Referat Bacterii Sulfat

Mai jos puteti citi fragmente din Referat Bacterii Sulfat si de asemenea puteti face Download Referat Bacterii sulfat

Citeste fragmente din Referat Bacterii Sulfat

TEMĂ DE CASĂ LA DISCIPLINA: MICROBIOLOGIE DENUMIREA TEMEI: BACTERII SULFAT - REDUCĂTOARE Definiţie ........................................................................ .............. 4 Răspândirea în natură ............................................................... 4 Rolul în natură ........................................................................ ... 4 Caracteristici morfologice .......................................................... 5 Structura celulară ...................................................................... 6 Caractere fiziologice ................................................................ 10 7. Creşterea şi multiplicarea. Curba de dezvoltare ...................... 13 8. Sporularea ........................................................................ ........ 17 Variabilitatea ........................................................................ .... 19 10. Înmulţirea …..……………….………......................……………. 20 11. Clasificarea ……………………………….....................……...... 22 Importanţa în natură. Implicaţii în economia umană .……...... 23 Bibliografie ………………………………………………………….… 24 Definiţie Bacteriile sulfat – reducătoare sunt bacterii chimioautotrofe anaerobe cu organizare celulară caracterizată prin faptul că nu au un nucleu adevărat, ci doar un echivalent al acestuia, fără membrană nucleară, numit nucleotid, format dintr-un singur cromozom, alcătuit din ADN bicatenar circular şi sunt răspândite în sol, ape dulci şi sărate, nămoluri. Răspândirea în natură Bacteriile sulfat – reducătoare sunt larg răspândite în mediile acvatice si terestre anaerobe. Ele suportă variaţii mari de frig, căldură, salinitate şi presiune. Aceste bacterii au fost izolate în minele de sulf şi sondale de petrol de la adâncimi de peste 4.000 metri sau din sedimentele marine situate până la 10.000 metri adâncime. Aceste tulpini pot fi cultivate la 65o – 85oC şi chiar la 104oC şi presiuni de 1.000 atmosfere. Trăiesc în sol şi ape termale sulfuroase. Rolul în natură În activităţile realizate de microorganisme procesul sulfato – reduceri are rol deosebit, datorită modificărilor profunde pe care le poate imprima ecosistemului. Degajarea hidrogenului sulfurat cauzează adesea schimbări importante în raportul gazelor dizolvate, ducând la apariţia unor microorganisme strict adaptate la viaţa anaerobă. În apa lacului Izvorul Muntelui germenii sulfato – reducători se întâlnesc foarte rar şi în număr neânsemnat, situaţie de altfel normală bazinelor oligotrofe şi mezotrofe. Aceasta se datorează atât unei concentraţii normale de sulfaţi (zeci de miligrame/litru) cât şi condiţiilor bune de oxidare. În sedimente, în schimb, sulfato – reducătorii se dezvoltă mult mai bine, numărul lor fiind aici de zeci şi sute de germeni/g mâl. În ceea ce priveşte răspândirea acestor bacterii în diferite sectoare ale lacului ea este oarecum uniformă, în sensul că atât în zonele superioare cât şi inferioare valorile cantitative se încadrează între aceleiaşi limite. Se poate aprecia, de asemenea, că evoluţia lunară a numărului de germeni sulfato – reducători nu reflectă modificările sezonale de ansamblu ale ecosistemului, supus evoluţiei anuale a climatului regiunii, valori ridicate şi coborâte ale concentraţiei acestor bacterii întâlnindu-se atât în perioada caldă cât şi în cea rece. Ca rezultat al procesului sulfato – reducerii ar putea să se acumuleze, în apropierea sedimentelor, cantităţi variabile de hidrogen sulfurat. În analizele hidrochimice efectuate până în prezent nu s-au depistat încă urme de H2S ci doar o reducere pronunţată a concentraţiei oxigenului în startele profunde ale apei, concentraţie care poate coborâ uneori sub 2 mg/l oxigen. În sedimente însă, are loc, indiscutabil, o degajare de hidrogen sulfurat; fenomenul este confirmat de intercalaţiile de culoare albă – cenuşie care apar în grosimea sedimentelor şi care reprezintă sulfura de fier formată prin oxidarea hidrogenului sulfurat degajat de sulfato – reducători. Bacteriile sulfat – reducătoare au rol important în coroziunea conductelor şi blocarea acestora, a sistemelor de încâlzire şi a structurilor subacvatice. Bacteriile sulfat – reducătoare sunt asociate cu poluarea apelor (miros dezagreabil determinat de acumularea H2S şi înnegrirea apelor datorită precipitării sulfurii de fier). În asociaţie cu bacterii metanogene, bacteriile din genul Desulfovibrio pot produce acetat, cu rol de precursor al metanului. Caracteristici morfologice Caracterele morfologice se referă la aspectul exterior al bacteriilor. Fiind organisme unicelulare individul este reprezentat de o singură celulă, morfologia referindu-se la aspectele externe ale celulei şi anume la formă şi mărime. Bacteriile sulfato – reducătoare aparţin ordinului Spirillales, familia Vibrionaceae. Genul respectiv cu cele mai multe specii implicate şi în coroziune este Desulfovibrio. Sunt bacterii nesoporulate, speciile deosebindu-se prin capacitatea de a dehidrogena diferiţi comuşi organici şi prin toleranţa diferită faţă de temperatură şi salinitate. Desulfovibrio desulfuricans, este o specie caracteristică, care