bacteriană, iar presiunea osmotică poate atinge valori de până la 20atm. Dacă nu ar avea membrană citoplasmică, celula s-ar liza, dar aceasta o protejază dându-i elasticitate şi rezistenţă la gonflare.

Un mediu extern hipertonic, deci mai concentrat decât acela intracelular, duce la pierderea apei din celula bacteriană şi implicit la plasmoliză (concentrarea citoplasmei, desprinderea ei de peretele celular şi în final, distrugerea celulei) (fig. 2.13) Aplicaţii practice ale acestui fenomen în conservarea alimentelor sunt suprasărarea, deshidratarea etc.

• controlează sctiimburile celulare; Membrana citoplasmică controlează schimburile între mediul

extern şi celulă. Astfel, se asigură aprovizionarea celulei cu hrană şi eliminarea deşeurilor rezultate din activitatea metabolică a acesteia» Membrana citoplasmică nu se lasă traversată spontan nici de ioni şi nici

(1 = membrana citoplasmică, 2operetele celular al bac-teriei) (după o fotografie realizată de J.P, Gourret la microscopul electronic)

Fig. 2.13 - Plasmoliza unei celule de E. coli

majoritate de molecule organice voluminoase trebuie să fie transportate prin procese fiziologice particulare. Schimburile între mediul intern şi extern se efectuează prin membrana citoplasmică prin unul din următoarele moduri:

- direct, prin difuziune, când substanţele sunt solubile în lipide (membrana citoplasmică este chiar ea bogată în substanţe lipidice);

Pentru a difuza în celulă aceşti compuşi trebuie să existe în mediul extern în concentraţie superioară concentraţiei mediului interior.

- prin porii existenţi în reţeaua moleculară a membranei citoplasmice, dacă aceşti compuşi au masa moleculară mica şi puţin sau de loc solubili în lipide.

- prin transport activ, cu ajutorul unor enzime (permeaze) şi a unor transportori.

Acest proces permite transportul moleculelor independent de gradientul de concentraţie, dar se realizează cu un anumit consum de energie specific. în acest fel sunt transportaţi ioni, cum ar fi aceia de sodiu sau de potasiu şi de asemenea, unele substanţe cum ar fi lactoza şi alte oze şi ozide, acizii aminaţi etc. De fapt, numeroase substanţe de importanţă vitală pentru funcţionarea celulei sunt absorbite în acest fel. S-au evaluat peşte 60 transportori diferiţi prezenţi în membrana citoplasmică şi care asigură trecerea moleculelor către citoplasmă

• sediul endocitozei celiilare Membrana citoplasmică este sediul unui alt proces care asigură

aprovizionarea celulei -endocitoza. Pornind de la o invaginare a membranei citoplasmice (fig. 2.14), se formează o veziculă prin care sunt ingerate de către celulă lichide (pinocitoză) sau solide (fagocitoză).

• sediul mior procese metabolice în compoziţia chimică a membranei citoplasmice, fiecare

categorie de molecule participă la un tip particular de activitate. Pe de o parte, are loc sinteza de constituenţi ai peretelui celular, iar pe de alta, ele sunt locul de acţiune al unor enzime care intervin în respiraţia celulară, în cursul căreia şe. produce energia necesară activităţii celulei. Aceste enzime sunt direct fixate pe exteriorul membranei citoplasmice

66

p . ţw Veziculă Farticula Membrană endocitotică

0 citoplasmică

Lizozom

Fig. 2.14 - Principiul endocitozei, proces prin care o celulă ingerează o picătură de lichid sau o particulă solidă prin formarea de vezicule, în urma fenomenului de

invaginare progresivă a membranei citoplasmice.

sau sunt situate la suprafaţa internă a acesteia. Totodată membrana citoplasmică este ţinta unor dezinfectanţi, antibiotice etc. Acestea perturbă funcţiile vitale ale celulei. De exemplu, colicinele (antibiotice secretate chiar de unele bacterii), împiedică utilizarea energiei necesare realizării transportului activ şi blochează absorbţia unor acizi aminaţi sau a unor glucide. Polimixinele se concentrează în membrana citoplasmică şi distruge stratul de fosfolipide. Nemaiputându-se asigura reglarea presiunii osmotice, celula moare. Acest fenomen a fost observat la Pseudomonas aeruginosa (Regnault, 1990).

Alte procese metabolice < care îşi au sediul de desfăşurare în membrana citoplasmică sunt fotosinteza (acolo unde este cazul), sinteza de lipide şi de constituenţi specifici ai peretelui celular.

• locul de fixare a structurilor specializate în deplasarea bacteriilor - flagelii.

• locul de recepţionare a mesajelor chimice sau fizice prin intermediul unor molecule receptoare specializate.

Acestea asigură intervenţia celulei în fenomenele de chimiotaxie (detectarea şi răspunsul specific al celulei bacteriene la prezenţa în mediul de viaţă al unor substanţe chimice utile sau nocive).

Bacteriile Gram+ sintetizează diverse enzime capabile să fragmenteze constituenţii macromoleculari şi să îi facă accesibili metabolismului celular (de exemplu proteaze), să denatureze anumite antibiotice (de exemplu penicilinaze) sau să producă un efect nociv (de exemplu exotoxine). Opus acestei categorii de bacterii, la cele gram-, marea majoritate a proteinelor elaborate de către acestea sunt reţinute în spaţiul periplasmic, cuprins între membrana internă (membrana citoplasmică) şi membrana externă. Aceste proteine pot fi eliberate prin transformarea celulelor în sferoplaşti (protoplast tipic bacteriilor gram- care păstrează resturi de perete celular) sau prin şoc osmotic.

Periplasma reţine unele enzime de degradare potenţială, cum ar fi fosfatazele, ribonucleazele, b-lactamazele. Numeroase molecule (galactoza, maltoza, glutamina) se fixează pe unele proteine periferice pentru a străbate bariera membranară. Aceste proteine specifice de legătură ("binding protein") vor fi chiar ele asociate la o altă proteină de membrană care asigură cuplajul cu o sursă de energie. Ele pot fi, spre exemplu, ţinta unor antibiotice cum ar fi penicilinele ("penicillin binding protein" - pbp) (Leclerc, 1995).

2.2.4 Sistemul membranar intern (intratitoplasmic) Citoplasma bacteriană nu conţine organite celulare complexe

(mitocondrii, cloroplaste etc.) ca şi citoplasma eucariotelor. Totuşi pot fi observate unele structuri membranare caracteristice.

2.2.4.1 Mezozomii Aceştia sunt printre cele mai studiate structuri de acest tip. Ei apar

ca nişte formaţiuni rezultate din invaginarea membranei citoplasmice şi care au formă de vezicule, tuburi, lamele (fig.2.1; 2.15a şi b).

Fig. 2.15- Mezozom cu structură veziculară (a); mezozom cu structură lamelară (b); (mezozom - 1, membrană citoplasmică - 2, septum

- 3) (microscopie electronică, J.P.Gourret).

68

Mezozomii se întâlnesc în egală măsură la bacteriile Gram+ şi Gram-, dar cu unele caracteristici specifice fiecărui grup. De exemplu, volumul lor este mult mai mare la bacteriile Gram-b faţă de acela al celor Gram-.

Referitor la structura şi volumul lor, au fost lansate o serie de speculaţii. Astfel, faptul că ei apar în vecinătatea septurilor în timpul diviziunii bacteriene, sunt adesea ataşaţi cromozomului bacterian sau chiar aparatului nuclear, au condus la concluzia că mezozomii pot avea un rol în replicarea cromozomală (fig. 2.16 a, b, c).

Fig'. 2.16a- Secţiune printr-o celulă de Bacilîus subtilisîn care se pot vedea "nucleul" (n) şi un mezozom (m) situat în imediata vecinătate a septului ce tocmai se formează

în timpul diviziunii transversale a bacteriei (după Senez, 1968)

Observaţiile cele mai recente ale unor cercetători sugerează că aceste formaţiuni ar fi nişte artefacte care apar la microscop ca urmare a tehnicilor de fixare aplicate în microscopia electronică (Leclerc, 1995). Mezozomii constituie probabil, o parte din membrana

Fig. 2.16b - Secţiune prmtr-o celulă de Bacillus subtilisîn care se poate observa poziţia mezozomului (m) în contact cu "nucleul" (n), peretele celular (pc), şi

membrana plasmatică (mp)

70

i

1968): cromozomii sunt figuraţi prin bucle, mezozomii prin mici triunghiuri, iar zonele de neosinteză ale membranei plasmatice prin linii mai îngroşate, se observă că mezozomii sunt prezenţi atât în zona de duplicaţie a cromozomului, cât şi în zonele de geneză a membranei plasmatice, respectiv septare-diviziune

celulară, suferind ei înşişi un proces de diviziune.

plasmatică diferită chimic şi mult mai fragilă la fixare decât restul acesteia. Totuşi, mezozomii sunt observaţi la unele bacterii după criodecapaj, ceea ce indică faptul că ele existau ca formaţiuni bine definite, în celulele vivante şi nu puteau fi simple artefacte datorate tehnicilor de lucru. Cercetările ulterioare vor lămuri, probabil, aceste controverse.

Numeroase bacterii au un sistem membranar intern foarte diferit de acela al mezozomilor (fig. 2.17). Astfel, pliurile interne ale membranei citoplasmice pot fi foarte complexe la bacteriile fotosintetice cum ar fi Cyanobacteriile şi bacteriile purpurii sau la bacteriile cu o activitate respiratorie foarte intensă, cum ar fi bacteriile nitrificatoare. Funcţia lor esenţială este aceea de a mări suprafaţa membranară, extrem de importantă pentru desfăşurarea a numeroase procese metabolice.

a

Fig. 2.17 - Sistem membranar intern la Nitrocystis oceanus (a) şi la Ectothiorhodospira mobilis (b) (după Prescott, Harley şi Klein, 1995)

2,2.4,2 Aparatul fotosintetic

După Kondratieva (1992), se pot distinge mai multe tipuri morfologice de structuri interne membranare cu rol în realizarea proceselor fotosintetice ale bacteriilor. La bacteriile purpurii sulfuroase, componentele aparatului fotosintetic iau naştere din membrana citoplasmică, puternic invaginată şi pătrund mult în citoplasmă. Ele pot avea formă veziculară, tubulară sau lamelară, situate în pachete sau în fascicule (fig. 2.18).

Fig. 2.18 - Aparatul fotosintetic Ia bacterii (a=vezicular, b=tubular, c=lamelar -pachete, d=lamelar - fascicule)

a b c

72

La Cyanobacterii, cele mai reprezentative bacterii purtătoare ale acestor formaţiuni, aparatul fotosintetic se prezintă în majoritatea cazurilor ca un sistem de saci membranoşi turtiţi - tilacoizi, separaţi de membrana celulară, care conţin centrii de reacţie şi sistemul transportor de electroni. "Antena" care captează lumina este reprezentată de ficobiHproteine, prezente ca un şir regulat de granule, numite ficobilisomi, ataşaţi la suprafaţa membranei externe a tilacoizilor. La aceste bacterii, se presupune că membrana plasmatică nu conţine nici un component al aparatului fotosintetic (Zarnea, 1983).

La bacteriile filamentoase (cu excepţia genului Heliothrix) şi la cele sulfuroase, receptorii pigmentări sunt localizaţi în nişte structuri ovoidale, lenticulare ce sunt ataşate suprafeţei interne a membranei şi se numesc clorosomi.

2.2.5 Citoplasma, ribozomii şi incluziunile celulare

Citoplasma bacteriană reprezintă cea mai mare parte a protoplastului. Ea este înconjurată de o membrană denumită membrană citoplasmică sau plasmatică, despre care am vorbit anterior.

Mulţi ani s-a crezut că aceasta este o soluţie omogenă conţinând diverşi constituenţi proteici. Microscopia electronică şi dezvoltarea tehnicilor de citochimie au evidenţiat faptul că ea este de fapt un hidrogel coloidal permanent, format dintr-o fază dispersă (proteine, săruri minerale în soluţie) şi o fază dispersată (ribozomi şi diferite incluziuni). Ea este traversată de diferite structuri rezultate din invaginări ale membranei citoplasmice. Astfel, prin tehnici de ultracentrifugare specifice se ppt separa două fracţiuni: una solubilă, conţinând enzime în soluţie şi acid ribonucleic, iar alta, formată din particule în suspensie, conţinând ribozomi şi material membranar. Conţinutul în apă al acesteia este de 70% din masa celulară bacteriană.

2.2.5.1 ARN şi ribozomii

Ribozomii sunt mici granulaţii sferice de 20 - 30nm diametru care par a umple în totalitate masa citoplasmei, exceptând regiunea nucleară. Folosind un grosisment redus, se pot observa la microscopul electronic ribozomii, ca nişte particule uniforme care dau aspectul granulat specific al citoplasmei (fig. 1.1a şi fig. 2.19).

Fig. 2.19 - Ribozomi bacterieni (microelectronografie)

Totuşi, deşi par atât de simpli, ei sunt elemente foarte complexe, constituite din proteine şi acid ribonucleic (ARN). Ei pot fi izolaţi plecând de la extracte bacteriene, prin ultracentrifugare în gradient de zaharoză. Ca şi toate particulele, ei sunt caracterizaţi prin coeficientul (constanta) lor de sedimentare, exprimat în unităţi Svedberg (S). Acesta măsoară viteza de sedimentare la ultracentrifugare. Coeficientul de sedimentare depinde de masa moleculară a particulei, de volumul şi de forma sa. Particulele grele şi compacte au în mod normal valori Svedberg mari, deci sedimentează mai repede. Notăm că aceşti coeficienţi nu sunt direct proporţionali cu masa moleculară: masa unui ribozom 70S este egală cu suma maselor subunităţilor SOS şi 30S, chiar dacă suma 50+30 este 80 şi nu 70.

Toţi ribozomii bacterieni sunt identici. Ei au o constantă de sedimentare de 70S, în timp ce ribozomii celulelor eucariote sunt caracterizaţi de o constantă de sedimentare de 80S. Ei pot fi disociaţi în două subunităţi, una de două ori mai mare decât cealaltă. Subunitatea mică (30S) este formată din ARN 16S şi 21 proteine, iar cea mare (SOS), din ARN 23S, ARN 5S şi 31 proteine (fig. 2.20).

74

r • 8

Fig. 2.20 - Ribozom 70S (S = subunitate mică, L = subunitate mare)

2.2.5.2 Substanţele de rezervă şi alte incluziuni citoplasmice Bacteriile pot acumula materiale organice sau anorganice care

servesc drept substanţe de rezervă. Acestea se formează atunci când creşterea încetează sau este inhibată ca urmare a epuizării unui anumit factor limitativ sau din cauza prezenţei unui agent inhibitor. Aceste condiţii sunt frecvente în mediile sărace în elemente nutritive. Substanţele de rezervă sunt inerte, insolubile în apă, iar când ajung la anumite dimensiuni formează granule vizibile chiar la microscopul optic. Acestea sunt cunoscute şi sub numele de corpi de incluziune.

Polizaharidele

într-un mediu deficient în proteine (azot organic) şi cu exces de substanţe carbonate (glucoză, lactat), unele specii bacteriene devin incapabile de a sintetiza proteine, transformă compuşii carbonaţi în substanţe de rezervă. Este vorba despre amidon şi cel mai adesea glicogen (fig. 2.21a şi b). Putem pune în evidenţă prezenţa lor cu ajutorul unei soluţii iodo-iodurate care colorează amidonul în albastru închis şi glicogenul în brun roşietic. Acumularea de amidon sau de c o m p u ş i a s e m ă n ă t o r i , a fos t ev iden ţ i a t ă la: Acetobacter, Neisseria şi Clostridium butyricum. Glicogenul este un compus frecvent întâlnit ca granule în citoplasma unor genuri de bacterii ca Bacillus, Micrococcus, Arthrobacter etc,

Fig. 2.21a - Acumularea de glicogen într-o cultură de Acetobacter aerogenes, în condiţiile carenţei în azot şi a excesului de glucoză (după Senez, 1968)

Fig. 2.21b- Secţiune printr-o Cyanobacterie; alături de celelalte elemente morfologice se pot observa corpi de incluziune (granule de glicogen, de polifosfat, carboxizomi) (fotografie realizată la microscopul electronic de J.P.Gourret). (vezi Anexa 4).

L nucleoid, 2. corpi poliedrici (carboxiboni), 3. citoplasma celulară legată, în ribozomi, 4. tilacoizi, 5. granule de glicogen, 6. globule de polifosfat, 7. învelişuri celulare, 8. masă mucilaginoasă ce înconjoară celula

76

Lipidele şi compuşii asemănători

Unele lipide neutre (trigliceride) se formează frecvent la ciuperci, Candida fiind capabilă să acumuleze până la 90% din greutatea lor uscată. Actinomycetele şi Mycobacteriile {gen Nocardia), stochează de asemenea lipide în vacuole. La Mycobacterii sunt prezente nişte ceruri, adică nişte esteri ai unor acizi graşi şi ai unor alcooli.

PoH-b-M<koxibutiratul (PHB) este un polimer linear sintetizat şi stocat ca substanţă de rezervă de către numeroase specii de Micrococcus, Pseudomonas, Vibrio, Sphaerotilus, la bacteriile fotosintetizante etc. (fig. 2.22)

speciei Sphaerotilus natans (fo\

Bacteriile purpurii (a PPPoxSospirillum rubrum) formează poli-b-hidroxibutir^^i^compuşi omologi numiţi poli-hiclroxicalcanoaţi. Toate aceste substanţe acumulate în celulă sub formă de granule sau de mici vezicule, au proprietatea de a se colora cu acei coloranţi care pot fi încadraţi în grupa lipofililor, cum ar fi negru de Sudan (fig. 2.23). Ele se văd bine la microscopul optic şi fără coloraţii speciale, graţie puterii lor mărite de refracţie.

Fig, 2.23 - Granule lipidice la Bacillus megaterium colorate cu negru de Sudan

Polifosfaţii şi sulful

Numeroase bacterii pot acumula fosfaţi anorganici sub formă de polifosfaţi - granule metacromatice sau corpi metacromatici. Ei au primit această denumire pentru că se colorează diferit de culoarea pe care o are colorantul folosit. De exemplu, folosind bleu de toluidină, ei se colorează în roşu-purpuriu. Mai sunt cunoscuţi şi sub numele de volutină pentru că au fost descrişi prima dată la Spirillum yolutan0(ţig. 2.21b şi 2.24). Prezenţa lor la anumite specii patogeiie cum ar fi Corynebacterium diphteriae a făcut posibilă diagnosticarea bolnavilor ce posedau acest agent patogen, utilizând tehnici de colorare.

Fig. 2.24 - Granule de volutină sau corpi metacromatici (polifosfaţi) la Spirillum volutans

Bacteriile care oxidează compuşii reduşi ai sulfului acumulează sulf elementar sub formă de globule extrem de refringente (fig. 2.25).

78

Acesta poate fi stocat în interiorul celulei sau excretat la exteriorul ei. Sulful poate constitui o sursă de energie pentru bacteriile aerobe care oxidează hidrogenul sulfurat, cum ar fi cele din genurile Beggiatoa, Thiotrix etc. El poate fi totodată o sursă de electroni la bacteriile fototrofe ânaerobe. /

Fig. 2.25 - Granule de sulf la Chromatium okenii (după Senez, 1968)

Vacuolele cu gaz

Trei tipuri principale de procariote fotosintetice prezintă asemenea vacuole care sunt nişte vezicule pline cu gaz. Aceste grupuri sunt: algele albastre-verzi (cyânobacteriile), bacteriile purpurii, halobacteriile (gen Halobacterium). De asemenea, ele apar la bacteriile din genul Clostridium. Vacuolele cu gaz sunt agregate formate dintr-un număr mare de structuri cilindrice (fig. 2.26a). Membrana exterioară a acestor structuri veziculare nu conţine lipide şi este formată dintr-o singură proteină mică. Subunităţile proteice se asamblează pentru a constitui un cilindru rigid, gol pe dinăuntru şi impermeabil la apă, dar permeabil pentru gazul atmosferic.

Bacteriile purtătoare de asemenea vacuole cu gaz pot pluti la diferite adâncimi în mediul acvatic, pentru a capta lumina, oxigenul (sau pentru a-1 evita dacă sunt anaerobe), şi hrana. Atunci când ele trebuie să coboare spre adâncime nu fac altceva decât să-şi dezumfle din veziculele cu gaz, formând altele noi atunci când trebuie să urce (fig. 2.26b).

Fig. 2.26a - Vezicule gazoase evidenţiate într-o cyanobacterie (Anabaena flos-aque); prin criodecapaj la microscopul electronic se observă secţiuni

transversale şi longitudinale prin acestea (după Prescott, Harley, Klein, 1995)

Fig* 2.26b - Fenomenul de flotaţie la cyanobacterii, graţie vacuolelor gazoase; în flaconul din stânga, datorită suprapresiunii create ca urmare a închiderii forţate cu un dop, vacuolele plesnesc, iar bacteriile se depun la fundul acestuia; în flaconul martor, neacoperit (dreapta), bacteriile plutesc la suprafaţa lichidului (după Prescott, Harley, Klein, 1995),

80

mp - membrană plasmatică

ml-m4 = straturi ale peretelui celular

m = strat mucos t = tilacoizi n =: material nuclear f = zonă fibrilară gc = granule de

cianoficină cp - corp poliedric 1 = incluziuni lipidice

Fig. 2.27 - Granule de cianoficină (gc) evidenţiate într-o cyanobacterie (microelectronografie pe secţiune ultrafină, după Zarnea, 1983). (vezi Anexa 5)

Granulele de cianoficină şi carboxizomii

Cyanobacteriile posedă incluziuni cu totul speciale. Unele dintre acestea sunt granulele de cianoficină, alcătuite din molecule polipeptidice mari. Ele pot fi observate la microscopul optic şi servesc drept rezerve de azot pentru bacterii, (fig. 2.27).

Carboxizomii sunt prezenţi atât la cyanobacterii cât şi la bacteriile nitrifiante şi thiobacili (fig. 2.21b). Ei sunt poliedrici, au în jur de lOOnm diametru şi conţin ribuloză-l,5~bis-fosfatcarboxilază într-un aranjament paracristalin. Aceste rezerve de enzime pot fi sediul de fixare al C02.

2.2.6 Aparatul nuclear (Nucleoidul)

Timp de mulţi ani încercările de punere în evidenţă a "nucleului" la bacterii au fost fără succes. Prezenţa acidului ribonucleic din citoplasmă (ribozomi) în cantitate mare, maschează acidul dezoxiribonucleic din nucleu, chiar şi atunci când se folosesc coloranţi bazici. Tehnicile citologice moderne au făcut posibilă observarea faptului că bacteriile conţin corpi intracelulari complet diferiţi de ribozomi şi care posedă proprietăţi chimice specifice nucleului celular.

această cauză el nici nu poate fi denumit în mod propriu nucleu, ci nncleoid. Menţinerea compactă, condensată a materialului nuclear în citoplasma bacteriană este posibilă în aceste condiţii ca urmare a consistenţei citoplasmei care este un gel permanent, fără curenţi citoplasmatici (fig. 1.1a, 2.21b). La bacterii aparatul nuclear este constituit din fibre de ADN bieatenar care formează un cromozom unic, circular (fig. 2.28).

Fig. 2.28 - Cromozomul unic bacterian circular si puternic pliat ("împachetat"), format din fibre de ADN bieatenar

Cromozomul bacterian are o lungime ce poate atinge lnm. El se află condensat puternic în celula bacteriană care nu depăşeşte în mod normal 4-5|am. Cromozomul bacterian prezintă în jur de 2-3% din greutatea celulară şi ocupă mai puţin de 10% din volumul celular. Aceste constatări au fost posibile prin supunerea celulei bacteriene la şocuri osmotice urmate de plesnirea celulei şi derularea cromozomului (Regnault, 1990).

La microscopul optic, aparatul nuclear se poate evidenţia folosind colorantul Feulgen, tehnică pusă la punct pentru prima dată de Stille şi Piekarski. Folosind microscopia electronică, se observă numeroase detalii: o reţea neregulată de cromatină formată din fibre de ADN. Foarte adesea, filamentul de ADN este fixat la mezozomi sau la membrana citoplasmică. Totuşi, această reţea cromatinică nu formează niciodată o structură bine definită şi nu este asemănătoare cu cromozomii eucariotelor din timpul diviziunii celulare. Din acest motiv, expresia de cromozom bacterian trebuie să fie utilizată cu o oarecare prudenţă, el nefiind sinonim cu acela care desemnează cromozomul eucariotelor (Regnault, 1990).

S-a evaluat că aparatul nuclear bacterian conţine aproximativ 2000 gene.

Superhelixare

82

Plasmidele

Multe bacterii conţin în plus faţă de nucleu, un mic filament de AND circular dublu catenar denumit plasmidă.Această structură genetică accesorie posedă o altă informaţie genetică şi se poate replica autonom sau sincron cu cromozomul bacterian, transmiţându-se la descendenţi.

Genele plasmidiale dau bacteriei rezistenţă la medicamente, asigură alte căi metabolice acesteia şi proprietăţi de patogenitate, dar şi alte trăsături specifice.

2.2.7 Aparatul locomotor

Există multe specii bacteriene capabile să se deplaseze în mediu lichid sau sernilichid, graţie unui aparat locomotor. Prezenţa mobilităţii de un anumit tip, constituie un argument taxonomic util pentru departajarea unor grupuri de bacterii, familii, genuri sau chiar specii. Din acest punct de vedere, cocii sunt mai rar mobili faţă de bacili.

La bacterii au fost descrise mai multe tipuri de mobilitate. Primul tip este înnotul, care se realizează cu ajutorul flagelilor. Altele se deplasează prin alunecare pe suprafeţe solide cum ar fi geloza, sticla, plasticul sau substraturi naturale din mediul lor caracteristic de viaţă. Mecanismul mişcării nu este cunoscut. Unii cercetători (Lapidus şi Berg, 1982) arată că există bacterii care avansează ca şi când s-ar deplasa pe nişte fire. Alţi autori (Pate şi Chang, 1979) evidenţiază prezenţa unor organe de rotaţie sau a unor fibre contractile (Burchard, 1984). Mişcări specifice de alunecare au fost observate doar la bacteriile gram-. Unele specii de Proteus şi de Vibrio au un mod aparte de deplasare ce este denumit "roire" (swarming) şi care a fost descris de Willians în 1978. Celulele iau în mediu lichid o formă cocoidă-şi înoată cu ajutorul unor flageli. Pe un mediu nutritiv gelozat aceste bacterii "roiesc" prin glisare, formând colonii cu aspect de valuri concentrice (fig. 2.29). Această adaptare este de fapt, un mod de deplasare spre zone mai bogate în nutrienţi, părăsind zonele unde aceştia s-au epuizat.

culturii

Punct de însămâriţare

Fig. 2.29 - Dezvoltarea unei culturi de Proteus în urma unei însămânţări punctuale pe suprafaţa unui mediu solid

Henrichsen (1983) a descris la coccobacili şi coci (gen Neisseria, Moraxella, Acinetobacter), mişcări particulare de "convulsie" (twiching) pentru care nu s-au găsit nici în prezent explicaţii adecvate.

2.2.7.1 Flagelii şi mobilitatea

Flagelii bacterieni sunt organe care servesc la mişcarea (propulsarea) celulei. Ei nu trebuie confundaţi cu flagelii celulelor eucariote care sunt foarte diferiţi atât ca structură cât şi ca sursă de energie şi mecanism de acţiune. Flagelii bacteriilor sunt vizibili la microscopul optic prin tratamente simple aplicate celulei. Numai prin metode specifice (metoda clasică Leifson, cu fuxină bazică sau Fontana - Triboudeau, prin impregnare cu argint), aceste structuri pot fi evidenţiate, în urma aplicării alternative a unui mordant şi a unei soluţii coloidale ce se depune pe suprafaţa lor. Descrierea detaliată a formei lor, a modului de inserţie şi a dimensiunilor acestora este posibilă numai în urma examinării la microscopul electronic. Ei sunt filamente foarte fine de 20nm diametru, cu o lungime ce poate atinge lOmm (de 10 ori lungimea bacteriei). Filamentul flagelar nu este nici rectiliniu, nici curbat la întâmplare, ci el prezintă o formă ondulată regulat, ca o elice perfectă. Această elice este acţionată de un motor bazai inserat la nivelul membranei citoplasmice şi care determină mobilitatea (fig. 1.1a). Flagelii majorităţii speciilor se pot roti fie în sensul acelor de

84

ceasornic ("clockwise"), fie în sens contrar acestora (" coun terclockwise").

