endospora adalah bentuk kelangsungan hidup bakteri tertentu, terdiri dari sel-sel aktif dan dehidrasi lapisan pelindung dilapisi, menunjukkan perlawanan yang ekstrim terhadap stres kimia dan fisik. Mereka mampu bertahan tanpa batas waktu tanpa adanya nutrisi. Mereka terbentuk di dalam bakteri.
Endospora adalah struktur hidup yang paling tahan yang diketahui. Mereka dapat bertahan hidup suhu tinggi, sinar ultraviolet, radiasi gamma, pengeringan, osmosis, agen kimia, dan hidrolisis enzimatik.
Sumber: Fasilitas Mikroskop Elektron Dartmouth, Dartmouth College [Domain publik]
Ketika kondisi lingkungan menentukannya, endospora berkecambah sehingga menimbulkan bakteri aktif yang memberi makan dan berkembang biak.
Endospora adalah salah satu jenis spora. Ada jamur, protozoa, alga, dan tumbuhan yang menghasilkan jenisnya sendiri. Endospora tidak memiliki fungsi reproduksi: setiap sel bakteri hanya menghasilkan satu. Pada organisme lain, sebaliknya, mereka dapat memiliki fungsi reproduksi.
Indeks artikel
Sejarah
Pada pertengahan abad ke-17, pedagang kain Belanda dan pelopor mikrobiologi Antonie van Leeuwenhoek, menggunakan mikroskop cerdik yang dirancang dan dibuat sendiri, adalah orang pertama yang mengamati mikroorganisme hidup, termasuk protozoa, ganggang, ragi, jamur, dan bakteri.
Pada tahun 1859, Akademi Ilmu Pengetahuan Perancis mensponsori kompetisi di mana kimiawan Perancis Louis Pasteur berpartisipasi. Tujuannya adalah untuk menjelaskan melalui percobaan pada ” generasi spontan ” hipotesis milenium mengusulkan bahwa kehidupan dapat muncul dari “kekuatan vital” atau “zat menular” hadir dalam materi tidak hidup atau membusuk.
Pasteur menunjukkan bahwa, seperti dalam kasus anggur, udara dan partikel padat adalah sumber mikroba yang tumbuh dalam kaldu kultur yang sebelumnya disterilkan dengan panas. Tak lama setelah itu, pada tahun 1877, fisikawan Inggris John Tyndall menguatkan pengamatan Pasteur, memberikan pukulan terakhir pada hipotesis generasi spontan.
Tyndall juga memberikan bukti untuk bentuk bakteri yang sangat tahan panas. Secara independen, antara tahun 1872 dan 1885, ahli botani Jerman Ferdinand Cohn, yang dianggap sebagai pendiri mikrobiologi cararn, menjelaskan endospora bakteri secara rinci.
Umur panjang
Sebagian besar organisme hidup di lingkungan yang bervariasi dalam ruang dan waktu. Strategi yang sering dilakukan untuk bertahan hidup dalam kondisi lingkungan yang sementara tidak cocok untuk pertumbuhan dan reproduksi adalah memasuki keadaan dormansi yang dapat dibalik, di mana individu berlindung dalam struktur pelindung dan meminimalkan pengeluaran energi mereka.
Transisi antara keadaan aktif dan laten secara metabolik mahal. Investasi ini lebih besar ketika individu harus membangun struktur pelindung mereka sendiri, baik itu terdiri dari bahan eksogen, atau biosintesis di dalamnya. Selain itu, individu harus mampu merespon rangsangan lingkungan yang menyebabkan transisi.
Dormansi menghasilkan reservoir individu yang tidak aktif yang dapat diaktifkan ketika kondisi yang menguntungkan muncul kembali. Reservoir ini memungkinkan konservasi populasi dan keragaman genetiknya. Ketika datang ke bakteri patogen penghasil endospora, latency memfasilitasi transmisi mereka dan membuat kontrol mereka sulit.
Endospora bakteri dapat tetap hidup selama bertahun-tahun. Telah dikemukakan bahwa endospora yang diawetkan dalam substrat purba, seperti permafrost, sedimen akuatik, endapan garam bawah tanah, atau amber dapat tetap bertahan selama ribuan dan bahkan jutaan tahun.
Pengamatan
Memvisualisasikan posisi dan karakteristik lain dari endospora sangat berguna untuk identifikasi spesies bakteri.
Endospora dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop cahaya. Pada bakteri yang diberi pewarnaan Gram atau metilen biru, ini dibedakan sebagai daerah tidak berwarna di dalam sel bakteri vegetatif. Ini karena dinding endospora tahan terhadap penetrasi oleh reagen pewarnaan biasa.
