MORFOLOGIE SI STRUCTURA BACTERIANA

1.1    MORFOLOGIA BACTERIILOR

Pentru studierea bacteriilor, in laboratorul de bacteriologie sunt utilizate, de obicei, frotiuri (preparate fixate si colorate) care permit evidentierea caracterelor morfo-tinctoriale ale acestora:

1)     Dimensiunile celulei bacteriene

Dimensiunile bacteriilor sunt variabile in raport cu genul sau specia, conditiile de dezvoltare si varsta culturii. In medie, acestea au o lungime de 3-6 mm si o grosime de 0,5-1 mm. Exista si cazuri particulare de bacterii cu dimensiuni extrem de mici (Francisella tularensis – 0,3-0,7/0,2 mm) sau foarte mari (Caryophanon latum – 6-30 mm/2,5-3 mm).

Datorita dimensiunilor foarte mici, raportul intre suprafata si volumul bacteriilor este mare comparativ cu alte organisme, ceea ce permite existenta unor schimburi intense intre acestea si mediul exterior.

2)     Forma bacteriilor

Bacteriile prezinta forme diverse, caracteristice genului sau speciei din care fac parte. Acestea se datoreaza peretelui celular, o structura rigida care rezista la actiunea fortelor de suprafata. Bacteriile la care acest component celular lipseste, prezinta un polimorfism accentuat.

Variatii ale formei bacteriene pot apare in relatie cu varsta culturii si conditiile de mediu.

In functie de aspectul lor microscopic, bacteriile se pot clasifica in urmatoarele categorii:

coci (in lb gr.: kokkos = boaba) – sunt bacterii de forma rotunda (Staphylococcus aureus), ovalara (Streptococcus pyo-genes), reniforma (Neisseria sp.), lanceolata (Streptococcus pneumoniae);

bacili – sunt bastonase cu lungime si grosime variabila, drepte sau incurbate, cu extremitati ascutite (ex.: Fuso-bacterium fusiforme), maciucate (ex.: Corynebacterium diphteriae), rotunjite (ex.: familia Enterobacteriaceae) sau retezate (ex.: Bacillus anthracis);

cocobacili – sunt bacterii cu forma intermediara intre coci si bacili (ex.: genurile Bordetella, Brucella);

vibrioni – sunt bacterii cilindrice, scurte, incurbate, cu aspect de virgula (ex.: Vibrio cholerae);

bacterii spiralate – au corpul alungit, in forma de spirala, flexibil (ex.: genurile Treponema, Borellia, Leptospira) sau rigid (ex.: genul Spirillum);

actinomicete – pe frotiurile din culturi tinere, apar sub forma unor filamente lungi, ramificate (ex.: genul Actinomyces) care se fragmenteaza ulterior rezultand bacili de dimensiuni variate.

In figura urmatoare sunt prezentate formele bacteriene:

Figura 3 – Forme bacteriene

3)     Prezenta capsulei bacteriene

Unele bacterii, in special tulpinile mai virulente, sunt incapsulate (ex.: pneumococii, meningococii, gonococii, unele tulpini de stafilococi sau streptococi, Klebsiella pneumoniae) iar altele nu prezinta acest caracter.

Figura 4 – Bacterii incapsulate

Capsula poate fi colorata prin metode speciale (coloratii cu tus de China sau cu rosu Congo). Microscopic, apare ca o zona refringenta, incolora in coloratiile uzuale.

4)     Prezenta sporilor bacterieni

Majoritatea bacteriilor implicate in patologia umana sunt nesporulate. Bacteriile din genurile Clostridium si Bacillus pot forma, in conditii nefavorabile de viata, spori deformanti sau nedeformanti, localizati central, subterminal sau terminal.

Datorita densitatii crescute a continutului si permeabilitatii reduse a invelisurilor, sporii bacterieni se coloreaza cu dificultate. Acestia pot fi colorati doar cu ajutorul unor coloranti puternici, concentrati si sub actiunea caldurii (ex.: verde malahit).

In coloratiile simple sau complexe, diferentiale, sporii pot fi observati, dar sunt incolori, refringenti, situati in interiorul sau la extremitatea corpului bacterian.

