Curs Microbiologie Anul II Agric. Mont. Biol. Vidican Roxana

INTRODUCERE ÎN STUDIUL MICROBIOLOGIEI 1.1.Definiţia şi obiectul de studiu al microbiologiei Microbiologia este astăzi o ştiinţă de mare interes, deşi a avut un debut destul de târziu, fiind abia cu câteva decenii mai mult decât centenară. Această ştiinţă este una dintre cele mai dinamice dintre ştiinţele biologice, cunoscând o dezvoltare extrem de rapidă şi situându-se astăzi printre ştiinţele primordiale în evoluţia omenirii. Obiectul de studiu al microbiologiei îl constituie microorganismele, adică organismele cu dimensiuni mici – sub 1 mm diametru – care nu pot fi văzute cu ochiul liber. Microorganismele alcătuiesc un grup vast şi heterogen ca morfologie, activitate biologică,

poziţie

sistematică,

dar

au

drept

caractere

comune:

dimensiunile

microscopice, organizarea, în general, unicelulara şi structura internă relativ simplă. În acest grup sunt incluse: bacteriile, algele, ciupercile microscopice (drojdii şi mucegaiuri), protozoarele şi virusurile. Acestea din urmă sunt definite ca entităţi corpusculare de dimensiuni infime, alcătuite din proteine şi acizi nucleici, dar sunt lipsite de atributele structurale şi funcţionale ale organizării celulare. Etimologia microbiologiei provine din limba greacă, şi anume: mikros = mic, bios = viaţă, logos = ştiinţă, discurs, de altfel, microorganismele mai sunt denumite „microbi”, iar un alt termen utilizat este cel de „germen” care defineşte microorganismele capabile de multiplicare. Cunoaşterea şi exploatarea microorganismelor a adus numeroase avantaje omenirii: producerea pâinii, a berii, antibioticelor, vaccinurilor, vitaminelor, enzimelor şi a altor produse foarte importante. Ele stau la baza atât a biotehnologiilor tradiţionale, cât şi a celor moderne, de ultimă oră. Microorganismele

sunt

indispensabile

mediului

înconjurător

şi

permit

funcţionarea în mediul terestru şi acvatic a ciclurilor: carbonului, oxigenului, azotului şi sulfului. Dar, microorganismele reprezintă şi cauza a numeroase maladii umane; maladiile microbiene au jucat un rol major în evenimente istorice, cum ar fi: căderea Imperiului roman, mărirea Lumii noi; în 1347 pesta a lovit Europa, ucigând peste 25 milioane de persoane, iar 80 de ani mai târziu aceeaşi maladie a decimat 75% din

3

populaţia Europei, determinând (după unii istorici) schimbarea culturii europene şi pregătind calea Renaşterii (Prescott, Harley, Klein, 1995). Astăzi, întreaga lume medicală, la care se adaugă şi cercetătorii din domeniul microbiologiei, luptă în continuare împotriva altor flagele, cel mai important fiind SIDA.

1.2.Istoricul dezvoltării microbiologiei ca ştiinţă Începuturile microbiologiei se pot găsi încă din antichitate când Thucidides susţine că bolile sunt provocate de nişte particule vii – contagium animatum – observând chiar fenomenul de imunitate la bolnavii care au supravieţuit ciumei şi care nu mai fac boala. Câteva evenimente importante au marcat descoperirea lumii microorganismelor şi, implicit, dezvoltarea microbiologiei ca ştiinţă. Aceste evenimente au fost grupate în: perioada morfologică, perioada fiziologică şi perioada biologiei moleculare. a. Perioada morfologică a microbiologiei Ideea curentă la începuturile omenirii, conform căreia bolile sunt manifestări ale mâniei divine şi, ca atare, se pot vindeca numai prin jertfe sau rugăciuni, a fost treptat abandonată şi s-a trecut la încercări de explicare ştiinţifică, bazate pe observaţii, desigur în limitele cunoştinţelor existente la acea vreme. Anastagoras a susţinut că viaţa poate exista şi dincolo de „privirile omeneşti” – fapt ce a fost demonstrat ulterior. Lucretius – sugerează că forme de existenţă invizibile pot provoca maladii. Hypocrat ia în considerare, în explicarea unor maladii, alterarea aerului şi exprimă o primă ipoteză asupra etiologiei bolilor infecţioase sub forma „teoriei miasmelor” („miasma”: lb.greacă= murdărie, emanaţie putridă). Girolamo Fracastor (1488-1553) a încercat înlăturarea acestei teorii, intuind foarte corect contagiozitatea bolilor provocate de către microorganisme, infecţia fiind produsă de către „seminaria morbi” care trec de la un organism bolnav la unul sănătos. Anthony van Leenwenhoek (1632-1723) a avut cea mai însemnată contribuţie la descoperirea microorganismelor, examinând la un microscop construit de el infuzii vegetale, salivă, apă de ploaie, ochi de insecte, ş.a., descrie „animalculele” şi trimite observaţiile sale la Royal Society of London. Astfel, în lucrarea sa intitulată „Arcana naturae ape microscopiorum detacto” (Tainele naturii descoperite cu ajutorul