Metode pewarnaan khusus untuk endospora, yang dikenal sebagai pewarnaan diferensial Schaeffer-Fulton, telah dikembangkan yang membuatnya terlihat jelas. Metode ini memungkinkan untuk memvisualisasikan baik yang ada di dalam sel vegetatif bakteri maupun yang ada di luarnya.
Metode Schaeffer-Fulton didasarkan pada kemampuan hijau perunggu untuk mewarnai dinding endospora. Setelah menerapkan zat ini, safranin digunakan untuk mewarnai sel-sel vegetatif.
Hasilnya adalah pewarnaan diferensial endospora dan sel vegetatif. Yang pertama memperoleh warna hijau dan yang terakhir berwarna merah muda.
Struktur
Di dalam sel vegetatif, atau sporangium, endospora dapat terletak terminal, subterminal, atau sentral. Bentuk bakteri ini memiliki empat lapisan: medula, dinding germinal, korteks, dan penutup. Pada beberapa spesies terdapat lapisan membran luar kelima yang disebut eksosporium, terdiri dari lipoprotein yang mengandung karbohidrat.
Medula atau pusat adalah protoplas dari endospora. Ini berisi kromosom, ribosom, dan sistem penghasil energi glikolitik. Mungkin tidak memiliki sitokrom, bahkan pada spesies aerobik.
Energi untuk perkecambahan disimpan dalam 3-fosfogliserat (tidak ada ATP). Ini memiliki konsentrasi tinggi asam dipicolinic (5-15% dari berat kering endospora).
Dinding kuman spora mengelilingi membran meduler. Ini mengandung peptidoglikan khas, yang selama geminasi menjadi dinding sel sel vegetatif.
Korteks adalah lapisan paling tebal dari endospora. Mengelilingi dinding kuman. Ini mengandung peptidoglikan atipikal, dengan lebih sedikit ikatan silang daripada tipikal, yang membuatnya sangat sensitif terhadap autolisis oleh lisozim, yang diperlukan untuk perkecambahan.
Mantel terdiri dari protein seperti keratin yang mengandung banyak ikatan disulfida intramolekul. Mengelilingi korteks. Impermeabilitasnya memberikan ketahanan terhadap serangan kimia.
Fisiologi
Asam dipikolinat tampaknya berperan dalam pemeliharaan latensi, stabilisasi DNA , dan tahan panas. Kehadiran protein larut kecil dalam asam ini menjenuhkan DNA dan melindunginya dari panas, pengeringan, sinar ultraviolet dan agen kimia.
Sintesis peptidoglikan atipikal dimulai ketika septum asimetris terbentuk yang membelah sel vegetatif. Dengan cara ini, peptidoglikan membagi sel induk di mana prespora akan berkembang menjadi dua kompartemen. Peptidoglikan melindunginya dari ketidakseimbangan osmotik.
Korteks secara osmotik menghilangkan air dari protoplas, membuatnya lebih tahan terhadap panas dan kerusakan radiasi.
Endospora mengandung enzim perbaikan DNA, yang bekerja selama aktivasi sumsum dan perkecambahan berikutnya.
Sporulasi
Proses pembentukan endospora dari sel bakteri vegetatif disebut sporulasi atau sporogenesis.
Endospora terjadi lebih sering ketika nutrisi penting tertentu kekurangan pasokan. Mungkin juga ada produksi endospora, yang merupakan jaminan hidup terhadap kepunahan, ketika nutrisi berlimpah dan kondisi lingkungan lainnya menguntungkan.
Sporulasi terdiri dari lima fase:
1) Pembentukan septum (membran meduler, dinding kuman spora). Sebagian dari sitoplasma (medula masa depan) dan kromosom yang direplikasi diisolasi.
2) Dinding kuman spora berkembang.
3) Korteks disintesis.
4) Penutup terbentuk.
5) Sel vegetatif terdegradasi dan mati, sehingga melepaskan endospora.
Pengecambahan
Proses di mana endospora berubah menjadi sel vegetatif disebut perkecambahan. Hal ini dipicu oleh pemecahan enzimatik dari penutup endospora, yang memungkinkan hidrasi sumsum dan memulai kembali aktivitas metabolisme.
Perkecambahan terdiri dari tiga fase:
1) Aktivasi. Ini terjadi ketika abrasi, bahan kimia, atau panas merusak penutup.