Speciile bacteriene se disting adesea prin modul de distribuţie al flagelilor. De 1a început trebuie arătat că toate bacteriile care nu au flageli se numesc atriche (trikhos, gr. = păr). Cele care prezintă flageli pot fi la rândul lor: monotriche, cu un singur flagel, situat de regulă la unul din capete (polar). Bacteriile care prezintă 2 flageli situaţi la câte un capăt al bacteriei se numesc amfitriche. Acele bacterii care au la unul din capete un mănunchi întreg de flageli (lophos, gr.=smoc, mănunchi). Există şi bacterii la care flagelii sunt împrăştiaţi pe toată suprafaţa celulei, ele numindu-se peritriche (fig. 2.30 şi 2.31).

Fig. 2.30 - Tipuri de distribuţie a flagelilor existente la bacterii: monotriche (a), lofotriche (b), peritriche (c).

Fig. 2.31 - Evidenţierea la microscop a tipurilor de distribuţie a flagelilor: monotrichă (a), la Pseudomonas, lofotrică (b), la Spirillum, peritrichă (c), la

Pro teu s vulgaris.

2.2,7.2 Ultrastractura flagelilor bacterieni

Microscopul electronic cu transmisie permite observarea faptului că flagelul bacterian este format din trei părţi:

- partea cea mai lungă şi mai evidentă este filamentul flagelar care apare la suprafaţa celulei;

- corpul bazai este îngropat în celulă; - cârligul leagă filamentul la corpul bazai; Filamentul este de fapt un cilindru gol, format dintr-un singur tip

de proteine, numit flagelină, cu masa moleculară variabilă (30.000 -60.000).

Cârligul şi corpul bazai sunt foarte diferite de filament. Primul este un pic mai larg decât filamentul şi este constituit din diferite subunităţi proteice. Corpul bazai este cel mai complex (fig. 2.32). La E.coli şi la cea mai mare parte a bacteriilor Gram-, corpul bazai are 4 inele ataşate la un ax central. Inelele exterioare L şi P se asociază cu lipopolizaharidele şi respectiv cu peptidoglicanul. Inelul M, intern, este ataşat membranei plasmatice. Bacteriile Gram+ au doar 2 inele în corpul bazai, un inel intern conectat la membrana plasmatică şi un altul, probabil ataşat la peptidoglican.

Fig. 2.32 - Ultrastructura flagelilor bacterieni la bacteria Gram-(a) şi la bacteria Gram+(b)

22 nm plasmatică a b

86

2.2.73 Geneza flagelilor

Aceasta este un proces foarte complicat care necesită acţiunea a 20 - 30 gene. O genă codează flagelina, 10 gene codează proteinele prezente în cârlig şi în corpul bazai Alte gene codează sinteza şi funcţiile flagelului. Subunităţile flagelinei sunt probabil, transportate traversând tubul gol al filamentului. Când ele ajung la extremitatea filamentului se asamblează spontan, în aşa fel încât filamentul creşte, mai degrabă la capăt decât la baza lui (fig. 2.33). Sinteza filamentului este un exemplu excelent de autoasamblare. Prin acest proces se formează spontan mai multe structuri, fără ajutorul unor enzime specifice sau al altor factori.

Membrană externă

Peptiloglican

Membrană plasmatică

Ribozomi * ^

Fig. 2.33 -Creşterea filamentului flagelar (unităţile de flageiină se asamblează la extremităţi)

Flagelii procariotelor au formă de elice rigidă, iar bacteria se deplasează când elicea se învârte la fel ca şi elicea unui vapor. Există forme mutante cu flageli rigizi sau cu un cârlig, în mod particular, foarte lung. Acestea nu se pot deplasa.

Sensul de rotaţie al flagelului determină tipul de mişcare al bacteriei. Flagelul monotrichelor se mişcă în sens invers acelor de ceasornic. Celula este propulsată înainte, iar flagelul trenează spre spatele ei. Peritrichele se deplasează de o manieră similară (fig. 2.34). Deci, pentru a avansa, flagelii se rotesc în sens contrar celui al acelor de ceasornic. Dacă flagelii se învârt în sensul acelor de ceasornic, celula se roteşte în jurul ei însăşi (se rostogoleşte), schimbându-şi brusc sensul de deplasare. Observarea direcţiei de deplasare a bacteriilor este posibilă utilizând un microscop special "de urmărire" adaptat special acestui scop. Astfel s-a constatat că, în absenţa unui stimul special, celula parcurge un drum în linie dreaptă timp de 1 secundă, după care are loc o schimbare bruscă de direcţie echivalentă unei rostogoliri şi din nou o mişcare în linie dreaptă ş.a.m.d.

Cercetătorii au lansat ipoteza că flagelii se rotesc din cauza interacţiunilor dintre inelele S şi M. La bacteriile Gram+ se presupune că inelul S, fiind ataşat de peretele celular nu poate participa la realizarea rotirii. Inelele P şi L de la bacteriile Gram- acţionează ca nişte rulmenţi cu bile faţă de o axă de rotaţie. De asemenea, se consideră că piesa pasivă a ansamblului este corpul bazai.

Mecanismul realizării mişcării nu este încă pe deplin elucidat. Flagelul este un sistem foarte eficient pentru deplasarea bacteriei

în mediul acvatic. S-a constatat că bacteriile se deplasează cu ajutorul flagelilor (prin înnot) cu o viteză de 20-90 mm/sec., ceea ce este comparabil cu deplasarea unui om de l,8m care străbate într-o secundă de 5 ori lungimea propriului său corp, ceea ce este practic imposibil.

La spirili şi la spirochete s-au semnalat tipuri de mişcare cu totul diferite de ale altor bacterii. Trăsăturile morfologice specifice, determinante în realizarea deplasării la aceste categorii de bacterii vor fi abordate în detaliu la capitolul 3.4. Spirillum volutans este o bacterie în formă de helix, cu spirele răsucite invers sensului de rotaţie a acelor de ceasornic. Ea posedă două seturi de fibrile de-a lungul celulei, sub o teacă ce îmbracă bacteria şi fixate la cei doi poli ai celulei. Aceste fibre sunt responsabile de realizarea mobilităţii.

88

Schimbare bruscă a sensului de deplasare

Fig. 2.34- Relaţia dintre sensul de rotire al flagelilor şi sensul de deplasare al bacteriei

Schimbare bruscă a sensului de deplasare

Mişcare înainte

Spirochetele au de asemenea, un aparat flagelar original care cuprinde doi flageli localizaţi în spaţiul cuprins între membrana externă şi cilindrul protoplasmic. Unul dintre flageli este inserat la un pol al cilindrului protoplasmic, iar celalalt este inserat la polul opus. Cei doi flageli, contrar altor flageli bacterieni, sunt flageli periplasmiei, răsuciţi în permanenţă în jurul corpului celular. Ei sunt în totalitate endocelulari. La această categorie de bacterii s-au observat 3 tipuri de mişcare: de translaţie, de rotaţie în jurul axei longitudinale şi de flexiune.

2.2.7.5 Chimiotaxia Principalul motiv pentru care bacteriile se deplasează spre o

direcţie sau alta este prezenţa unor factori care le atrag sau le resping.

1/M.wuwwAii.vAv uv/xivv V/W1VJIIU vy ÎV UIUJIV/

pentru bacterii, îndepărtându-le. Mişcarea bacteriilor orientată către substanţele atractante sau în

sens opus faţă de substanţele repulsive poartă denumirea de chimiotaxie (pozitivă, respectiv negativă).

O experienţă simplă poate fi improvizată la microscop pentru demonstrarea acestui fenomen. Examinând un preparat microscopic bacterian proaspăt constatăm că bacteriile se mişcă mai mult sau mai puţin ordonat. Dacă într-un capăt al lamelei picurăm o substanţă atractantă (de exemplu, un glucid) care se va prelinge uşor pe sub aceasta printr-un capăt al ei, vom constata că bacteriile îşi opresc mişcarea spre sensul iniţial, îndreptându-se spre direcţia din care acţionează factorul atractant. Această reacţie se numeşte chimiotaxie pozitivă.

în mod similar, s-a observat şi efectul repulsiv al unei substanţe care determină o chimiotaxie negativă, adică îndepărtarea de punctul în care se înregistrează o creştere a concentraţiei substanţei repulsive.

Răspunsurile chimiotactice sunt observate la toate bacteriile mobile şi în general la toate microorganismele mobile, indiferent de complexitatea lor.

Bacteriile răspund la concentraţii foarte scăzute de substanţe atractante (10~8M pentru unele glucide), iar amploarea răspunsului lor creşte odată cu mărirea concentraţiei substanţei. Substanţele repulsive trebuie să fie în concentraţie mare pentru a fi detectate de bacterii. Dacă într-un mediu sunt prezente simultan atât substanţe repulsive cât şi substanţe atractante, bacteria răspunde la substanţa aflată în concentraţia cea mai eficientă.

Atât substanţele atractante cât şi cele repulsive sunt detectate graţie unor chimioreceptori, proteine specifice care se leagă la substanţele chimice şi transmit nişte semnale altor componente ale sistemului chimiosenzitiv. Până în prezent s-au evidenţiat în jur de 20 chimioreceptori de substanţe atractante şi 10 de substanţe repulsive. Aceştia sunt situaţi în spaţiul periplasmic sau în membrana citoplasmică. Unii receptori participă la primele etape ale transportului glucidelor în celulă.

Componentul chimiotactic al bacteriilor a fost studiat la bacteria E.coli ce se deplasează iniţial spre o direcţie la întâmplare în câmpul

90

microscopic. Acest traiect se numeşte cursă. La scurt timp, are loc o schimbare de sens - întoarcere. Aceste două etape alternează, aşa cum

•se vede în figura 2.35. în prezenţa unui gradient de substanţe atractante, întoarcerile se reduc, iar cursele devin mai lungi, bacteria îndreptându-se spre concentraţia cea mai mare a substanţelor atractante.

întoarcere Meraînainte

Fig. 2.35 - Sensul mişcării dirijate la bacterii: mişcarea la întâmplare în absenţa unei substanţe atractante (a); mişcarea dirijată către un gradient de substanţe

atractante (b) (numărul de întoarceri este mai redus)

2.2.7.6 Mecanismul chimiotactic

Bacteriile au un sistem chimiosenzorial compus din proteine receptoare specifice care sunt repartizate pe toată suprafaţa membranei citoplasmatice în număr mare de exemplare, ele determinând răspunsul chimiotactic (Armitage, 1992). Pentru că ele sunt metilate în cursul acestui răspuns, au fost numite proteine metilabile ale chimiotaxiei (Methylaccepting Chemotaxis Proteins -MCP). Aceste proteine care au o greutate moleculară de, aproximativ 60kDa formează o vastă familia. Ele fixează nişte substanţe chimice care sunt de fapt nişte compuşi efectori de chimiotaxie,, pe faţa periplasmică a membranei. Aceste legături pot fi directe, de exemplu cu acizii aminaţi sau indirecte, prin intermediul proteinelor periferice de legătură, în cazul unor zaharuri. MCP iniţiază o serie de reacţii de fosforilare citoplasmică. Acestea conduc la modificarea sensului de rotaţie a motorului flagelar. Există 5 clase de MCP codate de genele trs, tar, trg, tap, tip, fiecare dintre ele fiind responsabilă de răspunsul taxiei în raport cu grupul de chimioefectori. Semnalul trimis de efectorul chimic şi captat de moleculele receptoare de MCP trebuie să fie trasmise până la motorul flagelar. Există 6 proteine citoplasmice care

2.2.7.7 Alte forme de taxie

Chimiotaxia poate fi considerată de importanţă secundară faţă de alte tipuri de taxii care răspund la oxigen sau la lumină.

Aerotaxia Observaţiile lui Engelmann, 1883 (citat de Leclerc, 1995) au

arătat că bacteriile de apă dintr-un heleşteu, examinate în preparate fixe între lamă şi lamelă, pot să se orienteze diferit astfel: unele, aerobe obligate, se aglutinează în jurul unei bule de aer, în timp ce altele, anaerobe obligate, se îndepărtează cât mai mult posibil de aceasta, iar o a treia categorie, adică microaerofilele, care preferă oxigen mai puţin, fiind intermediare între primele două, rămân între acestea şi ca poziţie în spaţiul lamei. în mediul acvatic natural, în care se multiplică abundent cyanobacteriile (fotosintetice), oxigenul produs în cursul fotosintezei atrage în această zonă bacteriile mobile iubitoare de oxigen. Răspunsul aerotactic pune în joc interacţiunea oxigenului cu citocromul terminal şi activitatea lanţului de transport electronic.

Fototaxia La bacterii există mai multe tipuri de foto-răspunsuri „ Printre ele,

fototaxia este schimbul de orientare al unei bacterii ca răspuns la un gradient luminos. Nu este surprinzător că bacteriile fotosintetice care depind de energia luminoasă pentru creştere, manifestă un comportament fototactic. Dacă se orientează un fascicul luminos către o suspensie de chromatium, pe o lamă port-obiect, aceasta fiind anterior plasată în obscuritate, bacteriile se regrupează în zona luminată. Ele par a fi prizonierele acestei zone pe care nu o pot părăsi.

Magnetotaxia Blakemore (1982) a examinat la microscop populaţii bacteriene

provenind din zona marginală a mareelor şi a remarcat unele specii care se deplasează în mod constant în aceeaşi direcţie, aceea a câmpului magnetic terestru. Aceste bacterii sunt denumite magnetotactice şi posedă un lanţ de particule opace de electroni ("buzunare negre") aliniate paralel cu axa mare a celulei şi care pot fi văzute la microscopul electronic. Aceste particule numite

92

magnetosomi, sunt constituite dintr-un oxid de fier numit magnetită (Fe304). Acest lanţ s-ar putea asemăna cu acele unei busole care permit bacteriei să se orienteze paralel cu liniile de forţă ale câmpului magnetic terestru.

Comportamentul magnetotactic este cu totul deosebit de fenomenele tactice precedente. El acţionează ca un răspuns la un câmp geomagnetic ce determină orientarea corpului celular şi nu reprezintă o deviere de direcţie a mişcării bacteriei ca rezultat al inversării mişcării flagelare.Bacteriile magnetotactice din emisfera nordică tind să se orienteze spre nord şi cele din emisfera sudică tind să se orienteze spre sud. De la descoperirea lui Blakemore, bacterii magnetotactice au fost izolate dintr-un mare număr de medii. Ele aparţin diferitelor grupe morfologice: bacili, vibrioni, bacterii spiralate. Recent au fost izolate noi specii de bacterii magnetotactice care conţin sulf (Mann, 1990, citat de Leclerc, 1995).

2.2.7.8 Efectul comportamentului chimiotactic în lumea bacteriană

Răspunsurile bacteriilor la diferiţi stimuli depind de habitatul lor specific şi sunt extrem de variate. Bacteriile fotosintetice, ca de exemplu acele din genul Chromatium, sunt atrase de hidrogenul sulfurat (donor de electroni) care este o substanţă repulsivă pentru marea majoritate a speciilor bacteriene. Benzoatul,care este un compus repulsiv pentru enterobacterii, este, din contră, căutat şi metabolizat de specia Rhodopseudomonas putida. Vibrio fumissii este o bacterie marină care exercită o atracţie foarte puternică pentru chitină, chiar la concentraţii scăzute. Ea nu are nici o atracţie pentru un alt compus extrem de căutat de către enterobacterii, şi anume aspartamul. în consecinţă, dacă mecanismele de percepţie tactică sunt în ansamblu aceleaşi luând în considerare diferite familii de bacterii, receptorii sau căile metabolice implicate au evoluat în timp răspunzând specific exigenţelor fiecărei specii.

• Puterea invazivă Cu toate că în prezent nu există date suficiente, iar interpretările

care se dau sunt deseori controversate, este evident că fenomenul de chimiotaxie joacă un rol important în procesele de invazie bacteriană. în sprijinul acestei idei menţionăm faptul că numeroase cercetări au

oaimoneua zypni), m ump ce suşeie oacienene îmoone nu suni capaone de o asemenea invazie. De asemenea, suşeie mutante imobile de Pseudomonas aeruginosa sunt incapabile de a invada plăgile de arsuri în modelele experimentale cu anticorpi (Leclerc, 1995).

• Asocierea simbiotică Fenomenele de interacţiune bacteriană cu rizosfera au fost

extrem de studiate de către diverşi cercetători. Există în sol o competiţie intensă pentru nutrienţi şi numeroase bacterii uzează de chimiotaxie pentru obţinerea unor compuşi chimici specifici. Bacteriile din genul Agrobacterium şi Rhizobium sunt exemple foarte bine cunoscute. în sol, unde aceste bacterii se află în număr mare, infectarea plantei ia naştere la extremităţile radicelelor. Aici se eliberează nişte compuşi care exercită atracţie asupra bacteriilor. Formarea nodozităţilor şi implicit stabilirea simbiozei bacterie - plantă leguminoasă stă la baza fixării azotului atmosferic de către această categorie de plante superioare.

• Dispersia microorganismelor în mediul acvatic, sărac în nutrienţi organici, unde bacteriile au o

rată de creştere mică, mobilitatea şi chimiotaxia pot favoriza dispersia bacteriilor permiţându-le să fie mai competitive în lupta pentru existenţă. Atracţia precede fenomenele de adeziune bacterină la diverse substraturi: plancton, materii vegetale sau animale în descompunere. Unele bacterii care trăiesc în stare liberă (Pseudomonasy Spirochetele) au un comportament chimiotactic foarte activ, mai ales după o perioadă de carenţă în nutrienţi.

2.2,8. Pilii şi fimbriile

Numeroase bacterii Gram - posedă apendici scurţi, filiformi, mult mai fini decât flagelii şi care nu sunt implicaţi în mişcare. Aceşti apendici au putut fi evidenţiaţi graţie microscopiei electronice şi s-au numit fimbrii sau pili.

Duguid (1955) a propuse numele de fimbrii care în limba latină înseamnă filament sau fibră. Puţin mai târziu, în 1959, Brinton

94

introduce termenul de pili care în limba latină înseamnă păr. In realitate ele sunt două categorii morfologice şi funcţionale distincte.

Prima categorie, fimbriile, reprezintă filamente distribuite în număr mare (de ordinul sutelor) în jurul bacteriei. Ele sunt scurte (în jur de un micron lungime), rigide şi casante. Prezenţa lor este în raport direct cu priorităţile hemaglutinante ale bacteriei şi cu puterea lor de adeziune la suprafaţa altor celule.

A doua categorie, pilii, sunt filamente mult mai lungi, de ordinul a 10 microni şi în număr mai mic per celulă (1-10). Ei sunt implicaţi în transferul ADN între bacteriile mascule şi femele, deci sunt apendici cu funcţii sexuale. De asemenea, unele virusuri bacteriene (bacteriofagi) se fixează specific la începutul ciclului lor de reproducere la nişte receptori prezenţi pe pilii de sex.

f Aşa cum am arătat anterior, fimbriile au un important rol în adeziunea celulară graţie unor adezine filamentoase. Alături de acestea există şi adezine aşa-numite amorfe sau afimbriare - amorfinele. Acest tip de adeziune este un fenomen de lipire specifică. Ea pune în joc o adezină, moleculă capabilă să recunoască o moleculă a unei alte celule care se numeşte receptor şi pe care se fixează.

Există două tipuri morfologice de fimbrii. Unele au forma unor bastonaşe rigide de 5-7nm diametru şi sunt cele mai frecvente. Altele apar ca nişte fibre flexibile de 2-3nm diametru, sunt mult mai fine decât flagelii (20nm diametru) şi se aseamănă foarte mult cu pilii sexuali (8nm diametru). Ele sunt aşezate în jurul întregii suprafeţe celulare, de o manieră peritrichă, iar numărul lor variază între 100 şi 1000 per celulă. La unele specii de Pseudomonasple pot fi polari sau bipolari.

Dacă la bacteriile Gram - apariţia fimbriilor este un fenomen constant, bacteriile Gram + au foarte rar asemenea formaţiuni. Ele au fost observate la unele specii de Corynebacterium şi Actinomyces. De asemenea, au fost descrise la bacteriile patogene aparţinând Enterobacteriaceaelor, la Neisseria şi Bordetella.

în fig. 2.36 se pot observa fimbriile de la E.coli, cele mai studiate fimbrii bacteriene, datorită rolului pe care îl au aceste structuri în exprimarea puterii patogene şi a marii diversităţi morfologice care face posibilă chiar departajarea unor suşe patogene între ele. Prin urmare, în exprimarea puterii patogene a acestor suşe, fimbriile joacă un rol important. Cu ajutorul acestora bacteriile se ataşază la celulele epiteliale ale mucoasei intestinale. Are loc totodată producerea de toxine denumite enterotoxine. Asemenea suşe de E.coli produc boli

Adeziunea şi adezinele Fimbriile sunt cele mai vechi organite cunoscute, capabile să

adere la o celulă graţie adezinelor prezente la extremitatea filamentelor sau uneori pe una din feţele acestora. Adezinele fimbrilare sunt lectine,adică molecule proteice care nu sunt de origine imunitară şi care fixează unele glucide. La bacterii există numeroase alte tipuri de adezine, altele decât cele fimbrilare şi care sunt tot lectine.

Fig. 2.36 - Celule de E.coli prezentând flageli (firele mai lungi) şi fimbrii (firele mai scurte); imagine la microscopul electronic

(tehnica prin umbrire metalică) (după Senez, 1968)

Compartimentele membranare purtătoare de structuri sau polimeri responsabili de adeziunea celulară sunt: membrana externă, membrana citoplasmică, peptidoglicanul şi polimerii extracelulari de suprafaţă.

Receptorii de adeziune Aceştia sunt molecule care recunosc adezinele. Există două mari

categorii de receptori. Prima categorie cuprinde molecule de glucide purtate de către glicolipidele şi glicoproteinele celulelor eucariote sau de lipopolizaharidele şi polizaharidele capsulare ale celulelor bacteriene. A doua categorie include molecule proteice ale matricei extracelulare din ţesutul gazdă.

2.2.9. Forme de rezistenţă şi spori

Unele bacterii trăiesc într-un habitat relativ stabil care nu este expus unor modificări profunde. Este cazul bacteriilor patogene, al parazitelor intracelulare sau extracelulare din organismul uman şi care beneficiază de un mediu perfect stabil, permiţând optimizarea creşterii bacteriilor în condiţiile date.

Alte bacterii trebuie să se adapteze unor habitate cu condiţii contrastante, cu oscilaţii de pH şi de temperatură, cu diverse carenţe nutriţionale etc. (de exemplu bacteriile care populează tubul digestiv). Aqestea trebuie să-şi elaboreze strategii diferite în funcţie de caz pentru a putea supravieţui. Ele pot să se multiplice foarte rapid atâta timp cât condiţiile sunt optime şi foarte lent în circumstanţe nejfavorabile, când creşterea nu mai este posibilă. Supravieţuirea poate săi se realizeze prin adoptarea unei forme latente în aşteptarea unor condiţii favorabile de viaţă. Astfel, există bacterii care alternează stadiile de creştere vegetativă cu acelea de rezistenţă - spori. Unele specii bacteriene prezintă o diferenţiere alternativă formă fixă - formă mobilă. Există, de asemenea, bacterii care au adevărate cicluri de viaţă foarte complexe, cu forme sesile, mobile, latente, multicelulare.

Sporii nu sunt altceva decât forme latente de evoluţie pe care anumite bacterii le-au adoptat pentru supravieţuirea într-un mediu ostil, aşteptând condiţii mai propice de viaţă activă.

tfacteniie poseda o mare diversitate de spori. A strei, exista unu endospori, extrem de rezistenţi la condiţiile nefavorabile de mediu, iar alţii, spori fragili, mobili, zoospori.

Principalele categorii de spori sunt următoarele: • Endosporul - este forma cea mai comună de spor bacterian

care apare în interiorul celulei vegetative denumite sporangiu. • Sporii de origine hifală (fig. 2.37) - sunt caracteristici

actinomycetelor şi poartă denumiri împrumutate din micologie, urmare a asemănărilor morfologice dintre această categorie de bacterii şi mycete. Din această grupă, în funcţie de specie, fac parte următoarele categorii de spori:

Axtroşpom - se mai numesc impropriu conidii şi se formează prin segmentarea hifelor ca urmare a formării unor septuri transversale. Ei sunt menţinuţi în lanţuri acoperite de o teacă externă subţire, fie netedă (Streptomyces venezuelae), fie acoperită de apendici asemănători unor ţepi (Streptomyces viridochromogenes).

Sporii rezultaţi prin fragmentare (oidiospori) - se formează prin fragmentarea miceliului, mai precis prin dezarticularea elementelor hifale la nivelul septurilor transversale. Aceşti spori se întâlnesc la genul Nocardia.

Aleuriosporii - sunt spori solitari care iau naştere apical sau lateral pe sporofori scurţi, iar apoi sunt eliberaţi prin liza hifei care îi menţine.

Sporii menţinuţi în vezicule - se formează prin septarea hifelor existente în interiorul unui înveliş care le înconjoară ca o veziculă sporală. Ei pot fi mobili - zoospori sau imobili - aplanosporL

• Chiştii - sunt caracteristici bacteriilor din genul Azotobacter şi iau naştere prin transformarea unei celule vegetative în întregime, prin îngroşarea peretelui ei celular. Totuşi rezistenţa lor este inferioară endospori lor .

• Gonidiile - se formează prin condensarea şi fragmentarea protoplasmei unei celule vegetative numitegonidangiu. După ruperea peretelui celular al gonidangiului are loc eliberarea în mediu a

98

gonidiilor din interior, ele putând fi mai multe. Nu au o rezistenţă caracteristică sporilor.

• Mixosporii, heterochiştii şi akineţii sunt alte forme particulare de spori.

Fig. 2.37 - Diferite tipuri de spori de origine hifală: Artrospori (1 şi 2), Spori de fragmentare (3), Aleuriospori (4), Spori formaţi în vezicule sporale şi un

zoospor flagelat în dreapta (5), Aplanospori (6), Zoospori (7).

2,2.9.2. Strategii de rezistenţă

• Alternanţa a două stadii Forme vegetative - Forme latente Exemplele cele mai cunoscute sunt acelea ale genurilor Bacillus

şi Clostridium. De altfel, sporul apare în special la bacili, dar există, în

In condiţii de deficienţă nutriţională, celulele vegetative, in plina activitate, încetează să se mai multiplice prin diviziune binară, simetric şi adoptă un gen de diviziune asimetrică, rezultând în final aşa-numitul spor intern sau endospor. El este o celulă rezistentă la agenţii fizico-chimici nefavorabili şi în particular la temperatură, radiaţii U.V., dezinfectanţi chimici şi uscăciune, având o viaţă latentă - stare criptobiotică.

Există dovezi care arată că sporii pot rămâne viabili timp foarte îndelungat, chiar 500 ani. Spori de Actinomycetae au fost găsiţi vii în depozite cu vechime de 7 500 ani.

Unii spori dintr-o categorie mai specială, prezenţi la anumite specii microbiene, sunt înconjuraţi de o membrană mult mai îngroşată decât în mod obişnuit. Este cazul unor specii aparţinând genului Azotobacter (bacterii fixatoare de azot) la care se formează un tip particular de spor denumit chist

Unele bacterii metilotrofe (Methylosinus trichosporium) dau naştere unor exospori, celule dorminde de un tip mai puţin obişnuit. Ei apar la sfârşitul fazei staţionare de creştere când unele celule se alungesc în formă de fus dând un mugure care dobândeşte o refringenţă deosebită în mod progresiv. Aceştia sunt rezistenţi la uscăciune şi temperaturi nefavorabile.

Forme sesiîe - Forme mobile Acest tip de alternanţă este prezent la Caulobacter crescentus, cel

mai tipic exemplu, manifestat prin prezenţa unor celule mobile care înnoată, incapabile de diviziune şi a unor celule cu tijă (bacterii prostecate) capabile de reproducere. Tija (apendicele sau prosteca) permite ataşarea celulei mamă la un anumit substrat, (fig. 2.38).

La Sphaerotilus şi Leptotrix apar structuri foarte asemănătoare celor de la Caulobacter. Forma sesilă de la Sphaerotilus este o "carapace" filamentoasă care încorsetează celulele şi care se fixează la un substrat printr-un crampon adeziv aflat la unul dintre extremităţi. în cursul diviziunii celulare se formează un flagel polar, iar "carapacea" este părăsită. Atunci când celulele flagelate ajung într-un loc nou unde se pot fixa, ele se divid din nou.

100

Fig. 2.38 - Ciclul de dezvoltare - dimorGsm - la Caulobacter crescentus

Actinoplanele prezintă un alt fel de ciclu de multiplicare. La acestea, organismele în formă sesilă sunt reprezentate de un miceliu vegetativ, iar forma mobilă este un spor flagelat ce se formează în interiorul unui sporange.

Forme infecţioase - Forme reproducătoare Cazul apare la genul Bdellovibrio care cuprinde specii bacteriene

parazite obligat intracelulare în alte specii bacteriene. Aceste specii parazite prezintă o alternanţă între forma mobilă cu cil polar, extracelular - formă nereproducătoare şi aceea aflagelată - reproducătoare, localizată în spaţiul periplasmic al bacteriei parazitate. Partea anterioară a bacteriei parazite se dilată, dând naştere unei structuri asemănătoare unui crampon care serveşte la fixarea ei pe celula parazitată.