4

microscoapelor) şi apărută în 1675, el publică primele desene, identificate ulterior ca bacterii. Descoperirea microorganismelor de către Leeuwenhoek a dus la o nouă concepţie după care bolile epidemice erau produse de către agenţi patogeni. Descoperirile lui Leeuwenhoek au iniţiat perioada morfologică în studiul microorganismelor şi au dat o ripostă puternică teoriei „generaţiei spontane” (conform acesteia organismele actuale pot lua naştere din materia lipsită de viaţă), crescând, în acelaşi timp, interesul pentru studiul microorganismelor. b. Perioada fiziologică a microbiologiei Agostino Bassi (1773-1856) a confirmat experimental, pentru prima dată, că bolile epidemice sunt produse de paraziţi; el a demonstrat că muscardina – boală epidemică a viermelui de mătase, este produsă de ciuperca Botrytis bassiana. Louis Pasteur (1822-1895) – considerat fondatorul microbiologiei moderne, este cel cu care începe perioada fiziologică a studiului microorganismelor. Studiind bolile vinului a ajuns la concluzia că acestea se datorează unor fermentaţii anaerobe, produse de alte microorganisme decât drojdiile ce provoacă fermentaţia alcoolică specifică vinului. Pentru combaterea acestor fenomene, Pasteur propune distrugerea microbiolor dăunători prin încălzire, proces ce se numeşte „pasteurizare”. După descoperirea fenomenului biologic al anaerobiozei, procesele fermentative au început să fie utilizate în industria vinului, a berii, a panificaţiei, în obţinerea produselor lactate, topitul industrial al plantelor textile, în conservarea furajelor prin însilozare. Pasteur extinde noţiunea de „specificitate” din domeniul fermentaţiilor în acela al patologiei omului şi animalelor –orice boală infecţioasă este rezultatul activităţii vitale a unui anumit microorganism specific, care se dezvoltă ca parazit în organismul animal respectiv. Cercetările lui Pasteur în domeniul viermilor de mătase au condus la descoperirea a două boli contagioase: pelarina şi flageria, a modului lor de transmitere şi a mijloacelor eficace de prevenire. Pasteur a mai studiat cauzele unor infecţii produse de bacterii cum sunt: dalacul (antraxul), holera aviară, turbarea. El a obţinut vaccinul anticărbunos, respectiv antirabic – punând astfel bazele ştiinţifice ale vaccinării. Pasteur şi colaboratorii săi au descoperit o nouă proprietate a microbilor, respectiv a bacteriilor, anume aceea că sunt reţinuţi pe medii poroase fine (plăci de

5

azbest) din care se confecţionează fibrele bacteriologice, permiţând astfel izolarea unor agenţi patogeni din lichidul în care au crescut, pentru a putea fi văzuţi şi studiaţi. Atras tot mai mult de bolile omului, Pasteur demonstrează rolul bacililor anaerobi în gangrena gazoasă, al cocilor în furunculi, abcese, osteomielită şi în febra puerperală, aducând probe pentru „teoria germenilor” în apariţia bolilor infecţioase. Pentru denumirea organismelor microscopice, Pasteur a adoptat termenul de „microb”, creat cu asentimentul lui Littré de către medicul francez Sédillot, termen incorect deoarece semnifică „viaţă scurtă”, iar nu „dimensiuni mici”, denumirea, deşi nefolosită în prezent în limbajul ştiinţific, a determinat numirea ştiinţei care se ocupă cu studiul celor mai mici forme de viaţă: microbiologie. Şcoala de bacteriologie franceză condusă de Pasteur a creat cea mai mare revoluţie medicală din istoria umană; timp de 25 ani au fost identificaţi şi descrişi majoritatea agenţilor patogeni şi au fost abordate metode de prevenire a numeroase boli. Robert Koch (1843-1910) – este considerat fondatorul microbiologiei moderne; cercetările sale au condus la identificarea bacilului tuberculozei – bacilul lui Koch (Mycrobacterium tubercolosis), al holerei asiatice (Vibrio conma), la demonstrarea etiologiei antraxului (Bacillus anthracis), demonstrând fără echivoc că bacteria carbonoasă este agentul patogen ce cultivă „in vitro” în ser sanguin şi că infecţia naturală a animalelor provine din sol prin iarba contaminată. Pe baza acestor cercetări Koch stabileşte criteriile indispensabile privind specificitatea unui agent patogen, aşa-numitele „postulate ale lui Koch”. 1.

microorganismul incriminat să poată fi pus întotdeauna în evidenţă, iar distribuţia lui să corespundă leziunilor caracteristice bolii;

2.

să poată fi izolat în cultură pură pe medii artificiale;

3.

să reproducă boala şi leziunile specifice şi după ce este cultivat „in vitro” mai multe generaţii. Koch a adus contribuţii de ordin teoretic şi tehnic foarte valoroase în dezvoltarea microbiologiei ca ştiinţă, între care conceptul de „cultură pură” – organism cultivat într-un mediu lipsit de alte organisme; descoperirea acestei posibilităţi constituie un progres care stă la baza microbiologiei moderne, deoarece oferă un mijloc simplu şi sigur de izolare a bacteriilor în vederea studierii particularităţilor lor de specie, a biologiei şi încadrării lor sistematice.

6

Mecinikov (1845-1916) – descoperă anumite celule care înglobează şi digeră intracelular particule de hrană la echinoderme şi emite ipoteza că, împotriva microorganismelor pătrunse în organismul animal intervin celule denumite „fagocite” care, prin înglobare şi digestie intracelulară distrug microorganismele, determinând starea de imunitate a organismului. Prin descoperirea fenomenului de fagocitoză, Mecinikov fundamentează teoria celulară a imunităţii, fiind întemeietorul imunologiei – ştiinţa care se ocupă cu studiul reacţiilor de apărare ale organismului faţă de infecţii. D.I.Ivanovski (1864-1920) demonstrează că mozaicul tutunului este produs de un agent patogen invizibil la microscop, care traversează filtrele bacteriologice, lansând astfel ideea originii virale a VMT. M.W.Beijerinck