Figura 5 – Tipuri de spori bacterieni

5)     Modul de grupare

Bacteriile se inmultesc prin diviziune simpla, urmata de separarea celulelor fiice de celulele parentale.

Cand conditiile de mediu sunt mai putin prielnice, celulele bacteriene tinere raman atasate unele de altele realizand grupari caracteristice speciei, genului sau familiei bacteriene respective.

In functie de orientarea spatiala a planurilor succesive de diviziune, se disting urmatoarele modalitati de grupare:

daca planurile succesive de diviziune sunt paralele, se pot dispune in diplo (ex.: N. gonorrhoeae, N. meningitidis, S. pneumoniae), in lanturi (ex.: S. pyogenes, B. anthracis), in forma de L, V, N, M (ex.: M. tuberculosis), palisade sau litere chinezesti (ex.: C. diphteriae);

daca diviziunea se realizeaza dupa 2 planuri perpen-diculare succesive se obtine aranjarea in tetrade (ex.: Micrococcus tetragena);

daca diviziunea se face dupa 3 planuri perpendiculare succesive rezulta structuri cubice (ex.: Sarcina lutea);

daca diviziunea are loc dupa planuri orientate diferit, rezulta grupuri neregulate de celule (ex.: Staphylococcus aureus – in “ciorchine de strugure”).

Figura 6 ilustreaza moduri de grupare a bacteriilor:

Figura 6 – Gruparea bacteriilor

6)     Tinctorialitatea

In coloratiile simple (ex.: albastru de metilen 1 %, fuxina bazica 1 %), toate bacteriile, ca si alte elemente de pe frotiuri, iau culoarea colorantului utilizat.

In coloratiile diferentiale (ex.: coloratiile Gram sau Ziehl-Nielsen), bacteriile se coloreaza diferit, in functie de structura peretelui lor celular care determina afinitatea pentru coloranti.

7)     Localizarea

In raport cu celulele epiteliale si inflamatorii (polimorfo-nucleare neutrofile) prezente in produsele patologice din care se efectueaza frotiuri colorate, bacteriile se pot dispune extra-celular (majoritatea) sau intracelular (ex.: genul Neisseria). In cazul bacteriilor intracelulare, acest mod de dispunere poate sugera stadiul bolii (localizarea intracelulara infectii acute), genul si specia bacteriana.

Figura 7 – Bacterii intra- si extracelulare

1.2      STRUCTURA BACTERIANA

Desi au dimensiuni foarte mici, microorganismele contin elementele prezente si in celule mai complexe. Astfel, A.D.N. reprezinta materialul ereditar ca si in cazul altor fiinte vii si multe aspecte referitoare la reactiile biochimice si la crestere sunt chiar identice. Totusi, exista deosebiri semnificative care le diferentieaza de alte organisme.

Bacteriile sunt microorganisme unicelulare, haploide, cu structura de tip procariot. Particularitatile structurii intime a acestora au putut fi observate dupa introducerea microscopiei electronice.

Cunoasterea ultrastructurii bacteriilor este esentiala pentru incadrarea taxonomica corecta a acestora, pentru intelegerea comportamentului fata de factorii de mediu, a mecanismelor patogene si pentru realizarea unei antibioterapii cat mai eficiente.   

A.     Componente bacteriene obligatorii

1.     Materialul nuclear (corp nuclear sau nucleoid):

reprezinta aproximativ 10 % din volumul celulei;

este lipsit de membrana proprie;

este localizat, de obicei, central;

este ovalar dar poate lua forme diverse in diferite stadii de diviziune;

este legat de membrana citoplasmatica prin mezozomi;

este format dintr-o singura molecula de A.D.N. dublu catenar, circular care constituie un cromozom unic;

din punct de vedere al compozitiei chimice, materialul nuclear bacterian este alcatuit din 60 % A.D.N., 30 % A.R.N. si 10 % proteine;  

are afinitate pentru coloranti bazofili, dar este greu de evidentiat datorita bazofiliei intense a citoplasmei;

functiile acestuia sunt::

q      autoreplicarea semiconservativa – se realizeaza prin clivarea moleculei de A.D.N. in cele doua catene componente care servesc ca matrice pentru sinteza unora noi, urmata de reasocierea, prin complemen-taritate, a bazelor purinice si pirimidinice);

q      heteroreplicarea - se realizeaza pe baza informatiei genetice din A.D.N. nuclear care este transmisa, prin intermediul A.R.N. mesager, la ribozomii din citoplasma, unde are loc sinteza proteinelor struc-turale si functionale necesare bacteriei.