Chlamydiile sunt parazite obligate la om şi la unele animale. Ele prezintă de asemenea o alternanţă între stadiul extracelular - corpi elementari şi stadiul intracelular - corpi reticulaţi Primul stadiu reprezintă forma dormindă, rezistentă, incapabilă de diviziune şi foarte infecţioasă, iar al doilea, reprezintă forma metabolică activă şi reproducătoare.

• Cicluri complexe Numeroase studii s-au efectuat asupra mixobacteriilor, bacterii

Gram - prezente în mod normal în sol şi care au unele proprietăţi unice:

Specia Myxococcus xanthus face parte din această categorie de bacterii. în cursul ciclului lor de dezvoltare, celulele vegetative pot forma corpi de fructificaţie transformându-se apoi în myxospori (fig. 2.39).

Cap fructifer

Mixospor matur

Germinare

Creştere vegetativă

Fig. 2.39 - Ciclul de. dezvolt are la Myxococcus xanthus

Specii ale genului Streptomyces, bacterii actinomycete, reprezintă un exemplu de complexitate în privinţa ciclului de dezvoltare. Ea este caracterizată prin formarea a două tipuri de miceliu, subteran şi aerian, prin alternanţa între o formă celulară vegetativă şi o formă sporulată, prin autoliza unei fracţiuni importante a miceliuluL Etapele formării sporilor sunt prezentate în fig. 2.40.

Fig. 2.40 - Schema transformării hifelor aeriene în spori la Streptomyces coeîicolor; creştere vegetativă (1), hifă sporulantă în faza de ondulare a

extremităţii (2), formarea septurilor de sporulaţie (3), apariţia unor gâtuituri între sporii tineri, urmată de o îngroşare a pereţilor acestora (4), maturarea

sporilor (5) imagine de ansamblu (6)

102

Un alt exemplu ar putea fi acela al speciei Rhodomicrobium vannielii, o bacterie fototrofă cu apendici celulari în formă de muguri. Ciclul ei de dezvoltare este extrem de complex, cuprinzând forme vegetative care alternează cu acelea latente şi forme sesile, reproducătoare, care alternează cu acelea ce roiesc. într-o cultură de R. vannielii este posibil să observăm în acelaşi timp 3 tipuri celulare: bacterii peritriche, celule ovoidale reunite între ele prin ramificaţii tip micelian şi exospori angulari rezistenţi la căldură.

Celulele flagelate sunt asemeni celulelor mobile ale genului Caulobacter, incapabile de diviziune. Formarea lor este indusă de condiţiile de intensitate luminoasă scăzută şi de conţinutul în C02 sporit. Celulele care înmuguresc provin din celule flagelate şi au 3 opţiuni de dezvoltare în funcţie de condiţiile de intensitate luminoasă, de presiunea parţială de C02 şi de concentraţia în nutrienţi. Dacă intensitatea luminoasă este puternică şi presiunea C02 scăzută, celulele se dezvoltă prin apariţia formelor înmugurite (cu apendici) şi miceliene. în situaţia inversă (lumină slabă şi presiune C02 crescută), celulele cu apendici mugurali se întorc spre forma roitoare (mobilă). în fine, atunci când elementele nutritive se epuizează şi ajung sub un anumit prag, celulele cu apendici mugurali dau forme latente care se pot compara cu exosporii metilotrofelor.

• Diferenţierea celulară Cyanobacteriile sunt foarte reprezentative în acest sens,

prezentând o diferenţiere celulară veritabilă. în cursul ciclului lor de dezvoltare apar mai multe tipuri de celule specializate în reproducţie. Unele dintre ele se numesc baeocite şi sunt sferice, dezvoltându-se în interiorul celulelor vegetative. Ele cresc şi se divid, apoi sunt eliberate la exterior prin distrugerea învelişului exterior. Altele se numesc homogonii şi provin din fragmentarea filamentului sau trichomului. Mai există o categorie care se numesc akineţi şi care derivă din celule vegetative. Ei se caracterizează prin proprietatea de rezistenţă şi un metabolism latent (redus ca intensitate), la fel ca şi cel al sporilor. în fine, heterochiştii sunt celule mai mari decât celulele vegetative adiacente lor. Ei au o membrană externă multistrat şi conţin un sistem enzimatic foarte apropiat aceluia al fixării azotului atmosferic (nitrogeneză). Formarea heterochiştilor este un fenomen de diferenţiere celulară de acelaşi fel ca şi acelea observate la organismele animale şi vegetale.

în tabelul 2.6 sunt prezentate principalele forme de rezistenţă existente la bacterii şi caracteristicile acestora.

Tabelul 2.6 Forme de rezistenţă la bacterii

Caracteristici Endospori Exospori Mixospori (Microchişti)

Chişti Artro spori

Rezistenţă la deshidratare

++ ++ +4- ++ ++

Termorezistenţă ++ +4- + - + Structură cortex tunică

(exosporium)* înveliş sporal sau capsulă

exocystonium exină

Carapace fibroasi hifei

Genuri sau grupe de bacterii

Bacillus Clostridium Desulfatomaculum

Sporosarcina Thermo actinomyces

Methanotrophes Methylosinus

Myxobacteria Myxococcus Archangium Stigmatella

Azotobacter Metanotrophes Methylobacter Methylococcus Methylomonas

Streptomyces

++ foarte mare - slabă + moderată * prezenţă posibilă

2.2.9.3. Endosporul şi sporularea (sporogeneza)

Endosporul este cea mai cunoscută şi mai frecventă formă de rezistenţă la bacterii.El prezintă o importanţă practică deosebită atât pentru microbiologia industrială cât şi pentru cea medicală datorită rezistenţei acestei forme la diferite tratamente chimice şi fizice de dezinfecţie. Numeroase bacterii pot fi mai greu de înlăturat din diferite medii sau produse, simpla dezinfecţie fiind ineficientă. Doar sterilizarea completă (autoclavarea, tindalizarea) reuşeşte să distrugă sporii. Endosporul prezintă şi un interes teoretic considerabil. Cum bacteriile generează aceste entităţi de o manieră foarte organizată în numai câteva ore, formarea endosporului este un bun subiect de cercetare asupra sintezei unor structuri biologice complexe. Endosporul poate fi studiat cu ajutorul microscopului optic. Acesta apare ca o zonă incoloră la bacteriile colorate cu albastru de metilen sau cu alţi coloranţi simpli, sporul fiind o formaţiune refringentă impermeabilă la cea mai mare parte a coloranţilor. Există totuşi şi tehnici specifice de colorare a sporilor. Poziţia sporilor în celula mamă denumită sporange, diferă frecvent în funcţie de specie, lucru foarte util pentru identificarea taxonomică. Astfel există spori terminali, subterminali şi centrali (fig. 2.41).

Fig. 2.41 - Exemple de localizări ale endosporului în celula bacteriană: localizare centrală (a), localizare subterminală (b), localizare terminală (c), localizare

terminală şi gonflare a sporangelui (;ti).

(c)

Deseori;sporul este gonflat şi tot atât de mare ca şi celula mamă. în fig. 2.42a se pot vedea părţile componente ale endosporului înainte

împermeaona şi responsaona de rezistenţa sporului la produse chimice. Cortexul, care poate ocupa mai mult de T din volumul sporului, este localizat sub tunică. El este constituit din peptidoglican. Membrana spor ala este de fapt în cortex şi înconjoară protoplastul sporal. Acesta din urmă posedă toate structurile celulare, cum ar fi: ribozomi, nucleoid. La maturitate, odată cu eliberarea sporului din sporange, are loc formarea deasupra cortexului a unui înveliş fin, numit exosporium, care devine stratul extern al sporului (fig. 2.42b).

încă nu se ştie foarte exact care sunt adaptările specifice care fac din spori structuri atât de rezistente la căldură şi alţi agenţi letali. Se cunoaşte faptul că mai mult de 15% din greutatea uscată a unor spori este constituită din acid dipicolinic complexat cu ioni de calciu. Mult timp s-a crezut că acidul dipicolinic este responsabil de rezistenţa la căldură a sporului. Totuşi au fost izolaţi mutanţi rezistenţi la căldură şi lipsiţi de acid dipicolinic. în unele cazuri, complexul acid dipicolinic-calciu stabilizează acizii nucleici ai sporilor. Deshidratarea protoplaştilor pare foarte importantă pentru rezistenţa la căldură. Cortexul poate scoate apa din protoplast prin osmoză, protejându-1 astfel de căldură şi radiaţii. în rezumat, rezistenţa sporilor la căldură este dată de mai mulţi factori: stabilizarea unor componente ca ADN graţie complexului acid dipicolinic-calciu, deshidratarea protoplastului, stabilitatea crescută a unor proteine celulare la bacteriile adaptate la o creştere mare a temperaturii.

Fig. 2.42a - Structura sporului înainte de eliberarea lui din sporange (.Bacillus megatherium): interiorul sporului (1), membrană sporală (între săgeţi) (2),

cortex (3), tunică (4), nucleoidul sporangelui (5), citoplasma sporangelui (6), peretele celular al sporangelui (7) (microscopie electronică J.P.Gourret).

106

Fig, 2.42b - Structura endosporului matur, liber, la Bacillus anthracis: exosporium (EX), tunică (T), cortex (CX), membrană sporală (MS), nucleoidul

din protoplastul sporal (N), ribozomi (R).

Sporularea (sporogeneza) Formarea sporului începe în momentul în care creşterea celulară

încetează din cauza lipsei elementelor nutritive. Este vorba despre un proces complex care se derulează în 7 faze. în fig. 2.43 sunt prezentate fazele sporulării la o bacterie sporulantă.

Timpi '

Stadiu

Aspect citologic

Definirea stadiului

Rezistentă

**

Creştere Filament cromatidic

axial

%

Septum de

sporulaţie Prespor

Formare cortex

Formare tunică

5 CQ Spor

matur urmat de liza

sporan-gelui

Octanol Căldură

Fig. 2.43 - Prezentarea schematică a fazelor sporulării

întinde pe toată lungimea celulei; are loc şi iniţierea procesului de septare, motiv pentru care deseori se vorbeşte despre o fază de preseptare;

Faza 2 - materialul nuclear se fragmentează şi se condensează la cele două extremităţi ale celulei şi totodată membrana citoplasmică se invaginează într-o poziţie celulară asimetrică. Spre interiorul celulei are loc unirea sau fuziunea celor două zone de invaginare, astfel încât se formează un septum subpolar care împarte celula în două părţi inegale. Modul de formare a septului la sporulare se aseamănă întru totul cu acela al formării acestei structuri în cazul diviziunii celulei vegetative;

Faza 3 - în zona de dimensiune mai mică a celulei se autonomizează o zonă lisă, transparentă, conţinând citoplasma, aparatul nuclear şi o membrană dublă continuă (o parte este membrana citoplasmică, iar cealaltă parte este viitorul înveliş sporal); apare sporul imatur numit şi prespor.; acest stadiu este determinant pentru că apare membrana dublă, dubla polaritate şi conturarea funcţiilor de transport; procesul de sporulare este definitiv angajat, fiind ireversibil;

Faza 4 - celula mamă continuă să producă compartimente ale învelişurilor sporale; acestea se aseamănă cu acelea ale peptidoglicanului care se amplasează între straturile dublei membrane celulare; se constată acumularea de acid dipicolinic şi de calciu în core; se formează stratul monomorf numit cortex;

Faza 5 - se sintetizează învelişurile proteice sau tunica; la Bacillus subtilis există în jur de 10 proteine de înveliş care sunt codate de gene cot din care 7 sunt cunoscute; aceste proteine bogate în legături disulfurice de tip keratină, se amplasează la periferia presporului; la unele specii se sintetizează un alt strat proteic numit exosporium (tunică externă);

Au fost observate mai multe variante la nivelul acestor învelişuri, în funcţie de specie. Ele pot explica unele proprietăţi de rezistenţă (altele decât termorezistenţa), observate de asemenea în procesul de germinaţie sporaiă. în timpul sporulării sunt produse numeroase proteaze de acelaşi fel ca şi în cazul creşterii celulei vegetative. Au fost identificate 6 proteaze externe şi 3 principale intracelulare. Studiul unor forme mutante sugerează existenţa şi a altor asemenea proteaze.

108

Faza 6 — sporul este deja matur dobândind proprietăţi de rezistenţă la căldură şi la o mare gamă de solvenţi organici;

Faza 7 - urmare a secreţiei de enzime litice, celula mamă se lizează, eliberând sporul;

Proprietăţile sporului matur

Sporii, după maturarea lor lentă sunt eliberaţi, aşa cum am arătat, prin autoliză,din celula vegetativă. Ei nu manifestă nici o activitate metabolică decelabilă şi care poate da rezistenţa de excepţie a acestei formaţiuni la căldură., agenţi chimici şi radiaţii.

Termorezistenţa este proprietatea cea mai remarcabilă şi mai studiată. Sporii rezistă la 80°C timp de 10 minute, în timp ce formele vegetative ale bacteriilor sunt distruse imediat la această temperatură. Unii spori pot rezista şi la fierbere timp de câteva ore. Această rezistenţă este în raport cu prezenţa unui constituent chimic specific, absent la formele vegetative - acidul dipicolinie (acidul piridin 2-6-dicarboxilic). Acest compus forMat exclusiv în cursul sporulării este un produs care porneşte de la acidul diamino-pimelic. El se găseşte sub formă de dipicolinat de calciu. El reprezintă 10-15% din greutatea uscată a sporului. Dacă în locul calciului din structura compusului apare stronţiul, se obţine un spor defectiv, termosensibil.

Un alt constituent este acidul L+N-succinil-glutamic, sintetizat din primele stadii ale sporulării şi în egală măsură susceptibil de a avea un rol important în termorezistenţa sporului.

Conţinutul în apă al sporului este foarte scăzut, între 15-20% din greutate, faţă de conţinutul celulei vegetative de 80%. Deshidratarea progresivă a sporului în cursul maturării lui este un factor la fel de important pentru rezistenţa acestuia la temperatură.

Prezenţa numeroaselor învelişuri sporale şi în principal a cortexului, garantează păstrarea acestui conţinut redus în apă.

Cercetările au arătat că sporul este rezistent şi la alţi factori cum ar fi: radiaţiile, ultrapresiunea, agenţii chimici biocizi şi biostatici.

Supravieţuirea sporilor este cu totul remarcabilă, numeroase cercetări efectuate la Institutul Pasteur din Paris arătând extraordinara longevitate a acestei forme de rezistenţă bacteriană. S-au găsit astfel spori în eşantioane de ţesut uman prelevate de la mumiile egiptene datând de mii de ani. în 1966, Bartholomeu şi Paik

Germinarea sporului Dacă plasăm sporul în condiţii favorabile de viaţă pentru

creştere, multiplicare, apar o serie de transformări progresive, el trecând din starea criptobiotică (de viaţă latentă) în starea vegetativă (de viaţă activă). Se parcurg în acest sens 3 stadii:

a) Activarea sporului Chiar dacă sporul este plasat într-un mediu propice pentru

germinaţie (spre exemplu, un mediu bogat în elemente nutritive),sporul nu va germina decât dacă va fi "activat" cu ajutorul unui agent capabil de a leza tunica sa externă. Acest agent activator poate fi: mecanic(şoc, abraziune), fizic (căldură), chimic (acizi, compuşi cu grupări sulfhidrice libere). Activarea termică este însă cea mai cunoscută. încălzirea sporilor între 65-95°C activează sporul, grăbind germinarea. Pe acest efect se bazează procedeul tehnic de sterilizare prin tindalizare.

Această fază poate fi însă reversibilă, dacă nu sunt menţinute condiţii optime de viaţă.

b) Iniţierea germinaţiei Germinarea nu se va desăvârşi decât în condiţiile unei bune

hidratări, a prezenţei unor metaboliţi ca: alanina, adenozina, ionii anorganici cum ar fi magneziul, care penetrează tunica, declanşând procesul autolitic. Astfel, peptidoglicanul este distrus în câteva minute, iar dipicolinatul de calciul este eliberat. Numeroşi constituenţi ai sporului sunt degradaţi de către enzime hidrolitice. După eliminarea barierei corticale, sporul este îmbibat cu apă şi se umflă. El devine mai permeabil pierzându-şi refringenţa şi rezistenţa la căldură şi la coloranţi. Cea mai mare parte a energiei stocate în acid fosfogliceric este transformată în ATP. Procesul este ireversibil. Desfăşurarea acestei faze nu este inhibată de antibioticele care inhibă sinteza proteinelor şi a acizilor nucleici, ceea ce demonstrează că enzimele răspunzătoare de germinare sunt preexistente în spor.

c) Emergenţa (germinarea propriu-zisă) (fig. 2.44)

110

Fîg. 2,44-Emergenţa endosporului la specia bacteriană Clostridiumpectinovorumîn timpul procesului de germinaţie (după Prescott, Harley, Klein, 1995)

Alterarea cortexului şi a tegumentelor externe, face să apară noua celulă vegetativă conţinând protoplastul sporal înconjurat de membrana sporală. Urmează imediat o fază foarte activă de biosinteză şi de reluare a creşterii vegetative în mod progresiv.

Sporeşte activ totodată şi activitatea de sinteză proteică, învelişul sporal devenind perete celular şi reîncepând sinteza de ADN. Celula îşi dublează volumul său iniţial, iar tunica sporală este eliminată.

Faza este influenţată de antibioticele care pot inhiba sinteza peretelui celular, a proteinelor şi a acizilor tiucleici.

3. CARACTERISTICI ALE UNOR CATEGORII PARTICULARE DE BACTERII

3.1. Arheobacteriile (gr. archaios = vechi) Acest grup de bacterii este foarte variat atât în plan morfologic

cât şi fiziologic. Din punct de vedere al coloraţiei Gram, există specii de-o potrivă Gram+ şi Gram-. Ca tip morfologic sunt prezente în această categorie bacterii sferice, bacilare, spiralate, lobate, aplatizate. Unele dintre ele sunt izolate, iar altele formează filamente sau aglomerări celulare. Diametrul lor poate fi cuprins între 0,1 şi 15fxm. Filamentele lor pot ajunge chiar la 200|Ltm lungime. Se multiplică prin sciziparitate, înmugurire, fragmentare şi prin alte mecanisme.

în plan fiziologic ele pot fi aerobe, facultative sau strict anaerobe. Nutriţional, sunt chimiolitoautotrofe până la organotrofe. Unele sunt mezofile în timp ce altele sunt termofile extreme, putându-se dezvolta la peste 100°C.

Arheobacteriile preferă habitatele acvatice şi terestre restrictive sau chiar extreme. Se pot găsi adesea în medii anaerobe hipersaline sau la temperaturi foarte ridicate. Unele sunt simbionte în aparatul digestiv al animalelor.

Peretele celular al arheobâcteriilor se deosebeşte de acela al eubacteriilor. Unele eubacterii au: perete celular format dintr-un strat unic, subţire, omogen ca şi eubacteriile Gram+ (fig.3.1)

Arheobacteriile Gram- sunt lipsite de membrană externă şi peptidoglican complex aşa cum este cazul eubacteriilor Gram-. Ele prezintă în locul peptidoglicanului un strat superficial format din subunităţi proteice sau lipoproteice .

Din punct de vedere chimic, peretele celular al arheobacteriilor este foarte diferit de acela al eubacteriilor. Nici o arheobacterie nu prezintă peptidoglican caracteristic conţinând acid muramic şi acizi aminaţi D. Nu este deci surprinzător că toate arheobacteriile rezistă la atacul lizozimelor (lizoenzime) şi al antibioticelor cu nucleu b-lactam ca acela al penicilinelor.

'W4 a

WM 0

' b "

OJ jim

Fig. 3.1 - învelişurile celulare ale arheobacteriilor (reprezentare schematică şi imiagini la microscopul electronic); a) Methanobacterium formicicum (Gram+) şi b) Termoproteus tenax (Gram-); PC = perete celular, SS = strat superficial, MP

= membrană plasmatică, C = citoplasmă.

Arheobacteriile Gram+ pot avea în peretele celular o varietate de polimeri complecşi. Spre exemplu, Methanobacterium şi unele specii de bacterii metanogene au perete celular pseudomureinic format dintr-un polimer asemănător peptidoglicanului.

Arheobacteriile Gram- au un strat proteic sau glicoproteic extern membranei plasmatice. Acest strat poate atinge 20-40 nm grosime. Unele metanogene (Methanolobus) şi unele termofile extreme (Sulfolobus, Thermoproteus, Pyrodictium) posedă glicoproteine în peretele lor celular. Alte specii din aceeaşi categorie au peretele celular format din proteine. Este cazul genurilor Methanococcus, Methanogenium, Desulfurococcus.

Lipidele membranare reprezintă elementul cel mai puternic distinctiv al arheobacteriilor. Ele se deosebesc destul de bine de acelea ale eubacteriilor.

3.1.1 Metabolismul arheobacteriilor Dată fiind varietatea modului de viaţă al acestui grup de

microorganisme, arheobacteriile prezintă un metabolism foarte diferit de alte microorganisme şi chiar de la un grup la altul.

în fig. 3.2 şi 3.3 sunt prezentate câteva specii de arheobacterii, pentru familiarizarea cu tipurile morfologice caracteristice acestui grup particular de bacterii, iar în tabelele 3.1 şi 3.2 putem observa principalele grupe ale acestei categorii de microorganisme şi

114

caracteristicile lor, respectiv detalii referitoare la bacteriile metanogene.

d

Fig. 3.2 - Bacterii metanogene: a) Methanospirillum humgatei (microscopie cu contrast de fază), b) Methanobrevibacter smithii (microscopie electronică cu

baleiaj), c) Methanosarcina mazei (microscopie electronică cu baleiaj), d) Methanobacterium bryantii (microscopie cu contrast de fază)

(după Prescott, Klein, Harley, 1995)

a - ' • ' • - b s • :- • " ~ ' Fig. 3.3 - Bacterii halofile: a) Halobacterium salinarium, b) Haîococcus

morrhuae (microscopie electronică cu baleiaj), (după Prescott, Klein, Harley, 1995)

rrmcipaieie grupe ne araeuuacteni şi caracteristicile acestora

Grupul de arheobacterii

Caracteristici generale Genuri reprezentative

Metanogene Metabolitul final măjor este metanul. Sulful poate fi redus la hidrogen sulfurat fără producere de energie. Celulele posedă coenzime M, factori 420 şi 430 şi metanopterină.

Methanobacterium, Methanococcus, Methanomicrobium, Methanosarcina

Reducătoare de sulfaţi

Hidrogenul sulfurat se formează prin reducere catabolică a sulfatului. Se produc urme de metan. Bacterii termofile extreme şi strict anaerobe. Ele posedă factorul 420 şi metanopterin, dar nu coenzima M şi nici factorul 430.

Archaeoglobus

Halofile extreme Bacili şi celule de la regulate la foarte neregulate. Celule Gram- sau +, aerobe sau anaerobe facultative, chimioorganotrofe. Necesită concentraţii crescute de cloruri sodice pentru dezvoltare (>l,5m). Neutrofile saualcalofile. Mezofile sau uşor termofile. Unele specii conţin bacteriorodopsină şi utilizează lumina pentru a sintetiza ATP. '

Halobacterium, Halococcus, Natronobacterium

Fără membrană Celule cocoide faip înveliş celular Thermoplasma Termofile extreme care metabolizează sulful

Bacili Gram-, filamente sau coci. Termofile obligate (se dezvoltă bine la 70- 105°C). Aerobe, aerobe facultativ, anaerobe strict. Acidofile sau neutrofile, autotrofe sau heterotrofe, majoritatea mctabolizârid sulful.

Desulfurococcus Methanopyrus Pyrodictium Sulfolobus Thermococcus Thermoproteus

116

• Tabelul 3,2 Câteva caracteristici ale unor genuri reprezentative de bacterii metanogene

Genul Morfologie G+C

moli %

Compoziţia menibraîiei Gram Mobilitate Substratul metanoge-nezei

Methambciclerium Bacili lungi sau filamente 32-61 pseudomureină + • - H2+CO2, format Meîharwthermus Bacili drepţi sau curbaţi 33 pseudo-mureina cu un strat

proteic S extern + •f H2+CO2

Methatîococcus coci 29-34 proteine - -f H2+CO2, format

Meihanomicrobmm bacili scurţi 45-49 proteine - T H2+CO2, format

Methamgenhm coci 52-61 proteine sau glicoproteine - H2+CO2, format

Methahospiritlum Bacili curbaţi, spirili 45 - 50 proteine - H2+CG2, formai

Melhmosarcim coci 36-43 heteropolizaharide sau proteine + . -

H2+C02. metanol,

metifamină, acetat

/-VUlillUlliy UClCiC &UUI uawiuiu vjiauxiT uvivuv v. filamente ramificate sau hife filamentoase şi spori asexuaţi, fapt ce le face să se asemene foarte mult cu ciupercile microscopice.

3.2.1 Proprietăţi generale

Crescute pe un mediu solid cum este geloza, reţeaua ramificată de hife a acestor bacterii se dezvoltă la început la suprafaţa substratului, apoi la interiorul acestuia şi formează un miceliu vegetativ.

Hifele miceliului de peste 20|im sunt împărţite de-a lungul lor de nişte septuri. Deseori masa miceliană se aseamănă cu o ţesătură şi poartă numele de tal. Numeroase actinomycete au un miceliu aerian care se împrăştie la suprafaţa substratului pe care se dezvoltă şi care formează conidii. Sporii asexuaţi au un înveliş fin şi se numesc conidii sau conidiospori. Ei se află la extremităţile filamentelor (fig. 3.4).

Lanţuri de conidiospori

Suprafaţa mediului gelozat

Fig. 3.4 - O colonie de actinomicete (secţiune transversală); se observă miceliul "subteran" (de substrat) şi aerian cu lanţuri de conidiospori la capetele hifelor.

Dacă sporii sunt localizaţi într-un sporange, el se numeşte sporangiospor. Sporii pot avea forme foarte variate (fig. 3.5). Ei se dezvoltă prin separarea unor extremităţi ale filamentelor ca replică la apariţia unor condiţii nefavorabile de viaţă, în principal lipsa nutrienţilor. Majoritatea sporilor nu au o rezistenţă deosebită la

118

căldură, dar suportă bine deshidratarea şi au prin aceasta o valoare adaptativă deosebită.

120

Fig. 3.5 - Tipuri de spori la actinomicete (reprezentări schematice şi imagini la microscop): 1. Hifă şi conidii ia Nocardia asteroides, schemă (a) şi imagine la microscopul optic (b); 2. Hifă.şi conidii la Faenia rectivirguîa, schemă (a) .şi imagine la microscopul optic (b); 3., Hife, sporangii şi spori la Frankia (microscopie de interferenţă); 4. Hifă, sporangiospori, zoospor la Actinoplanes, schemă (a) şi imagine la microscopul electronic cu baleiaj (b); 5. Conidii inserate pe hifă la Streptomices, schemă (a), imagine la microscopul optic (b); 6. Lanţuri de spori la Streptoverticillium, schemă (a), imagine la microscopul electronic (b); 7. Lanţ de spori la Actinomadura madurae, (a - schemă, imagine la microscop) 8, Endospori de Thermoactinomycetes (imagine la microscopul electronic cu baleiaj), 9. Spori la Micromonospora (imagine la microscopul electronic cu baleiaj) (după Prescott, klein, Harley, 1995).

Actinomycetele nu sunt în general mobile. Dacă este prezentă mobilitatea, ea se concretizează prin prezenţa unor spori flagelaţi (zoospori). Compoziţia peretelui celular al actinomycetelor variază foarte mult de la grup la grup, fiind un element taxonomic important.

Se pot distinge 4 tipuri principale de perete celular pe baza a trei caracteristici ale compoziţiei şi structurii peptidoglicanului: acid aminat în poziţia 3 a tetrapeptidei, prezenţa glicinei în punţile interpeptidice şi conţinutul în zahăr al peptidoglicanului (tabelul 3.3).

Tabelul 3.3 Clasificarea tipurilor de perete celular al actinomycetelor

pe baza compoziţiei acestora

Tip de perete celular

Izomeri ai acidului diaminopimelic

Prezenţa glicinei în puntea

interpeptidică

Glucide caracteristice

Genuri reprezentative

I L.L + Streptomyces Streptoverticiîîi um

II Meso + Micromonospor a,

Piîimeiia Actinoplanes

III Meso Thermoactinomyces

Actinomadura Frankia

IV Meso - arabinoză galactoză

Faenia Nocardia

Există însă şi alte multe proprietăţi extrem de utile în taxonomia actinomycetelor. Dintre acestea, mai importante sunt: morfologia şi culoarea miceliului şi a sporangilor, caracterele de suprafaţă şi dispoziţia conidiosporilor, % G+C din ADN, secvenţa de ARNf 16s,

dintre actmomycete şi lungi. l otuşi există eâteva elemente care împiedică această confuzie, aşa cum vom vedea în cele ce urmează.