(1851-1931)

confirmă

filtrabilitatea

agentului

patogen,

descoperind că acesta poate fi precipitat cu etanol fră a-şi pierde puterea infecţioasă. A intuit diferenţele dintre natura virusurilor şi a celorlalte microorganisme, fiind adevăratul întemeietor al virologiei ca ştiinţă. S.N.Vinogradski (1856-1953) – a stabilit corelaţia dintre fertilitatea solurilor şi activitatea microorganismelor fiind întemeietorul microbiologiei solului. A descris pentru prima oară procesul de asimilare la organismele chimiosintetizate şi fenomenul de fixare a azotului atmosferic de către microorganisme. În acelaşi timp, a elaborat metodele speciale pentru cercetarea activităţii microorganismelor din sol. Un rol important în dezvoltarea microbiologiei ca ştiinţă de sine stătătoare l-au avut o serie de cercetători care au condus la dezvoltarea unor domenii noi de studiu; enzimologia microbiană şi genetica microorganismelor. I.Büchner (1897) completează cercetările lui Pasteur asupra fermentaţiilor, dovedind rolul enzimelor provenind din extractele levuriene în realizarea fermentaţiei. Hansen (1842-1909) deschide calea microbiologiei industriale moderne, prin utilizarea culturilor pure ca starteri de fermentaţie. Ehrlich (1854-1915) – este creatorul teoriei moderne a dezinfecţiei şi chimioterapiei selective, sintetizând primele substanţe chimice active în terapia bolilor produse de spirochete şi protozoare. A.Fleming (1881-1955) – deschide era antibioticelor, descoperind primul antibiotic produs de unele culturi ale mucegaiului Penicillium, cu proprietăţi antimicrobiene specifice şi denumit penicilina.

7

Acest prim antibiotic a fost purificat de Florey şi Chain (1940), care au oferit un produs atoxic pentru om şi animal, activ şi „in vivo” asupra unor anumite specii de microorganisme. În 1944, Waksmann descoperă streptomicina, antibiotic elaborat de unele specii de actinomicete, deschizând calea pentru obţinerea din natură a numeroase antibiotice noi. M.V.Beijerinck – a efectuat primele observaţii privind variabilitatea la microorganisme, arătând că la B.prodigiosus coloniile colorate în roşu viu îşi pot pierde culoarea în cursul trecerilor succesive pe medii de cultură, sau că E.coli îşi poate pierde în acelaşi fel capacitatea de a fermenta lactoza. Dodell (1912) – demonstrează natura ereditară a unor „modificări permanente, care se produc la un microorganism şi care apoi se transmit la generaţiile următoare”. Beadle şi Tatum (1941) – continuă studiile de genetică a microorganismelor începute cu analiza recombinării sexuate la Neurospera şi la levuri de către Dodge (1935) şi Winge (1935); au studiat mutantele „biochimice” la Neurospora crassa demonstrând că incapacitatea de a sintetiza anumiţi metaboliţi esenţiali este controlată de un determinant genetic distinct şi au formulat astfel conceptul: o genă – o enzimă. 

în anul 1923 apare prima ediţie a determinatorului de bacterii Bergey.



1937 – Chatton împarte microorganismele în eucariote şi procariote.

c) Perioada biologiei moleculare Debutul biologiei moleculare este anul 1944 când Avery demonstrează că ADNul este purtătorul informaţiei genetice în celulă şi responsabil de transformarea genetică a bacteriilor – evidenţiat anterior de Griffith (1928). Apariţia biologiei moleculatre a adus transformări profunde în influenţa microbiologiei asupra ştiinţelor biologice; microbiologia are un rol esenţial prin furnizarea modelului experimental unic reprezentat de bacteria E.coli, ca prototip al organizării structurale şi funcţionale cele mai simple a sistemelor biologice. Descoperirea plasmidelor şi a enzimelor de restricţie a permis punerea la punct a tehnicilor de inginerie genetică, cu aplicaţii practice, care anunţă o nouă revoluţie în biologie – revoluţia biotehnologică sau bioindustrială. În această perioadă a biologiei moleculare, pot fi menţionate următoarele realizări: •

1946 – Lederberg şi Tatum descriu conjugarea bacteriană;

8

•

1952 – Hershey şi Chase demonstrează că bacteriofagii injectează ADN-ul lor în celula-gazdă pe care o parazitează;

•

1955 – Jacob şi Wollman descoperă factorul F – o plasmidă;

•

1970 – Arser şi Smith descoperă endonucleazele de restricţie; -

•

Temin şi Baltimore descoperă transcriptaze la retrovirusuri;

1973 – Ames dezvoltă un test bacterian de detecţie a agenţilor mutageni şi carcinogeni;

•

1977 – recunoaşterea arhibacteriilor ca grup distinct de bacterii;

•

1979 – realizarea sintezei insulinei prin tehnica ADN recombinant

•

1982 – obţinerea vaccinului contra hepatitei B prin tehnici de inginerie genetică

•

1983-1984 – descoperirea virusului uman al imunodeficienţei (HIV) de către Montagnier şi Gallo;

• 1.3.

1990 – primul test de terapie genetică umană.

Contribuţia cercetătorilor români la dezvoltarea microbiologiei În dezvoltarea microbiologiei, savanţi români de prestigiu şi-au adus o însemnată

contribuţie. Remarcabili sunt:

•

Victor Babeş (1854-1926) – este fondatorul microbiologiei în România şi

autorul primului tratat de microbiologie din lume (în colaborare cu Corneil, Paris, 1885), a efectuat numeroase cercetări în domeniu studiind lepra, tuberculoza, holera, febra tifoidă şi, mai ales, turbarea. În sistemul nervos al animalelor moarte a descoperit „corpusculii Babeş-Negri” cu ajutorul cărora se poate stabili retrospectiv diagnosticul acestei infecţii. Cercetările sale s-au soldat cu descoperirea a peste 50 germeni patogeni noi, a unor procedee de colectare a bacteriilor şi ciupercilor, precum şi a importanţei pentru terapeutică a antagonismului microbian şi a substanţelor antibiotice. A introdus vaccinarea antirabică propusă de Pasteur în România, fiind cel care a pus bazele seroterapiei la noi.