2.     Citoplasma

este situata intre materialul nuclear si fata interna a membranei citoplasmatice aderand intim de aceasta;

reprezinta un sistem coloidal (gel) care contine apa, in proportie de 80 %, in care sunt dizolvate proteine, lipide, carbohidrati cu molecula mica, acizi nucleici, ioni anorganici, etc.;

ca aspect, este intens bazofila (contine mult A.R.N.), semitransparenta, omogena la celulele tinere si cu  condensari sau vacuolizari la cele batrane;

contine materialul nuclear si alte structuri esentiale sau inconstante:

q      mezozomii – reprezinta invaginari ale membranei citoplasmatice, prezente in special la bacteriile Gram pozitive, cu dimensiuni, forme (lamelari, tubulari, veziculari), localizari (nucleari, septali, periferici) si structuri interne diferite; acestia leaga nucleoidul de membrana citoplasmatica si se pot asocia cu ribozomii; participa la sinteza de A.D.N. si de proteine;

q        ribozomii – reprezinta principalele elemente ale citoplasmei, prezente in mod constant, care ii confera aspectul granular si bazofilia; contin cate 3 molecule de A.R.N. ribozomal (65-70 %) si cate 55 de molecule proteice (30-35 %); au constanta de sedimentare la ultracentrifuga 70 S (S = unitati Svedberg); sunt formati din doua unitati, 30 S si 50 S care se unesc formand un complex stabil in prezenta ionilor de Mg⁺⁺; reprezinta sediul sintezei de proteine structurale si functionale;

q      incluziile – pot avea dimensiuni, forme si compozitie diferita (glicogen, lipide, amidon, volutina = poli-fosfati anorganici); constituie rezerve nutritive; in unele situatii, sunt markeri ai infectiei cu bacteria respectiva (ex.: corpusculii metacromatici Babes-Ernst pentru Corynebacterium diphteriae); recent, in literatura straina au fost descrisi magnetozomii, particule care contin fier, influentate de campurile electromagnetice, implicate probabil in orientarea bacteriilor in mediu in scopul ajungerii intr-un habitat favorabil;

q        elemente inconstante – sunt alveole cu lichid (reziduuri metabolice), vacuole gazoase (la bacteriile acvatice care plutesc), plasmide, etc.; plasmidele sunt mici cantitati de A.D.N. extracromozomial care contin putine gene, implicate in dobandirea rezistentei la antibiotice, nu si in cresterea bacteriana; din acest motiv sunt numite factori R (factori de rezistenta); pot fi transmise de la o bacterie la alta in procesul de recombinare genetica; prezinta un interes deosebit pentru ingineria genetica in scopul utilizarii lor in biotehnologie;

functiile citoplasmei deriva din structurile sale.

3.     Membrana citoplasmatica

margineste citoplasma la exterior separand-o de peretele celular, de care adera intim datorita presiunii endocelulare;

este o membrana biologica relativ groasa (6,5-7 mm), cu o structura “in mozaic fluid” fiind formata din 2 lanturi fosfolipidice asezate cu partile hidrofobe fata in fata si cu cele hidrofile in afara si din proteine cu extremitatile hidrofile expuse spre spatiul intracelular sau extracelular, aflate in mare dinamica; contine si cantitati reduse de glucide, legate de proteine (glico-proteine) sau de lipide (glicolipide);