se prezintă sub formă de bacili cu o lungime de 3 – 4 μ şi 0,5 μ diametru, uşor curbaţi, izolaţi sau în lanţuri scurte. În afară de aceste bacterii, s-a mai descris încă o serie de forme: Microspira aestuaria, Vibrio Thermodesulfuricans etc. Celulele bătrâne sunt negre datorită acumulării de sulfură ferică precipitată. Mărimea acestor bacterii este de 25 μ. Mărimea este controlată genetic, dar influenţată de factorii de mediu. Mărimea bacteriilor permite calcularea greutăţii lor specifice, a suprafeţei celulare, a volumului şi a masei, mărimii care sunt utilizate frecvent în microbiologia acvatică în vederea stabilirii aportului microbiotei la circuitul materiei în bazinele acvatice. Greutatea specifică oscilează la bacteriile acvatice între 1,07 – 1,3, fiind dependente de compoziţia lor chimică. Volumul celulei este dependent de specie. Structura celulară Structura se referă al alcătuirea internă a celulei. Bacteriile prezintă o structură celulară de tip procariot. Fiind indivizi, celula conţine organite celulare care au diferite structuri şi îndeplinesc toate funcţiile necesare supravieţuirii şi perpetuării individului. Astfel în celulă există unele structuri obligatorii (nucleoid, citoplasmă, membrană citoplasmatică, perete celular etc.). Peretele celular are rol în asigurarea formei şi rigidităţii celulei, cât şi a carcterelor de colorare diferenţială a bacteriilor. Este răspunzător de structura antigenică a bacteriilor, determinănd declanşarea unei reacţii de apărare a organismelor parazite. Peretele celular este alcătuit din două straturi: stratul bazal în partea din interior, care are o structură comună tuturor bactariilor. Este format dintr-un peptidoglican (mureină), care este un compus macromolecular heteropolimer format din fibre polizaharidice, unite prin punţi peptidice. Acest strat sigură rigiditatea. El constituie 80 – 90 % din greutatea peretelui celular. Mureina este alcătuită din molecule lungi, aşazate paralel, legate prin punţi polipaptidice, având structură de reţea care înconjoară protoplastul, asigurându-i forma. stratul specific situat spre exterior, este diferenţiat de grupe de bacterii şi conferă acestora proprietăţi tinctoriale diferite. Comportamentul diferenţiat la colorare se explică prin structura diferită a acestui strat. Desulfovibrio desulfuricans fiind bacterii Gram nagativă, au un strat subţire, de 10 mm, format dintr-un singur substrat, dar care are o structură mai complexă. Foloseşte hidrogenul din subsatnţele organice, reduce sulfaţii, sulfiţii şi tiofosulfaţii la H2S. În compoziţia sa intră un macropolimer de natură polizaharidică format din fosfolipide şi lipoproteine. El formează un complex peptodoglican – lipoproteină. Dintre compuşii stratului extern cel mai important este lipopolizaharidul, care este un constituent termostabil, care conferă acestor bacterii şi caracterele endotoxice şi de patogenitate. Genul Desulfomaculum cuprinde bactrii sporulate, strict anaerobe, care se prezintă sub formă de bacili mobili de 3 – 6 μ lungime. Membrana citoplasmatică, acoperă de jur împrejur citoplasma celulară. Ea este detaşată de peretele celular. La microscopul electronic apare ca o formţiune triplu stratificată. Este alcătuită din 75 % fosfolipide care formează o reţea macromoleculară în care se găsesc 25 % proteine globulare. Membrana celulară are rol de a delimita spaţiul intercelular, compartimentându-l ca o structură vie. Ea este implicată în multe procese celulare. Funcţionează ca o barieră osmotică a celulei, fiind semipermeabilă. Ea realizează o reglare a schimbului de substanţe între mediul de cultură şi celulă. La nivelul ei sunt localizate şi enzime de tipul permezelor, hidrolazelor şi fosfatolazelor care îi conferă rol de transport. Participă la formarea şi eliminarea enzimelor şi a exotoxinelor. Are rol în procesul de oxido – reducere al celulei, la nivelul ei fiind localizate majoritatea enzimelor respiratorii. Intervine în sinteza peretelui celular. Mezozomii se formează prin invaginarea membranei celulare. Are rol în replicarea ADN-ului şi în (distribuţia) materialului genetic în timpul diviziunii celulare, fiind echivalenţii fusului de diviziune din celulele eucariote. Sunt deasemenea sediul enzimelor din ciclul energetic al celulei fiind echivalentul mitocondriilor din celulelel eucariote. Citoplasma reprezintă conţinutul celular format dintr-un sistem coloidal complex, în care sunt dizolvate substanţe organice şi anorganice cu rol în metabolismul celular. Ea formează matricea celulară. Nu prezintă organizare definitivă ca în cazul celulei eucariote. Aspectul ei este stabil în funcţie de vârsta celulei şi de condiţiile de mediu. La celulele tinere şi în condiţii normale de dezvoltare, citoplasma aderă la peretele celular şi se prezintă ca o masă densă omogenă şi intens colorabilă. La celulelel bătrâne citoplasma îşi pierde afinitatea tinctorială, se retractă îndepărtându-se de peretele celular. Citoplasma conţine toţi constituenţi celulari interni. Nucleoidul are o orgnizare primitivă el nefiind separat de citoplasmă printr-o membrană celulară. Materialul nuclear este format dintr-un singur cromozom, în structura căruia intră o moleculă gigantică de ADN bicatenar circulară cu o lungime de 1400 μ, care conţine circa 100 de gene, care condiţionează