Parliamo di spore. Innanzitutto vediamo di darne una breve descrizione.
Le spore sono forme di resistenza, sono cellule particolari per la loro morfologia e funzioni, capaci di rimanere quiescenti per moltissimo tempo e sopravvivere a tutta una serie di avversità ambientali; come ad esempio: temperature elevate o congelamento, radiazioni UV, invecchiamento, agenti battericidi e solventi organici.
Le spore sono completamente disidratate, quindi non svolgono sintesi proteica e di conseguenza sono più resistenti alla denaturazione termica. Invece dell'acqua troviamo DPA (dipicolinato di calcio), sostanza chimica caratteristica delle endospore, che si forma durante la sporulazione dall'unione di acido dipicolinato e ione calcio. L'assenza di acqua comporta inoltre un elevato valore di rinfrangenza. Questo permette di individuarle facilmente al microscopio ottico (le spore appaiono come strutture molto luminose). Altrimenti, possono anche essere viste al m.o. utilizzando la colorazione di Gram oppure di Schaffer e Fulton.
Le spore sono prodotte dai batteri sporulanti, bacilli Gram positivi, sia aerobi che anaerobi, di genere Bacillus e Chlostridium. I batteri sporulanti sono ubiquitari, cioè si trovano ovunque (suolo, intestino animale, feci etc.), e sono classificabili in base alla posizione dell'endospora prima che venga liberata durante la lisi del batterio:
- Battridio: con spora centrale che non deforma la cellula madre.
- Clostridio: con spora centrale con diametro maggiore che deforma la cellula madre.
- Plettridio: con spora terminale che deforma la cellula madre.
Una volta liberata in ambiente, in seguito a lisi del batterio, l'endospora (termine più corretto per indicare la spora) si trova in uno stato di criptobiosi, cioè rimane metabolicamente inattiva seppure sia ancora viva, questo succede soprattutto in caso di condizioni ambientali avverse.
Per riuscire a neutralizzare le spore, che come abbiamo visto sono molto resistenti, sono state inventate alcune tecniche:
- Sterilizzazione in autoclave ad almeno 121°C per 15 minuti alla pressione di 1Atm. Questo metodo uccide tutte le forme viventi ed è quindi il più sicuro.
- Tindalizzazione (bollitura intermittente) a 100°C. Questo viene fatto per 3 intervalli di 30' seguiti da periodi di raffreddamento. Prima del 2° e 3° ciclo viene lasciato a riposare a temperatura ambiente per 8 ore.
Struttura della spora
La spora batterica è composta da diverse parti:
- Core (nucleo): contiene DNA, RNA, ribosomi e proteine essenziali, costituisce i resti della cellula vegetativa, è disidratato/mineralizzato.
- Cortex/corteccia: spesso strato di peptidoglicani (forniscono resistenza) che aiuta a mantenere la disidratazione del core. Circondata da due tuniche, contiene acido dipicolinico, che stabilizza la struttura.
- Tuniche (due rivestimenti): strati di proteine resistenti a calore e agenti chimici.
- Esosporio (non sempre presente): strato sottile più esterno, simile alla membrana plasmatica.
L'energia nelle spore è conservata sotto forma di 3-fosfoglicerato, molecola a minore concentrazione energetica ma più stabile dell'ATP.
Solitamente si distingue in:
- Spora matura: metabolicamente inattiva. Diversa per struttura e composizione chimica dal batterio che l'ha generata. Termoresistente, disidratata, priva di evidente attività metabolica. (E' tipo un drago che dorme).
- Spora germinata: batterio in forma vegetativa. Ha perse le caratteristiche della spora e metabolicamente attiva. è termolabile, idratata e metabolicamente attiva.
Vediamo adesso alcune fasi del ciclo vitale di una spora.
Ciclo vitale spora: forma vegetativa > induzione > sporulazione > SPORA > germinazione > esocrescita
Sporulazione (6-8 ore)
La sporulazione è il processo di formazione della spora, è un esempio di differenziamento reale, avviene quando le condizioni ambientali sono sfavorevoli (es. mancanza di nutrienti).
- Segnalazione iniziale: il batterio percepisce lo stress ambientale e attiva i geni della sporulazione.
- Duplicazione del DNA
- Setto asimmetrico: si forma una divisione cellulare asimmetrica che separa la prespora (futuro nucleo) dal resto della cellula madre.
- Formazione del forespore: la prespora è circondata da due membrane.
- Sintesi del cortex: uno strato di peptidoglicano si accumula attorno al forespore, formando il cortex.
- Formazione della tunica: strati proteici esterni proteggono ulteriormente la spora.
- Maturazione e rilascio: la cellula madre si rompe (lisi) e rilascia la spora matura.
Germinazione (90 minuti)
E' il processo inverso alla sporulazione, avviene in condizioni ambientali favorevoli facendo tornare la spora un batterio. Si può dividere in tre fasi.
- Attivazione: segnali esterni come nutrienti o umidità attivano la spora.
- Germinazione: la spora assorbe acqua, l'acido dipicolinico viene rilasciato e gli enzimi degradano la corteccia.
- Esocrescita (outgrowth): la cellula vegetativa emerge dalla spora, riprende il metabolismo attivo e inizia a dividersi.
Con queste fasi, la spora assume la forma batterica, perdendo la sua caratteristica resistenza (vengono persi i quattro tegumenti esterni e l'acido dipicolinico.)