Figura 8 – Structura membranei citoplasmatice

functiile membranei sunt multiple:

q      este o membrana biologica selectiva si o bariera osmotica - permite transferul pasiv al substantelor lipofile si activ al celor lipofobe regland schimburile intre celula bacteriana si mediul extern;

q      reprezinta sediul enzimelor respiratorii – realizeaza producerea de energie prin fenomenul de fosforilare oxidativa; contine dehidrogenaze, citocromi si alte proteine ale sistemului transportor de electroni;

q        este sediul unor receptori de suprafata – este implicata in fenomenul de chemotaxie;

q        intervine in procese de sinteza – contine enzime cu rol in sinteza fosfolipidelor, peretelui celular si capsulei;

q      are rol in diviziunea bacteriana – membrana cito-plasmatica intervine in replicarea A.D.N.;

q        alte functii – dupa unii autori, aceasta este implicata, alaturi de alte structuri, in sporulare, eliberarea unor enzime, toxine, produsi de catabolism.

4.     Peretele celular

inveleste la exterior membrana citoplasmatica;

este o structura rigida;

structura peretelui celular determina afinitatea fata de coloranti ceea ce a permis clasificarea bacteriilor in Gram pozitive si Gram negative, prin utilizarea coloratiei diferentiale Gram; modul in care bacteriile patogene se coloreaza Gram constituie o informatie pretioasa pentru dirijarea diagnosticului bacteriologic si pentru orientarea precoce a antibioticoterapiei;

contine un component specific, numit peptidoglican, asociat cu alte structuri, diferite la bacteriile Gram pozitive fata de cele Gram negative:

q      peptidoglicanul (mureina) – este un heteropolimer format dintr-o parte glicanica si o parte peptidica; partea glicanica este alcatuita din lanturi lineare de acid N-acetil muramic si N-acetil glucozamina care se succe alternativ; partea peptidica are in componenta unitati tetrapeptidice si pentapeptidice; intre lanturile paralele se formeaza legaturi peptidice constituindu-se astfel o structura rigida numita sac mureinic care inveleste celula;

este sensibil la actiunea unor antibiotice (ex.: peniciline);

q        peretele bacteriilor Gram pozitive – are grosime mai mare (15-30 nm) dar o structura mai simpla; este format din peptidoglican (50-90 %) dispus intr-o retea tridimensionala si un spatiu periplasmic de mici dimensiuni; de peptidoglican se leaga acizii teichoici (limba greaca: teichos = perete); acizii teichoici sunt polimeri polifosfati, legati covalent de peptido-glican; exista si acizi lipoteichoici care strabat tot peretele legandu-se covalent de membrana citoplasmatica si prin forte ionice de peptidoglican;

Figura 10 – Peretele bacteriilor Gram pozitive

q      peretele bacteriilor Gram negative – este subtire, cu o grosime de 8-12 nm, dar cu o structura complexa; este format din spatiul periplasmic si din membrana externa; spatiul periplasmic este localizat intre membrana citoplasmatica si cea externa si este ocupat de peptidoglican (dispus intr-o retea bidimensionala care reprezinta 5-20 % din grosimea peretelui) si de lipoproteine (leaga peptidoglicanul de membrana externa); membrana externa este o membrana biologica selectiva care are o structura in ”mozaic fluid”, ca si membrana citoplasmatica si este alcatuita din 2 straturi fosfolipidice si proteine, unele majore (reprezinta aproximativ 70 % din proteinele membranare si sunt porine sau nonporine) si altele minore; in stratul superficial al membranei externe, pe zone relativ intinse, fosfolipidele sunt substituite de macromolecule complexe de lipopolizaharide; in structura lor sunt incluse lipidul A (este alcatuit din unitati dizaharidice de glucozamina, legate intim de acizi grasi comuni unor grupe de bacterii), un miez polizaharidic (“core”), comun tuturor bacteriilor Gram negative care formeaza antigenul R si unitati monozaharidice, care se repeta de 10-25 ori, cu specificitate de specie sau de tip, care alcatuiesc antigenul O (endo-toxina); peretele celular al bacteriilor Gram negative este mai bogat in proteine si lipide si mai sarac in polizaharide decat cel al bateriilor Gram pozitive;