•

Ioan Cantacuzino (1863-1934) – fondatorul Institutului de microbiologie din

Bucureşti, Cantacuzino şi-a adus contribuţii însemnate la studiul tifosului exantematic, al tuberculozei, holerei, scarlatinei – este cunoscut ca unul dintre organizatorii luptei

9

împotriva tuberculozei în România. A creat, de asemenea, noţiunea de „imunitate prin contact”, iar în război a condus compania de combaterea tifosului exantematic (1913).

•

Constantin Levaditi (1874-1953) – microbiolog, virusolog şi imunolog,

profesor universitar la Cluj, a fost fondatorul şcolii franceze de inframicrobiologie. A introdus tratamentul cu bismut în tratarea sifilisului, colaborând cu elaborarea unor studii vizând epidemiologia poliomielitei, cultivarea virusului poliomielitei pe alte celule decât cele nervoase, creind premisele preparării vaccinului antipoliomielitic; a studiat, de asemenea, patologia herpesului, a encefalitei letargice, zonei-zoster; aducând contribuţii deosebite la perfecţionarea tehnicilor de studiere microscopică a virusurilor.

•

Dumitru Combiescu (1887-1961) – a desfăşurat ample cercetări în domeniul

microbiologiei vizând variabilitatea microorganismelor sub influenţa mediului de cultură, studiul rickettiozelor şi zoonozelor (febra Q, leptospiroza), imunitatea şi infecţia în antrax etc.

•

Mihai Ciucă (1897-1967) – microbiolog, parazitolog şi igienist, autor al unor

lucrări însemnate referitoare la paludism, salmoneloze, difteriei şi bacteriofagiei, patogenia şi epidemiologia malariei. Este cel care, împreună cu J.B.V.Bordet (1921) a pus în evidenţă lizogenia.

•

Ştefan Nicolau (1897-1967) – este fondatorul şcolii româneşti de virologie şi

a institutului care îi poartă numele, a adus contribuţii fundamentale în domeniul febrei aftoase şi galbene, herpesului, turbării, hepatitelor virotice şi în oncogeneza virală. A introdus noţiuni, cum ar fi: paraimunitatea, septinevrita, iar cercetările sale referitoare la hepatita epidermică au dus la izolarea virusului hepatitei epidemice sclerogene. 1.4. Relaţiile microbiologiei cu alte ştiinţe Microbiologia este, în egală măsură, o ştiinţă fundamentală dar şi aplicativă. Ea are un puternic impact asupra medicinei, agriculturii, industriei alimentare, ecologiei, geneticii, biochimiei. La rândul ei, dezvoltarea microbiologiei a fost şi este condiţionată de descoperirile din celelalte domenii ale ştiinţei, însăşi începuturile sale sunt legate de construirea primului microscop cu lentilă biconvexă, capabil să mărească de 50-300 ori şi să se pună în acest fel în evidenţă lumea microorganismelor.

10

În afară de fizică, progresul acestei ştiinţe este legat indisolubil de progresele din domeniul chimiei, a metodelor moderne de cercetare spectofotometrici, electroforeza, izotopii radioactivi etc. Pe măsură ce cunoştinţele din domeniul microbiologiei se conturează, microbiologia contribuie la dezvoltarea altor ştiinţe biologice cum sunt: •

Biologia generală – datele furnizate de către microbiologie au permis combaterea teoriei „generaţiei spontane”, au adus clarificări privind natura proceselor de fermentaţie şi putrefacţie, precum şi clarificarea unor probleme privind originea, natura şi dezvoltarea evolutivă a protoplasmei;

•

Chimia, în special biochimia – prin utilizarea bacteriilor şi drojdiilor – au fost elucidate o serie de aspecte ale metabolismului intermediar;

•

Fiziologia – utilizează microorganismele în studiile de respiraţie, nutriţie celulară, în stadiul fotosintezei;

•

Genetica – utilizează microorganismele ca test biologic, datorită faptului că acestea au o organizare simplă, se reproduc rar sexuat, dar în timp foarte scurt şi sunt susceptibile la agenţii mutageni;

•

Ştiinţele medicale – prin identificarea agenţilor patogeni responsabili de apariţia unor boli la om şi animale a fost posibilă stabilirea mijloacelor eficiente de profilaxie şi tratament;

•

Ştiinţele agricole – sunt legate de dezvoltarea microbiologiei, cu deosebire în ceea ce priveşte fertilitatea solului, a circuitului elementelor în natură, dar şi în ceea ce priveşte profilaxia şi combaterea bolilor şi dăunătorilor la plante;

•

Ştiinţele mediului – cunoaşterea grupelor de microorganisme a permis studierea relaţiilor dintre acestea şi habitatul lor; de asemenea, cele mai recente studii vizează efectele poluării asupra microorganismelor, dar şi modul în care acestea pot influenţa această poluare, diminuându-i efectele.

1.5. Domeniile microbiologiei Microbiologia studiază particularităţile morfologice, fiziologice, biologia şi sistematica microorganismelor, dar şi ereditatea şi variabilitatea lor, originea, evoluţia şi răspândirea lor în natură, precum şi relaţiile ecologice ce se stabilesc între ele. Datorită multiplelor aspecte pe care le abordează, microbiologia poate fi împărţită în două mari ramuri: 11

A.

Microbiologia

generală

–

care

se

ocupă

cu

morfologia

şi

fiziologia

microorganismelor pe categorii bine definite. B.