întreaga activitate a celulei şi legat de membrana citoplasmatică prin cromozom. Nucleoidul nu suferă modificări de tip miditic în timpul diviziunii. Ribozomii sunt corpusculi alcătuiţi din ARN structurat cu proteine, de formă caracteristică. Ei sunt responsabili de sinteza proteică intermoleculară. În acest proces, ribozomii individuli au tendinţa de a se grupa în şiruri liniare pentu a forma polisomi de-a lungul filamentelor de ARNm. Aparatul fotosintetic este reprezentat de întregul complex de structuri membranoase şi particulate, care participă în procesul de conversie a energiei luminoase în energie chimică. Spre deosebire de eucariote, unde aparatul fotosintetic este localizat într-o structură bine delimitată (cloroplastele), la procariote, este localizat în invaginările plasmatice care au diferite forme. Incluziunile sunt formaţiuni structurale inerte care apar în citoplasmă. Pot fi constituite de lipide, glicogen, glucoză, granule de polifosfaţi şi diferite metale. Ele apar la sfârşitul perioadei de creştere. Prezenţa şi ambundenţa lor variază în funcţie de condiţiile de mediu. Ele sunt structuri legate de activitatea metabolică a celulei, reprezentând în cele mai multe cazuri materiale de rezervă pentru celulă. În funcţie de compoziţia lor chimică pot fi polimeri organici (glicogen, amidon), polimeri anorganici (granule de volutină, care constituie o rezervă de fosfor şi energie intracelulară), incluziuni anorganice simple (granule de calciu, sulf coloidal, glucoză). Vacuolele sunt formaţiuni sferice, mai puţin refrigente decât citoplasma, care apar în celula bacteriană în perioada ei de creştere activă. Cilii sau flagelii sunt apendice filamentoase, unice sau multiple, flexibile cu o lungime de 5 – 25 μ, care repeazintă organe de locomoţie caracteristice procariotelor, ele conferind mobilitate celulei. Filamentul flagelului este pus în mişcare de o formaţiune specială numită corpuscul bazal, care se roteşte ca o elice propulsând celula. Compoziţia chimică Copoziţia chimică a celulei bacteriene este formată din substanţe organice şi anorganice specifice celulelor vii. Acestea formează mai mult macromolecule. Apa liberă reprezintă 75 – 85 % din masa celulară. Ea are rol în solubilizarea celorlalte substanţe şi în circulaţia lor. Este mediul de desfăşurare a tuturor reacţiilor entzimatice din metebolismul celulelor becteriene. Scăderea conţinutului de apă duce la micşorarea vitezei reacţiilor metabolice şi la creşterea proporţională a rezistenţei termice a bacteriilor. Substanţele organice sunt reprezentate de acizi nucleici (ADN – 20 %, ARN – 10 – 20 %), proteine 50 %, glucide - 25 %, lipide - 1 – 20 %. ADN-ul conţine informaţia genetică celulară, iar ARN-ul are rol de a transporta informaţia genetică şi a coordona sinteza proteică. Proteinele intră în structura organitelor celulare sau în constituţia enzimelor metabolice. Lipidele intră în structura membranelor şi a citoplasmei. Enzimele sunt sintetizate în interiorul celulelor baceriene. Ele au rol de biocatalizatori specifici ai reacţiilor enzimatice prin care bacteriile transformă substratul pe care se dezvoltă. Majoritatea enzimelor acţionează în interiorul celulei. Bacteriile pot sintetiza enzime care sunt eliminate în mediu catalizând aici tranformarea substratului. Sinteza enzimelor este indusă şi coordonată genetic. Mediul extern poate interveni în acest proces. Enzimele constitutive, care sunt absolut necesare vieţii celulei sunt sintetizate permanent indiferent de condiţiile de mediu. Alte enzime sunt sintetizate în funcţie de nevoile celulare. Mediul poate induce sau reprima sinteza unor enzime, cât şi cantitatea acestora în funcţie de compoziţia substratului. Substanţele minerale reprezintă 2 – 30 % din masa celulară. Ele sunt repezentate de P, K, Na, Ca, S, Cl, Fe, Mg, Cu, Zn, diferenţiate cantitativ şi compoziţional în funcţie de specie şi de starea de activitate metabolică a celulei. Substanţele minerale au rol în permeabilitatea celulară, în reglarea presiunii osmotice intracelulare, în constituţia unor enzime şi organite celulare. Caractere fiziologice Nutriţia este un complex de procese fiziologice fundamentale, prin care bacteriile metabolizează substratul nutritiv pentru aşi asigura sinteza de constituenţi celulari, echipamentul enzimatic, de reproducere, energia şi alţi produşi necesari metabolismuli. În procesul de nutriţie, microorganismele folosesc din mediu diferite componente ale substratului nutritiv numite nutrienţi, care îi sigură toate elementele chimice cu rol plastic, care servesc la formarea materiei vii (proteide, acize aminici, săruri amoniacale, glucide) sau energetic (glucide, lipide). Nutrienţii sunt descompuşi, în organism, eliberându-se energia folosită în procesele vitale. Produşii de descompunere, rezultaţi în urma metabolismului, care nu mai sunt utili organismului, sunt eliminaţi în mediu. Prin nutriţie bacteriile îşi asigură deci necesarul de substanţe pentru sinteza de constituenţi celulari şi pentru obţinerea de energie necesară vieţii. Specific nutriţiei bacteriene este marea diversitate de substanţe care pot constitui substanţe nutritive. Aceste substanţe pot fi elemente chimice în stare moleculeră (N, S, P, Fe) de natură anorganică (sulfaţi, sulfiţi) sau organică (glucide lipide, proteine etc.), în