Figura 11 – Peretele bacteriilor Gram negative

q      perete celular defectiv – majoritatea speciilor, sub actiunea unor factori fizici, chimici sau biologici, genereaza forme L, cu perete defectiv, viabile, care cresc si se divid; astfel, in cazul bacteriilor Gram pozitive, peretele celular se rupe si rezulta forme sferice numite protoplasti iar la bacteriile Gram negative se formeaza sferoplasti care sunt inveliti in membrana externa; repuse in conditii de mediu favorabile, formele L pot sintetiza un perete celular normal daca mai exista resturi de peptidoglican;

functiile peretelui celular:

q        asigura forma bacteriilor – reprezinta o structura rigida ce rezista la presiunea osmotica din interiorul celulei bacteriene;

q      are rol in reglarea traficului molecular – membrana externa a bacteriilor Gram negative reprezinta o membrana biologica selectiva ce permite trecerea pasiva, prin difuziune la nivelul porilor (formati de proteinele majore numite porine) a substantelor hidrofile cu greutate moleculara mica si activa, cu ajutorul unor proteine de transport (nonporine), a complexelor care contin Fe ³, a vitaminei B12, a oligonucleotidelor si a maltozei; aceasta structura impiedica trecerea spre spatiul periplasmic a unor molecule nocive ceea ce explica rezistenta mai ridicata a acestora la antibiotice si antiseptice;

q      favorizeaza activitatea enzimatica intensa de la nivelul membranei citoplasmatice – la bacteriile Gram pozitive, acizii teichoici leaga Mg creand un microclimat favorabil; la Gram negative, in spatiul periplasmic sunt stocate enzime hidrolitice ce degradeaza nutrientii si faciliteaza transportul prin membrana citoplas-matica a produsilor simpli rezultati;

q      este sediul unor receptori pentru bacteriofagi – aceste structuri sunt acizii teichoici la bacteriile Gram pozitive si porinele din membrana externa la cele Gram negative;

q      este sediul unor antigene de suprafata – acestea sunt responsabile de inducerea raspunsului imun, de reactii de hipersensibilizare si sunt importante pentru identificarea antigenica;

q        are rol in diviziunea bacteriilor – consta in formarea septului de diviziune la bacteriile Gram pozitive si prin invaginarea peretelui la cele Gram negative;

q      are functie antifagocitara – in principal acizii teichoici din structura bacteriilor Gram pozitive care inhiba fagocitoza;

q        participa la initierea si reglarea sintezei componentelor bacteriene – acizii teichoici sunt implicati in cresterea peretelui celular; unii autori descriu existenta, in spatiul periplasmic al bacteriilor Gram pozitive, a interstra-tului MW, o zona cu un grad ridicat de organizare, implicata in polimerizarea componentelor peretelui celular; proteinele minore de la nivelul membranei externe a bacteriilor Gram negative regleaza sinteza componentelor capsulei.

B.     Structuri facultative

1.     Glicocalixul si capsula

sunt structuri situate la exteriorul peretelui celular;

sunt prezente numai la unele bacterii;

de obicei sunt de natura polizaharidica, mai rar poli-peptidica sau din acid hialuronic;

unele specii bacteriene prezinta pe suprafata, in mediul lor natural de viata, o retea de fibre polizaharidice care formeaza glicocalixul vizibil prin microscopie electronica; altele formeaza o microcapsula sau capsula  propriu-zisa structuri mai dense, vizibile prin microscopie optica;

in functie de consistenta sa, capsula poate fi flexibila sau rigida;

capsula poate fi integrata sau periferica;

este un caracter de virulenta deoarece impiedica procesul de fagocitoza;

prezenta acestui caracter are importanta practica la unele bacterii pentru identificarea speciei sau pentru caracterizarea antigenica;

in coloratiile uzuale, capsula apare ca o zona refringenta in jurul corpului bacterian, putandu-se insa colora prin metode speciale (tus de China, rosu Congo);

functiile capsulei:

q      realizeaza protectie fata de factorii apararii antii-nfectioase a organismului (anticorpi, complement, fagocite);

q     reprezinta un factor de aderenta si colonizare la alte celule sau la suprafete inerte

q        determina rezistenta fata de agentii nocivi din mediu (variatii de pH, desicare, agenti tensioactivi, antibiotice, bacteriocine, bacteriofagi protozoare).