Microbiologia specială – abordează fiecare grup taxonomic în parte (familii, genuri, specii de microorganisme). Fiecare dintre ştiinţele microbiologice în care s-a diversificat microbiologia are un

domeniu propriu de cercetare, în funcţie de natura microorganismelor studiate, având un caracter aplicativ strict delimitat: -microbiologia medicală şi imunologia – microorganisme patogene la om şi animale; -microbiologia industrială – utilizarea microorganismelor în industria alimentară, topitul biologic al plantelor textile, conservarea furajelor prin însilozare, tăbăcirea pieilor, coagularea latexului; -geomicrobiologia – rolul microorganismelor în formarea unor zăcăminte geologice de petrol, fier, mangan, sulf, cărbuni şi gaze; -microbiologia marină – rolul microorganismelor în transformarea substanţelor organice şi anorganice din mări şi oceane; -microbiologia cosmică – viabilitatea şi variabilitatea microorganismelor în condiţii extraterestre; -microbiologia insectelor – mecanismele de transmitere a agenţilor patogeni de către insecte şi microorganismele patogene pentru insectele dăunătoare; -microbiologia solului – activitatea microflorei din sol şi rolul ei în circuitul elementelor în natură, fertilitatea solului şi nutriţia minerală a plantelor.

12

CAPITOLUL II ÎNCADRAREA MICROORGANISMELOR ÎN REGNURI 2.1. Încadrarea în regnuri a microorganismelor Înainte de descoperirea microorganismelor, lumea vie a fost clasificată în două mari regnuri: regnul vegetal şi regnul animal; clasificare făcută de către Linné şi recunoscută de către primii naturalişti. Această clasificare a fost rapid confirmată prin argumente ştiinţifice: -sursa de energie pentru organismele vegetale este lumina; ele fiind fotosintetizante; -celula plantelor posedă perete celular, sunt imobile; -plantele sintetizează amidon ca substanţă de rezervă; -organismele animale obţin prin oxidarea materiei organice, acumulând substanţe de rezervă, grăsimi sau glicogen; -celula animală este lipsită de perete celular şi are însuşirea de a fi mobilă. Anthony van Leenwenhock a pus în evidenţă, pentru prima oară, lumea microorganismelor prin studierea lor la microscopul creat de el însuşi. Perioada morfologică a microbiologiei a fost continuată, în mod firesc, de perioada fiziologică a cărui de seamă reprezentant, Pasteur, a făcut posibilă descrierea şi clasificarea microorganismelor. Dar, încadrarea acestora în unul sau altul din cele două regnuri devine extrem de dificilă, anumite grupe de microorganisme prezentând trăsături care le apropie de plante, iar altele, de către animale. Lumea microbiană este reprezentată astăzi prin mai mult de 500.000 specii, fiind împărţită în următoarele categorii: alge unicelulare, protozoare, fungi, bacterii şi virusuri, ciuperci microscopice. Virusurile reprezintă un grup particular de microorganisme, dar celelalte categorii se caracterizează printr-o serie de însuşiri comune: -organizare internă de tip celular; -dimensiuni care le fac vizibile la microscopul optic; -metabolism propriu, independent.

13

Caracteristicile distincte ale grupelor de microorganisme sunt prezentate în tabelul 2.1. Tabelul 2.1. Caracteristici distincte ale grupelor de microorganisme (după Regnault J.P., 1990) Caracteristica Organizare celulară Organizare biologică Peretele celular

Alge prezentă

Protozoare prezentă

Micete prezentă

Bacterii prezentă

Virusuri absentă

Unicelulare/ pluricelulare Prezenţa celulozei Exclusiv autotrofă prezentă

unicelulare

unicelulare

unicelulare

-

-

Prezenţa chitinei Exclusiv heterotrofă -

-

Mobilitatea Tip de reproducere

Asexuată fisiune binară

prezentă Asexuată fisiune binară

Fisiune binară

Prezenţa peptido-glicanului Autotrof/ heterotrof Prezentă/absentă în funcţie de grup prezentă Asexuată sciziparitate

Reproducerea autonomă Cultivarea pe medii sintetice

prezentă

prezentă

prezentă

prezentă

Sinteza constituenţilor virali prin intermediul celulei-gazdă -

da

da

da

da

nu

Nutriţia Fotosinteza

Exclusiv heterotrofă -

-

Pe măsură ce lumea microorganismelor a fost cercetată mai atent, a devenit evident că unele microorganisme nu pot fi încadrate fără rezerve în nici unul din cele două regnuri tradiţionale şi că există grupuri întregi care au fost revendicate, în egală măsură, de botanişti, dar şi de zoologi (ex. Euglena, Chlamydomonas etc.) Pentru a clarifica această situaţie Haeckel (1866) propune crearea unui al treilea regn care grupează toate formele inferioare de viaţă denumit Protista; apoi în anul 1937, Chatton propune două tipuri de organizare celulară în lumea vie: celula de tip procariot şi celula de tip eucariot, determinând divizarea protistelor în două categorii: protiste superioare (eucariote), din care fac parte algele verzi unicelulare, protozoarele şi fungii şi Protistele inferioare (procariote) cuprinzând bacteriile şi algele albastre-verzi (cianobacteriile).

14

Copeland (1938) şi apoi Hutchinson (1967) şi Weisz (1971) propun sistemul celor 4 regnuri: •

Monera – include bacteriile propriu-zise şi cianobacteriile;

•

Protista – include organisme eucariote inferioare, unicelulare, fără diferenţiere celulară avansată (algele, cu excepţia celor procariote, fungi, mixomicete, protozoare).

•

Plantae – include organisme eucariote superioare, multicelulare, cu perete celular (plante terestre şi acvatice).

•

Animatia – include organisme multicelulare eucariote, cu celule fără perete celular şi plastide, cu o avansată diferenţiere tisulară, celulară şi de organe.