Caracteristici discriminatorii ale actinomicetelor faţă de fungi • organizarea celulară este tipic procariotă ca şi aceea a bacteriilor:

perete celular mureinic, fără celuloză sau chitină, steroli absenţi, mitocondrii şi reticul endopiasmic absenţi, flageli de tip procariot, nucleoid;

• structura hifelor şi dimensiunile acestora diferite de acelea ale fungilor

• prezenţa formelor strict anaerobe şi a celor chimioautotrofe, inexistente la fungi

• sensibilitate la bacteriofagi (actinofagi) • rezistenţă faţă de antifungice şi sensibilitate faţă de antibiotice • elemente genetice caracteristice

3.2.2 Importanţa practică a actinomycetelor

• numeroase specii prezente în sol sunt saprofite, participând la procesele de degradare biologică şi mineralizare a substanţelor organice, iar altele se regăsesc în simbioze (actinorize) cu specii de plante superioare participând la procesul de fixare biologică a azotului;

• există şi specii parazite care produc boli grave la om şi animale; dintre acestea amintim: Mycobacterium tuberculosis (agentul patogen al tuberculozei), Mycobacterium leprae (responsabil de producerea leprei), Actinomyces şi Nocardia (infecţii ale cavităţii bucale, organelor interne), Dermatophylus, Micromonospora (infecţii cutanate); unele specii sunt fitopatogene, producând boli ale plantelor;

• 50% dintre speciile de actinomicete izolate din natură şi în principal reprezentanţi ai genului Streptomyces sunt implicaţi în producţia de antibiotice, fiind cei mai activi producători de asemenea substanţe;

• pretenţiile nutritive reduse şi echipamentul lor enzimatic complex le fac utile în numeroase biotehnologii moderne: pentru degradarea unor resturi vegetale (deşeuri) din industriile alimentare, de prelucrare a lemnului, a cerealelor şi chiar din industria chimică (pot creşte pe substraturi cu fenoli, lipide, parafine, cauciuc), în biosinteza unor vitamine la scară industrială etc.

122

3.3. Bacteriile fotosintentizante

Există trei grupuri de bacterii fotosiatetizante: bacterii purpurii, bacterii verzi şi cyanobacterii care pot fi la rândul lor grupate astfel: bacteriile purpurii şi cele verzi, în categoria -bacteriilor fotosintetizan te anoxigenice, iar cyanobacteriile, în categoria bacteriilor fotosin-tetizante oxigenice.

Bacteriile fotosintetizante anoxigenice sunt incapabile să folosească apa ca sursă de electroni. Ele transformă, pentru a forma NADH şi NADPH, molecule reduse ca acelea de hidrogen sulfurat, sulf, hidrogen sau materii organice. în consecinţă, bacteriile purpurii şi verzi nu produc oxigen şi formează granule de sulf care se acumulează în interiorul celulelor (în cazul bacteriilor sulfuroase purpurii) sau la suprafaţa celulelor (în cazul bacteriilor sulfuroase verzi).

Bacteriile purpurii nesulfuroase utilizează de asemenea molecule organice ca sursă de electroni.

Bacteriile fotosintetizante oxigenice utilizează apa ca donor de electroni şi produc oxigen în cursul fotosintezei.

Există de asemenea numeroase diferenţe între diferite grupe de bacterii din această categorie, în ceea ce priveşte natura pigmenţilor fotosintetici, organizarea membranelor fotosintetice, nevoile nutriţionale şi relaţiile cu oxigenul. Toate acestea sunt prezentate sintetic în tabelul 3.4 pentru fiecare grup de bacterii fotosintetizante. Câteva aspecte vizând morfologia acestor categorii de bacterii fotosintetizante sunt prezentate în fig. 3.6 şi 3.7.

Fig. 3.6 ~ Bacterii purpurii: a) sulfuroase (Chromatium vinosum); se văd granulele de sulf intracelulare - microscopie electronică; b) nesulfuroase

(Rhodospirillum rubrum) - microscopie în contrast de fază.

Fig. 3.7 - Bacterii verzi sulfuroase însoţite de granule de sulf extracelular (a) -Chlorobium limicola şi bacterii fotosintetizante oxigenice - cianobacterii (b) -

Nostoc. 3.3.1 Cyanobacteriile

Acestea formează un grup vast, extrem de divers şi foarte reprezentativ de bacterii fotosintetizante oxigenice. în această categorie pot fi incluse în jur de 62 specii şi 24 genuri. Cu toate că acestea sunt procariote adevărate, sistemul lor fotosintetic se aseamănă foarte mult cu acela al eucariotelor prin aceea că el conţine clorofilă a şi fotosistem Uşi pentru că procesul de fotosinteză este oxigenic.

La fel ca şi algele roşii, cyanobacteriile au ficobiliproteine ca pigmenţi accesorii. Pigmenţii fotosintetici şi compuşii lanţurilor transportoare de electroni sunt situate în nişte membrane tylacoide, bordate de nişte particule numite ficobilisomi (fig. 3.8).

Fig. 3.8 - Tylacoizii şi ficobilisomii cyanobacteriilor (Syncchococcus îividus); se văd ficobilisomii ca nişte granule care bordează membranele tylacoide (săgeata)

124

• ' • 4-Aceste particule conţin nişte ficobiline, în particular - ficocianine

şi ele transportă energia la fotosistemul II. Dioxidul de carbon este asimilat după Ciclul Calvin şi zahărul de rezervă este glicogenul. Uneori, aceste particule conservă surplusul de azot sub formă de polimeri ai argininei sau ai acidului aspartic, în granule de cyanoficină. Cum cyanobacteriile sunt lipsite de oe-cetoglutarat dehidrogenază, ele nu posedă ciclul citratului complet funcţional. Ciclul fosfat-pentozei joacă un rol central în metabolismul glucidic. Cu toate că multe cyanobacterii sunt fotolitoautotrofe obligate, unele pot să se dezvolte lent şi în obscuritate în mod chimioheterotrof, oxidând glucoza şi câteva alte glucide. în condiţii de anaerobioză, Oscillatoria limnetica oxidează hidrogenul sulfurat în locul apei şi realizează o fotosinteză anoxigenică, cum este aceea întâlnită la bacteriile verzi fotosintetice. Cyanobacteriile au o variabilitate considerabilă în privinţa metabolismului, dar şi în privinţa morfologiei lor. Diametrul celular al acestora variază între 1 şi 10|nm. Ele pot fi unicelulare, coloniale, pot forma trichoame. Culoarea cyanobacteriilor este albastră-verde din care cauză se mai numesc şi bacterii albastre-verzi sau impropriu, alge albastre-verzi. Cea care dă acestora culoarea caracteristică este ficocianina. Unele bacterii sunt roşii sau brune din cauza unui pigment - ficoeritina. Cu toată variabilitatea acestora, cyanobacteriile au o structură celulară tipic procariotă şi un perete celular de tip Gram -(fig.2.21b şi 3,9). Adesea, peste peretele celular al cyanobacteriilor este prezentă o teacă gelatinoasă, polizaharidică sau fibroasă care atrage şi blochează în jurul celulei cyanobacteriene numeroase bacterii aparţinând altor specii, prezente în habitatul natural. îndepărtarea lor pentru izolarea în culturi pure a cyanobacteriilor este din această cauză extrem de dificilă. Cyanobacteriile prezintă adesea vezicule gazoase pentru deplasarea verticală în apă (fig. 3.10). Unele specii filamentoase se deplasează prin alunecare. Flagelii lipsesc la această categorie particulară de bacterii, dar numeroase suşe ale genului Synechococcus sunt capabile de a se deplasa cu o viteză ce atinge 25|am/sec. printr-un mecanism necunoscut.

Fig. 3.9 - Detaliu asupra învelişurilor celulare (tipic Gram-) ale cyanobacteriilor: 1. Membrana citoplasmică triplu strat, 2. Peretele celular, 3. Membrana externă

(microscopie electronică) (după J.P.Gourret).

Carboxîsom

- Nucleoplasmă

„ Vacuole cu gaze

Fig. 3.10 - Schema unei secţiuni longitudinale prin celula vegetativă a unei cyanobacterii. Sunt evidenţiate principalele elemente morfologice şi două imagini de detaliu: a) învelişul celular; b) o porţiune dintr-un tylacoid cu

ficobilisomii ataşaţi (după Stanier, 1.977)

126

Formele filamentoase de cyanobacterii sunt cele mai complexe, deoarece pot prezenta două tipuri adiţionale de celule - akineţii şi heterochiştii - rezultate în urma unor procese de diferenţiere a celulelor vegetative.

Heterochiştii apar ca urmare a unor modificări profunde ale structurii şi funcţiilor celulelor vegetative. Ei pot avea o localizare terminală şi/sau intercalară în cazul cyanobacteriilor filamentoase cărora le sunt caracteristici, aşa cum am arătat. La microscop se pot distinge prin învelişul lor extern mai gros, cu aspect de celule goale, gălbui şi bogate în granulaţii refj ingente (fig. 3.11a).

Prin microscopie electror ică se poate evidenţia învelişul extern gros, triplustrat şi un strat fibros suplimentar. Zona adiacentă celulei vegetative învecinate de care <* epinde în mod indisolubil heţerochistul, prezintă o gâtuitură şi un por, aşa numit "por septal" (fig. 3.11b).

în plan fiziologic, heterochiştii sunt structuri diferenţiate care conferă capacitate de fixare a azotului molecular. Ca urmare, între aceste structuri şi celulele v ecine din cadrul filamentului bacterian are loc o relaţie simbiotică, în sensul că heterochiştii furnizează celulelor vegetative compuşi cu azot, iar acestea din urmă furnizează heterochiştilor metaboliţi organici şi ATP).

Fig. 3.11 - Heterochişti integraţi în structura filamontoasă a cyanobactcrici Anabâena (a); Imagine detaliată a unui heterochist de la aceeaşi specie -

microscopie electronică (b); PC = perete celular, î = înveliş celular suplimentar, M = sistem membranar, P - por de legătură cu celula adiacentă.

cyaiiooacierme cu neierocnişu, rormanau-se am ceiuie vegetative adiacente acestora. Ei rezultă din îngroşarea peretelui celular prin acumulări succesive de material granular (fig. 3.12).

Akineţii au o rezistenţă deosebită la temperaturi ridicate, menţinându-se în stare latentă, adesea vreme îndelungată.

Fig. 3.12 - Cyanobacterii din genul Cylindrospermiţm, H = heterochiştî terminali, A == akineţi subterminali.

Cyanobacteriile se reproduc prin sciziune binară, înmugurire, fragmentare şi sciziune multiplă. în acest ultim caz, o celulă creşte, apoi se divide de mai multe ori producând mai multe celule mai mici care sunt eliberate pierzându-se de celula parentală. Acest tip de celulă a fost denumit "beocită" (baeocyte gr. = celulă mică). O celulă parentală poate produce între 4 şi 1000 asemenea beocite. Fragmentarea cyanobacteriilor filamentoase (trihoame) poate genera mici filamente reproductive mobile numite hormogonii, o cale de reproducere realizată prin ruperea trihomului atunci când el ajunge la maturitate.

Clasificarea cyanobacteriilor este mereu schimbătoare datorită, în bună parte, imposibilităţii de a se lucra pe culturi pure. Actualmente toate schemele de clasificare sunt considerate provizorii. Tabelul 3.5 realizează o asemenea clasificare, având la bază Manualul Bergey.

Aspecte ecologice şi importanţă Habitatul caracteristic al cyanobacteriilor este cel acvatic. Ele se

pot întâlni în natură în ape dulci şi marine, în lacuri sărate, izvoare termale (specii termofile). Unele specii trăiesc în fisurile din roci şi 128

chiar în sol. Speciile prezente în regiunile deşertice sunt termodure, ceea ce înseamnă că ele au o creştere diurnă limitată la începutul dimineţii, ca apoi să stagneze atâta timp cât temperatura creşte mult în timpul zilei.

Tabelul 3.5 Clasificarea şi caracterizarea principalelor cyanobacterii

(după Manualul Bergey)

Ordinul Aspecte morfologice

Reproducere şi creştere

Heterochişti G+C %

Alte proprietăţi

Genuri

Chroococcaies bacilis coci unicelulare

filamente sau agegate

sciziune binară, înmugurire

Absenţi 4049 Imobile, în general

Gloeobacter Gîoeotece

Gloeocapsa Synechococccus

Pleurocapsales bacili, coci unicelulare sau agegate

sciziune multiplă cu formare de

beocite

Absenţi 40-46 Imobile, unele beocite mobile

Pleurocapsa Dermocarpa

Oscillatoriales filamente, trihoame

neramificate

fragmentare Absenţi 40-67 Mobile, în general

Spiruîina OstiUatoria

Pseudoanabaena Nostocales filamente,

trihoame neramificate

fragmentare cu formare de hormogonii

Prezenţi 38-47 Mobile, produc akineţi

Anabaena Cylindrospermum

Nostoc Calothrix

Stigonematales filamente, trihoame ramificate

fragmentare cu formare de hormogonii

Prezenţi 42-46 Cea mai avansată diferenţiere, produc . akineţi

Fischerella Stîgonema Geitleria

în habitatele lacustre bogate în substanţe nutritive, există specii de cyanobacterii care împânzesc în totalitate suprafaţa apei. Acestea sunt importante surse de biomasă proteică neconvenţională, astăzi produsă pe scară industrială în diferite ţări.

Numeroase specii acvatice (de apă dulce) pot produce intoxicaţii mortale la animale (vite, peşti, păsări de apă), şi la-om (dacă apa este folosită în alimentaţie sau la băut), datorită unor toxine pe care le secretă.

Există şi specii care trăiesc în simbioză cu organisme eucariote (muşchi, ferigi, licheni, corali, cicade etc). Speciile capabile de a fixa azotul trăiesc în simbioză cu fungi, alge verzi, plante superioare (ferigi).

Aceste microoanisme se deosebesc de eubacterii prin câteva caractere esenţiale: flexibilitatea celulei lor, determinată de lipsa unui perete celular rigid, modul de locomoţie asemănător cu acela al cyanobacteriilor şi al bacteriilor filamentoase, prezenţa unui cilu de viaţă care implică morfogeneza celulară şi colonială. Celulele vegetative sunt imobile în suspensie apoasă, dar se pot deplasa lent, prin alunecare, pe un suport solid. Mişcarea lor se realizează cu o viteză de 0,l-0,2|am pe secundă, deci foarte lent şi nu este acompaniată de nici un fel de ondulare sau vibraţie vizibilă a corpului bacterian. La microscopul electronic nu s-au putut evidenţia nici un fel de structuri care ar putea fi considerate organe de locomoţie specializate (cili sau alte tipuri de apendici exocelulari). Nu este încă elucidat mecanismul de deplasare al mixobacteriilor, deşi adesea, în urma acestor deplasări pe un mediu gelifiat rămân adevărate urme ale traseului parcurs.

Din punct de vedere morfologic, celulele vegetative au forma unor bacili mici, cilindrici sau cu extremităţile ascuţite. Structura lor celulară este tipic Gram-.

Pe medii agarizate formează colonii plate care îşi schimbă perimetrul în mod radiar. Adesea celulele situate la periferia coloniei se deplasează prin alunecare în afara coloniei, revenind apoi în interiorul ei după scurt timp, fenomen denumit "roire".

Diferitele grupe de Mixobacterii se deosebesc între ele prin forma celulelor vegetative, prin activitatea lor biochimică şi prin modul de multiplicare.

Astfel, celulele vegetative de Cytophaga sunt lungi şi subţiri, flexibile, curbate şi adesea subţiate la extremitate. Acest grup, relativ simplu, nu formează spori şi nici fructificaţii, celulele divizându-se simplu prin fisiune transversală.

Celulele unui grup înrudit (Sporocytophaga) sunt înglobate într-o zooglee vâscoasă şi formează forme de rezistenţă - microchişti. Aceştia rezistă la deshidratare şi îşi păstrează timp îndelungat viabilitatea. în cazul în care condiţiile de viaţă devin favorabile, fiecare microchist germinează dând naştere la o singură celulă vegetativă.

Există Mixomycete care prezintă un ciclu de reproducere complex. Ca şi în cazul precedent, dintr-o celulă vegetativă se formează un microchist, dar această transformare se produce într-un număr mare de celule învecinate care se grupează la un loc, se înconjoară de o

130

membrană comună, luând naştere fructificaţii sau corpi fructiferi caracteristici cu aspect morfologic foarte divers (fig. 3.13). Corpii de fructificaţie sunt structuri rudimentare multicelulare, macroscopice, cu formă, mărime şi culoare caracteristice pentru fiecare specie, rezultate din agregarea unor celule nediferenţiate care se transformă prin morfogeneză şi diferenţiere, în mjţrospori sau microchişti. Adăugarea în mediul de cultură a unuia din următorii compuşi: glicerolul^eritritolui , izopropanolul ' , etilenglicolul t, favorizează inducerea acestor tipuri de spori. Microsporii sunt celule în general rotunde, în stare de latenţă, refringente, capabile să germineze după transplantare în medii adecvate. Există specii de mixobacterii la care microsporii au formă de sfere sau de bacili acoperiţi cu un strat dens de mucus tare (capsulă). Ei se numesc microchişti. Ei sunt foarte refringenţi şi au o mare rezistenţă la deshidratare. îşi păstrează viabilitatea chiar şi 10 ani.

Unele specii de mixobacterii (Chondromyces) prezintă macrochişti (celule vegetative învelite într-un sac comun), care după germinare eliberează celule vegetative capabile să "roiască" pe suprafaţa mediului. La specii ale acestui gen, organele de fructificare formează structuri arborescente având un trunchi principal (peduncul) şi ramuri alcătuite din produşi de secreţie întăriţi. La extremităţile acestor ramificaţii se găsesc chişti mari, coloraţi strălucitor, adăpostind mii de celule vegetative (fig. 3.14).

d e f

Fig. 3.13 - Fructificaţii prezente la diferite specii de Mixobacterii: a) Myxococcus, b) şi c) Chondrococcus, d) Myxococcus, e) Sorangium,

f) fructificaţii sesile de Sorangium conţinând numeroşi microchişti <

Fig. 3.14 — Corpi fructiferi complecşi la Chondromyces

în condiţii nutriţionale şi de mediu favorabile mixosporii sau microchiştii germinează dând naştere unor celule active metabolic, de formă cilindrică. Acestea "roiesc".

Ciclul vital al mixomycetelor prezintă anumite asemănări cu unele specii de mucegaiuri, de care se disting totuşi prin organizarea de tip procariot.

Aspecte ecologice şi importanţă Mixobaeteriile se găsesc în sol, pe gunoiul de grajd, pe materiile

vegetale în descompunere. Ele se caracterizează prin proprietatea metabolică de a hidroliza macromoleculele insolubile. Unele sunt bacteriotrofe, omorând şi lizând diferite specii de bacterii, dar şi mucegaiuri, drojdii, alge, înainte de a face hidroliza constituenţilor lor. Numeroase specii sunt patogene, producând îmbolnăviri masive la păstrăvi.

3.4. Bacteriile helicoidale (Spirochete şi Spirili)

Acest grup de bacterii se caracterizează printr-o anatomie celulară particulară şi printr-o mobilitate fără echivalent în lumea procariotelor. Astfel, s-a constatat că unele specii de spirochete pot traversa câmpul microscopic într-o fracţiune de secundă, ceea ce face dificilă examinarea lor în preparate proaspete. Violenţa cu care se deplasează face să antreneze brusc în drumul lor şi alte celule bacteriene sau chiar particule cu o masă superioară aceleia a propriului lor corp, de exemlu hematii. Această particularitate este utilizată pentru decelarea prezenţei lor în sânge, la bolnavii infectaţi cu unele specii patogene aparţinând acestui grup.

Deplasarea lor este acompaniată de o rotaţie rapidă a celulei pe axul său longitudinal şi, la unele specii, de o flexare şi o deformare

132

sinusoidală care se repercutează asupra spirelor pe care le posedă celula. Spirochetele nu posedă flageli polari sau laterali.

Detaliile vizând structura morfologică a unei celule de spirochete şxlht în măsură de a ajuta înţelegerea modului în care se realizează deplasarea la acest tip de bacterii.

Astfel, celula are o formă cilindrică, helicată, principalul element structural fiind cilindrul protoplasmic (protoplast helical) (fig. 3.15). El este constituit din componentele specifice oricărei bacterii. Dimensiunile celulei variază în funcţie de specie. Spre exemplu, Spirochaeta plicatilis măsoară de la 30 la 500|am lungime şi de la 0,25 la 0,7)tim grosime, formând spire regulate, adesea foarte strânse, menţinute în această stare de strat de peptidoglican al peretelui celular. Capetele celulei spirochetelor pot fi rotunjite, conice, ascuţite. în jurul cilindrului protoplasmic în formă de helix sunt încolăcite nişte structuri filamentoase, cunoscute sub denumirea de filamente axiale. Ele se găsesc în număr de 2 până la 100 per celulă şi sunt elementele de bază implicate în realizarea mobilităţii spirochetelor. De altfel, chiar structura lor este asemănătoare flagelilor bacterieni, singura deosebire fiind poziţia lor endocelulară. Filamentele axiale sunt adăpostite de o membrană subţire, triplustrat, denumită teacă sau înveliş celular extern. Se presupune că aceasta este echivalentul membranei externe a peretelui celular a bacteriilor Gram-, fiind o membrană semi-permeabilă. Spirochetele au întotdeauna două seturi de filamente axiale care au fiecare câte un capăt ancorat aproape de un pol al celulei, iar celălalt capăt liber. Ele se întind de-a lungul celulei în jurul căreia sunt încolăcite. La unele specii, extremităţile distale ale seturilor de filamente depăşesc extremităţile cilindrului celulei, dând impresia unor flageli externi (fig. 3.16). 7

Fig. 3.15 - Spirillum volutans (1 800x); celule cilindrice helicate.

FA CP FA* Filamente axiale qps Cilindru protopiasmic ME= Mantaua externa

B

Manta (tunică) ^ ^ extemă Filamente axiale

Cilindru protopiasmic

c

Fig. 3.16 - Spirochete: A = extremităţile distale ale filamentelor axiale depăşesc lungimea cilindrului celulei spirochetelor; B - microfotografie electronică a unei spirochete; C = Reprezentarea schematică a structurii unei spirochete; fibrele axiale - F.A., punctul de inserţie al acestora - P.L, membrana (teacă) externă -M.E. şi cilindrul protopiasmic - C.P.(a), secţiune transversală care evidenţiază modul ipotectic de realizare a deplasării; filamentele axiale se rotesc în sens orar determinând rotirea corpului celular în sens opus; în acelaşi timp, teaca se roteşte în sens invers acelor de ceasornic; din însumarea acestor rotaţii rezultă deplasarea specifică a celulei (b).

Aspecte ecologice şi importanţă în ceea ce priveşte categoria spirochetelor nepatogene,

numeroase specii trăiesc liber în natură, în lacuri, râuri, oceane, mări şi zone nămoloase. Există de asemenea specii care fac parte din flora indigenă a unor gazde eucariote, trăind în simbioză cu acestea. Ele se găsesc pe suprafaţa corpului unor protozoare, în intestinul termitelor şi al larvelor xilofagelor, în aparatul digestiv al moluştclor, în rumenul unor rumegătoare, în şanţul gingival şi în colonul mamiferelor.

134

Speciile patogene produc boli la om şi animale: sifilisul (Treponema pallidum), leptospiroze (Leptospira sp.), febra recurentă (Borrelia recurrentis) etc.

3.5. Rickettsiile şi Chlamidiile

Secţiunea a 9-a a Manualului de identificare a bacteriilor "Bergey's Manual" conţine două ordine: Rickettsialesşi Chlamydiales. în ciuda marii lor diversităţi, aproape toate aceste bacterii Gram- sunt parazite obligat intracelulare. Ele nu se pot dezvolta sau reproduce decât în interiorul celulei gazde. Toate bacteriile din această categorie sunt aproape de aceeaşi talie ca şi poxvirusurile. De altfel, ele se aseamănă cu virusurile prin existenţa lor intracelulară. Ele se deosebesc însă în mod evident de virusuri prin mai multe trăsături: posedă atât ADN cât şi ARN, o membrană citoplasmică, ribozomi, un echipament enzimatic propriu, independent de acela al gazdei parazitate, diviziune prin sciziparitate şi alte trăsături tipic bacteriene.

Rickettsiile sunt bacterii baciliforme, cocoidale sau pleomorfe, cu perete celular tipic Gram- şi fără flageli.

Majoritatea speciilor sunt parazite sau simbionte. Formele parazite se dezvoltă la vertebrate în eritrocite şi în celulele endoteliale, dar şi la artropodele hematofage (purici, păduchi, căpuşe) care pot fi vectori sau gazde primare pentru aceste microorganisme.

Bolile produse de către rickettsii la mamiferele domestice si sălbatice precum şi la om se numesc rickettsioze şi ajung în corpul acestora prin intermediul vectorilor - artropodele despre care am amintit anterior. Dintre rickettisiozele cele mai cunoscute amintim: tifosul exantematic produs de Rickettsia prowazekii (vector -păduchele), tifosul murin produs de Rickettsia mooserii (vector -puricele). Artropodele au un important rol în transmiterea naturală de la o gazdă vertebrată la alta a agentului patogen, dar constituie totodată şi rezervoarele principale în infecţie.

în natură există şi specii nepatogene pentru mamifere. Acestea sunt prezente în organismul artropodelor, la care joacă în principal rolul de simbionţi.

Puţine specii pot fi cultivate pe medii de cultură complexe cum ar fi agar-sânge. O asemenea specie este Rickettsia quintana (produce boala tranşeelor, transmisă prin intermediul păduchelui de corp).

(cobai, şoareci albi etc), la fel ca şi virusurile. La acestea din urmă, rickettsiile produc infecţii mortale, putând fi izolate în cantităţi mari din sânge şi din diferite organe interne (splină, ficat, creier etc.).

Un comportament cu totul special a fost semnalat la specia Coxiella bumetii. Aceasta are o mare rezistenţă faţă de agenţii fizici sau chimici de dezinfecţie (după Zarnea, 1983).

Chlamidiile Ordinul Chlamydiales are o singură familie (Chlamidiaceae) şi un

singur gen (Chlamydia). Chlamidiile sunt bacterii cocoidale lipsite de mobilitate, Gram-, cu o talie variind între 0,2 şi l,5|iim. Deşi peretele celular este foarte asemănător aceluia al bacteriilor Gram-, totuşi el este lipsit de acid muramic şi peptidoglican. Fiind parazite obligat intracelulare, aceste bacterii foarte mici au fost mult timp considerate în mod eronat virusuri, însă în afară de aceste două trăsături, nu există alte elemente care să facă posibilă o eventuală apartenenţă la categoria virusurilor. Totuşi, metabolismul lor este extrem de limitat, păstrându-şi însă autonomia.

Chlamidiile nu se pot reproduce decât în vacuolele din citoplasma celulei gazdă.

Ciclul de viaţă al chlamidiilor începe cu faza de corpi elementari, formele de latenţă ale acestora. Aceştia, după ce intră în citoplasma celulei gazdă, dau naştere unor structuri vegetative (active) care se numesc corpi reticulaţi. Din ei se formează noi corpi elementari şi în acest fel ciclul se reia. în detaliu, reproducerea chlamidiilor debutează prin ataşarea unui corp elementar (CE) la suprafaţa celulară (fig.3.17). Celula gazdă fagocitează CE, iar aceştia împiedică fuziunea lizozomi --fagosomi şi încep să se reorganizeze pentru a forma corpii reticulaţi (CR), adaptaţi pentru reproducţie şi nu pentru infecţie. După numai 10 ore de la infecţie, CR încep să se dividă. Această reproducere continuă până la moartea celulei gazdă. Acumularea de chlamidii în vacuolele celulei le fac pe acestea mai mari şi vizibile chiar la microscopul optic. Adesea chiar şi citoplasma este plină de chlamidii. După 24 ore, CR se transformă în CE infecţioşi, iar procesul se reia până în momentul lizei celulei gazdă (48-72 ore după infecţie).

136

1 1 l - j t i I , „ t , 0 2 6 12 18 24 30 36 42 48

Fig. 3.17 - Ciclul infecţios al unei chlamidii, (reprezentare schematică după Prescott, Klein, Harley, 1995).

Câteva dintre puţinele specii de chlamidii sunt importanţi agenţi patogeni la om şi animalele cu sânge cald. Spre exemplu, C. trachomatis produce uretrite negonococice, trahoame, conjunctivite etc. la om, dar şi animale cum ar fi: papagalii, curcanii, oile, pisicile, invadând tractusul lor intestinal, respirator sau genital, placenta fătului şi chiar fătul în viaţa intrauterină. Recent a fost descoperită o nouă specie - C. pneumoniae, responsabilă de forme de pneumonie umană.