2.     Cilii (flagelii)

structura cililor este complexa, cuprinzand:

q      corpusculul bazal – la bacteriile Gram pozitive, este alcatuit dintr-o pereche de inele cu care se realizeaza atasarea la membrana citoplasmatica; la bacteriile Gram negative, din alcatuirea sa fac parte 2 perechi de inele, unite printr-o structura cilindrica rigida, una servind la fixarea cilului in membrana citoplasmatica (inelele S si M) iar cealalta in membrana externa (inelele P si L);

q      carligul – reprezinta o articulatie flexibila, situata in exteriorul corpului bacterian;

q      filamentul cilial (flagelar) – este un filament flexibil, spiralat, cu dimensiuni de 3-12 mm 12-30 nm;

Figura 12 – Structura cilului la bacterii Gram negative

din punct de vedere biochimic, flagelii sunt de natura proteica fiind alcatuiti din flagelina, o proteina fibrilara asemanatoare miozinei;

pot fi observati la microscopul optic, pe preparate colorate prin impregnare argentica;

prezenta sau absenta, numarul si distributia cililor sunt caractere taxonomice;

in functie de aceste criterii, bacteriile pot fi:

q      atriche = fara cili (ex.: Klebsiella pneumoniae);

q      monotriche = cu un cil polar (ex.: Vibrio cholerae);

q        amphitriche = cu cate un cil la fiecare din poli (ex.: Spirillum sp.);

q      lophotriche = manunchiuri de cili dispuse la unul sau ambii poli (ex.: Pseudomonas aeruginosa);

q      peritriche = cilii sunt distribuiti pe toata suprafata corpului (ex: Escherichia coli);   

Figura 13 – Distributia cililor bacterieni

sunt prezenti pe suprafata unor specii bacteriene, mai frecvent la bacili, vibrioni, spirili si extrem de rar la coci;

functiile cililor constau in:

q      asigurarea locomotiei – cilii sunt responsabili de mobilitatea bacteriilor;

q        au rol in chemotaxie – aceasta actiune se datoreaza receptorilor specifici existenti la nivelul membranei citoplasmatice;

q      sunt antigene specifice – formeaza antigenul H si sunt imunogene (induc raspunsul imun constand, mai ales, in formarea unor anticorpi specifici).

3.     Pilii

sunt apendici filamentosi prezenti la multe specii de bacterii Gram negative;

sunt de doua tipuri:

q      Pilii comuni (fimbriile) – sunt structuri filamentoase neflexibile, subtiri (7-10 nm) si scurte (0,5-2 mm); contin o proteina numita pileina sau fimbrilina; de obicei, sunt numerosi pe suprafata unei celule bacteriene (peste 100), fiind dispusi peritriche; pot fi observati numai prin microscopie electronica; sunt factori de aderenta la celulele gazdei (celule epiteliale, hematii) sau la lichide statice (bacteriile pot forma pelicule la suprafata apelor statatoare pentru a fi in contact cu O2

q      Pilii sexuali – sunt organite filamentoase rigide, cu dimensiuni de 20 mm/8,5 nm si cu extremitatea libera cu aspect de buton; au putut fi evidentiati la unele tulpini de bacili Gram negativi (ex.: E.coli) care contin plasmide conjugative care ii determina genetic; sunt implicati in procesul de conjugare bacteriana, fixand bacteria donatoare pe receptori de pe membrana externa a celei receptoare in vederea unui transfer de material genetic intre cele doua celule bacteriene; au receptori specifici pentru bacteriofagi.