Whittaker şi Margulis (1978) încearcă să elimine deficienţele precedente de clasificare şi propun gruparea în 5 regnuri, după următoarele criterii: -nivelul de organizare procariot; eucariot unicelular; eucariot multicelular; -tipul de nutriţie fotosintetică (caracteristică plantelor); ingestivă (tipică animalelor); absorbtivă (caracteristică fungilor). În acord cu aceste principii, sistemul celor 5 regnuri are următoarea structură: 1. Regnul Monera (Bacterii şi Cianobacterii) 2. Regnul Protista (Protozoare şi Chrysophyte) 3. Regnul Fungi (Mucegaiuri, levuri, ciuperci adevărate) 4. Regnul Plantae (Alge verzi, brune, roşii, Bryophytae)

5. Regnul Animalia (Metazoare) Conform unei tehnici propuse de C.Woese (1990) s-a rediscutat chestiunea clasificării procariotelor şi a prezenţei regnului Monera. Cercetările au demonstrat existenţa a două grupuri distincte de procariote: Arheobacteriile (arheos = vechi) şi Eubacteriile (Eo = adevărat) Astăzi, se consideră că există 3 linii diferite de microorganisme: Arheobacteriile, Eubacteriile şi microorganismele eucariote (tabelul 2.2.).

15

Tabelul 2.2. Caracteristicile arheobacteriilor, eubacteriilor şi eucariotelor (după Mirela Burcea, 2002) Caracteristica Talia (L) Peterele celular

Arheobacterii 1 µm Diverşi constituienţi

Eubacterii 1 µm Acid muramic şi peptidoglicanul

Lipide membranare

În lanţuri ramificate cu legături esterice 1 Timidine absente

Ribozomi (talia subunităţilor) Lungimea ARN-r Lungimea ARN-r 23S

30S, 50S

În lanţuri drepte cu legături esterice 1 Timidine, în general absente 30S, 50S

1500 nucleotide 2900 nucleotide

1500 nucleotide 2900 nucleotide

Flageli Pigmenţi fotosintetici Diviziunea celulară

bacteriorodopsine Fisiune binară

prezenţi bacterioclorofile Fisiune binară

Membrană nucleară Cromozomi ARN transfer

Eucariote 10 µm Fără perete celular (animale) Cu perete celular dar fără peptidoglican (vegetale) În lanţuri drepte cu legături esterice prezentă Întotdeauna mai mulţi Timidine, în general, prezente 40S; 60S 1800 nucleotide 3500 şi mai multe nucleotide prezenţi Clorofile carotenoide Mitoză, Meioză

În pofida unor opinii contradictorii exprimate de diferiţi cercetătorii, clasificarea făcută de Whittaker rămâne de interes sugerând anumite relaţii evolutive între diferitele grupe. El are evidente avantaje ce decurg din utilizarea regnurilor ca unităţi de clasificare, dar şi o serie de limitări evidenţiate de Whittaker însuşi. Datorită progresului înregistrat prin noile tehnicide biologie moleculară, au fost bulversate clasificările existente, conform acestora se poate constata că organisme având o organizare celulară identică pot fi distincte ca urmare a unor majore deosebiri de ordin molecular.

16

După observaţiile făcute de C.Woese (1990) s-a precizat locul microorganismelor pe scara evolutivă a lumii vii (fig.2.1.)

Protozoare

Animale

Mycete

Vegetale

Chromabacterii

Citoplaste Cilisi Bacterii termoacidofile

flageli Protozoare

Animale

Pinochete

Mitocondrii

Eucariote

Arheobacterii

Bacterii gram +

Progenate (grup ancestral comun)

Evolutia chimica

17

Bacterii fotosintetice purpurii

Bacterii fotosintetice verzi

Eubacterii

2.2. Caracteristicile fundamentale ale microorganismelor Microorganismele se caracterizează printr-o serie de proprietăţi structurale şi funcţionale care le deosebesc de celelalte unităţi vii. Caracteristicile fundamentale ale microorganismelor sunt: •

organizarea celulară,

•

unicelularitatea şi invizibilitatea,

•

talia şi volumul celular,

•

potenţialul metabolic şi de reproducere,

•

omniprezenţa şi abundenţa

2.2.1. Organizarea celulară Caracteristica generală a microorganismelor este organizarea celulară – celula fiind unitatea funcţională a lumii vii; excepţie fac virusurile care, aşa cum am arătat în subcapitolul anterior, sunt lipsite de organizarea celulară. Microorganismele se clasifică în două mari grupe, în funcţie de tipul de organizare celulară: •

procariote

•

eucariote

Aceşti termeni provin etimologic din limba greacă (procariote = pro (înainte) şi caryon (nucleu) = deci, înainte de organizarea nucleară, iar eucariotele = eu (adevărat) şi caryon (nucleu) cu nucleu adevărat. Aflate pe o treaptă superioară de organizare celulară, eucariotele au un nucleu bine delimitat de membrana nucleară, cu mai mulţi cromozomi decât procariotele care au nucleu fără membrană nuclează proprie şi cu un singur cromozom. Mai mult, microorganismele procariote sunt unicelulare, iar cele eucariote pot fi uni- sau pluricelulare, dar fără să prezinte diferenţiere sau specializare celulară, fapt care este specific doar organismelor eucariote superioare (plante, animale). Tabelul 2.3. Caracteristici generale ale celulelor eucariote şi procariote (după Mirela Burcea, 2002) Caracteristica Organizare celulară Organizare nucleară

Procariote Simplă „nucleoid”, aparat nuclear

Eucariote Complexă Nucleu bine delimitat de o membrană

18

Organite specializate Tip de organizare Grupe de

Rare unicelulară bacterii

numeroase Unicelulară, pluricelulară Alge, protozoare, fungi

microorganisme

(ciuperci microscopice)

În plus, celula eucariotă are numeroase organite specializate faţă de celula procariotă care are un volum celular mai mic, iar numărul organitelor specializate este foarte mic. Faţă de aceste forme de organizare celulară, virusurile nu au citoplasmă, nu au un metabolism propriu, ci ele se dezvoltă obligatoriu în celula pe care o parazitează – sunt, cu alte cuvinte, - parazite obligat intracelulare. În sinteză, caracteristicile anatomice şi funcţionale ale celulelor procariote şi eucariote sunt prezentate în tabelul 2.4. Tabelul 2.4. Caracteristicile anatomice şi funcţionale ale procariotelor şi eucariotelor (după Mirela Burcea, 2002) Caracteristici a) Anatomice Peretele celular Membrana celulozică Membrana citoplasmatică Membrană nucleară Nr.cromozomi ADN independent de nucleu Citoplasma