funcţie de capacitatea genetică a bacteriilor de a sintetiza enzimele necesare transformării acestor substanţe în constituenţi metabolici. Tipul de nutriţie al bacteriilor sulfat – reducătoare face parte din tipul de nutriţie al bacteriilor autotrofe, care sunt capabile să stimuleze toţi componenţii celulari organici pornind de la compuşii anorganici simpli, CO2 şi carbonţi. Ca sursă de azot folosesc substanţe anorganice. Ele folosesc o energie externă întrucât transformarea bioxidului de carbon este posibilă numai prin folosirea unei surse de enegie străine. Organismele autotrofe, în funcţie de natura energiei folosite, pot fi fototrofe şi chimiotrofe. Bacteriile fototrofe folosesc ca sursă de energie, energia radiantă luminoasă pentru a produce materie organică şi eliberează oxigen. Ele au în compoziţia lor pigmenţii de tipul clorofilei, care pot realiza captarea energiei radiante în procesul de fotosinteză. Din această grupă fac parte şi bacteriile fotosintetizante (sulfobacterile verzi şi purpurii, cianobacteriile). În celulele bacteriilor purpurii se găseşte un pigment special – bacteriopurpurina, care prin oxidare dă un compus asemănăto clorofilei. Aceste bacterii folosesc în nutriţie în special compuşi anorganici din care îşi sintetizează compuşii organici. Bacteriile chimiotrofe îşi procură energia prin reacţii chimice de oxidare a diferitelor substanţe minerale sau organic. Bacteriile chimiotrofe oxidează substanţe anoganice, şi deci din această grupă fac parte şi sulfatobacteriile deoarece oxidează sulful şi derivaţii săi. Eliberarea energiei pe cale chimică se relizează gradat, prin procese de dehidrogenare. Necesităţile nutriţionale sunt de natură energetică, trofică şi funcţională. Nutrienţii conţin surse de energie, carbon, azot, oxigen, subtanţe mineral, factori de creştere şi factori stimulatori. Ei trebuie să fie sloubili şi cu dimensiuni moleculare, care să le permită trecerea prin porii peretelui celular şi ai membranei citoplasmatice. Substanţele cu molecule mari vor putea fi asimilate doar de acele microorgabisme care produc enzime extracelulare, care, eliminate în mediu, scindează aici compuşii macromoleculari prin hidroliză la monomeri, care vor pătrunde în celulă. Biosinteza constituenţilor celulari este condiţionată deci de prezenţa în mediu a unei surse adecavate de energie şi a unor cantităţi suficiente de compuşi cu greutate moleculară mică, utilizaţi ca precursori sau ca materiale de construcţie în biosinteze. Uneori aceşti compuşi sunt prezenţi ca atare în mediu şi microorganismele în dirijarea direct către căile biosintetice. Cel mai adesea însă, mediul nu poate furniza întreaga gamă de compuşi neceari biosintezelor şi ca urmare, ei trebuie preluaţi ca atare din mediu. Metabolismul reprezintă totelitatea reacţiilor biochimice catalizate de echipamentul enzimatic propriu, prin care substratul din mediul extern este transformat, iar substanţele eliberate sunt folosite fie dreprt constitenţi celulari structurali, fie drept rezervoare pentru eliberarea de enrgie necesară întreţinerii tuturor proceselor vitale ale celulei. Prin acest proces se degradează substanţele nutritive cu moleculă mare, pătrunse în celulă, în compuşi cu molecule mai mici. Degradarea este asociată cu eliberarea treptată a energiei potenţiale conţinută în nutrinţi. Metebolismul se defăşoară pe căi metabolice a căor natură este condiţionată ereditar, prin asigurarea echipamentului enzimatic propriu şi prin capacitatea de a-şi regla metabolimul în funcţie de condiţiile oferite de mediu. Procesele metabolice de bază sunt catabolismul şi anabolismul. Catabolismul cuprinde totalitatea reacţiilor biochimice energetice, prin care are loc descompunerea nutrienţilor cu molecule mari, pătrunşi în mediu, în compuşi cu molecule mai mici şi eliberarea treptată a energiei potenţiale, continuă în nutrient. În urma poceului de catabolism rezultă: produşi intemediari; produşi finali principali sau secundari; energie din care o parte este folosită în procesele de nabolism şi alta este degajată în mediu ca energie calorică. Anabolismul reprezintă totalitatea reacţiilor endergonice de biosinteză, prin care microorganismele, folosind molecule cu greutate moleculară mică şi consumând energie, îşi sintetizează compuşii macromoleculari, care intră în structura compuşilor celulari, contribuind la creşterea şi reproducerea celulelor. Deci, în urma reaciilor anabolice, substratul nutritiv este transformat cu consum de energie în biomasă, în catalizatori enzimatici, substanţe de rezervă, în metaboliţi primari şi secundari. Mobilitatea bacteriilor este asigurată de cilii bacterieni care sunt organite speciale de locomoţie celulară. La bacteriile flagelete deplasarea bacteriilr se face în mod diferenţiet în funcţie de numărul şi poziţia cililor. Viteza de deplasare a bacteriilor flagelate este foarte mare în raport cu mărimea celulei. Unele bacterii sulfurose (Oscillatoria, Beggiatoa) sunt lipsite de cili şi prezintă o mobilitete sub forma unor mişcări de alunecare lentă pe substrat sau mişcări de rostăgolire, pendulare, rotaţie sau ondulatorie. Patogenitatea este capacitatea unor bacterii de a provoca boli infecţioase la plante, animale şi om. Această capacitate este dependentă de posibilitatea bacteriei de a pătrunde şi de a se