3,6* Mcoplasmele

Acestea sunt bacterii care fac parte din Clasa Molicutes. Ele sunt lipsite de perete celular şi nu pot sintetiza precursori ai peptidoglicanului. Sunt rezistente la peniciline, dar sensibile la liza printr-un şoc osmotic. Datorită lipsei membranei plasmatice, aceste microorganisme se caracterizează printr-un pleomorfism accentuat, forma lor variind de la cea sferică sau cea de pară, cu diametrul de 0,3 - 0,8|im, până la aceea de filamente ramificate sau helicoidale (fig. 3.18). Sunt cele mai mici bacterii capabile să se autoreproducă. Majoritatea nu sunt mobile, dar unele pot să se deplaseze prin alunecare pe suprafeţele umede. Sunt în general anaerobe facultative, doar câteva sunt anaerobe obligate. Pe mediu de cultură gelozat, majoritatea se dezvoltă formând colonii caracteristice cu formă de "ouă, ochiuri" (fig. 3.19),

Micoplasmele pot fi saprofite, comensale sau parazite. Pot fi patogene pentru plante, animale şi insecte. La animale, micoplasmele colonizează muşchii şi articulaţiile. Sunt deseori asociate cu maladii ale organelor respiratorii şi urogenitale. în crescătoriile de animale apar adesea maladii care au drept cauză infecţia cu micoplasme. Este vorba despre: pleuropneumonia contagioasă a bovinelor (M.mycoides),

spiralate au fost izolate dm insecte (albine) şi din unele plante la care produc maladii grave (citrice, varză, brocoli, porumb etc.). Se crede că albinele ar fi vectori importanţi în transmiterea bolilor datorate molicutelor.

Micoplasmele pot fi la rândul lor parazitate de unele virusuri.

Fig. 3.18 - A - Micoplasme filamentoase (forme aşa-zis micoide) (1) si sferice (cocoide) (2); B - Micoplasmă în formă de pară, cu evidenţierea câtorva

elemente anatomice: nucleoid (1), ribosomi (2), membrană citoplasmică (3) (microscopie electronică, J.P.Gourret).

138

Fig. 319 - Colonie de Micoplasma orale cu aspect tipic de "ouă ochiuri"

4. MICROORGANISME EUCARIOTE

Microorganismele eucariote formează o lume imensă şi foarte diversă. Ele au o organizare celulară comună, complexitatea structurală a acesteia fiind legată de apariţia a numeroase organite in tracitoplasmice.

Organitele sunt structuri intracelulare care îndeplinesc diferite funcţii specializate. Numele lor (organite = organe mici) sugerează asemănarea acestora cu organele unui organism superior. Majoritatea microorganismelor eucariote sunt unicelulare. Cele care sunt pluricelulare prezintă un grad de complexitate caracterizat printr-o specializare celulară şi o diferenţiere extrem de limitate. O privire de ansamblu asupra organizării celulei eucariote evidenţiază faptul că aceasta este mult mai complexă decât aceea a celulei procariote. Tabelul 4.1 face posibilă trecerea sumară în revistă a principalelor elemente structurale ale celulei eucariote şi a funcţiilor acestora, precum şi compararea cu elementele structurale ale celulei procariote prezentate în tabelul 2.2. Aceste elemente sunt descrise detaliat în acest capitol şi se pot observa în fig. 1.1b.

4.1. învelişurile celulare

Microorganismele eucariote diferă de cele procariote prin structurile lor de protecţie şi susţinere prezente la exteriorul membranei lor plasmatice. Multe microorganisme eucariote tind spre organizarea eucariotă specifică celulei animale. Este cazul protozoarelor. Acestea sunt lipsite de perete celular. Microorganismele care tind spre organizarea celulară caracteristică lumii vegetale (algele), au un perete celular rigid, bogat în polizaharide de tipul celulozei, al pectinei. De asemenea, există specii la care pot fi prezente în peretele celular substanţe anorganice de tipul silicelor (diatomeele) sau a carbonatului de calciu (algele roşii). Peretele celular este de regulă foarte rigid. Compoziţia lui variază în funcţie de organism, dar

şi funcţiile acestora Elementul structural Funcţia

Citoplasma Sediul organitelor celulare şi al numeroaselor procese metabolice

Microfilamentele, filamentele Citoscheletul celulei intermediare şi microtubulii Reticulul endoplasmic Transportul de materiale, sinteza lipidelor şi a

proteinelor Ribozomii Sinteza proteică Aparatul Golgi Rezervorul şi locul unde se realizează secreţia de

substanţe, sediul genezei lizozomilor Lizozomii Digestia intracelulară Mitocondriile Eliberarea de energie, transport de electroni,

fosforilarea oxidativă etc. Cloroplastele Fotosinteza - producere de glucide plecând de la C02

Nucleul şi apă cu ajutorul energiei luminoase

Nucleul Sediul informaţiei genetice, centrul de control al celulei

Nucleolul Sinteza ARN ribozomal învelişurile celulare Arhitectura (forma) celulei şi rigiditatea

caracteristice Cilii şi flagelii Mobilitatea celulară

în categoria eucariotelor se încadrează următoarele microorganisme: algele unicelulare, protozoarele şi mycetele sau fungii (drojdiile şi mucegaiurile).

în general, este prezentă celuloza, chitina şi glucanul (un polimer al glucozei diferit de celuloză). în general, polizaharidele din peretele celular al eucariotelor sunt, din punct de vedere chimic, mai simple decât peptidoglicanul procariotelor.

Membrana celulară de la eucariote conţine steroli spre deosebire de aceea a bacteriilor. Altfel, ea nu se deosebeşte fundamental de aceea a procariotelor.

S-a observat că membrana citoplasmică a eucariotelor are aceleaşi funcţii pentru celulă ca şi aceea a procariotelor: barieră osmotică, schimb mediu extern-mediu intern prin difuziune sau prin transport activ. Totuşi, trebuie menţionat că membrana citoplasmică a eucariotelor nu intervine în procesul producerii de energie cum se întâmplă în cazul procariotelor.

Majoritatea protozoarelor şi unele alge, au un înveliş extern foarte diferit, numit euticulă. Aceasta este un strat relativ rigid de

142

elemente localizate deasupra membranei plasmatice. Uneori membrana plasmatică este considerată ca făcând parte şi ea din cuticulă. Cuticula poate fi extrem de simplă din punct de vedere structural De exemplu, Euglena spirogyra posedă o reţea de benzi care se acoperă reciproc. Contrar acestora, cuticula protozoarelor ciliate este foarte complexă, fiind constituită din două membrane şi dintr-o varietate de structuri asociate. Cuticula nu este o structură tot atât de solidă şi rigidă ca şi peretele celular, dar cu toate acestea, ea dă celulelor o formă caracteristică.

4.2. Citoplasma, microfilamentele, filamentele, filamentele intermediare şi microtubulii

Examinând celula eucariotă la microscopul electronic, se văd organitele citoplasmice gravitând în substanţa omogenă care este citoplasma. Matricea citoplasmică este o parte foarte importantă a celulei pentru că ea este, prin intermediul organitelor celulare, sediul a numeroase procese biochimice. Spre deosebire de citoplasma procariotelor, aceea a eucariotelor se caracterizează prin stări alternative sol-gel şi prin prezenţa unor curenţi citoplasmatici. Dacă la procariote menţinerea materialului nuclear în stare compactă este dată de păstrarea neschimbată a stării de gel a citoplasmei, la eucariote nucleul este delimitat de o membrană proprie, iar citoplasma este un sistem coloidal complex care îşi schimbă starea (sol, gel) în funcţie de starea fiziologică a celulei.

Apa reprezintă 70-85% din greutatea unei celule eucariote. O mare parte a citoplasmei este deci constituită din apă. Apa celulară poate exista sub două forme: ca apă liberă {osmotic activă) sau ca apă legată (apa de hidratare). Aceasta din urmă este legată la suprafaţa unor proteine şi a altor molecule. Ea este osmotic inactivă şi mai bine direcţională decât apa liberă. Aceasta înseamnă că o mare parte a metabolismului se realizează în apa legată. Conţinutul în proteine a unor celule este foarte ridicat, aşa încât la acestea, citoplasma poate adesea să fie semicristalină. în general pH-ul citoplasmei este aproape de neutralitate (6,8 - 7,1), dar el poate varia. De exemplu, vacuolele digestive ale protozoarelor ating un pH de 3-4.

Celulele eucariote prezintă în matricea citoplasmatică nişte formaţiuni denumite micro filamente. Acestea sunt nişte filamente proteice cu diametrul cuprins între 4 şi 7nm, care pot fi împrăştiate în

scmmoarea rormei. Mişcarea granulelor de pigmenţi, deplasarea amibelor, prin schimbarea formei lor, proprietăţile de împânzire a unui spaţiu de către mucegaiuri, sunt câteva exemple de mişcări celulare asociate activităţii microfilamentelor.

Demonstrarea mişcărilor celulare graţie acestor structuri s~a realizat prin utilizarea citochalazinei B, o substanţă care perturbă structura microfilamentelor şi inhibă totodată mişcările celulare. Proteina conţinută de microfilamente a fost izolată şi analizată chimic. Aceasta este o actină foarte asemănătoare cu proteinele responsabile de contracţiile musculare. Iată un argument indirect al rolului acestor microfilamente în mişcarea celulară. Citoplasma mai găzduieşte şi un al doilea tip de structuri asemănătoare: microtubulii. Aceştia sunt în formă de cilindrii de 25nm diametru, sunt structuri complexe constituite din 2 subunităţi proteice sferice, puţin diferite, numite tubuline şi care au un diametru cuprins între 4 şi 5nm. Aceste subunităţi sunt asamblate în formă de spirală sau helix şi formează un cilindru. Fiecare tură a spiralei este formată din aproximativ 13 subunităţi (fig .4.1).

Fig. 4.1 - Structura unui microtubul caracteristic celulei eucariote: cilindrul spiralat este constituit din două tipuri de subunităţi de tubulină (a şi b)

144

Rolul microîubulilor: -menţin forma celulei; -sunt implicaţi împreună cu microfilamentele în mişcările

celulare; -participă la transportul intracelular de substanţe şi organite. Rolul lor a fost pus în evidenţă prin însăşi examinarea localizării

lor intracelulare şi prin studierea efectului eolchicinei. Microtubulii sunt localizaţi în nişte structuri celulare lungi şi subţiri necesitând un suport ca şi axopodele protozoarelor (lungi pseudopode rigide şi fine). Atunci când unele celule embrionare nervoase şi cardiace sunt tratate cu colchicină, ele îşi pierd simultan microtubulii şi forma caracteristică. Microfilamentele lor sunt întotdeauna intacte, dar disocierea microtubulilor de către colchicină le dă un comportament anormal.

Microtubulii sunt prezenţi în anumite structuri ce participă la mişcarea celulei sau a unor organite. De exemplu, dacă distrugem fusul mitotic constituit din microtubuli, cromozomii se împrăştie în citoplasmă şi se întrerupe separarea lor, deci nu se mai deplasează în direcţia normală, caracteristică fazei de diviziune. Mişcările cililor şi ale flagelilor unor eucariote sunt datorate tot prezenţei microtubulilor.

Filamentele intermediare au un diametru de 8~10nm şi reprezintă alţi componenţi filamentoşi ai celulei eucariote prezenţi în citoplasmă. Filamentele intermediare alături de microfilamente şi microtubuli sunt constituenţi ai unei reţele intracelulare denumite citoschelet (fig. 4.2). Acesta conferă celulei forma sa caracteristică şi joacă un rol în mişcarea celulară. El este absent la procariote.

Fig. 4.2 - Citoscheletul celulei eucariote (coloraţie cu anticorpi în celule de mamifere; a) mărire de 400x; b) mărire de lOOOx)

în unele celule eucariote au fost observate cu ajutorul microscopului electronic, anumite reţele de microtubuli asemănătoare unor ţesături sau grilaje, care menţin între ochiurile acestora organitele celulare, comunicând cu acestea (fig. 4.3).

Fig. 4.3 - Reţea de microtubuli caracteristică celulei eucariote (T = traseul legăturilor cu organitele celulare; RE = reticulul endoplasmic; MT = microtubulii; M = miocondriile; MP = membrana plasmatică; R = ribozomi liberi

sau poliribozomi) (după Prescoţ, Harley, Klein, 1995)

43. Reticulul endoplasmic

în afară de citoscheletul celulei eucariote, citoplasmă acesteia este traversată de un sistem neregulat de tubuli membranari ramificaţi de 40-70nm diametru şi conţinând numeroşi saci plaţi numiţi cisterne. Această reţea de tubuli şi vezicule se numeşte reticul endoplasmic (RE) (fig. 4.3 şi 4.4). Natura reticulului endoplasmic variază în funcţie de starea funcţională şi fiziologică a celulei. în celulele care sintetizează, spre exemplu, mari cantităţi de proteine destinate funcţiilor de secreţie, o parte importantă a suprafeţei exterioare a reticulului endoplasmic este "tapisată" cu ribozomi. în acest caz reticulul endoplasmatic se numeşte reticul endoplasmic rugos (RER

Alte celule, de exemplu cele care produc multe lipide, au cea mai mare parte a RE lipsit de ribozomi. Acest RE fără ribozonii, nu este rugos şi se numeşte reticul endoplasmic lis sau neted (REL),

Funcţiile şi geneza reticulului endoplasmic Acestea sunt extrem de variate. El este sistemul de transport

graţie căruia proteinele, lipidele şi probabil alte substanţe sunt

146

Fig. 4.4 - Reticulul endopiasmic (imagine la microscopul electronic cu transmisie); se observă RER - reticulul endopiasmic rugos şi REL -

reticulul endopiasmic lis

excretate. în sinteza lipidelor şi a proteinelor, un rol important îl au enzimele şi ribozomii asociaţi RE. Lanţurile polipeptidice sintetizate pornind de la ribozomii legaţi de RE pot fi inserate în membrana RE sau secretate în spaţiul luminai al RE. Reticulul endopiasmic este de asemenea, sediul principal al sintezei membranei celulare. Noii reticuli endoplasmici iau naştere din extensia celor deja existenţi. Numeroşi biologi arată că RER sintetizează proteinele şi lipidele noilor RE. RER mai vechi pierd imediat ribozomii asociaţi lor şi se transformă în REL. Există şi alte posibilităţi de formare a RE, mecanisme care sunt încă în studiu.

4.4. Aparatul Golgi (AG) (fig. 4.5)

Acesta este format din organite cuprinzând serii de 4-8 saci aplatizaţi (cisterne) la extremităţile cărora se diferenţiază nişte vezicule mai mult sau mai puţin voluminoase, cu diametrul de 20-100nm. Aceşti saci sau cisterne au 15~20nm grosime şi sunt separate unele de altele prin porţiuni de 2G~30nm.

(b)

Fig. 4.5 - Structura aparatului Golgi la Euglena gracilis, imagine la microscopul electronic (a), schemă (by

Gruparea cisternelor are o polaritate definită, determinată de prezenţa a două feţe foarte diferite una de cealaltă. Cisternele sunt frecvent asociate pe feţele cis cu RE. Faţa cis diferă de faţa trans prin grosime, prin conţinutul în enzime şi gradul de formare al veziculelor. Transportul de materiale se realizează de la cisternele cis spre cele trans, prin intermediul unor vezicule care se detaşază de extremităţile unei cisterne şi se deplasează spre cisterna următoare. Aparatul Golgi este prezent la cea mai mare parte a celulelor eucariote, dar multe micete şi protozoare ciliate nu au structuri golgiene bine formate. Uneori există cazuri în care, la unele celule, apare doar un singur grup de cisterne, în timp ce numeroase celule conţin până la 20 şi chiar mai multe. Această grupare de cisterne poartă numele de dictiozomi şi pot fi concentraţi într-o regiune anume sau împrăştiaţi în toată celula.

Aparatul Golgi este implicat în acumularea şi secreţia de substanţe, dar rolul său este variabil în funcţie de organism.

învelişul extern al unor alge flagelate şi al unor protozoare radiolare se pare că este sintetizat de aparatul Golgi şi ajunge la suprafaţa celulei prin intermediul unor vezicule transportoare. Tot în aceeaşi manieră are loc şi geneza membranei externe a diatomeelor. Aparatul Golgi participă şi la sinteza membranelor celulare. Creşterea unor hife fungice este legată tot de activitatea aparatului Golgi.

în toate aceste procese, produşii secretarii sunt transferaţi din RE la AG. Cel mai adesea, unele vezicule se detaşază de RE, se deplasează către AG şi fuzionează cu cisternele "cis". Aparatul Golgi este astfel

148

într-o foarte strânsă relaţie cu RE din punct de vedere atât structural cât şi funcţional.

Cea mai mare parte a proteinelor care provin de la RE şi intră în AG sunt glicoproteine care posedă un scurt lanţ glucidic. Proteinele secretorii sunt foarte adesea modificate în AG prin adiţia unor grupări specifice şi sunt imediat dirijate către localizarea lor proprie (exemplu, în cazul unor proteine lizozomale se produce adiţia unui grup fosfat la manoză).

4.5. Lizozomii şi endocitoza

Una din funcţiile cele mai importante ale AG şi ale RE este sinteza de către aceştia a unei alte organite - lizozomul

Lizozomii se găsesc în numeroase microorganisme protozoare, unele alge şi micete, dar tot atât de bine şi în celulele plantelor şi ale animalelor. Lizozomii sunt mai mult sau mai puţin sferici şi sunt înconjuraţi de o membrană unică. Diametrul lor mediu este de aproximativ 500nm, dar talia lor variază între 50nm şi câţiva \xm. Ei sunt sedii ale digestiei intracelulare. Conţin enzimele necesare digestiei tuturor tipurilor de molecule. Aceste enzime, numite hidrolaze, catalizează hidroliza unor molecule şi sunt mai eficiente în condiţii de uşoară aciditate (pH 3,5-5). Lizozomii menţin un mediu intern acid pompând protoni exteriori.

Enzimele digestive sintetizate de către RER sunt acumulate în AG şi formează lizozomi. Un segment de REL foarte apropiat de AG poate de asemenea să se detaşeze şi să formeze lizozomi.

Lizozomii sunt foarte importanţi la protozoare care se hrănesc prin endocitoză, proces graţie căruia o celulă captează particule şi le înconjoară în vacuole sau vezicule rezultate prin invaginarea membranei lor plasmatice. Cavităţile mai largi sunt numite deseori vacuole fagocitare, iar cele mai mici, vezicule. Există două forme principale de endocitoză: fagocitoza şi pinocitoza.

Fagocitoza - particule mari sau chiar microorganisme sunt închise (înglobate şi captate) în vacuole fagocitare sau fagosomi şi ingurgitate (fig. 4.6).

Fig. 4.6 - Schema formării şi funcţionării lizozomilor (după Prescot, Harley, Klein, 1995)

Pinocitoza - anumiţi compuşi extracelulari solubili sunt captaţi în mici vezicule pinocitice sau pinosomi.

Adesea fagosomii şi pinosomii se numesc endosomi, căci ei sunt formaţi prin endocitoză. Endocîtoza este şi mecanismul ce stă la baza pătrunderii unui virus animal în celula gazdă. Lizozomii nou formaţi sau lizozomii primari, fuzionează cu veziculele fagocitare pentru a da naştere unor lizozomi secundari care conţin produşii în curs de digestie. Lizozomii secundari sau veziculele fagocitare sunt denumiţi adesea şi vacuole digestive. Produşii de digestie sunt eliberaţi în citoplasmă. Când lizozomii acumulează cantităţi mari de materiale indigeste se numesc corpi reziduali (fig. 4.6).

Lizozomii fuzionează cu veziculele fagocitare şi într-un scop defensiv (de apărare), nu numai pentru nutriţie. Bacteriile care invadează un organism sunt distruse prin fuzionarea lizozomilor cu

150

fagosomii. Acest proces a fost observat la leucocitele (globulele albe) vertebratelor.

Celulele pot digera în mod selectiv şi porţiuni ale propriei citoplasme într-un tip de lizozomi secundari numiţi vacuole autofagice. Autozomia joaca probabil un rol important în reciclarea sau reânoirea (firească) a unor constituenţi celulari. O celulă poate supravieţui astfel unei lipse de nutrienţi digerând într-o manieră selectivă nişte porţiuni din propria sa substanţă. După moartea unei celule, lizozomii ajută la digestia şi eliminarea resturilor celulare.

Este remarcabil un aspect, acela că lizozomii îşi îndeplinesc toate funcţiile fără să elibereze în citoplasmă enzimele produse de ei, fapt care ar reprezenta o adevărată catastrofă, determinând distrugerea celulei (liza celulară).

Complexul format din: AG, lizozomi, endozomi şi structurile asociate lor, se pare că operează ca un ansamblu coordonat asigurând transportul de materiale în celulă (fig. 4.7).

Fig. 4.7 - Fluxul de substanţe între organitele celulare prin intermediul sistemului membranar: 1. Schimbul între RE şi AG; 2. Schimburile secretorii între AG şi membrana plasmică; 3. Schimbul între AG şi lizozomi; 4. Mişcarea în timpul endocitozei; 5. Reciclarea membranei plasmatice printr-un endosom, lizozom şi prin

AG; 6. Mişcarea endosom - lizozom; 7. Autofagia printr-un lizozom

Sunt formaţiuni intrâcitoplasmice prevăzute cu o membrană periferică ce provine probabil, din RE. Vacuolele eucariotelor au formă sferică şi sunt pline cu: apă, glucide, lipide, săruri minerale, baze purinice, aminoacizi (lizină, arginină, histidină, ornitină),polifosfăţi, acid uric. Acestea sunt importante rezerve nutritive pentru situaţii în care celula are nevoie de hrană. Vacuolele asigură reglarea presiunii osmotice din celula eucariotă. Numeroase enzime hidrolitice (fosfataza acidă, b-glicozidaza, b-glicofosfataza, proteazele, ribonucleazele, sunt dominante, ceea ce justifică includerea vacuolelor în sistemul lizozomal.

Cercetările de bochimie efectuate în culturi sincrone de celule eucariote (drojdii), au demonstrat că producţia de aminoacizi din celulă este mult superioară capacităţii acesteia de a-i utiliza în sinteza de polipeptide. Acest lucru determină acumularea unor rezerve de aminoacizi solubili, adevărate depozite. Etapa de producţie a aminoacizilor este întotdeauna succedată de o alta în care proteosinteza depăşeşte cu mult rata de sinteză a aminoacizilor, moment în care se apelează în primul rând la rezerve. Astfel, are loc o succesiune sinteză - consum de aminoacizi, fapt ce determină şi schimbări ale numărului şi dimensiunilor vacuolelor care sunt de asemenea, alternative.

Pe lângă funcţia de rezervor de substanţe nutritive, vacuolele îndeplinesc şi alte funcţii în celulă:

-digestia intracelulară a unor substanţe; -diferenţierea biochimică a celulei eucariote; -funcţia lizozomală; -fagocitarea globulelor lipidice, mod în care lipidele înglobate în

oleosomi sunt redate circuitului metabolic; -funcţia de reglare a metabolismului celular pentru anihilarea

efectelor nefavorabile ale mediului ambiant;

4.7. Ribozomii

Ribozomii eucariotelor pot fi asociaţi cu RE sau pot exista liberi în citoplasmă. Ei sunt mai mari decât ribozomii bacterieni şi sunt constituiţi din dimeri formaţi din două subunităţi denumite 60s şi 40s, cu diametrul de 22nm. Coeficientul de sedimentare al ribozomilor celulei eucariote este de 80s. Subunitatea care face legătura cu RE este

152

aceea de 60s. Ribozomii liberi sau legaţi la RER sintetizează proteine care, fie ajung în spaţiul luminai pentru a fi secretate, fie sunt inserate în membrana RE ca proteine membranare intrinsece. Ribozomii liberi sunt sediile sintezei proteice nesecretorii şi nemembrânare. Mai mulţi ribozomi sunt legaţi în general la un singur ARNm şi traduc simultan mesajul său în proteine. Aceste complexe ARNm-ribozomi sunt numite poliribozomi sau polisomi.

48. Mitocondriile

Prezente în majoritatea celulelor eucariotelor, mitocondriile sunt adesea denumite şi "uzinele energetice" ale celulei. Ele sunt sediul activităţii ciclului acizilor tricarboxiliei, al genezei ATP pentru transportul de electroni şi al fosforilării oxidative. Aceste organite au cel mai adesea o formă cilindrică aşa cum se constată la microscopul electronic cu transmisie şi măsoară între 0,3-ljnm şi 5-10jim (cam aceeaşi taliş ca a unei bacterii). în unele celule vii, colorate cu ajutorul unui colorant fluorescent, ele apar foarte alungite. Marea majoritate a celulelor conţin un număr foarte mare de mitocondrii. Totuşi unele specii de microorganisme eucariote (levurile, algele unicelulare şi tripanosomele) au o singură mitocondrie gigantică , tubulară, ce traversează citoplasma celulară. Mitocondria este înconjurată de două membrane: una externă separată de cea internă printr-un spaţiu intermembranar de 6-8nm (fig.4.8).

Membrană externă

Fig. 4.8 - Ultrastructura unei mitocondrii şi un detaliu al particulelor localizate pe suprafaţa internă a cristelor

j X V/JV11 I.C4. UilV/X WVOIV, lil V U^UIUI J illVlIIUlUUUlA/ VU i.\JXlilV ;Y UilULV UV IU

specie la specie, cunoscute sub numele de criste. Micetele au adesea criste asemănătoare unor plăcuţe împachetate., Flagelatele pot avea criste în formă de discuri. Există şi criste tubulare, prezente la unele micete şi la marea majoritate a protozoarelor. Mitocondriile amibelor au creste de formă veziculară. Membrana internă delimitează matricea mitocondrială, un fluid dens conţinând ribozomi, ADN şi adesea granule de fosfat de calciu. Ribozomii mitocondriali sunt mai mici decât cei citoplasmici şi se aseamănă cu aceia ai bacteriilor, prin talia acestora şi compoziţia subunităţilor lor. ADNmt este circular, la fel ca şi ADN bacterian.

Fiecare compartiment mitocondrial diferă prin compoziţia sa chimică şi enzimatică. Membranele mitocondriale interne posedă o altă caracteristică structurală distinctă în relaţie cu funcţia sa. Suprafaţa internă este tapisată cu numeroase sfere mici de 8,5nm diametru, punctate de nişte tije. Aceste sfere se numesc factori Ft şi sunt responsabili de sinteza ATP în timpul respiraţiei celulare, Mitocondriile sintetizează unele dintre aceste proteine proprii, graţie ADNmt (propriu) şi a ADNr (ribozomal). Cea mai mare parte a altor proteine mitocondriale sunt totuşi sintetizate graţie informaţiei genetice din nucleu. Mitocondriile se divid prin sciziparitate. Un sistem de reproducere parţial independent posedă şi cloroplastele. Astfel, cele două tipuri de organite celulare ale eucariotelor se pot asemui cu bacterii, aşa cum arată şi teoriile ştiinţifice conform cărora mitocondriile şi cloroplastele provin din asociaţii simbiotice între bacterii şi celule de talie mai mare.

4.9. Cloroplastele

Plastidele sunt organite dîtoplasmatice specifice algelor şi plantelor superioare. Ele posedă pigmenţi cum sunt clorofila şi carotenoizii, constituind sediul de sinteză şi de stocare al unor rezerve alimentare. Tipul cel mai important de plastide este acela al cloroplastelor,conţinând clorofile şi care utilizează energia luminoasă pentru transformarea C02 şi a apei în glucide şi 02 . Ele reprezintă sediul fotosintezei. Cloroplastele diferitelor specii prezintă talie şi forme extrem de variate. Totuşi ele sunt din punct de vedere structural foarte asemănătoare. Ele sunt cel mai des ovale, cu dimensiuni

154

cuprinse între 2-4 şi 5-lOjam. Unele alge au un număr enorm de cloroplaste care, practic sunt împrăştiate în toată celula. La exteriorul cloroplastelor se află o membrană dublă ca şi aceea a mitocondriilor (fig. 4.9). Matricea interioară a acestora se numeşte stroma şi este delimitată de o membrană internă. Stroma conţine ADN, ribozomi, picături lipidice, granule de amidon şi un sistem membranar foarte complex, compus din saci aplatizaţi înconjuraţi de o membrană, denumiţi tilacoizL, în stroma celor mai multe cloroplaste de alge sunt dispersate grupuri de doi sau mai mulţi tilacoizi. La unele categorii de alge există mai mulţi tilacoizi în formă de disc, suprapuşi ca şi monedele în fişicuri. Acestea formează grana (granum).

Fig. 4.9 - Reprezentarea schematică a structurii unei cloroplaste

Cloroplastele reprezintă sediul reacţiilor de fotosinteză. Formarea de glucide plecând de la C02 şi apă - reacţii ale fazei obscure, au sediul în stroma. Captarea energiei luminoase pentru generarea de ATP, NADPH şi 0 2 - reacţii ale fazei luminoase, îşi au localizarea în membranele tilacoizilor către conţin clorofilă şi transportori de electroni.

Cloroplastele majorităţii algelor conţin un pironoid, o regiune densă în proteine înconjurate de amidon sau de alte polizaharide.