Procariote

Eucariote animale

vegetale

prezent prezentă

prezentă

prezent prezentă* prezentă

Un singur grup linkage (cromozom circular) ADN plasmidial

prezentă Mai mult decât 1

prezentă Mai mult decât 1

ADN mitocondrial

ADN mitocondrial şi cloroplastic idem

Mitocondriile Reticul endoplasmatic Aparatul Golgi Lizozomii Cloroplastele

-

Sol-gel (transformări reversibile), curenţi citoplasmatici Subunităţi de 40S şi 60S asociate reticulului endoplasmatic prezente prezente

-

prezent prezenţi -

Vacuolele Centriolul

-

prezente prezent

Ribozomi

Gel permanent fără curenţi citoplasmatici Subunităţi de 30S şi 50S libere în citoplasmă

19

idem

prezente prezente prezent prezenţi prezente, excepţie fungii prezente prezente

Caracteristici b) Funcţionale Tipul respirator Diviziunea mitotică Diviziunea meiotică Mobilitatea • •

Procariote

Eucariote animale

vegetale

Aerob; anaerob

aerob

Flageli simpli, alunecare

prezentă prezentă Flageli sau cili complecşi, mişcări amoeboide

Aerob, fermentativ la unii fungi prezentă prezentă Absentă**

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

2.2.2. Unicelularitatea şi invizibilitatea cu ochiul liber Încă din definirea obiectului de studiu al microbiologiei am precizat faptul că intră sub incidenţa ei, doar organismele cu dimensiuni mai mici de 1 mm. Dacă facem precizarea că, talia celui mai mare microorganism nu depăşeşte câteva sute de microni (cu câteva excepţii), se înţelege că microorganismele nu pot fi văzute cu ochiul liber, trăsătură ce le separă de alte grupe de vieţuitoare. 2.2.3. Talia şi volumul celular Între microorganismele procariote şi cele eucariote există deosebiri importante în ceea ce priveşte volumul celular şi dimensiunile, evident eucariote fiind mai mari decât procariotele, spre exemplu, diametrul mediu al unei bacterii (celulă procariotă) este de 0,5-1mm, iar amoeba şi parameciul (celule eucariote unicelulare din grupa protozoarelor) măsoară 400-600 mm, respectiv 150-200 mm. Talia şi volumul celular la unele procariote şi eucariote sunt prezentate în tabelul 2.5.

Tabelul 2.5. Talia şi volumul unor procariote şi eucariote (după J.P.Regnault, 1990) Grupa de microorganisme

Talia

20

Volumul mediu

EUCARIOTE Alge unicelulare (Micromonas) Protozoare (Amoeba proteus) Levuri (Saccharomyces cerevisiae) PROCARIOTE Staphylococcus aurens Escherichia coli Salmonella typlii

(µm)

(µm3)

1 400-600 1-30

5-15000 10.000-50.000 20 – 50

0,5-1 0,5-2,5 0,5-3

1-5

2.2.4. Potenţialul metabolic şi de reproducere al microorganismelor În pofida taliei mici şi a simplităţii de organizare microorganismele dispun de multe mijloace de a-şi procura energia necesară activităţii lor vitale: în funcţie de specie, potenţialul metabolic poate să se dezvolte pornind de la materii minerale sau de la cele mai variate substanţe organice din natură. Acest potenţial metabolic considerabil şi adesea superior altor organisme este dat de raportul suprafaţă / volum care este foarte mare, capacitatea de absorbţie a elementelor nutritive fiind direct proporţional cu acest raport. Astfel, bacteriile au o putere metabolică mult superioară tuturor vieţuitoarelor, fiind de 2,5 milioane ori mai intensă decât a omului. Cât priveşte potenţialul de reproducere, microorganismele şi, în special, procariotele

se

caracterizează

prin

valori

foarte

ridicate.

Comparând

chiar

microorganismele cu organismele superioare s-a constatat că o populaţie bacteriană îşi dublează masa la fiecare 3 minute, o plantă la 2 săptămâni, iar un animal la 3 luni. Un alt exemplu edificator este specia Staphylococcus aurens căreia îi sunt suficiente 2 zile pentru a ajunge la o masă egală cu masa Terrei. Pornind de la aceste valori considerabile ale potenţialului metabolic şi reproductiv o practică frecvent aplicată în ţările puternic industrializate este obţinerea, spe exemplu, din 1 tonă de reziduuri petroliere a peste 1 tonă de levuri uscate sau 0,75 t proteină brută, ceea ce echivalează cu 1,7 tone de soia, iar exemplele ar putea continua. 2.2.5. Omniprezenţa şi abundenţa Una din cele mai importante caracteristici ale lumii microorganismelor o constituie abundenţa lor: ele pot exista în aer, în apă, în sol, la suprafaţa ţesuturilor vegetale şi animale. Deşi nu toate microorganismele sunt periculoase pentru om, sau alte organisme vii, acestea şi-au dezvoltat un sistem imunitar caracteristic, capabil să lupte contra 21

agresiunii lor. Dar, există şi microorganisme utile, prezenţa lor fiind importantă pentru producerea de O2, descompunerea şi reciclarea materiilor organice, circuitul elementelor minerale, sau utile direct alimentaţiei omului şi animalelor. Încercând un clasament al celor mai abundente vieţuitoare / unitate de suprafaţă, cercetătorii au ajuns la concluzia că microorganismele au densitatea cea mai mare: 1 miliard / g sol fertil, sau 1 miliard / ml tub digestiv al animalelor, iar masa tuturor microorganismelor depăşeşte în biosferă pe a altor vieţuitoare.