4.     Sporii

reprezinta formatiuni care se dezvolta in interiorul sau la extremitatea corpului unor specii bacteriene (ex.: Bacillus sp., Clostridium sp.), in conditii nefavorabile de mediu, in scopul conservarii fondului genetic si supravietuirii speciei;

au forma sferica sau ovala;

sporul conserva partial componentele celulei vegetative;

din interior spre exterior, structura sporului cuprinde

q        protoplastul sporal – este format din A.D.N., cantitati reduse de constituienti citoplasmatici, 40–50 % apa, dipicolinat de calciu (5-15% din greutatea uscata) si membrana citoplasmatica;

q      peretele celular primordial si cortexul – sunt 2 structuri distincte, formate din peptidoglican;

q      invelisurile sporale – sunt constituite din mai multe straturi concentrice iar din compozitia lor fac parte proteine bogate in cisteina;

q        exosporiul – invelis lipoproteic, prezent la unele specii;

Figura 14 – Structura sporului

existenta sau absenta, dimensiunile, localizarea si forma sporilor reprezinta caractere taxonomice;

in functie de marimea sa, sporul poate fi deformant (cu diametrul mai mare decat cel al celulei bacteriene) sau nedeformant (cu diametrul mai mic decat al bacteriei);

sporii pot fi localizati central, subterminal  sau terminal;

in conditii nefavorabile, unele specii bacteriene produc spori, proces numit sporulare; etapele acestui proces au putut fi studiate pe culturi bacteriene; astfel s-a putut constata ca, la sfarsitul fazei de crestere exponentiala, dupa epuizarea unui nutrient din mediu de cultura, s-a produs replicarea cromozomului, urmata de dispunerea cromatinei sub forma unui filament longitudinal; o parte din acesta ajunge la una dintre extremitatile celulei bacteriene prin retractia unui mezozom, se inconjoara cu o mica cantitate de citoplasma si cu o membrana dubla, constituita prin invaginarea celei citoplasmatice; intre cele doua foite membranare se formeaza peretele celular primordial, cortexul, invelisurile sporale si eventual, structurile neobligatorii; in final, sporul matur este eliberat prin autoliza celulei de origine; acesta poate ramane in stare dormanta zeci sau chiar sute de ani;

repus intr-un mediu de viata favorabil, sporul va da nastere formei vegetative a bacteriei, proces numit germinare; aceasta este initiata ca urmare a existentei anumitor conditii de mediu (temperatura, umiditate, pH, etc.) si factorilor nutritivi (aminoacizi, glucoza, etc.) care determina iesirea sporului din starea dormanta si declansarea unui lant de reactii biochimice; cortexul si invelisurile sporale sunt apoi lizate enzimatic iar peretele sporal este permeabilizat ceea ce determina pierderea dipicolinatului de Ca in mediu si patrunderea apei si a substantelor nutritive in protoplast; din acest moment se declanseaza intense procese de sinteza care conduc la cresterea in dimensiuni si la transformarea sporului in celula vegetativa;

sporularea nu reprezinta o metoda de inmultire deoarece dintr-o celula vegetativa rezulta un singur spor; in acelasi mod, dar in sens invers, se realizeaza si procesul de germinare;  

din cauza continutului dens (datorat cantitatii reduse de apa, faptului ca aceasta este, in mare parte, legata in compusi chimici si bogatiei in dipicolinat de Ca) si permeabilitatii scazute a invelisurilor sporale, sporii bacterieni reprezinta cele mai rezistente forme de viata cunoscute;

sunt rezistenti la actiunea agentilor fizici si chimici; astfel, in prezenta caldurii umede, rezista mai multe minute la 120 C, mai mult decat celulele vegetative, fapt important pentru corectitudinea sterilizarii; in apa care fierbe rezista peste 2 ore; in alcoolul etilic de 70 pot rezista ani de zile; rezista la iradiere pana la apro-ximativ 1.000.000 remi, in timp ce omul doar pana la 500 remi;

rezistenta la uscaciune este impresionanta (au fost gasiti spori viabili in intestinul mumiilor egiptene);

din aceleasi motive, sporii bacterieni sunt greu colorabili fiind necesara folosirea unor coloranti concentrati (verde malahit 5 %) a caror patrundere in perete este facilitata prin actiunea caldurii.