4.10. Nucleul T

La eucariote, nucleul este un organit celular cu organizare complexă, bine separat de citoplasmă şi cel mai vizibil. El a fost descoperit de Robert Brown în 1831 şi conţine toată informaţia genetică a celulei, fiind centrul de control al acesteia.

Nucleul este un corp sferic cu diametrul de 5-7|im, delimitat de un înveliş aşa cum se vede în fig. 4.10. Prezenţa membranei nucleare este o caracteristică fundamentală a celulei eucariote, care o deosebeşte fundamental de aceea procariotă.

învelişul nuclear are o structură complexă, conţinând două membrane (una internă şi una externă), separate printr-un spaţiu perinuclear de 15 - 75nm. Această membrană se continuă cu RE prin mai multe puncte. Membrana externă este acoperită de ribozomi. Spre interiorul nucleului, membrana internă este căptuşită cu o reţea de filamente intermediare, numită lamina nucleară.

Lamina nucleară este o reţea de proteine fibroase, multiplu conexată cu membrana internă a învelişului nuclear căruia îi conferă o anumită rigiditate, contribuind astfel la inducerea formei nucleare. Rolul esenţial al laminei este însă în organizarea cromozomilor în spaţiul nuclear prin legarea acestora la siţtisuri specifice ale învelişului nuclear. Organizarea şi funcţionarea complexelor porale se datorează tot laminei nucleare.

Pc - perete celular

Mc - membrană citoplasmatică

N - nucleu

c - centriol

NI - nucleol

V - vacuolă r

L - incluziuni lipidice

M - mitocondrii

C - citoplasmă

Cm - cicatrice mugurată

Fig. 4.10 - Schema organizării celulei de drojdii cu observarea structurii nucleului

învelişul nuclear conţine numeroşi pori nucleari (fig. 4.10) formaţi prin fuziunea membranei interne şi externe a învelişului nuclear. Porii au un diametru de 70nm şi ocupă în jur de 10-25% din

156

suprafaţa învelişului nuclear. Ei sunt bordaţi de un sistem complex în formă de inel, constituit din material granular şi fibros. Aceşti pori permit schimburi între citoplasmă şi nucleu. S-a observat pasajul unor particule prin pori către interiorul nucleului. Nu se cunoaşte modul de funcţionare al granulelor din zona porilor, dar probabil că ele controlează sau facilitează transportul materialelor care trec prin pori. Numeroase substanţe traversează de asemenea, în mod direct învelişul nuclear prin mecanisme încă necunoscute.

în interiorul nucleului se găseşte cromatina nucleară ce poate fi observată prin coloraţii specifice. Această porţiune a nucleului conţine ADN. Când celula nu se află în stare de diviziune, cromatina este dispersata în nucleu, urmând a se condensa şi a lua forma de cromozomi, vizibili la microscop şi în timpul diviziunii celulare. O parte din cromatina nucleară - eucromatina, este mai puţin condensată, conţinând gene active. Heterocromatina este mai condensată; ea apare mai puternic colorată la microscopul electronic şi nu este genetic activă.

Nucleolul este o structură vizibilă a nucleului. Există specii de eucariote care au 1 sau mai mulţi nucleoli în nucleu. Cu toate că este lipsit de o membrană, nucleolul este un organit complex, constituind o regiune granulară şi fibroasă a nucleului. El dispare în timpul mitozei, reformându-se după încheierea acestui proces în jurul unei structuri denumite organizator nucleolar.

Nucleolul joacă un rol major în sinteza ribozomilor, ADN -organizator nucleolar dirijează transcripţia ARN ribozomal (ARNr). Granulele observate în nucleol sunt probabil subunităţi ribozomale imature. Ele părăsesc în scurt timp nucleul, ieşind prin porii nucleari, desăvârşindu-şi maturarea în citoplasmă.

4.11. Cilii şi flagelii

Numeroase microorganisme eucariote se deplasează graţie unor organite locomotorii: cili şi flageli, în funcţie de specie. Aceste formaţiuni se deosebesc între ele prin câteva elemente.

Astfel, cilii sunt mai scurţi, de numai 5-20[im, în timp ce flagelii sunt de 100-200jim. Mişcarea flagelilor este ondulatorie, fiind generată de unde plane sau helicoidale ce vin dinspre baza sau dinspre vârful flagelului. Dacă undele vin dinspre bază către vârf, celula este trasă, iar o bătaie a vârfului spre bază, duce la împingerea celulei, (fig. 4.11).

dinspre baza către vârful flagelului; b) bătaia dinspre vârful flagelului către baza lui determină împingerea celulei.

Flagelul eucariotelor este format din numeroşi perişori laterali fini, numiţi mastigoneme (fig. 4.12), importanţi în transmiterea undei pentru orientarea sensului mişcării.

Fig. 4.12 - Imagine la microscopul electronic, evidenţiind mastigonemele

Cilii au o mişcare în două faze. în mişcarea efectivă, cilul se deplasează în lichid ca o vâslă în apă. Cilul se repliază, apoi revine în poziţia sa iniţială şi aşa mai departe. în timpul deplasării unui microorganism eucariot ciliat, cilii nu sunt în aceeaşi fază, în acelaşi timp, adică nu efectuează bătaia apei deodată în aceeaşi direcţie. Un microorganism ciliat se prezintă ca în figura 4.13.

158

Fig. 4.13 Paramecium - microorganism eucariot ciliat; imagine la microscopul electronic în baleiaj; se observă orientarea cililor la suprafaţa protozoarului în

valuri, ceea ce imprimă sensul de deplasare al microorganismului

Ultrastructura eililor este foarte asemănătoare cu a flagelilor. Aceştia sunt cilindri de 0,2|um diametru, legaţi la membrana celulară, în matricea acestei organite se găseşte un complex axonemă, constituit din 9 perechi de microtubuli dispuşi în cerc, în jurul a două tuburi centrale (fig. 4.14). Aceste seturi de tuburi sunt formate din polimeri de tubulină de două tipuri - a şi b, cu o compoziţie asemănătoare cu actina (proteină contractilă din flagelul bacterian).

Fig. 4.14 - Ultrastructura unui cil la un microorganism eucariot (secţiune transversală, mărire de 160 000 x); se observă doi microtubuli centrali înconjuraţi

de nouă dublete de alţi microtubuli

hazală (fig. 4.5). Corpusculul bazai dirijază biosinteza organitului locomotor care se dezvoltă prin adiţia de noi subunităţi microtubulare preformate la extremitate. Mişcarea ondulatorie a cililor şi flagelilor este dată de alunecarea dubleţilor microtubulari adiacenţi unii peste alţii. Braţele unui dublet sunt lungi de 15nm şi sunt formate din dineină. Pentru mişcare este necesară energia furnizată de ATP. Braţele de dineină interacţionează între ele determinând alunecarea lor. Tijele centrale participă şi ele la această mişcare. Cilii şi flagelii bat apa cu o viteză de 10-40 bătăi pe secundă şi propulsează microorganismul foarte rapid. Recordul a fost atins de flagelata Monas stigmatica. Aceasta înnoată cu o viteză de 260|iim/secundă (de 40 de ori lungimea ei proprie)., Euglena gracilis se deplasează cu 170(im/secundă (de 3 ori lungimea celulei). Paramecium caudatum, un ciliat comun, înnoată cu 2 700|im/secundă (de 12 ori lungimea celulei).

Fig. 4.15 - Secţiune longitudinală printr-un cil cu evidenţierea corpusculului bazai (b), şi a fasciculelor de microtubuli, adică a însuşi cilului (cl)

4.12, Principalele grupe de microorganisme cu organizare celulară eucariotă

în această categorie pot fi încadrate 3 grupe distincte de microorganisme: algele, protozoarele şi micetele (fungii).

4.12,1. Algele Algele prezintă caracteristici anatomice şi morfologice

asemănătoare acelora ale regnului vegetai. Ele posedă o membrană celulozică şi sunt capabile de fotosinteză. Acestea sunt organismele

160

fotosintetice cele mai abundente de pe suprafaţa Terrei, jucând şi un rol economic considerabil. Pe de o parte, ele sunt cele mai importante producătoare de oxigen de pe planetă, iar pe de altă parte, în cursul fotosintezei algele fixează carbonul din C02 provenind din aer şi elaborează compuşi organici folosiţi de către organismele heterotrofe. Astfel, algele reprezintă în natură, ca şi plantele, producători primari ai lanţului trofic.

/V

In plan economic, algele joacă un rol important în industriile producătoare de produse cosmetice şi farmaceutice, a îngrăşămintelor, a unor materiale filtrante, în industria alimentară etc. Există totuşi şi câteva specii patogene. Ele pot determina infecţii sistemice, alergii respiratorii şi intoxicaţii alimentare. Unele specii (de exemplu Prototheca wickerhamiî) poate cauza infecţii subcutanate şi articulare. Specii ale genului Gonyalaux secretă o toxină foarte puternică ce se concentrează în glandele digestive ale unor moluşte folosite în alimentaţia umană şi care pot în acest fel să determine la consumatori forme grave de intoxicaţii finalizate chiar cu paralizii.

Ştiinţa care studiază algele se numeşte algologie sau phycologie (gr. phycos = algă). Acest grup de organisme sunt descrise ca fiind eucariote lipsite de rădăcină, tulpină şi frunze, dar posedând clorofilă şi realizând procesul de fotosinteză la fel ca şi plantele, graţie pigmenţilor clorofilieni sau de altă natură. Marea parte a algelor fac parte din regnul Protista, acestea făcând obiectul de studiu al microbiologici.

Habitat Habitatul algelor este, cel mai frecvent, mediul acvatic: apele

dulci, marine, submerse etc, în care ele se află în suspensie (alge planctonice) sau ataşate şi vivante pe fundul acestora (alge bentice).

Câteva specii trăiesc la interfaţa apă-aer, numindu-se neustonice. Termenul de plancton (gr. plangktos = rătăcitor) reuneşte acele organisme acvatice care plutesc liber, marea parte a acestora fiind microscopice. Acesta are două componente: fitoplanctonul, care cuprinde algele şi plantele de talie mică şi zooplanctonul, care cuprinde animale şi protiste non-fotosintetice. Există şi specii de alge care se dezvoltă pe roci umede, pe suprafeţe lemnoase, pe arbori sau pe soluri bogate în apă. Numeroase specii de alge trăiesc în simbioză cu plante, moluşte, corali, protozoare sau fungi. Aşa cum am arătat, unele specii sunt parazite pe diverse gazde.

clasificate după următoarele criterii: -organizarea celulară sau a talului (corpului algei); -prezenţa, numărul sau absenţa flagelilor; -natura constituenţilor chimici asociaţi peretelui celular şi

morfologia acestuia; -natura pigmenţilor celulari; -compoziţia chimică a elementelor nutritive de rezervă; -modul de reproducere şi ciclul biologic; -habitatul; Sistemul cu 5 regnuri al lui Whitaker împărţea algele în 7 ramuri,

parte dintre ele aparţinând regnului Protista şi parte dintre ele regnului Plantae, aşa cum putem observa în tabelul 4.2.

Tabelul 4.2 aasifîcarea algelor în 7 ramuri

Ramura Regnul Chrysophyta -alge verzi-galbene -alge brun-galbene -diatomee

Protista (Eucariote unicelulare)

Euglenophyta -flagelate euglenoide fotosintetizante

Protista

Pyrrhophyta (dinoflagelate) Protista Chlorophyta Protista Charophyta (alge verzi) Protista Phaeophyta (alge brune) Plantae

(multicelulare eucariote) Rhodophyta (alge roşii) Plantae

Având în vedere cele 7 criterii enumerate anterior, principalele grupe de alge se pot caracteriza sumar în felul următor (tabelul 4.3).

Ultrastructura celulei algelor Celula algelor unicelulare este înconjurată de un perete celular

rigid, dar subţire. Unele alge prezintă o membrană externă simplă şi gelatinoasă la exterior, care se poate asemui cu o capsulă bacteriană. Atunci când ei există, flagelii sunt organe tipice locomotorii cu structură specifică eucariotelor. Nucleul este acoperit de o membrană nucleară tipică, poroasă, iar în interior sunt prezenţi un nucleol,

162

Tabelul 4.3 Caracteristicile distinctive ale diferitelor grupe de alge (după Regnault 1990 şi Prescott şi colab., 1995)

Ramuri Chlorophyta Charophyta Euglenophyta Chrysophyta Phaeophyta Rhodophyta Pivrophyta?? Caracteristici

Chlorophyta Charophyta Euglenophyta Chrysophyta Phaeophyta Rhodophyta Pivrophyta??

Denumire comună

Alge verzi Alge euglenoide Alge verzi -galbene, brun -galbene, diatomee

Alge brune Alge roşii Dinoflagelate

Nr. specii 7 500 250 700 6 000 1 500 < 3 900 1 100 Pigmenţi

fotosintetici Clorofile a, b, Carotine a, J3,

Xantofile

Clorofile a, b, Clorofile a, b, Clorofile a, b, Carotine a , p,

Xantofile, Fucoxantine

Clorofile a, b, Xantofile,

Fucoxantine

Clorofile a, b, Xantofile,

Ficoeritine, Ficocianine,

Carotine

Clorofile a, b, Carotine,

Fucoxantine, Peridinine, Dinoxantine

Produşi de rezervă

Amidon, Fructan

Amidon Paramidon, uleiuri, zaharuri

Crisolaminarine, uleiuri

Laminarine, manitdl, uleiuri

Amidon, : glicogen

Amidon, glicani, uleiuri

Aparat locomotor

Fără flageli sau cu 1, 2, 8 flageli

la speciile mobile

2 flageli subapicali

1-3 flageli apicali

1-2 flageli apicali sau fară

flageli

2 flageli laterali Absent 1 flagel ,. posterior şi 1

flagel ecuatorial

Perete celular Celuloză, manan, proteine,

CaC03

Celuloză CaC03

Absent Celuloză, silice, CaC03, chitine,

sau absent

Celuloză, acid alginie . i

Celuloză, xilan, galactan, CaC03

Celuloză sau abserît ? .

Organizare celulară

Unicelulară sau pluricelulară,

filamentoase sau coloniale

Unicelulare Unicelulare Unicelulare Pluricelulare Pluricelulare Unicelulare

Habitat Ape dulci, submerse, sărate,

terestru

Ape dulci, submerse

Ape dulci, submerse, sărate,

terestru

Ape dulci, submerse, terestru

Ape submerse, sărate

Ape dulci, submerse, sărate,

Ape dulci, submerse,

sărate,

Cloroplastele pot eonţine zone proteice dense - pyrenoide - asociate sintezei şi acumulării de amidon, în fig. 4.16 este prezentată morfologia unei alge cu organitele şi elementele cele mai caracteristice majorităţii ramurilor acestei categorii de eucariote.

Flagel

Membrană

Amidon

Aparat Golgi

Mitocondrie

Vacuolă pulsatilă

Nucleu

Reticul endoplasmic

Vacuolă

Pirenoid

Cloroplast A Membrană

\ plasmatică

Fig. 4.16 - Morfologia unei alge unicelulare (reprezentare schematică)

Nutriţia algelor Algele pot fi autotrofe sau heterotrofe. Majoritatea sunt

fotoautotrofe, având nevoie doar de lumină şi C02 ca surse principale de energie şi de carbon. Există şi alge chimioheterotrofe care folosesc compuşi organici drept sursă de carbon şi energie.

Structura talului Talul reprezintă forma vegetativă de existenţă a algelor. Algele

pot fi unicelulare solitare, de talia unor bacterii sau uriaşe până la 75m lungime. Există şi forme coloniale, coenocitice sau filamentoase. Algele pluricelulare pot avea o structură lamelară, membranoasă, dar

164

, fără ţesut vascular specific plantelor. Unele specii unicelulare sunt mobile (flagelate), iar altele non-mobile, aşa cum se poate observa în figura 4.17.

Fig. 4.17 - Reprezentări schematice şi imagini microscopice ale formelor posibile de tal ale algelor microscopice: 1. algă unicelulară mobilă, 2. algă unicelulară non-mobilă, 3. alge unicelulare adunate în colonii, 4. colonie coenobiotică de alge unicelulare, 5. Chlorella, algă unicelulară verde, non-mobilă, 6. Volvox, algă

unicelulară verde, tipic colonială, 7. Acetabularia - "cupa de vin a sirenei"

Reproducerea Unele alge unicelulare se reproduc asexuat. La acest tip de

reproducere nu este prezentă fuziunea de gameţi pentru formarea unui zigot. La alge apar 3 feluri de reproducere asexuată:

Fragmentarea talului - acesta se rupe în fragmente care vor constitui fiecare un nou tal.

Spori care pot fi formaţi în celule vegetative obişnuite sau în structuri specializate numite sporangi (gr. spora = sămânţă; angeion = recipient); sporii pot fi mobili, flagelaţi numindu-se zoospori sau imobili, aplanospori

La unele alge unicelulare apare frecvent ca modalitate de reproducere sciziunea binară (diviziunea succesivă nucleu- citoplasmă, cu formarea a două celule fiice).

Multe alge prezintă un mod de reproducere sexual în interiorul celulelor vegetative puţin modificate numite oogonii

(ovogonii), funcţionând ca structuri femele, se formează celule sexuale de tipul ovulelor. în structuri specializate de tip mascul (anteridii) se

5 6 7

iuăna naştere un zigot cupioia. Alternanţa tipurilor de reproducere (sexuat şi asexuat) precum şi

a fazelor haploide şi diploide, formează cicluri specifice diferitelor specii de alge unicelulare. în fig. 4.18 este prezentată alternanţa ciclurilor de reproducere la unul dintre genurile de alge reprezentative - Chlamydomonas.

Fig. 4.18 - Ciclul de viaţă al algei verzi mobile Chlamydomonas (în afară de zigot care este diploid ~ 2n, restul formelor ce se succed în cadrul ciclului sunt haploide - In.

Importanţa practică Algele unicelulare sunt importante din punct de vedere ecologic.

Unele specii fiind în măsură de a realiza biodegradarea unor deşeuri organice din ape sau din sol Este cazul speciei Chlorella. Aceeaşi specie este în prezent studiată în vederea producerii de zahăr şi de proteină industrială pentru alimentaţia animalelor şi, eventual, în viitor şi a omului.

Industria chimică şi farmaceutică utilizează în prezent o serie de alge microscopice pe care le cultivă în bioreactoare în scopul producerii unor compuşi utili acestor domenii. Agarul folosit ca ingredient de solidificare a mediilor de cultură este obţinut tot dintr-o algă marină comună, Gelidium.

în unele habitate naturale există şi specii toxice, periculoase pentru om.

Sing

Meioză

producătoare de zoospori

Celule

166

UJ Toxinele dinoQagelatelor

Mareele roşii otrăvitoare ce se produc adesea în zonele de coastă oceanică sunt asociate cu "flori de apă" - nişte explozii ale populaţiei de alge dinoflagelate (specii ale genurilor Gymnodinium şi Gonyaulax). Pigmenţii celulari ai dinoflagelatelor sunt responsabili de culoarea roşie a

, A ( (

apei. In aceste condiţii de înflorire, dinoflagelatele produc o neurotoxină puternică numită saxitoxină. Toxina paralizează muşchii respiratori striaţi ai multor vertebrate, inhibând transportul de sodiu, esenţial în funcţionarea celulelor nervoase. Toxina nu este periculoasă pentru moluşte şi crustacee, care se hrănesc cu dinoflagelat In acest timp, acestea acumulează toxina şi devin otrăvitoare pentru om, consumator al fructelor de mare. Se produce o otrăvire paralizantă sau neurotoxică, caracterizată printr-o inflamaţie a gurii, a buzelor, a feţei şi a extremităţilor. Boala durează de la câteva ore până la câteva zile şi nu este în general fatală.

Un alt tip de otrăvire care are efect asupra omului se numeşte ciguatera. Ea rezultă dintr~un consum de peşti marini (macrou gri spaniol, anguilă) care se hrănesc cu dinoflagelate aparţinând speciei Gambierdiscus toxicus. Toxina algei, numită ciguatoxină, se acumulează în pielea peştelui. Este vorba despre una dintre cele mai ofensive toxine, ce poate rezista chiar după gătirea peştelui. Din păcate, toxina nu poate fi detectată la peşte deoarece aceştia nu prezintă nici un semn că ar fi afectaţi. La om, această toxină poate cauza afecţiuni gastrointestinale, diaree puternică, o confuzie la nivelul sistemului nervos central şi dereglări respiratorii. Pentu acest tip de otrăvire nu există nici un tratament.

4.12.2. Protozoarele

Termenul de protozoare provine din limba greacă (protos = primar sau primitiv şi zoon = animal). Disciplina care studiază aceste protiste se numeşte protozoologie. Un protozoar este deci o protistă unicelulară eucariotă, cel mai adesea mobilă. Nu există protozoare multicelulare. Ele nu au perete celular. Pot fi parazite, dar există şi specii care trăiesc libere.

Habitatul protozoarelor şi importanţa lor Aceste microorganisme ocupă o largă paletă de biotopuri.

Umiditatea este absolut indispensabilă pentru existenţă, iar rezistenţa lor la deshidratare este excesiv de scăzută. Numeroase protozoare

j.CUL Uiiitw Att CtAJ.XAi.XdiW OUU IU JACl-AAtV. Protozoarele joacă un rol imporant în economia naturii. De

exemplu, ele constituie o parte importantă a planctonului: mici organisme care plutesc libere şi care sunt implicate în diverse reţele şi lanţuri trofice ale mediului acvatic. Protozoarele sunt de asemenea importante şi pentru cercetările de biologie moleculară, biochimie etc. Numeroase căi biochimice utilizate de protozoare sunt la fel la toate eucariotele. Totodată nu trebuie neglijată importanţa lor în diagnosticarea unor maladii umane şi animale produse de protozoare.

Aspecte morfologice (Fig. 4.19) Protozoarele prezintă talii ş forme foarte diferite. Astfel, ele pot

măsura între 1 şi 200Q|am. Organizarea lor celulară este tipic eucariotă, fiind prezente aceleaşi elemente anatomice. Totuşi, numeroase funcţii vitale sun îndeplinite la protozoare de către anumite structuri caracteristice lor. Forma vegetativă a protozoarelor, denumită trofozoit sau trofont, prezintă o citoplasmă înconjurată de o membrană plasmatică. La unele specii (de exemplu, amibele), zona citoplasmei aflată îmediat sub această membrană este semisolidă sau gelatinoasă, dând o anumită rigiditate corpului celular. Această zonă este denumită ectoplasmă. Baza flagelilor este ancorată în această ectoplasmă. Pelicula uni sau multimembranară care se află în zona adiacentă ectoplasmei se numeşte cortex. Spre interiorul celulei, după ectoplasmă, se află endoplasma, mai fluidă, cu o compoziţie granulară şi care conţine cea mai mare parte a organitelor celulare. Majoritatea protozoarelor au un nucleu, dar există şi specii cu doi sau mai mulţi nudei identici. Altele, posedă' două tipuri diferite de nuclee: un macronucleu şi mai multe micronuclee. Macroncleul, atunci când este prezent, este mult mai mare, asociat activităţilor trofice şi proceselor de regenerare. Micronucleul este diploid şi implicat în recombinarea genetică (în timpul reproducerii) şi în regenerarea macronucleului. Se disting în mod obişnuit în citoplasmă unul sau mai multe vacuole. Ele sunt diferenţiate în vacuole pulsatile, secretorii şi alimentare (fagocitare sau digestive). Vacuolele pulsatile (contractile) sunt organite osmoregulatoare la protozoarele care trăiesc în mediu hipotonic cum ar fi un lac cu apă dulce. Echilibrul osmotic este menţinut prin expulsia continuă a apei. Cea mai mare parte a protozoarelor marine şi a speciilor parazite sunt izotonice în raport cu

168

mediul lor de viaţă şi sunt lipsite de asemenea vacuole. Vacuolele fagocitare sunt denumite şi vacuole digestive. Vacuolele secretorii conţin de regulă enzime specifice care pot îndeplini funcţii foarte variate (de exemplu, dechistarea, adică trecerea de la forma chistică la cea yegetativă). Cea mai mare parte a protozoarelor anaerobe(exemplu, Trichonimpha) care trăiesc în intestinul termitelor, sunt lipsite de mitocondrii, de citocrom şi nu au un ciclu Krebs. Unele au totuşi nişte organite simple, limitate la o membrană, numite hidrogenosomi. Aceştia posedă o cale particulară de transfer de electroni în care hidrogenaza transferă electronii către acceptorii acestora pentru formarea de hidrogen molecular.

Nutriţia Majoritatea protozoarelor sunt chimioheterotrofe. La protozoare

există două tipuri de nutriţie heterotrofă: - nutriţia holozoică- alimentele (exemplu, bacterii) sunt ingerate

prin fagocitoză; unele protozoare ciliate (exemplu, Parameciul) au o structură specializată pentru această funcţie fagocitară ce se numeşte citostoma (gură celulară).

- nutriţia saprozoică (osmotrofă) - nutrienţii (acizii aminaţi, zaharurile etc) traversează membrana plasmatică prin pinocitoză, prin difuziune (transport pasiv) sau prin transport cu ajutorul unui transportor (transport activ sau facilitat).

închistarea şi dechistarea la protozoare Nmeroase protozoare trec print-o fază de închistare, chistul

format fiind o fază de latenţă constând în formarea unei membrane externe chistice şi prin reducerea activităţii metabolice la maximum, închistarea este frecventă în special la formele acvatice, la cele libere şi la cele parazite. Formele chistice îndeplinesc 3 funcţii:

- asigură rezistenţa la schimbările defavorabile de mediu (uscăciune, carenţe alimentare, variaţii ale pH, lipsă de O^);

- reprezintă sediile reorganizării nucleare şi ale diviziunii celulare (chişti specializaţi în reproducţie);

- servesc drept mijloace de transmitere (diseminare) de la o gazdă la alta, în cazul speciilor parazite.

Dechistarea este trecerea la forma vegetativă a chistului sau ieşirea din latenţă a acestuia prin distrugerea pe cale enzimatică a membranei protectoare. Nu se cunoaşte cu exactitate natura stimulului decisiv în declanşarea dechistării, dar aceasta este asociată în general

Reticul endoplasmic

, Vacuolă Ectoplasmă Vacuolă fagocltară p u t s a t i l ă

Extremitatea anterioară <b)

Silon oral

Micronucleu

Mitocondrie

Vacuolă contractilă anterioară

Vestibul oral

Vacuole fagocitare

Citostoma

Citoproct

Inel posterior

(c)

Extremitate posterioară

(d) Nucleu Vacuoie fagocitare

Vacuolă pulsatilă

Teacă

Deschiderea tecii

Pseudopode

Fig. 4.19 - Aspecte morfologice asupra celor mai reprezentative protozoare: a) structura unui flagelat (Trypanosoma brucei rhodesiense); b) Structura unui protozoar tip amiba (.Amoeba proteus); c) Structura unui sporozoar; d) Structura unui protozoar ciliat (Paramecium caudatum); e) Structura protozoarului Ar cella.

restabilirii condiţiilor de mediu favorabile. La formele parazite, după ingerarea chiştilor de către gazdă, ei se dechistează.

Organitele locomotorii Numai câteva specii de protozoare sunt imobile, majoritatea lor

fiind mobile. Faţă de alte categorii de microorganisme, protozoarele se

170

bucură de o mai mare varietate de-organite locomotorii: pseudopodele, flagelii şi clii.

Pseudopodele (picioarele false) sunt extensii ale citoplasmei observate la amibe. Ele sunt responsabile atât de mişcarea celulei cât şi de captarea alimentelor (fig. 4,19).

Flagelii şi cilii sunt asemănători cu aceia ai microorganismelor eucariote în general, atât ca structură cât şi ca mod de funcţionare.

Reproducerea Majoritatea protozoarelor se reproduc pe cale asexuată, doar

unele utilizând şi calea sexuată. Reproducerea asexuată se realizează prin sciziune binară. în

timpul acestui fenomen, nucleul suferă la început o mitoză, apoi se divide citoplasma (cariokineză + citokineză), rezultând două celule fiice identice (fig. 4.20).

Fig. 4.20 - Reproducerea asexuată la protozoare (Paramecium caudatum) prin sciziune binară

Reproducerea sexuată constă în conjugarea între cele două tipuri sexuale diferite, concretizată prin schimbarea nucleelor între acestea (fig. 4.21). Conjugarea este tipică protozoarelor ciliate, cel mai cunoscut reprezentant al acestora fiind Paramecium caudatum. La începutul conjugării, cele două ciliate se unesc, iar membranele lor fuzionează în punctul de contact. Macronucleul se degradează în fiecare celulă. Fiecare micronucleu suportă o dublă'diviziune prin meioză pentru a forma 4 prenuelei haploizi din care trei sunt dezintegraţi. Pronucleul rămas se divide din nou prin meioză, formând ,, doi nuclei genetici: unul staţionar şi unul migrator. Nucleii migratori ai celor două celule se schimbă între ei. După aceasta, conjuganţii se

se; tunipui ia uc u uicLui&La ayai ic iicv/ctic. ujuujl csio icimui uci micronucleu, 3 sunt distruşi şi ultimii 4 formează macronucleu!. Fiecare dintre ex-conjuganţi suportă imediat o diviziune celulară. în final, se formează celule fiice dotate cu un macronucleu şi un micronucleu.