multiplica în ţesuturile organismului gazdă. Creşterea şi multiplicarea. Curba de dezvoltare B t z | ~ € ´ ˆ Ž ˜ š ␃ਃ& ␃ਃ& ␃ਃ& ␃ਃ& ␃ਃ& ᘢﱨ䌀᱊伀Ɋ儀Ɋ帀Ɋ愀᱊洀ੈ猌ੈ☌  ¢ ␃༃킄ᄂ킄市킄怂킄愂̤摧屄 h h À ᔫ荨팞ᘀ쑨䤪㔀脈䩃$䩏䩑䩞䩡$䡭И䡳Иᔫ荨팞ᘀ奨퍱㔀 脈䩃$䩏䩑䩞䩡$䡭И䡳Иጀ cele mai simple la cele mai complexe, pentru asigurarea vieţii celulei. Celula are doar două alternative – fie creşterea şi diviziunea ei, asigurând perpetuarea speciei căreia aparţine, fie moare. Bacteriile ca structuri unicelulare procariote, spre deosebire de formele superioare de organisme vii, nu au cicluri obigatorii de viaţă, care duc la diferenţierea celulară. Procariotele se repoduc continuu ca celule identice, cu modificări caracteristice în perioada de diviziune. În condiţii favorabile, dezvoltarea bacteriilor poate fi restrâsă la analiza unei celule sau la studiul populaţiilor de celulele similare care constituie cultura microbiană. Dacă se urmăreşte celula, are loc o creştere continuă până ce toţi constituenţii ei ajung în cantitate dublă. Aceaste este urmată de înmulţirea celulei, care se face prin deviziune celulară, prin sciziparitate sau fiziune binară, rezultând două celule identice. La culturi în faza S, diviziunea are loc printr-o strangulare pe diametrul transversal, strangularea membranei citoplasmatice fiind urmată de cea a peretelui celular, până la separarea celor două celule fiice. Fiecare din acestea au cantităţi egale din fiecare compus al celulei. Pentru culturile R se formează un sept transversal complet din membrană citoplasmatică şi apoi într-o fază ulterioară, celulele se despart prin apariţia peretelui celular şi septul format de membrana citoplasmatică. Evenimentele ce au loc între cele două diviziuni celulare constituie ciclul celular. Ele sunt coordonarte de replicarea moleculei de ADN, cu care se iniţiază ciclul celular şi prin care se coordonează sinteza şi activitatea enzimelor. Este de aceea posibil ca fals să apară celule cu două şi chiar patru echivalenţi nucleari, deoarece formarea septului de separare a celulelor este întârziat faţă de replicarea ADN-ului. O celulă ajunsă într-un mediu favorabil se înmulţeşte pentru a da naştere unei culturi microbiene. Această înmulţire poate fi urmărită în special în medii lichide şi apreciată prin: a) determinaterea numărului de celule bacteriene pe unitate de volum. Totalul celulelor poate fi calculat prin numărarea directă în camere de numărare. Numărul celulelor viabile se determină prin însămânţarea unui volum de cultură pe suprafaţa unui mediu solid. Numărul coloniilor dezvoltate exprimă numărul celulelor vii, ştiut fiind că o colonie are la origine o singură celulă; b) densitatea celulară care se realizează prin mai multe tehnici: calcularea greutăţii uscate a bacteriilor, măsurarea azotului sau a proteinelor din celulele dintr-un volum dat. Cea mai obişnuită metodă o constituie stabilirea densităţii optice cu ajutorul fotometrelor prin absorbţia luminii la o anumită lungime de undă, metodă care are avantajul că poate înregistra continuu înmulţirea bacteriilor. Dezvoltarea în timp a unei culturi în mediu lichid prin stabilirea la intervale de timp egale a numărului de celule vii sau a densităţii celulare poate fi înregistrată sub forma aşa-numitei curbe de dezvoltare a culturii bacteriene. Această curbă este constituită sub formă semilongitudinală sub forma graficului. Pe această curbă se disting cele patru faze de dezvoltare principale şi două faze intermediare. este proporţională cu masa substanţei vii (M) printr-un factor K, numit constanta ratei de creştere. În realitate, K are o valoare constantă numai în perioada logaritmică. Analiza evenimentelor care apar în cursul dezvoltării unei culturi microbiene ne arată următoarele: Faza de latenţă (lag.): celulele însămânţate într-un mediu lichid nu se întâlnesc, eventual are loc o creştere în volum. Este perioada în care celulele îşi programează activitatea metabolică pentru a putea folosi eficient substanţele nutritive din mediu. Aceasta este demonstrată de fenomenul de diauxie a lui Monod: cultivarea E. coli pe mediu sintetic sărac în glucoză (0,01 %) şi bogat în lactoză determină o curbă modificată. După perioada de lag în care celulele se programează pentru utilizarea glucozei, urmează o scurtă perioadă logaritmică (log.) până la epuizarea glucozei din mediu, apoi apare o perioadă de pseudolag. Aceasta se datorază represiei prin glucoză a biosintezei enzimelor din utilizarea lactozei. După epuizarea glucozei din mediu, lactoza induce sinteza acestor enzime şi prin metabolizarea lactozei cultura intră în multipicarea logaritmică. În acelaşi sens pledează şi faptul că dacă o bacterie în faza exponenţială se inoculează pe acelaşi mediu de cultură, faza de latenţă dispare şi cultura intră de la început în multiplicarea logaritmică. Durata fazei de latenţă variază mult în primul rând de la specie la specie şi apoi, în raport cu condiţiile de cultivare. Astfel dacă inoculul provine dintr-o cultură ce a ajuns în faza de declin, timpul necesar programării metabolice se prelungeşte la 2 - 4 ore. Cu un inocul provenit dintr-un mediu complet şi însămânţat pe un mediu sintetic cu glucoză, faza de latenţă durează aproximativ 6 ore, timp necesar sintetizării enzimelor care să asigure celulei toţi compuşii chimici pornind numai de la glucoză. Faza exponenţială (logaritmică). Materialul celular începe să fie sintetizat cu o rată constantă, el având în acelaşi timp şi o funcţie catalitică, ceea ce duce la o creştere rapidă a masei celulare. Factorul K fiind constant, curba reprezintă o exponenţială. Acest factor este caracteristic pentru o cultură microbiană efectuată în condiţii bine definite. El poate fi uşor determinat dacă se ţine seama că dintr-o bacterie, după o diviziune, rezultă două, după două diviziuni rezultă patru, după n diviziuni rezultă 2n germeni. Numind intervalul dintre două diviziuni, timp mediu de generaţie sau timp de dublare a culturii (tD) şi înlocuind în ecuaţia de creştere: M = Mo, dt = tD → K = 1/tD, adică are semnificaţia de număr de generaţii pe oră. În practică se utilizează mai ales tD, citiund pe abcisă intervalul de timp necesar dublării masei bacteriene. Timpul de generaţie variază de la specie la specie, astfel, la b. coli el poate fi de 20’ în timp ce la b. tuberculos este în jur de 1.000’. apoi el este influenţat de compoziţia mediului de cultură: b. coli, într-o cultură pe mediu compex, are o durată numai de 20’, în timp ce pe mediu sintetic cu glucoză se prelungeşte la 60’. Bacteriile în faza exponenţială au unele particularităţi. Sunt reprezentate de celule tinere cu o cantitate mare de ARN, în special un număr mare de ribozomi şi în consecinţă cu o sinteză activă de proteine. Aceste celule constituie forme tipice – morfologic, biochimic şi antigenic pentru fiecare specie. Culturile în această fază sunt sensibile la acţiunea nocivă a factorilor fizici şi chimici, iar antibioticele au efectul cel mai puternic. După un număr de generaţii, diviziunile se produc cu un ritm din ce în ce mai lent, intrând în faza intermediară de încetinire a dezvotării şi apoi în faza staţionară. Acesata se datorează mai multor factori, dintre care cei mai importanţi sunt epuizarea din mediu a unuia sau mai multor metaboliţi esenţiali dezvoltării, acumularea de substanţe toxice rezultate din metabolismul bacterian, modificări de pH şi scăderea în mediu a tensiunii de O2. Faza staţionară, cu o reducere mare a diviziunii datorită modificărilor ce se produc în mediu, se caracterizează prin menţinerea unui număr constant de celule vii. Faza de declin. După ce cultura rămâne o periadă de timp în faza staţionară, perioadă ce variază în special în raport cu specia, rata celulellor care mor creşte logaritmic, evenimente ce caracterizează faza de declin. Doar un număr mic de celule pot supravieţui săptămâni sau chiar luni. Aceasta poate să se explice prin faptul că puţine celule se pot divide pe seama substanţelor nutritive rezultate din celulele moarte şi lizate. Spre sfârşitul fazei staţionare şi a fazei de declin, celulele pot li caracterizate ca celule îmbătrânite, cu pereetele celular mai gros, o capacitate mai mică de ARN şi un număr redus de ribozomi cu o sinteză proteică lentă. Aceste celule sunt mai rezistente la factorii fizici şi chimici şi faţă de antibiotice. Sporularea Un grup restrâns de bacterii au dobândit în timp capacitatea exprimată generic de a forma într-un anumit stadiu al ciclului lor de viaţă, o formţiune intracelulară denumită endospor care asigură perpetuarea speciei datorită rezistenţei mari la temperaturi ridicate şi la lipsa de apă. În ciclul de viaţă al unei bacterii sporogene, celula vegetativă în condiţiile apariţiei unor factori defavorizaţi ai înmulţirii, suferă anumite transformări direcţioante de cele peste 50 de gene care induc sporularea. Într-o primă etapă are loc o concentrare a materialului cioplasmatic şi nuclear apoi în celulă începe să se formeze un protoplast, iar membrana plasmică înconjoară celula sporală asigurând condiţii de protecţie şi creştere. În etapa următoare în jurul celulei sporale se formează cortexul, apoi învelişul sporal propriu şi endosporul matur poate fi pus în libertate prin liza peretelui celulei sporogen. Endosporul eliberat, în condiţii favorabile germinează transformându-se din nou în celulă vegetativă, capabilă de reproducere prin sciziune binară. În funcţie de dimensiunile endosporului şi de localizarea sa în celula cu forma bacterium, sporii pot fi de două tipuri şi dau denumirea genului în care sunt incluse: tip bacilus – în care diametrul endosporului este apropiat cu al celulei, cu o poziţie centrală sau subterminală; tip clostridium – în care diametrul endoporului este mai mare decât al celulei vegetative care în urma sporulării se deformează, cu forma de suveică atunci când poziţia este celtrală sau de bec, lumănare, atunci când endosporul este format terminal. Cu ajutorul microsscopului electronic s-a stabilit că endosporul prezintă un înveliş sporal tristratificat în compoziţia căruia au fost evidenţiate proteine cu un procent ridicat în aminoacizi cu sulf, care pot forma uşor legături disulfurice, cu rol în mărirea rezistenţei la denaturarea pe cale termică. Sub învelişil sporal se constată o zonă transparentă numită cortex, de natură peptido/glucanică ce asigură o rezistenţă mecanică şi are rol important în reglarea presiunii osmotice, prin transferul apei libere din endospor spre exterior. Partea centrală a endosporului numită core este formată din sporoplasmă, nucleoplasmă şi un număr mare de ribozomi. În exteriorul endosporului se pot pune în evidenţă nişte microtubuli ce pot