2) Perkecambahan (atau inisiasi). Dimulai jika kondisi lingkungan mendukung. Peptidoglikan terdegradasi, asam dipikolinat dilepaskan, dan sel terhidrasi.
3) Wabah. Korteks terdegradasi dan biosintesis dan pembelahan sel dimulai kembali.
Patologi
Endospora bakteri patogen adalah masalah kesehatan yang serius karena ketahanannya terhadap pemanasan, pembekuan, dehidrasi dan radiasi, yang membunuh sel-sel vegetatif.
Misalnya, beberapa endospora dapat bertahan selama beberapa jam dalam air mendidih (100 ° C). Sebaliknya, sel vegetatif tidak tahan suhu di atas 70 ° C.
Bakteri penghasil endospora tertentu dari genus Clostridium dan Bacillus mengeluarkan racun protein kuat yang menyebabkan botulisme, tetanus, dan antraks.
Tergantung pada kasusnya, perawatan termasuk bilas lambung, pembersihan luka, antibiotik, atau terapi antitoksin. Tindakan pencegahan meliputi kebersihan, sterilisasi, dan vaksinasi.
Botulisme
Hal ini disebabkan oleh kontaminasi dengan spora Clostridium botulinum . Gejalanya yang paling jelas adalah kelumpuhan otot, yang bisa diikuti dengan kematian. Insidennya rendah.
Ada tiga jenis botulisme. Kekanak-kanakan disebabkan oleh konsumsi madu atau aditif lain, yang terkontaminasi oleh udara, yang telah ditambahkan ke dalam susu. Untuk bagiannya, makanan diproduksi dengan menelan makanan yang terkontaminasi (seperti makanan kaleng), mentah atau dimasak dengan buruk. Terakhir, cedera disebabkan oleh kontak dengan tanah, yang merupakan habitat alami C. botulinum .
Tetanus
Penyebabnya adalah Clostridium tetani . Gejalanya antara lain kontraksi otot yang sangat nyeri (dalam bahasa Yunani, kata “tetanus” berarti berkontraksi) dan begitu kuat sehingga dapat menyebabkan patah tulang. Hal ini sering berakibat fatal. Insidennya rendah.
Spora infektif C. tetani biasanya masuk ke dalam tubuh melalui luka, tempat mereka berkecambah. Selama pertumbuhan, yang mengharuskan luka tidak teroksigenasi dengan baik, sel-sel vegetatif menghasilkan toksin tetanus.
Bakteri dan endosporanya umum di lingkungan, termasuk tanah. Mereka telah ditemukan di kotoran manusia dan hewan.
antraks
Penyebabnya adalah Bacillus anthracis . Gejalanya sangat bervariasi tergantung pada lingkungan dan tempat infeksi. Ini adalah penyakit yang serius dan seringkali fatal. Insidennya cukup tinggi, menyebabkan epidemi pada hewan dan manusia. Pada abad ke-18, antraks memusnahkan domba-domba Eropa.
Mamalia herbivora adalah inang alaminya. Manusia terinfeksi melalui kontak (biasanya pekerjaan) dengan hewan, atau dengan menangani atau menelan produk hewani.
Ada tiga jenis antraks:
1) Kulit. Pintu masuk dihasilkan oleh cedera. Ulkus nekrotik kehitaman terbentuk di kulit.
2) Melalui inhalasi. Masuk saat bernafas. Ini menghasilkan peradangan dan pendarahan internal dan menyebabkan koma.
3) Gastrointestinal. Masuk melalui konsumsi. Ini menyebabkan borok orofaringeal, pendarahan perut yang parah, dan diare.
Dalam sekitar 95% kasus, antraks manusia adalah kulit. Dalam waktu kurang dari 1% itu adalah gastrointestinal.
Kontrol
Endospora dapat dihancurkan dengan sterilisasi dalam autoklaf, menggabungkan tekanan 15 psi dan suhu 115–125 ° C selama 7–70 menit. Mereka juga dapat dihilangkan dengan perubahan suhu dan tekanan yang bergantian, sehingga ada perkecambahan spora diikuti oleh kematian bakteri vegetatif yang dihasilkan.
Asam perasetat adalah salah satu bahan kimia yang paling efektif untuk menghancurkan endospora. Yodium, tincture (larut dalam alkohol) atau iodophor (dikombinasikan dengan molekul organik) juga biasanya mematikan endospora.
Penghancuran endospora dalam instrumen bedah dicapai secara efektif dengan memasukkannya ke dalam wadah di mana plasma (gas yang kaya akan radikal bebas) diinduksi, di mana bahan kimia tertentu dikenai tekanan negatif dan medan elektromagnetik.