Macronucleu

Conjugare Degenerescenţa macronucleelor şi meioza rnicronucleelor

Micronucleu

Multiplicarea rnicronucleelor

Nucleu zigot diploid

Separarea protozoarelor şi fuziunea nucleelor gametice1

începutul modificării nucleare

Migrarea rnicronucleelor şi fertilizarea

Fig. 4.21 - Schema conjugării la Paramecium caudatum.

Alte protozoare eliberează gameţi adevăraţi care fuzionează pentru formarea zigoţilor. Este cazul sporozoarelor (Apicomplexa) la care alternează o reproducere sexuată şi una asexuată.

Clasificarea protozoarelor Până în prezent s-au identicat în jur de 30 000 specii de

protozoare. Specialiştii în protozoologie consideră că protozoarele

172

reprezintă un subregn constituit din 8 încrengături. Clasificarea protozoarelor ţine seama în principal de anumite caracteristici cum ar fi: tipul de organite de locomoţie existent, numărul de nuclee şi modul de reproducere. Câţiva reprezentanţi ai acestui grup de protiste se pot vedea în fig. 4.19.

I. încrengătura Sarcomastigophora 1. Suhîncrengătura Mastigophora a)Clasa Zoomastigophora (ZooQageîate) - forme amoeboide cu sau fără flageli; - sexualitate prezentă la unii reprezentanţi; - reproducere asexuată prin sciziune binară; - un singur tip de nucleu. Reprezentant (genuri): Trypanosoma, Giardia, Trichomonas, Leishmania, Trichonimpha

(Anexa 3). Importanţă - pot trăi libere în natură (solitare sau în colonii); - unele sunt implicate în relaţii de simbioză (Triconimpha trăieşte

în intestinul termitelor unde produc enzime ce le ajută pe acestea din urmă să digere lemnul);

- unele specii sunt patogene: Giardia trăieşte în intestinul uman producând diaree gravă; se transmite prin intermediul apei contaminate cu materii fecale; Trichomonadele (Trichomonas vaginalis) trăiesc în vaginul femeilor, în prostată, testicule şi uretră, determinând boli cu transmitere sexuală; Tripanosomele (hemofla-gelate) sunt germeni prezenţi în sângele uman şi animal, caracteristici unor anumite zone geografice (Africa); boala somnului este una dintre bolile produse de un protozoar hemoflagelat din această categorie.

2. Sub fncrengătura Sarcodina

a)Clasa Rhizopoda - forme ameboide cu pseudopode sau cu deplasare prin fluxul

citoplasmatic, având pseudopode slab marcate; - reproducere asexuată prin sciziune; - viaţă liberă cel mai adesea. Reprezentanţi (genuri): Amoeba, Elphidium, Coccodiscus.

- unele sunt parazite la mamifere: Entamoeba hisolytica este parazită în intestinul uman, determinând boli grave de tipul dizenteriilor, iar Naegelia şi Acan thamoeba trăiesc libere şi pot fi patogene pentru om sau mamifere;

- unele dintre acelea trăiesc libere în mări (Arcella) şi produc nişte teci protectoare (Foraminiferele fac parte din această categorie);

- există şi specii simbionte în interiorul unor animale; JT. încrengătura Actinopoda - filopode (pseudopode fine), schelet de spiculi silicioşi

(radiolari); - pot trăi libere în plancton sau simbionte cu algele. m. încrengătura Labyrmtbomorpha - celule fusiforme care lasă urme mucoide, non-ameboide; - saprofite sau parazite la alge; - unele specii distrug anumite monocotile specifice coastei

Atlanticului american, lăsând fără hrană păsările sălbatice şi impurificând apa.

IV. încrengătura Apicomplexa - se mai cunosc şi sub denumirea de Sporozoare; - au stadii sporogene în cursul ciclului lor de multiplicare,

reproducere sexuată prin singamie; - toate speciile sunt parazite, formează adesea chişti; -nu au cili. Reprezentanţi (genuri): Plasmodium, Toxoplasma, Eimeria, Cryptosporium, Pneumocystis, Importanţă -Plasmodium malariae - agentul patogen al malariei, Toxoplasma

- agentul patogen responsabil de producerea toxoplasmozelor, Eimeria - responsabile de pneumonii grave, în principal la bolnavii de SIDA.

V. încrengătura Microspora - parazite obligat intracelulare; - sunt implicate în unele infecţii la bolnavii de SIDA.

174

Reprezentanţi (genuri): - Nosema, Encephalitozoon, Pleistophora, Enterocytozoon. VX încrengătura Acetospora - parazite la nevertebrate; - genul Haplosporium cuprinde specii parazite intracelulare în

ţesuturile şi cavităţile corpului moluştelor. VII. încrengătura Myxozoa - cuprinde specii aparţinând genului Haplosporium care

formează spori multicelulari şi capsule polare; - majoritatea sunt parazite la peştii de mare şi de ape dulci

(Myxosoma cerebralis infectează sistemul nervos al somonilor şi păstrăvilor, determinând pagube substanţiale în plan economic).

VII. încrengătura Cîliopbora - sunt caracterizaţi de cili simpli sau organite ciliate complexe,

două tipuri de nucleu, vacuole pulsatile la formele de apă dulce; - înmulţire prin sciziune binară, conjugare; Reprezentanţi (genuri): Tetrahymena, Paramecium, Balantidium, Ichtiophtirius etc. Importanţă , . • • • - majoritatea speciilor trăiesc libere, în simbioze sau în

comensalism, fiind inofensive; (Entodinium se multiplică în rumenul animalelor domestice, iar Nyctotherus în colonul broaştelor);

- există şi specii parazite cum ar fi: Balantidium coli, parazit în intestinul mamiferelor şi al omului unde produc dizenterii, Ichthyophtirius, care produce maladii branhiale şi cutanate la peştii de apă dulce ( aşa - numita "boală a petelor albe").

4.12.3. Mycetele (Fungii)

Mycetele reprezintă un grup extrem de vast de organisme încadrate în regnul Fungi, conform sistemului cu 5 regnuri propus de Whitaker. în microbiologie se studiază micetele unicelulare sau coenocitice care se caracterizează prin faptul că au o organizare celulară de tip eucariot, sunt purtătoare de spori, se hrănesc prin absorbţie, sunt lipsite de clorofilă şi se reproduc sexuat şi asexuat. Ştiinţa care studiază mycetele se numeşte micologie (gr. mycos =

numeşte micotoxicologie. Bolile produse de mycete se numesc micoze, respectiv micotoxicoze (atunci când bolile sunt rezultatul toxinelor secretate de ciuperci) (tabelul 4.4).

Distribuţia mycetelor şi importanţa lor Ciupercile unicelulare sunt în general microorgansme terestre,

dar există şi unele marine şi dulcicole. Multe sunt patogene, producând infecţii la plante şi animale. Există şi specii de fungi care se găsesc în relaţii benefice cu diferite alte organisme. De exemplu, cu rădăcinile unor plante superioare (vasculare), micetele formează asociaţii numite micorize. Lichenii sunt de asemenea, diferiţi acizi organici (acidul citric, acidul galic), unele medicamente (ergometrinele, cortizonii), numeroase antibiotice (penicilinele, griseofulvinele) şi ciclosporina (o substanţă imunosupresivă).

Tabelul 4.5 prezintă în mod rezumativ câteva exemple privind implicaţiile mycetelor în economie.

Tabelul 44 Micotoxicoze caracteristice animalelor domestice

Boala Specia de fungi Micotoxina Alimente contaminate

Animale afectate

Aflatoxicoză Aspergillus flavus Aflatoxină Orez, grâu, sorg,1

cereale, arahide, soia,

Păsări, porci, vite, oi, câini

Ergotism Claviceps purpurea Alcaloizi

/

Condimente din specii de graminee, boabe de cereale

Vite, cai, porci, păsări

Otrăviri cu ciuperci

Amanita verna* Amanitine Ciuperci din natură

Vite

Sindrom hemoragie al păsărilor

Aspergillus flavus ş.a.

Aflatoxine Boabe de cereale toxice, nutreţuri

Păsări

Maladia "baveuse"

Rhizoctonia Alcaloidul slaframină

Trifoi roşu > Oi, vite

Toxioza festucii

Âcremonium coenophialum

Necunoscută Festuca sp. Vite

* Nu fac obiectul microbiologiei

176

Tabelul 4.5 Produse obţinute prin utilizarea mycetelor în bioindustrii

Domeniul Produsul Microorganismul Alimente şi băuturi Pâine, vin, bere

Sake :

Sos de soia

Brânzeturi Camembert,

Brie

Brânza Roquefort

Tempeh

Saccharomyces cerevisiae (levuri) S. cerevisiae var. ellipsoideus (levuri) S. rouxii (levuri) Penicillium camambertii (mucegai) Oospora lactis (mucegai) Penicillium roqueforti (mucegai) Rhizopus (mucegai)

Produse industriale chimice

Etanol

Acid lactic Acid fumărie Acid citric Glicerol

S. cerevisiae Helminthosporium geniculatum Rhizopus japonicus Rhizopus nigricans Aspergils niger S. cerevisiae var ellipsoideus

Proteine neconvenţionale de la o singură celulă*

Proteine microbiene din deşeuri rezultate din industria celulozei, hârtiei Proteine microbiene din alcani şi petrol

Candida utilis

Saccharomycopsis lypolitica

Vitamine Riboflavine Vitamina B3 Vitamina B?

Eremothecium ashbyi Saccharomyces cerevisiae Torulopsis kefyr

Enzime Amilaze Glucoamilaze Celulaze Invertaze Lipaze

Aspergillus orizae Aspergillus niger Trichoderma reesii Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces lypolytica.

Produse farmaceutice

Aureomicină Streptomicină Cloramfenicol Peniciline Cefalosporine Steroizi modificaţi

Streptomyces aureofaciens Strep tomyces grise us Streptomyces venesuelae Penicillium chryogenum CephalosporiuM acremonium Rhizopus nigricans *

* Biomasă proteică neconvenţională de origine microbioană

hernia mngicâ este alcătuită dm elementele anatomice specifice oricărei celule eucariote, adică: unul sau mai mulţi nuclei limitaţi de o membrană nucleară care închide mai mulţi cromozomi, citoplasma cu organitele caracteristice (mitocondrii, ribozomi, incluziuni de glicogen sau trehaloză, o vacuolă voluminoasă prezentă în principal la celulele bătrâne, reticulul endoplasmic şi aparatul Golgi), membrana plasmică şi peretele celular la exterior - o formaţiune rigidă, constituită din alte componente decât acelea caracteristice peretelui celular bacterian. Astfel, peretele celular al fungilor este bogat în chitină, în celuloză şi în caloză. Acestea dau rezistenţă sporită peretelui celular, dar şi flexibilitate. La unii fungi au putut fi identificate chitosanul (la genul Mucor) şi mananii (la levuri). Există unele fungi lipsite de perete celular, caz în care celula se numeşte plasmodă. Este cazul Myxomycetelor.

Levurile sunt micete unicelulare care posedă un singur nucleu şi se reproduc fie asexuat, prin înmugurire sau diviziune transversală, fie sexuat, prin formarea de spori care se unesc prin conjugare (Anexa 3).

Celula levuriană este de talie mai mare decât cea bacteriană, măsurând între 20 şi 200|J,m. Ea poate fi: sferică, ovoidală sau alungită (fig. 4.22). Levurile nu sunt mobile, deci nu au cili sau flageli, dar în privinţa celorlaltor părţi componente ale celulei, ele sunt aceleaşi ca şi în cazul marii majorităţi a eucariotelor (fig. 4.10). Nucleul este vizibil chiar la microscopul optic, iar peretele celular se caracterizează printr-un conţinut bogat în chitină, componentă care îi asigură o rigiditate sporită. Vacuolele sunt de asemenea elemente celulare uşor de văzu la microscop, fiind de regulă, de talie mare la drojdii.

178

Saccharomyeesr: c e r e v i s i a e (5-10) x (5-12) iun' (3-9 ,5) x (4,5-21) \m

OC SOS •sea» o »

Ască (ascospori)

O

Schvzosaccharomyces pombe (3-5) X (5-24) um

Ască (ascospori)

fgosaccharomycls b a i l l i î ,5 -7) x (5,5-14) \m

O

Şaeoharomycodes ludwig i i Hansenula artomala (4-7) x (8-23) m (1 ,9 -4 ,1 ) x ( 2 , 1 - 6 , 1 ) ]m

§

Ască (ascospori)

<e 8 ®

Hanseniaspora uvaruro (1 /5-5) x (2 ,5-11,5) m

g

Candida v i n i (2 ,9 -4 ,3 ) X (5 ,8-10,1) w

H

Formă; L Formă M

Rloeckera apiculata Pichia membranaefaeiens (2-7 ,5) x (4-14,5) m f1» 8-4 ,5) x (2,5-17) um

candida s t e l l a t a (2-3) x (5 ,8 -10 ,1) w

j f c

Candida val ida (1 ,4 -3 ,6 ) x (3 ,6-14,4) y

â

« a Formă L Formă M

J Torulaspora delbrueckii ( 2 , 5 - 6 , 5 ) x (2 ,5-7) \m

® j §

m

Fig. 4.22 - Aspecte vizând talia drojdiilor - microscopie electronică (a); forma şi mărimea caracteristice unor specii de levuri (b, c, d, e, f, g, h, i, I, m) şi fungi imperfecţi (j, k); în imaginea de la punctul a) se poate observa diferenţa de talie

dintre drojdii - celulele mai mari şi bacterii - celulele mici care le înconjoară.

Mucegaiurile nu au talul format dintr-o celulă unică ci dintr-un filament lung, fin, ramificat, format prin înlănţuirea mai multor celule. Acest filament se numeşte hifă (gr. hyphe = ţesut). Hifele se ramifică şi formează o reţea numită miceliu. La fungi există mai multe tipuri de hife miceliene, după cum nucleele sunt despărţite de septuri sau se află într-o citoplasmă comună. Aceste tipuri de micelii sun prezente în fig. 4.23. După cum se observă, există Hife coenocitice sau neseptate şi hife septate la care septul poate avea un singur por de comunicare -

v plasmodesmă sau poate fi multi-perforat, în unele lucrări de specialitate fiind denumite hife cu septuri incomplete.

Hifele au un diametru de aproximativ 5-lOjim. Ele au un perete celular cilindric care adăposteşte în interior protoplasma şi organitele celulare. Membrana plasmatică înconjoară protoplasma şi se află imediat sub peretele celular chitinos.

Există specii de fungi care produc micoze la om şi animale şi care se caracterizează printr-o trăsătură numită dimorfism, adică se prezintă sub două forme: formă de levură (L) în organismul infectat şi formă de mucegai (M), cu miceliu destul de bine dezvoltat la trecerea în mediul extern, ca răspuns la schimbările din mediul de viaţă (elemente nutritive, presiune de C02, potenţial redox, temperatură). Această modificare se numeşte tranziţie L-M (fig. 4.22). Aceste specii se mai cunosc sub numele de fungi imperfecţi Unele mice te asociate plantelor prezintă un dimorfism de tip opus: formă de miceliu în plantă şi formă de levură în mediul extern.

Mucegaiurile, ca şi levurile, se înmulţesc atât pe cale sexuată cât şi pe cale asexuată.

Habitat şi mod de viaţă Fungii se dezvoltă peste tot unde habitatul este umed, întunecos

şi unde materiile organice sunt disponibile. Ca şi bacteriile, micetele dispun de un echipament enzimatic (enzime hidrolitice) care le ajută să digere substanţele externe. Ele absorb prin difuziune sau pe altă cale produşii solufiilizaţi din mediul extern. Fungii utilizează materia organică drept sursă de carbon, electroni şi energie. Principala sursă de hrană pentru micete este reprezentata de glicogen şi polizaharide. Cea mai. mare parte dintre fungi utilizează anumite glucide (glucoza, maltoza) şi unii compuşi azotaţi pentru sinteza propriilor acizi aminaţi şi a proteinelor.

Membrană citoplasmică Incluziuni

__ perete celular

Vacuolă

Fig. 4.23 - Tipuri de hife întâlnite la fungi: a) Hife neseptate sau coenocitice; b) Hife septate; c) Celula fungică dintr-un miceliu septat care prezintă un por -

plasmodesmă; d) Sept multiperforat.

Nucleu

gigantică Plasmodesmă < — —

182

_ Micetele sunt în general aerobe. Unele levuri sunt touşi facultativ anaerobe, obţinând energia prin feriiientaţie, când glucoza, spre exemplu, este transformată în alcool etilic. Acestea pot totuşi trăi aerob, atunci când oxigenul este prezent în mediu, metabolismul lor fiind de tip respirator. Există şi mycete strict anaerobe. Este cazul acelora care trăiesc în rumenul animalelor rumegătoare.

Unele caracteristici ale mycetelor le fac pe acestea să poată suporta şi să se dezvolte în condiţii care sunt pentru alte microorganisme (protozoare, bacterii) improprii. De exemplu, pH-ul optim de creştere al micetelor se situează între 3,8 şi 5,6, iar cel al bacteriilor depăşeşte rareori intervalul cuprins între 6,5 şi 7,5. Micetele au de asemenea capacitatea de a creşte în mediu foarte hipertonic, cu concentraţii în zahăr sau sare foarte ridicate. Din această cauză, foarte frecvent dulceţurile sunt contaminate cu mucegaiuri şi nu cu bacterii, în fine, mycetele rezistă la cea mai mare parte a antibioticelor la care bacteriile sunt sensibile.

Reproducerea J Mycetele se pot reproduce pe catfe sexuată sau asexuată.

Reproducerea asexuată Aceasta se realizează pe trei căi: • Fisiunea binară sau sciziunea transversală O celulă parentală se divide în două celule fiice prin constricţia

centrală şi formarea unui nou perete celular pornind de la un sept. Dintr-o celulă mamă rezultă două celule fiice (fig. 4.24). Procesul începe cu alungirea celulei, după care nucleul se divide, cei doi nuclei formaţi migrând spre extremităţile celulei. Prin formarea unui sept transversal în mijlocul celulei mamă se petrece separarea celor două celule-fiice care se vor desprinde în final una de cealaltă. Există cazuri tipice unor anumite specii, în care celulele fiice rezultate în urma unor diviziuni directe repetate, rămân înlănţuite şi nu se desprind, rezultând un aşa-numit pseudomiceliu (fig. 4.25).

• înmugurirea Celula vegetativă somatică înmugureşte, dând naştere Ia o nouă

celulă fiică. Dintr-o celulă mamă rezultă o celulă mamă şi o celulă fiică (fig.4.25).

prin formarea unui septum care devine perete celular

a

Fig. 4.24 - Reproducerea asexuată prin sciziune transversală la fungi

a

Fig. 4.25 - Imagine la microscopul electronic cu baleiaj, reprezentând celule de drojdii înmugurite aparţinând speciei Saccharomyces cerevisiae (a); celule de Saccharomyces în plină înmulţire; se observă stadii diferite ale înmuguririi, vacuolele mari şi picături lipidice; tendinţă de formarea a unui pseudomiceliu (b)

$ Spori asexuaţi Aceştia rezultă la micete prin mitoză urmată de o diviziune

celulară. Există mai multe tipuri de spori asexuaţi după modul în care iau naştere (tabelul 4.6) şi fig. 4.26.

184

Tabelul 4.6 Tipuri de spori asexuaţi la mycete (fig. 4.26)

Modul de formare al

sporilor

Categoria de spori

Caracteristici Reprezentanţi

Transformarea directă a unui filament

»

Artrospori (Talospori)

Blastospori

Clamidospori

-miceliul se opreşte din creştere, iar celulele terminale se diferenţiază, se divid şi se separă; -fragmentarea unei hife miceliene; -spori produşi la unele levuri sub forma unor grupe de muguri la capătul sau în lateralul hifelor; -spori formaţi la capetele hifelor sau intercalat, în nişte formaţiuni caracteristice;

Trichophyton

Geotrichum

Candida

Candida

Formerea unui organ caracteristic purtător de spori la exterior

Conidiospori -o celulă fungică se diferenţiază, formând o celula particulară -conidiofor, pe care se fixează conidiosporii; aceştia se eliberează la maturitate;

Aspergillus Penicillium

Formerea unui organ caracteristic purtător de spori la interior

Sporangiospori , -o celulă fungică de la extremitatea unei hife se transformă într-un sac -sporange, în interiorul căruia se formează sporangiospori; aceştia se eliberează la maturitate;

Mucor Rhizopus sîolonifer

Clamidospori într-o hi!ă

Conidiofor

Sporange (sporangiospori)

Columela

Sporangiofor ^ ţ ^ ^

Membrana sporangelui

Spor

Sporangifc

g

Fig. 4.26 - Spori asexuaţi la mycete: a) artrospori; b) blastospori; c) clamidospori; d) conidiospori de Aspergillus; e) conidiospori de Penicillium; f) sporangiospori. de Mucor; g) eliberarea sporangiosporilor ajunşi la maturitate prin spargerea

membranei sporangelui.

186

Sporii asexuaţi iau naştere în organe fructifere cu structură mai mult sau mai puţin complexă şi variabilă ca aspect, de la o specie la alta, constituind un bun criteriu de identificare taxonomică. Unele organe fructifere, cum este cazul sporangilor, adăpostesc milioane de spori. Odată maturaţi, sporii sunt expulzaţi în mediul extern, în acest fel având loc diseminarea ciupercii. Fiecare spor este de fapt o mică celulă careN conţine un nucleu şi o citoplasmă deshidratată. Membrana citoplasmică a acesteia este protejată de un înveliş extern datorită căruia sporii pot rezista la condiţii nefavorabile timp îndelungat. Când aceştia ajung în condiţii favorabile de viaţă (temperatură, umiditate, nutrienţi), ei germinează şi dau naştere unor noi micelii care vor forma din nou spori. în acest fel se poate explica şi marea capacitate de înmulţire a fungilor şi de împânzire rapidă a unor habitate. Sporii micelieni sunt diseminaţi în natură prin diferite căi: curenţi de aer, apă, excremente etc.

Reproducerea sexuată Micetele pot face apel şi la reproducerea sexuată. Aceasta este

totuşi o modalitate mai rară de înmulţire, ea apărând doar în anumite condiţii particulare. Reproducerea sexuată nu se produce decât între suşe genetic distincte, dar compatibile, la care are loc unirea celor două nuclee. Unele specii de fungi formează pe acelaşi miceliu gameţi compatibili. Acestea sunt specii autofertilizante.

în funcţie de specie, fuziunea sexuată se poate face între hife sau între gameţi haploizi, corpii producători de gameţi numindu-se gametangii Uneori, citoplasma şi nucleul haploid fuzionează imediat pentru a forma zigotul diploid. în majoritatea cazurilor, există totuşi un decalaj între fuziunea citoplasmelor şi a nucleelor. Are loc parcurgerea unui stadiu denumit dicariotic (dicarion), în care celulele conţin doi nuclei haploizi separaţi, provenind de la fiecare părinte (fig. 4.27),

Reproducerea sexuată poate duce la formarea de spori sexuaţi, denumiţi zygospori, ascospori, bazidiospori şi oospori, în funcţie de categoria sistematică din care fac parte fungii (tabelul 4.7) şi fig. 4.28.

Fig. 4.27 - Ciclul biologic la micete, cu prezentarea alternanţei celor două stadii, haploid şi diploid; numai unele specii prezintă stadiul de dicarion indicat în schemă; stadiul diploid (2n) reprezentat de zigot, asigură rezistenţa speciei la

condiţii nefavorabile de mediu (uscăciune, frig, căldură excesivă).

Fig. 4.28 - Reprezentarea schematică a unor spori sexuaţi la fungi: geneza zigosporilor (a - f); apotecie purtătoare de asce (g); bazidie purtătoare de

bazidiospori (h).

(a) " " (b)

formarea progametangiiior

zigospor

Ască cu 4 ascospori

Apotecie

formarea gametangiiior

188

Tabelul 4.7 Spori sexuaţi întâlniţi la micete

Tipul de spori Caracteristici Exemple Zygospori Spori voluminoşi, multinucleaţi, formaţi din

unirea a două hife provenind de la două suşe diferite, compatibile, prin intermediul a două ramificaţii laterale - progametangii ce se transformă în gametangii. Apar la Phycomycetes.

Mucor mucedo Rhizopus stolonifer

Ascospori Spori de talie mică, unicelulari, cu origine endocelulară. Se formează într-o celulă particulară numită ască. Aceasta rezultă prin transformarea unei hife după parcurgerea stadiului de.dicaryon. în ască intervine meioza, unde iau naştere de regulă 4 - 8 ascospori. Ascele apar ele însele în formaţiuni specifice discoidale - apotecii sau sferice - peritecii. Ele pot fi şi izolate, cum este la levuri. Sunt caracteristici Ascomycetelor.

Neurospra crassa Claviceps purpurea Majoritatea levurilor

Basidiospori Spori de talie mică, unicelulari şi formaţi în bazidii (origine exocelulară) care iau naştere la rândul lor la extremităţile unor hife şi care au formă de măciucă. Sunt binucleate (dicaryon) şi rezultă din fuziunea unor hife aparţinând a două suşe complementare. într-o bazidie se formează 4 bazidiospori. Apar la Basidiomycetes.

Ciuperci superioare* Cryptococus neoformans

Oospori Spori formaţi după fuzionarea oosferelor produse în interiorul unor organe de reproducere femele - oogonii, cu celulele sexuale mascule formaţe în anteridii. Apar la Oomycetes. Mecanismul de producere a oosporilor este foarte apropiat de acela al producerii zigoporilor. Diferenţa constă în faptul că celulele care fuzionează sunt diferite din punct de vedere morfologic.

Phytophtora infestans Plasmopara viticola

*Nu fac obiectul microbiologiei

Apariţia celor două tipuri de reprodcere la mycete determină existenţa unor cicluri biologice caracterizate prin alternanţa fazei haploide şi dploide şi a mai multor stadii de dezvoltare. Un exemplu de ciclu biologic la mycete este prezentat în fig. 4.29, la specia Rhizopus stolonifer.

Meioză

Germinaţie

Zigot

Progametangii

Germinaţia unui spor

Rizoid

4 Fază % asexuată

Germinaţia unui spor

Fig. 4.29 - Ilustrarea ciclului biologic al speciei Rhizopus stolonifer, cu alternanţa celor două faze: sexuată şi asexuată.

Pentru înţelegerea şi însuşirea unor termeni, aceştia sunt definiţi în tabelul 4.8.

Tabelul 4.8 Definirea unor termeni importanţi în cunoaşterea reproducerii sexuate Ia micete

(după Regnault, 1990)

Termenul Definiţie Gametangiu Celulă sau organ în care sunt produşi gameţi Anteridie Organ în care iau naştere gârneţii masculi (anteroizi) Oogonie Organ în care iau naştere gârneţii femeii (oosfere)

Plasmogamie Unirea citoplasmelor în timpul fuziunii gârneţilor Caryogamie Unirea nucleelor în timpul fuziunii gârneţilor; se produce odată

cu plasmogamia sau în momente diferite, luând naştere întâi un dicaryon (hife binucleate), tipice Ascomycetelor şi Basidiomy cetelor.

Ască Organ în formă de sac în care se produc sporii sexuaţi ai Ascomycetelor în urma meiozei. Ascosporii sunt haploizi.

Bazidie Structură în formă de măciucă în care se realizează producerea de spori sexuaţi haploizi şi care poartă la extremităţi bazidiospori.

190

Caracteristicile principalelor grupe de fungi

Grupul Zygomycetes (600 specii) Marea majoritate a acestora trăiesc în sol, pe materiale vegetale

şi animale în descompunere. Unele sunt parazite la plante, insecte, animale şi om. Hifele lor sunt coenocitice, cu numeroase nuclee haploide. Sporii asexuaţi dispersaţi de regulă prin vânt, se dezvoltă în sporangi la extremitatea unor hife aeriene. Reproducerea sexuată dă naştere unor zigoţi protejaţi de un înveliş dur şi care se numesc zigospori. Ei rămân dorminzi în condiţii nefavorabile de viaţă. Un reprezentant cunoscut al acestui grup de mycete este Rhizopus stolonifer, un fung ce agreează alimentele umede, bogate în glucide, cum ar fi pâinea, fructele şi legumele. Hifele sale cresc în profunzimea materiilor pe care se dezvoltă, absorbind nutrienţii. Aceste hife se numesc şi rizoizi (fig. 4.29). Alte hife se mai numesc şi stoloni şi împânzesc substratul. Cele care se ridică la suprafaţă, poartă la extremităţi sporangi asexuaţi cu spori negri. Aceştia dau mucegaiului culoarea neagră. De obicei, Rhizopus se înmulţeşte pe cale asexuată, prin spori, dar atunci când hrana devine insuficientă sau condiţiile de mediu sunt defavorabile, intervine reproducerea sexuată. Aceasta presupune existenţa a două suşe de tip sexuat diferit (+ şi -), care să fie compatibile. Când cele două suşe sunt în apropiere, are loc producerea unor feromoni specifici care determină apariţia unor protuberanţe în zona de contact. Aceştia se numesc progametangii.