menţine endosporul într-o anumită poziţie. Carcasa celulei vegetative în care s-a format endosporul poartă denumirea de exospoium şi aceasta poate rămâne ataşat de endospor sau prin rupere/liză să îl elibereze în mediu. O proprietate remarcabilă este termorezistenţa: în timp ce la celula sub formă vegetativă este inactivă termic la temperaturi de 80oC/1 – 5 min ca urmare a denaturării proteinelor/enzimelor din citosol, sub formă de endospori inactivarea poate avea loc la temperaturi de 120oC/10 – 20 min în mediu umed sau la 180oC/45 – 60 min în mediu uscat. Termorezistenţa este explicată prin conţinutul redus în apă, de prezenţa proteinelor cu sulf şi a acidului dipicolinic, compuşi care protejează în anumite limite enzimele sporale de o inactivare ireversibilă. rezistenţa la uscăcine, deoarece în stare de anabioză, enzimele deşi în stare inactivă, îşi menţin cantitatea de biocatalizatori un timp îndelungat, prelungind starea lentă de viaţă a celulelor sporale, în condiţii favorabile sau prin reactivare are loc germinarea sporilor. Se produce o absorbţie a apei, are loc activarea enzimelor, creşte activitatea de respiraţie şi fermentaţie şi sunt eliminate substanţe spacifice cum ar fi: acidul dipicolinic şi unele proteine. Sporulrea reprezintă un caracter de specie, este o formă de diferenţiere celulară şi trebuie privită ca o stratefgie de adaptare a procariotelor fiindcă sporii sunt forme de rezistenţă cre păstrează caracterele genetice ale celulei sporegene. Variabilitatea Întrucât bacteriile se înmulţesc numai asexuat, în populaţiile de celule bacteriene, ce aparţin unei specii, celulele sunt toate identice. O astfel de populaţie celulară este sortită pieirii în condiţii de mediu variabile. Variabilitatea necesară adaptăii şi evoluţiei în condiţii de mediu schimbătoare este asigurată de mutaţie şi recombinrea genetică. Mutaţiile reprezintă modificări bruşte ale eredităţii unei bacterii. Ele pot apare în mod natural sau artificial, sub influenţa anumitor factori de mediu. Ele afectează capacitatea de sinteză a anumitor enzime sau alte substanţe specifice determinând deci capacitatea metabolică a bacteriei. Mutaţiile naturale apar spontan, factorul determinant fiind mediul. Mutaţiile întâmplător utile sunt folosite de către procesul de selecţie naturală permiţând adaptarea microorganismelor la variaţia condiţiilor de mediu. Astfel ele stau la baza pocesului de evoluţie. O mutaţie nu este utilă pentru evoluţie decât dacă e perpetuează la descendenţi. Bacteriile înmulţindu-se foarte rapid permit răspândirea rapidă a unei mutaţăii utile în populţii, astfel încât şi adaptarea lor este deosebit de rapidă. Recombinarea genetică permite reasortarea meterialului genetic existent. Recombinarea genetică specifică procariotelor, se realizează prin: transformare – are loc prin recombinarea ADN-ului celular cu un fragment de ADN exogen care străbate peretele celular al celulelor bacteriene vii; F-ducţie – un proces „sexual” al bacteriilor prin care un factor F din anumite celule considerate mascule este transferat în celulele lipsite de acest factor, considerate femele. Acest fragment se poate integra în nucleoidul celulei receptoare sau nu, inducând diferite comportamente faţă de alte celule bacteriene. Configurarea constă în fragmentarea nucleoidului în doi nuclei, un macronucleu staţionar şi un micronucleu. Celulele sensibile se ataşează una de alta şi fac schimb de micronuclei. În urma schimbului nucleoidul se reface având în constituţia sa macronucleul propiu şi un micronuclen exogen. Transducţia constă în transferarea pasivă de fragmente de ADN bacterian de la o bacterie la alta, prin intermediul unor bacteriofagi. În urma mutaţiilor şi a recombinărilor genetice se formează clone de bacterii care au anumite caracteristici morfo – fiziologice sau metabolice specifice, diferite de celula mamă iniţială numite tulpini. Acestea au o importanţă deosebită în practica biotehnologică. Înmulţirea Bacteriile se înmulţesc în condiţi favorabile de viaţă, în prezenţa substanţeşlor nutritive şi a condiţiilor compatibile cu metabolismul celulei bacteriene când are loc creşterea celulelor şi multiplicarea lor. Pentru a prolifera au nevoie de un mediu cu sulfaţi şi substanţe nutritive şi lipsa totală a oxigenului liber. Temperatura optimă este de 25 – 30oC, pH = 6 – 7,5. Sunt strict anaerobe. Înmulţirea bacterilor poate prezenta mai multe forme în funcţie de gradul de evoluţie filogenetică a acestora. Sciziunea este o diviziune directă simlpă a unei celule ajunsă la un punct critic de creştere, în două celule identice. Este forma cea mai răspândită de multiplicare a bacteriilor. Sciziunea este un proces care se repetă, în urma sa avâd loc creşteri de masă celulară a bacteriilor. Ea are loc la nivelul de circa 30 minute. Intervalul dintre două diviziuni succesive este de circa 9 minute – 120 ore. Creşterea şi diviziunea celulelor bacteriene este influenţată de compoziţia chimică a mediului şi de condiţiile de mediu. Viteza mare de înmulţire a celulelor bacteriene este condiţionată genetic. Etapele sciziunii bacteriene. Sciziunea bacteriilor este o diviziune binară, celula împărţindu-se în două celule fiice. Ea reprezintă împărţirea celulei mamă în două celule fiice printr-un proces condiţionat genetic. Iniţial are loc dedublarea