Penghancuran endospora pada benda-benda besar, seperti kasur, dicapai dengan memaparkannya selama beberapa jam ke etilen oksida yang dikombinasikan dengan gas yang tidak mudah terbakar.
Industri pengolahan makanan menggunakan klorin dioksida dalam larutan air untuk mengasapi area yang berpotensi terkontaminasi dengan endospora antraks.
Natrium nitrit ditambahkan ke produk daging, dan antibiotik nisin ditambahkan ke keju, mencegah pertumbuhan bakteri penghasil endospora.
Senjata biologis dan bioterorisme
Bacillus anthracis mudah tumbuh. Untuk alasan ini, selama dua perang dunia itu dimasukkan sebagai senjata biologis di gudang senjata Jerman, Inggris, Amerika Serikat, Jepang dan Uni Soviet.
Pada tahun 1937 tentara Jepang menggunakan antraks sebagai senjata biologis melawan warga sipil Cina di Manchuria. Pada tahun 1979, di Sverdlovsk, Rusia, setidaknya 64 orang meninggal karena secara tidak sengaja menghirup spora dari strain B. anthracis yang diturunkan dari militer. Di Jepang dan Amerika Serikat, antraks telah digunakan untuk tujuan teroris.
Sebaliknya, upaya saat ini sedang dilakukan untuk menggunakan pelapis endospora sebagai kendaraan untuk obat terapeutik dan untuk antigen yang dibuat untuk tujuan imunisasi preventif.
Referensi
- Barton, LL Hubungan struktural dan fungsional pada prokariota. Springer, New York.
- Black, JG 2008. Mikrobiologi: prinsip dan eksplorasi. Hoboken, NJ.
- Brooks, GF, Butel, JS, Carroll, KC, Morse, SA 2007. Mikrobiologi medis. McGraw-Hill, New York.
- Cano, RJ, Borucki, MK 1995, Kebangkitan dan identifikasi spora bakteri dalam amber Dominika berusia 25 hingga 40 juta tahun. Sains 268, 1060-1064.
- Duc, LH, Hong, HA, Fairweather, N., Ricca, E., Cutting, SM 2003. Spora bakteri sebagai kendaraan vaksin. Infeksi dan Kekebalan, 71, 2810-2818.
- Emmeluth, D. 2010. Botulisme. Penerbitan Infobase, New York.
- Guilfoile, P. 2008. Tetanus. Penerbitan Infobase, New York.
- Johnson, SS dkk. 2007. Bakteri purba menunjukkan bukti perbaikan DNA. Prosiding National Academy of Sciences Amerika Serikat, 104, 14401–14405.
- Kyriacou, DM, Adamski, A., Khardori, N. 2006. Anthrax: dari jaman dahulu dan ketidakjelasan hingga terdepan dalam bioterorisme. Klinik Penyakit Menular Amerika Utara, 20, 227-251.
- Nickle DC, Leran, GH, Rain, MW, Mulins, JI, Mittler, JE 2002. DNA Anehnya cararn untuk bakteri “250 juta tahun”. Journal of Molecular Evolution, 54, 134-137.
- Prescott, LM 2002. Mikrobiologi. McGraw-Hill, New York.
- Renberg, I., Nilsson, M. 1992. Bakteri dorman di sedimen danau sebagai indikator paleoekologi. Jurnal Paleolimnologi, 7, 127-135.
- Ricca, E., SM Pemotongan. 2003. Munculnya aplikasi spora bakteri dalam nanobioteknologi. Jurnal Nanobiotechnology, jnanobiotechnology.com
- Schmid, G., Kaufmann, A. 2002. Anthrax di Eropa: epidemiologi, karakteristik klinis, dan peran dalam bioterorisme. Mikrobiologi Klinis dan Infeksi, 8, 479-488.
- Shoemaker, WR, Lennon, JT 2018. Evolusi dengan bank benih: konsekuensi genetik populasi dari dormansi mikroba. Kegunaan Evolusioner, 11, 60–75.
- Talaro, KP, Talaro, A. 2002. Yayasan dalam mikrobiologi. McGraw-Hill, New York.
- Tortora, GJ, Funke, BR, Kasus, CL 2010. Mikrobiologi: pengantar. Benjamin Cummings, San Fransisco.
- Vreeland, RH, Rosenzweig, WD, Powers, DW 2000. Isolasi bakteri halotoleran berusia 250 juta tahun dari kristal garam primer. Alam 407, 897-900.