După fuziunea gârneţilor nucleele celor doi gameţi fuzionează şi ei şi se formează zigotul. Acesta este protejat de o tunică dură, neagră şi devine zigospor dormind (latent). în momentul germinaţiei, deci atunci când condiţiile de viaţa devin optime, se produce o diviziune meiotică, zigosporul se deschide şi se formează un sporange asexuat. Astfel reâncepe un nou ciclu.

Există şi Zygomycete utile. De exemplu, în Indonezia, o specie de Rhizopus este folosită pentru a produce un aliment numit tempeh, pornind de la boabe de soia decorticate şi fierte. Alte specii se folosesc în Orient pentru producerea unei brânze numite sufu. Altele sunt folosite în obţinerea unor preparate anestezice, a unor contraceptive, a alcoolului industrial, a coloranţilor galbeni alimentari folosiţi la fabricarea margarinei etc.

Grupul Ascomycota (35 OOOspecii) Fungii din acest grup se numesc ascomycete. Multe specii sunt

importante din punct de vedere economic (levurile fermentative).

atacă numeroase plante de cultură şi decorative. Deşi nedor.it, mucegaiul roz al pâinii (.Neurosporacrassa) este o ascomycetă care a fost mult studiată de către geneticieni şi biochimişti, fiind un bun obiect de cercetare.

Unele grupe de ascomycete provin de la structurile de reproducere caracteristice denumite asce (gr. askos = sac)? care au formă de sac. Miceliul ascomicetelor este compus din hife septate. Reproducerea asexuată se face prin intermediul conidiosporilor (fig. 4.30a). Reproducerea sexuată la ascomycete constă în formarea unei asce care conţine ascospori haploizi. La ascomycetele cele mai complexe formarea ascelor este precedată de dezvoltarea unor hife ascogene speciale în care migrează perechi de nuclei. în fiecare pereche, un nucleu provine de la un miceliu sau de la o celulă masculă (anteridie) şi celălalt de la un organ sau o celulă femelă (ascogonie) care fuzionează cu primul. în timp ce hifele ascogene se dezvoltă, nucleele se divid şi trece în fiecare celulă câte o pereche. După maturarea hifelor ascogene se produce fuziunea nucleelor la extremităţile hifelor în celulele mamă.

în această categorie se includ şi unele specii de drojdii sau levuri, micete unicelulare având o reproducere asexuată caracteristică ~ înmugurirea sau sciziunea binară, dar si una sexuată. Schema din fig. 4.30b evidenţiază ciclul de viaţă al levurilor cu alternanţa caracteristică dintre cele două modalităţi de reproducere, în funcţie de condiţiile de viaţă.

Grupul Basidiomycota (30 OOOspecii) Acesta conţine basidiomycete cunoscute sub numele de ciuperci

cu pălărie care nu fac obiectul microbiologiei, dar şi unele specii de ciuperci microscopice. Dintre acestea, aminim specia patogenă la om Cryptococus neoformans. Ea produce infecţii sistemice implicând în principal plămânii şi sistemul nervos central. Alte Basidiomycete sunt fitopatogene: "ruginile" şi "mâlurile" cerealelor. Acestea produc anual pagube de milioane de dolari pe tot globul.

Ele se caracterizează prin prezenţa unor bazidii ieşind din hifele care împânzesc suprafaţa plantei atacate. Miceliul se dezvoltă fie de o manieră intracelulară, fie extracelular, în ţesutul vegetal. Bazidiile adăpostesc bazidiospori (fig. 4.31).

192

Ascocarpă Nucleu zigotic

Himenium

Asce

Spor + .

Hife ascogene

Hife sterile Anteridie Ascogonă

Spor •

—Miceliu

J

Anteride

Hife ascogene

Septare

Nucleu Celulă mamă a ascei

zig°tîc <2n>

Ascospor

Ască

Cariogamie Meioză I Meioză II Mitoză Formarea sporilor

Fig. 4.30a - Ciclul de viaţă al unor ascomicete: I, - producerea ascosporilor şi reproducerea sexuată; II. - detaiii vizând reproducerea sexuată In hifele ascogene,

> aciuia uifJiwtua

care separă mugurele de celula mamă

Cele 4 celule sexuale a şi a libere care pot şi ele înmuguri

Migrarea cromozomilor către polii celulei

înmugurirea celulei diploide formate

Migrarea către istm a materialului genetic a! celulei »

începutul nucleelor convergenţei viitoarei celule

Fig. 4.30b - Reprezentarea schematică a ciclurilor levuriene: I. - posibilitatea levurilor de a exista ca organism haploid şi diploid; II. - Reproducerea asexuată prin înmugurire (în condiţii optime de hrană); III. - Formarea sporilor de reproducere sexuată - ascospori tip a şi a ; IV. - Fuziunea dintre două celule

sporale haploide diferite (a şi a) şi formarea de celule diploide.

194

Fig. 4.31 - Reprezentarea schematică a unei forme posibile de bazidiospori prezenţi la Basidiomycete

Grupul Deuteromycota (30 OOOspeeii) Majoritatea speciilor de fungi se caracterizează prin faptul că

prezintă o reproducere sexuată. Când o rnycetă este lipsită de faza sexuată (stadiul perfect de dezvoltare a ei) sau dacă această fază nu a fost observată, ea poate fi încadrată în grupul Deuteromycetelor (Deutero-mycotâ = fungi imperfecţi). Mycetele imperfecte sunt majoritatea lor terestre, doar unele dintre ele trăind în mediul acvatic (ape dulci sau marine). Majoritatea lor sunt saprofite sau parazite (la plante), dar există specii care parazitează alte specii de fungi. Numeroase Deuteromycete afectează sănătatea omului, producând histoplasmoze, intertrigo interdigital şi alte tipuri de eriteme veziculopustulare. Proprietăţile metabolice ale multor mycete imperfecte sunt importante în plan industrial. De exemplu, unele specii de Penicillium sintetizează nişte antibiotice bine cunoscute, penicilinele şi griseofulvinele. Alte specii parfumează în mod caracteristic unele brânzeturi cum ar fi: gorgonzola, camambert, roquefort. Diferite specii de Aspergillus sunt utilizate pentru fermentaţia sosului de soia şi la fabricarea acidului citric, acidului gluconic şi galic. Aspergillus Qavus şi Aspergillus parasiticus produc nişte metaboliţi secundari, aflatoxine, cu o mare toxicitate şi chiar cancerigene pentru om şi animale. Un alt grup de toxine fungice, trichotecenele, sunt inhibitori puternici ai sintezei proteice la celulele eucariote.

Mucegaiurile vâscoase şi mucegaiurile acvatice Mucegaiurile vâscoase şi cele acvatice se aseamănă cu fungii prin

aspectul şi modul lor de viaţă. Grupul Mixomycota Se mai numesc mucegaiuri vâscoase plasmodiale. Ele sunt adesea

colorate, invadează materialele în putrefacţie, frunzele şi materialele

conţine numeroase nuclee. Cele diploide se divid repetat. La maturitate sau când nutrienţii şi sau umiditatea sunt deficitare, plasmoda se deplasează spre un loc mai luminos şi dezvoltă fructificaţii delicate, ornamentale (fig. 4.32). Fructificaţiiie dau spori înconjuraţi de un înveliş foarte rezistent la condiţii extreme de mediu. în prezenţa unei umidităţi convenabile, sporii germinează şi eliberează mixamibe non-flagelate. La început, mixamibele şi celulele de roire se hrănesc şi rămân haploide (fig. 4.32). Ele pot fuziona pentru a forma un zigot Zigotul se hrăneşte, creşte şi nucleul său se multiplică prin mitoze sincrone pentru a reforma plasmode multinucleate.

Spor Mixamibă

Celulă reproducătoarte

Plasmodă îmbătrânită

Fig. 4.32 - Ciclul de reproducere la Myxomycete

Grupul Acrasiomycota Stadiul vegetativ al mucegaiurilor vâscoase celulare care

reprezintă acest grup constă în celule individuale, neregulate, amiboide, numite mixamibe. Ele se hrănesc cu bacterii şi cu levuri prin fagocitoză. Când hrana este abundentă ele se divid în mod repetat prin

196

mitoză şi citodiereză, producând noi mixamibe fiice. Atunci când alimentele se epuizează, mixamibele încep să secrete adenozin-monofosfat ciclic (AMPc). Acesta ajunge la alte mixamibe care se deplasează prin chimiotactism spre sursa de AMPc şi care vor secreta apoi şi ele AMPc. Când mixamibele individuale se aglomerează, ele se înconjoară de o carapace vâscoasă şi formează pseudopode asemănătoare unui melc (fig. 4.33). După un anumit timp, pseudoplasmoda este capabilă să se deplaseze ca o entitate distinctă, lăsând o urmă vâscoasă după ea. Aceasta poate să rămână şi sedentară. Punctul culminant al dezvoltării este faza sexuată. Celulele pseudoplasmodei încep să se diferenţieze în celule presporale. Se formează o structură numită sporocarpă ce evoluează apoi într-un sporange producător de spori. Aceştia se eliberează în mediu, iar când condiţiile redevin favorabile, germinează, dând nişte forme ameboide, iar ciclul reîncepe.

Viitoare celule cu picior

Viitoare celule cu tijă

Pseudopodă

b

Fructificaţie

Tijă

a Picior

Fig. 4.33 - Geneza fructificaţiilor la Acrasiomycota (schemă - a), imaginea la microscopul electronic al unui sporange purtător de spori ~ b.

sau mucegaiuri acvatice. Ele au un aspect general asemănător cu acela al mycetelor, formând filamente fine, ramificate, numite hife. Totodată oomycetele au un înveliş celular chitinos ca şi majoritatea mycetelor.

Oomycetele sunt de fapt aşa-numitele "ciuperci cu ouă, datorită modului lor de reproducere. O celulă ou relativ mare este fertilizată de o celulă spermatică sau anteridie (mică). Numeroase oomycete produc zoospori asexuaţi cu doi flageli.

Dintre mucegaiurile acvatice amintim genurile: Saprolegnia şi Achlya care sunt saprofite şi se dezvoltă sub forma unei mase vătoase pe algele moarte sau pe animale mici, îndeosebi în apele dulci. Ele sunt reprezentanţi importanţi ai ecosistemelor acvatice. Unele dintre acestea sunt parazite la peşti. De asemenea specia Peronospora hyoscyami este actualmente responsabilă în lumea întreagă de boli ale tutunului, determinând pagube de milioane de dolari în întreaga lume. Există specii de oomycete responsabile de boli ale culturilor de cartof şi viţa de vie. Este vorba despre specii de Phytophtora infestans, respectiv Plasmopara viticola.

198

B i b l i o g r a f i e s e l e c t i v ă

1. AnghelJ. şi coiab. - Genetica microorganismelor.Principii şi tehnici de laborator., Univ. Bucureşti, 1989.

2. AigleMErbs,D., Moll,M. - Some molecular structures in the genome of lager brewing yeast. Am. Soc. Brew. Chem., 1984,42, 1-7.

3. Beiin,J.M. - Contribution a Petude des levures des chain. Taxonomie, repartition des levures, Mycopath, 1979, 67, 2, 67-81.

4. Banwart,G.J- Basic food microbiology, 2-e ed, New York, Van Nostrand Reinhold Co., 1989.

5. Board,RG. - A modern introduction to food microbiology, London, Blackweil Scientific Publications, 1983.

6. Binning,G.,Rohrer,H., - Le microscope a baleyage a effet tunnel, Pour la science 96, 22-29,1985.

7. Biol, H. et collab. - L'higiene en oenologie de la vendage a ia mise en bouteilles, ITV Paris, 1985

8. BensonJ.,H., -Microbiological Applications, A Laboratoiy Manual in General Microbiology, Pasadena City College, WCB Publishers, 1990.

9. BobeşJ., - Atlas de fitopatologie şi protecţia agroecosi stemei or, Ed. Ceres, 1983. 10. BoldoryO., Caloianu, Iordachel, M, Raicu,P., Strungarii,Gr- Tehnici de laborator în

biologie, EDP, Bucureşti, 1978. 11. Bourgeois,C.f Le Parc,O., Abgrall,B., Cleret,J.J., ~ Membrane filtration of milk for

counting spores of Chlostridium tyrohutyricum, J. Dairy Sci., 1984, 67, 2493-2499. 12. Bourgeois, CM,, LeveauJ.Y., - Techniques d'analyse et de controle dans Ies

industries agro-alimentaires, voi. 1-3, Ed. Lavoisier Tec&Doc, Paris, 1991. 13. Bourion,F., - Exemples de validation de Faptitude au nettoyage ou a la desinfection

de surfaces ouvertes ou de surfaces fermees, ASEPT-LAVAL, 1998. 14. Brison, J.,E, - Les bacteries marines, Ed. Masson, Paris, 1980. 15. Bugnicourt, Max, - Dictionnaire de microbiologie generale, Ed. Ellipses, Paris, 1995. 16. Bularda, Drăgan, Mihai, - Curs de microbiologie generală, Univ. Babeş Bolyai Cluj

Napoca, 1978. 17. Burcea, Mirela - Microbiologie generală. Manual de laborator, Ed. Piatra Craiului,

Bucureşti, 2001. 18. Burcea, Mirela - Cercetări privind variabilitatea naturală şi indusă Ia levuri în

vederea detectării unor suşe valoroase pentru vinificatie, Teză de doctorat, U. S AM. V. Bucureşti, 1998.

19. Barnett., J. A., Payne, R. W., Yarrow, D. - A guid to identifyng and classifying yeasts, Cambridge Univ. Press., Cambridge, 1979.

20. Barnett, J. A, Payne, R. W., Yarrow, D. - Yeasts:Characteristics and Identification, Cambridge Univ. Press., Cambridge, 1983.

21. Brătescu, Gh. şi colab. - Personalităţi ale ştiinţei. Mic dicţionar, Ed. Ştiinţifică şi enciclopedică,, Bucureşti, 1997.

22. Coonrod, J.,D, - The Direct Detection of Microorganisms in Clinical Samples,New York, Academic Press, 1983.

23. Crăciun, T., Crăciun, Luana, Leonora, - Dicţionar de biologie, Ed. Albatros, Bucureşti, 1989.

24. Dimitriu Elena şi colab., - Ultrasunetele-posibilităţi de utilizare In industria alimentară şi biologie, Ed. Ceres, Bucureşti, 1990.

25. Doholici, V., Şeptilici, Georgeta, - Testarea tehnologică, fizico-chimică şi microbiologică a vinurilor, Ed. Ceres, Bucureşti, 1981.

26. Ferron Azele - Bacteriologie medicale, 10-em edition, Ed. Crouan & Roques, Lille,

1980. 29. GuiraudJ.P- Microbiologic Alimentaire, Ed. Dunod, Paris, 1998 30. Hemy,JKirsop,B- Cryopreservation of yeasts in polypropilene straws, 1990, 6,

447-449. 31. Hojfinann,P.y - Cryopreservation of fungi, World Journal of Microbiology and

Biotechnologiy, 1992, 7, 92-94. 32. JayJ.Mr Modern food microbiology, 4-e ed., New York, Van Nostrand Reinhold

Co., 1991. 33. Joffin, Jean-Noel, Joffin,Christiane - Microbiologie alimentaire, 3e edition - Centre

regionale de Documentation Pedagogique, Bordeaux, 1992. 34. Joffin,J.,N., Leyral,Guy, - Microbiologie technique. Dictionnaire des techniques,

Centre de Documentation Pedagogique de V Academie de Bordeaux, Aquitaine, 1997. 35. Koneman,E.,W., Roberts,G.D., - Practicai Laboratory Mycoiogy, 3-rd ed. Baltimore,

Md. W&W, 1985. 36. Konuma,H., Suzuki,A., Kurata, H\, - Improved Stomacher 400 bag applicable to the

Spiral Plate System for counting bacteria. Applied and Environmental Microbiology, 1982, 44, 765-769.

37. Komemushi, S., Fujita, K., Yamagata, K. ~ Methode de classification par comptage de la flore levuriforme dans Ies mouts, 6-e Sympos. Internat, sur Ies levures, Montpellier-France, 1984.

38. Koneman, E.W., Allen, S.D., Dowele, V.R, Sommers, HM. - Collor Atlas and Texbook of Diagnostic Microbîologiy, ed. II, J.B. Lippincot Company, 1983, 507-556,650-665.

39. Lafon-Lafourcade,S., Joyeux,A- Techniques simplifiees pour le denombrement et 1'identificat!on des microorganismes dans Ies mouts et Ies vins. Connaissance de la vigne et du vin, 1979, 4, 295-309.

40. Lafon-Lafourcade, S., Ribereau-Gayon, P. - In Progress in Industrial Microbioî; Modern application of traditional biotechnologies, ed. Bushell M.E., voi. 19, Oxford E.P. Co., 1984, 1-49.

41. Larpent, X, P., Larpent, Monique Gourgaud, - Memento technique de microbiologie, 3e edition, Ed. Tec&Doc, Paris, 1997.

42. Lecierc, H., Gaiiîard, J., K, Simonet, M., - Microbiologie generale. La bacterie et le monde bacterien, Ed. Doin, Paris, 1995.

43. Lecierc, C, Buttiaux, R.f Gidllaume, J., Wattre, P. - Microbiologie appliquee, 2-eme ed., Paris Doin, 1977, 228.

44. Lodder, J. - The yeasts; A Taxonomic study, North Holland Publishing Co., Amsterdam, 1974.

45. Mafart,P., CleretJ.,1, Bourgeois,C., - Cinetique de la croissance de Escherichia coli et Saccharomyces cerevisiae en culture sur membranes filtrantes, Ann. Inst. Pasteur, 1985, 136 A, 256- 259.

46. Manolescu,N., Ciocnitu,V., Dimitriu,C., - Ultrastructura unor celule sanguine în microscopia electronică de baleiaj, Ed. Ştiinţifică şi Enciclopedică, Bucureşti, 1979.

47. Mohan,Gh, - Fotografierea la microscop, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1982. 48. Neidhardt, K, C, Ingraaham, L, J., Schaechter, M -Physiologie de la cellule

bacterienne. Une approche mol6culaire, Ed. Masson, Paris, 1994. 49. Popa,LA,, Teodor eseu,St., C., - Mi crobiologia vinului, Ed. Ceres, Bucureşti,1990. 50. Prescott, Harley, Klein, - Microbiologie, DeBoeck-Wesmael S.A., Bruxelles, 1995. 51. Regnault,P J„ - Microbiologie generale, Ed. Decarie, Paris, 1990

200

52. Rives, M - T.P.-Prise de contact avec Ies microorganismes de notre environnement, Centre de documentation ENITIAA - Nantes, 1997

53. Russel, A.D. - Bacterial spores and chemical sporicidal agents, Clin. Microbiol. Rev., 1990, Rev. 3(2), 99-119.

54. Schaffler,A., Altekruger,!., - Microbiologie medicală şi imunologie. Manual prescurtat şi index pe obiecte, Ed. ALL, bucureşti, 1994.

55. Scherrer,R. - Gram's straining reaction, Gram types and cell walls of bacteria. Trends Biochem. Sci., 9, 242,1984.

56. Schlegel,G.,H., - General Microbiology, Cambridge Univ. Press, 6-ed, 1990. 57. Senez,J.C, - Microbiologie generale, Ed. Doin, Paris, 1968 58. Singleton, P., Sainsbury, Diana - Dictionary of Microbiology, Ed. John Wiley and

Sons, Toronto, 1978. 59. Skinner,F.,ALovelock,D.,W- Identification Methods for Microbi ol ogists, 2-nd ed.,

New York, Academic Press, 1980. 60. Staley,J.,T. et al., - Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, voi. 3, 4, Baltimore,

Md. W&W, 1989. 61. Stevenson,RE, JongS.C- Application of good laboratory practice (GLP) to culture

collections of microbial and cell cultures, World Journal of Microbiology and Biotechnology, 1992, 8, 229-235.

62. Subden, RE., Corneli, RE: - Noble, A.C. Evaluation of API-20C clinical yeast identification system for must and wine yeast identificaţion; Am. J. Enol. Vitic., 31, 1980, 364-366.

63. Zarnea, G. - Tratat de microbiologie generală; voi. 2, Ed. Acad. Rom., Bucureşti, 1984.

64. Zarnea,G-, Mihâilescu,Gr., Velehorschi, Viorica, - Principii şi tehnici de microbiologie generală, Voi. I, Facultatea de Biologie, Bucureşti, 1992.

65. Walt, van der J.P. - The Yeast. A Taxonomic study, Sub red. J. Lodder, ed. n, North HoIlandPubi. Co., Amsterdam, 1970.

66. Wali van der, J.PYarrow, D. - Methods for the isolation, maintenance, classification and identification of yeasts; in N.J.W. Hreger van Rij ed., The Yeasts, a Taxonomyc study, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, 1984, 45-104.

67. *Travaux Pratiques de Microbiologie, IUT Angers, Dept. Biologie, 1995. 68. *Notice d'utilisation Bio-Impactor 100-08, Air strategie, 1997. 69. *Manuel de Travaux Pratiques de Microbiologie, Univ. De Bourgogne, 1995 70. *Choix et emploi des microorganismes en oenologie, ITV ~ France, 1994. 71. *Mic dicţionar enciclopedic, Ed, Enciclopedică română, Bucureşti, 1972. 72. *Le petit larousse en couleurs, Dictionnaire encyclopedique, Ed. Larousse, 1995.

C U P R I N S Prefaţă .. ; 5 1. INTRODUCERE ÎN STUDIUL MICROBIOLOGIEI 7

1.1 Obiectul microbiologiei 7 1.2 Istoria dezvoltării microbiologiei ca ştiinţă 8 1.3 Contribuţia cercetătorilor români la dezvoltarea microbiologiei ca ştiinţă 10 1.4 Importanţa microbiologiei pentru omenire 12 1.5 Domeniile microbiologiei 14 1.6 Caracteristicile fundamentale ale microorganismelor.... 15

1.6.1 Organizarea celulară 15 1.6.2 Unicelularitatea şi invizibilitatea 19 1.6.3 Talia şi volumul celular 19 1.6.4 Potenţialul metabolic şi de reproducere 20 1.6.5 Omniprezenţa şi abundenţa 21 1.6.6 Diversitatea lumii microbiene 21 1.6.7 Locul virusurilor în lumea microbiană 28

2. MICROORGANISME PROCARIOIE - ANATOMIA CELULEI BACTERIENE . 31 2.1 Talia, forma şi gruparea bacteriilor . 31

2.1.1 Talia bacteriilor 31 2.1.2 Principalele tipuri morfologice de bacterii 31 2.1.3 Morfologia bacteriană, o strategie de adaptare 36

2.2 Organizarea celulei bacteriene 37 2.2.1 Peretele celular 37

2.2.1.1 Peretele celular al bacteriilor Gram+.;..... 41 2.1.2 Peretele celular al bacteriilor Gram- 42 2.2.1.3 Mecanismul coloraţiei Gram 43 2.2.1.4 Compuşi,chimici particulari ai peretelui celular

bacterian . 47 2.2.1.5 Bacterii lipsite de perete celular 48 2.2.1.6 Rolul peretelui celular 49

2.2.2 Structurile externe ale peretelui celular . 51 2.2.2.1 Structurile externe polizaharidice 51 2.2.2.2 Proteinele de suprafaţă sau stratul S 59

2.2.3 Membrana plasmatică (citoplasmică) şi spaţiul periplasmic 61 2.2.3.1 Compoziţie şi proprietăţi "62 2.2.3.2 Rolul membranei citoplasmice 65 2.2.3.3 Spaţiul periplasmic (Periplasmă) 68

2.2.4 Sistemul membranar intern (intracitoplasmic) 68 2.2.4.1 Mezozomii - 68 2.2.4.2 Aparatul fotosintetic 72

Z.Z. .Zr C>UD5iailJ.ClC UC XCZCI VCi ŞI iute; ^jitwpiaoxjLJuv^ / ^ 2.2.6 Aparatul nuclear (Nucleoidul) 81 2.2.7 Aparatul locomotor 83

2.2.7.1 Flagelii şi mobilitatea .. 84 2.2.7.2 Ultrastructura flagelilor bacterieni 86 2.2.7.3 Geneza flagelilor 87 2.2.7.4 Mecanismul mişcării flagelare 88 2.2.7.5 Chimiotaxia . . 89 2.2.7.6 Mecanismul chimiotactic 91 2.2.7.7 Alte forme de taxie 92 2.2.7.8 Efectul comportamentului chimiotactic în lumea

bacteriană 93 2.2.8. Pilii şi fimbriile 94 2.2.9. Forme de rezistenţă şi spori 97

2.2.9.1 Diversitatea sporilor bacterieni 98 2.2.9.2. Strategii de rezistenţă 99 2.2.9.3. Endosporul şi sporularea (sporogeneza) 105

3. CARACTERISTICI ALE UNOR CATEGORII PARTICULARE DE BACTERII 113 3.1. Arheobacteriile 113

3.1.1 Metabolismul arheobacteriilor ...... 114 3.2. Actinomycetele . 118

3.2.1 Proprietăţi generale......... 118 3.2.2 Importanţa actinomycetelor 122

3.3. Bacteriile fotosintentizante 123 3.3.1 Cyanobacteriile 124

3.3. Mixobacteriile , 130 3.4. Bacteriile helicoidale (Spirochete şi Spirili) 132 3.5. Rickettsiile şi Chlamidiile . . 135 3.6. Micoplasmele 137

4. MICROORGANISME EUCARIOTE 141 4.1. învelişurile celulare 141 4.2. Citoplasma, microfilamentele intermediare şi microtubulii 143 4.3. Reticulul endoplasmatic 146 4.4. Aparatul Golgi (AG) . J 147 4.5. Lizozomii şi endocitoză . 149 4.6. Vacuomul 152 4.7. Ribozomii - - 152 4.8. Mitocondriile 153 4.9. Cloroplastele 154 4.10. Nucleul 155 4.11.Cilii şi flagelii 155 4.12. Principalele grupe de microorganisme cu organizare

celulară eucariotă .C. 160 4.12.1. Algele 160 4.12.2. Protozoarele 167 4.12.3. Mycetele (Fungii) 175

204

ANEXA 1 (continuare)

Micrococ Dipiococi Streptococi Stafilococi Tetracoci

.iilliilil!:::

l l l l l l

Micrococcus aureus

Strepîococcus agaiactiae

Diplococus pneumoniae

Sarcina ventriculis

i i I

Dipiococi semiformi

Dipiococi „flacără de lumânare"

Lampropedia

iiiililiiiiîSŞî

Bacili Izolaţi Streptobacili Bacili fusiformi

Streptobacili (Baciilus megaterium)

Diplobacili (E. coli)

ANEXA 1 (continuare)

« i i i i i i i l

Vibrio choferae Spirillum volutans

Cristispira sp (Spirocheta)

Treponema paiiidium Leptospira (nterrogans

Trihom la Caryophanon latum

Bacterii cu trihoame gen. Leptotrix

Bacterii cu apendice celular (crampoane) gen. Caulobacter

Bacterie cu apendice acelular Gailionella feruginosa

ANEXA 1 (continuare)

Giardia lambiia lipită de epiteliul intestinal Trichomonas vaginalis (microscopie printr-o ventuză (microscopie electronică în electronică în baleiaj) (după Prescott, baleiaj) (după Prescott, Harley, Klein, 1995) Harley, Klein, 1995).

Reproducere sexuată la Saccharomyces guttulata A - Contactul dintre 2 celule a şi a B - Celule conţinând câte doi ascospori fiecare C - Ască cu 4 ascospori

Secţiune prîntr-o Cyanobacterie; alături de celelalte elemente morfologice se pot observa corpi de incluziune (granule de glicogen, de polifosfat, carboxizomi) (fotografie realizată la microscopul electronic de J.P.Gourret) 1 f nucleoid, 2. corpi poliedrici (carboxizoni), 3. citoplasma celulară bogată, în ribozomi, 4. tilacoizi, 5. granule de glicogen, 6. globule de polifosfat, 7. învelişuri celulare, 8. masă mucilaginoasă ce înconjoară celula

Granule de cianoficină (gc) evidenţiate într-o cyanobacterie (microelectronografie pe seGţiune ultrafină, după Zarnea, 1983).

mp = membrană plasmatică m1-m4 = straturi ale peretelui celular m = strat mucos t = tiiacoizi n = material nuclear f = zonă fibrilară gc = granule de cianoficină cp = corp poliedric I = incluziuni lîpfdice