moleculei de ADN a cromozomului bacterian prin replicare, proces în care este implicat mezozomul, care leagă cromozomul bacterian de membrana citoplasmatică. Prin dedublarea mezozomului, fiecare moleculă de ADN nou formată este dirijată spre polii celulei mamă. Apoi se descompun toţi componeţii celulari care vor fi în număr dublu faţă de o celulă normală. De asemenea, se acumulează substanţe în cantitate dublă, care se vor repartiza în mod egal, între cele două celule fiice. Apare o invaginare a membranei citoplasmatice, care va forma un perete despărţitor, care va separa cele două celule fiice nou formate. Se formează astfel doi protoplaşti. Urmează apoi formarea unui perate celular transversal prin creşterea spre interior a peretelui celular periferic, în aşa fel încât celulele care se divid au în final un înveliş celular complet care desparte cele două celule. Celulele formate în urma sciziunii se pot separa, sau pot rămâne unite între ele formând asociaţii caracteristice de celule folosite în identificarea şi clasificarea bacteriilor. Tipuri de diviziune bacterină. Diviziunea directă a bacteriilor se poate reprezenta sub forma mai multor tulpini. În nici unul din aceste tulpini nu este însă implicat un proces mitodic: Diviziunea prin apariţia unui perete transversal este forma cea mai comună de diviziune a bacteriiolor. Ea poate avea loc după unul, două sau mai multe planuri rezultând diferite forme de asociaţii. Diviziunea prin strangulare este întâlnită la forma bacil. Înmugurirea este o formă de înmulţire caracteristică levurilor care se întâlnesc la unele bacterii fotosintetizante. Mugurele poate apare în unul din polii celulei, terminal sau chiar lateral. Prin gonidii – organe de înmulţire asemănătoare sporilor de la fungi, întâlnite la bacteriile filamentoase. Gonidiile sunt nişte corpusculi sferici, uneori ciliaţi, prin care se înmulţesc bacteriile filamentoase. Aceste formaţiuni nu sunt însă similare cu sporii, cu care nu trebuie confundaţi. Ele apar endocelular prin contracţia, condensarea şi apoi fragmentarea protoplasmei unei celule vegetative. În interiorul unei celule pot apare mai multe gonidii, care se eliberează în mediu după rupere peretelui celulei generatoare. Ele reprezintă cili cu care circulă în masa apei, pentru ca apoi să se prindă de substrat printr-un mucilagiu protector. Principala funcţie a gonidiilor este reproducerea, funcţie însă controversată. Clasificarea Cele mai active bacterii sulfat – reducătoare sunt bacteriile genului Desulfovinrio. În apele dulci cea mai activă specie este D. Desulfuricans, iar în cele marine D. Aestuarii. Acestea sunt vibrioni pevăzuţi cu cil polar sau lofotrichi, nesporulaţi. Genul Desulfomaculatum cu speciile D. Nigrificans, D. Orientalis, D. Ruminus sunt bacili drepţi sau uşor curbaţi cu cili peritrichi, sporulaţi. Activitate sulfatoreducătoare au şi unele specii ale genului Clostridium. Toate bacteiile suforeducătoare sunt obligat anaerobe şi reduc sulfaţii la H2S şi sulfuri utilizând ca sursă de energie şi putere reducătoare hidrogenul sau donatori organici de electroni (acizi organici, alcooli etc.). Unele microorganisme procariote şi eucariote pot reduce sulful elementar (So) în cursul metabolismului lor normal fermentativ prin reacţii nespecifice şi incidente. Alte microoganisme reduc sulful elementar în cadrul unui proces obligtoriu al metabolismului lor. Acestea sunt reprezentate de trei grupe de bacterii: • Bacterii sulf – reducătoare obligate. Sunt strict anaerobe şi au ca reprezentant Desulfuromanas acetooxydans care utilizează reducerea So ca proces dezasimilator pentru creştere. Aceste bacterii pot uiliza în anumite condiţii cistina şi glutationul oxidat, pe care le reduc la cisteină şi glutation redus. Nu pot utiliza compuşii anorgnici oxidaţi ai sulfului, sunt prezente în nămol, sedimente marine şi reziduri provenite de la porcine. Tulpinile de Desulfuromanas formează culturi mixte sulfurice cu bacteriile sulfuroase verzi în care So excretat de bacteriile verzi (provenite din oxidarea H2S) este redus la H2S în prezenţa acetatului care este oxidat la CO2. • Bacterii sulf – reducătoare facultative. Sunt reprezentate de unele bacterii sulfat – reducătoare care utilizează So ca aceptor de electroni în absenţa sulfului din mediu. Tot aici intră şi Campyiobacter care anaerob foloseşte So în metabolismul său dezasimilator. • Fotobacteriile sulfuroase verzi şi purpurii. Folosesc So ca acceptor de electroni în condiţii de întuneric. Importanţa în natură. Implicaţii în economia umană Bacteriile sulfat – reducătoare au fost utilizate pentru a creşte recuperarea secundară a ţiţeiului după injecţia lor în zăcăminte. Au de asemenea rol în industria hârtiei. Sunt implicate în formarea de zăcăminte minerale care conţin sulf. Fedorov M. V Microbiologia solului Editura „Agro – silvică de stat”; Bucureşti – 1957; Dumitru Moldoveanu Microbiologie generală – Vol II Editura Acadamiei Române – 1996 Constantin Măzăreanu Florentina Jipa Microbiologia lacurilor de baraj din bazinul râului Siret Editura „Alma – Mater” Bacău – 1999 Carmen Nicolescu Microbiologia apei şi a produselor acvatice Editura “Cetatea de Scaun” Tîrgovişte 2002 Valentina Dan Microbiologia alimentelor Editura “Alma” Galaţi 2001 Bacterii sulfat – reducătoare PAGE - 2 - PAGE - 23 - 쥁`