1.3      COMPOZITIA CHIMICA A BACTERIILOR

Celulele bacteriene au o compozitie chimica complexa:

Apa

se gaseste in cantitati mari in formele vegetative (pana la 80 % din greutate) si este redusa cantitativ in spori (40-50 %);

se gaseste in stare libera (preponderenta in celulele vegetative) sau legata in compusi chimici (mare parte din apa continuta in spori);

constituie mediul in care sunt dispersate sau dizolvate substante necesare proceselor vitale bacteriene (saruri minerale, aminoacizi, zaharuri simple, vitamine, etc.);

participa la reactii de oxido-reducere (se poate disocia in ioni OH si H ) si intra in combinatii chimice in cadrul proceselor anabolice si catabolice celulare.

Proteine

sunt principalele componente ale bacteriilor (40-80 % din greutatea uscata a celulei);

bacteriile au echipament enzimatic bogat; enzimele pot fi clasificate in functie de mai multe criterii; in functie de localizare, pot fi intracelulare (intervin in procesele de sinteza), extracelulare (sunt factori de patogenitate, antigenice si au rol in nutritie) si ectocelulare (regleaza schimburile membranare); din punct de vedere al compozitiei chimice, enzimele pot fi proteine pure = haloproteine (ex.: pepsina, tripsina), cuplate cu metale = metaloproteine (ex.: anhidraza, enolaza), cu substante nonmetalice (coenzime) sau cu derivati ai hemului = heteroproteine (ex.: peroxidaza, catalaza); dupa procesul chimic in care sunt implicate, enzimele pot fi hidrolaze care participa la procese de sinteza sau degradare prin incorporare sau eliberare de apa (ex.: proteaze, carbohidraze) si desmolaze ce desfac legaturi intre lanturi de atomi de carbon (ex.: oxidaze, catalaze); dupa modul de aparitie in celula bacteriana, enzimele pot fi constitutive facand parte dintre constituientii celulei (ex.: lipaze, carbohidraze, proteaze) sau adaptative care se sintetizeaza cand in mediul de cultura exista substratul lor.

au rol structural, functional (enzimele care intervin in nutritie, respiratie si multiplicare), imunogen (sunt antigene), energetic (minor) si patogenic (prin toxine);

Glucide

reprezinta 12-28 % din greutatea uscata a celulei bacteriene, ponderea acestora variind in functie de specie, mediul de cultura sau varsta acesteia;

sunt monozaharide, polizaharide sau combinatii cu alte substante (glicoproteine, glicolipoproteine);

au rol plastic, energetic, de patogenitate si sunt slab imunogene.

Lipide

la majoritatea bacteriilor reprezinta 3-10 % din greutatea uscata a celulei; sunt in cantitate mai mare (30-40 %) in cazul bacteriilor acido-alcoolo-rezistente (genurile Mycobacterium, Actinomyces  si Nocardia); concentratia acestora poate fi mai mare in culturi vechi sau de pe mediile bogate in zaharuri;

pot fi simple sau complexe (glicolipoproteine, fosfo-lipide, glicolipide);

au un rol plastic, energetic, patogenic si sunt slab imunogene.

Substante minerale

reprezinta 2-30 % din greutatea uscata a celulei; sunt mai bogate in substante minerale culturile tinere si cele obtinute pe medii foarte nutritive;

celula bacteriana contine oligoelemente (magneziu, fosfor, potasiu, natriu, calciu, sulf, clor, fier, zinc, cupru, plumb, etc.);

unele intra in compozitia bacteriei (ex.: fosforul este constituient al nucleoproteinelor, al unor lipide si zaharuri, sulful intra in structura unor aminoacizi si a unor vitamine) iar altele intervin in procese fizio-logice (ex.: fierul are rol in fenomenele de oxidare si respiratie, stimuleaza toxigeneza si pigmentogene-za) sau sunt activatori ai unor enzime (ex.: magneziul, cuprul, zincul).

Nucleoproteine

reprezinta 5-25 % din greutatea uscata a celulei bacteriene;

sunt de doua tipuri, ribonucleoproteine si dezoxi-ribonucleoproteine;

sunt depozitare ale informatiei genetice bacteriene.