CAPITOLUL III VIRUSURILE 3.1.

Conceptul de virus

22

Iniţial, virusurile au fost considerate ca substanţe chimice sau ca organisme primitive, au dimensiuni foarte mici, alcătuite din acizi nucleici şi proteine – componentele definitorii ale organismelor vii. Diverşi cercetători au încercat, de-a lungul timpului, să încadreze virusurile fie în categoria organismelor vii, fie a substanţelor chimice cu însuşiri deosebite. Pentru Lwoff (1981), un organism viu este un sistem ordonat şi independent de structuri şi funcţii independente, capabil de metabolism, creştere şi reproducere; cu alte cuvinte, cele mai simple entităţi vii şi, în acelaşi timp, unitatea funcţională care stă la baza organizării tuturor sistemelor biologice este celula. Dintre toate celulele cunoscute, bacteriile reprezintă cea mai mică unitate de integrare şi reproducere. Această concluzie este sintetizată de F.Jacob (1970) conform căreia „bacteriile constituie, ca să spunem aşa, un minim vital. Cu ele debutează biologia moleculară; nivelul inferior lor se defineşte în termeni de chimie şi fizică, iar nivelul superior, în termeni de organizare.” „În afara celulei, particula virală este un obiect inert”. (F.Jacob, 1970) Această concepţie a fost unanim acceptată şi, de altfel, în toate sistemele de clasificare ale lumii vii, indiferent că se referă la două, trei, patru sau cinci regnuri, virusurile nu sunt recunoscute ca organisme. Definind virusurile conform lui Ştefan Nicolau aceştia sunt „agenţi patogeni infinit de mici, având dimensiuni cuprinse între 10200 µm. Sunt puţin evoluate, situându-se pe primele trepte ale scării taxonomice a microorganismelor. Sunt forme primitive de viaţă, atât de incomplet organizate încât nuşi pot realiza singure metabolismul; aceasta ar fi explicaţia parazitismului lor obligatoriu pe celula vie.” În lucrările lui Aristotel şi Cornelius Celsus au fost menţionate pentru prima dată în istorie date referitoare la rabie; apoi, în China antică în anul 2500 î.e.n. sunt consemnate date referitoare la variola umană. Abia în anul 1796 se consenează primele vaccinări antivariolice (Jenver). Cât priveşte lumea vegetală, bolile virotice ale plantelor au făcut obiect al cercetărilor mult mai târziu, fiind menţionat anul 1720 când Crave demonstrează, fără a fi descoperit agentul patogen, posibilitatea transmiterii mozaicului panaşat al lalelelor prin grefă la o plantă sănătoasă. Datorită lipsei mijloacelor optice perfecţionate, Pasteur este obligat să admită existenţa unui microb al turbării, dar fără a-l putea decela, descoperind, în perioada 1881-1885 vaccinul antirabic.

23

Preocupările faţă de aceste entităţi se amplifică printre cei care pot fi menţionaţi sunt: Mayer (1886) – care arată chiar că „principiul infecţios” poate fi inactivat la căldură sau prin tratare cu alcool, Ivanovski (1892) – care, referindu-se la VMT, demonstra multiplicarea agentului patogen în plantele bolnave la care este transmis în serie, iar bazat pe aceasta şi pe faptul că trece prin filtrele bacteriologice, îl consideră un agent viu filtrabil, dar de tipul bacteriilor foarte mici. Beijerinck (1898) adaugă la acestea rezistenţa îndelungată (2 ani) în frunzele uscate şi difuzibilitatea în agar, denumind virusurile „contagium virum fluidum”, iar nu microorganisme, precum şi faptul că acestea sunt capabile să se multiple în celula vie odată încorporate în citoplasma acesteia. Beijerinck devine astfel, primul cercetător care a intuit natura deosebită a virusurilor faţă de alţi agenţi patogeni. Odată cu progresele realizate în domeniul tehnicilor de izolare, perfecţionare şi purificare ale virusurilor s-au făcut descoperiri remarcabile în domeniu: bacteriofagii (Twart şi D’Herelle, 1917), natura nucleoproteică a fagilor (Schlessiger, 1936), a naturii ARN a materialului genetic al UMT (Bowden şi Pirie, 1937) faptul că energia necesară pentru sinteza constituienţilor virali este furnizată de celula-gazdă (Cohen, 1946). Meritul de a fi definit particula virală matură – virien – a principalelor particularităţi ale virusurilor permiţând astfel delimitarea lor de lumea microorganismelor, revine lui Andre Lwoff (1953). El a definit virusurile ca „entităţi infectante nucleo-proteice, potenţial patogene, posedând un singur tip de acid nucleic şi care se reproduc prin materialul lor genetic. Ele sunt incapabile de creştere, diziviune, nu-şi pot sintetiza un sistem propriu de energie, având nevoie pentru a se reproduce de ribozomii celulei-gazdă pe care o parazitează.”

3.2.

Caracteristicile generale ale virusurilor

Virusurile au urmatoarele particularitati: •

virusurile sunt agenţi infecţioşi de tip special şi nu au organizare celulară;

•

unitatea lor de structură şi funcţie este VIRIONUL, adică virusul infecţios matur;

•

alte stări posibile de existenţă: virus vegetativ

- care poate fi replicat şi

provirus – genom viral integrat în cromozomul celulei-gazdă; •

conţin ADN sau ARN, niciodată ambele tipuri de acizi nucleici, exclusiv în genomul viral.

•

În compoziţia chimică a virusurilor intră a lături de acizii nucleici proteinele cu rol structural lipsind glucidele şi lipidele; 24

•

Echipamentul enzimatic de biosinteză şi catabolism este absent şi de aceea se reproduc numai în celulele vii;

•

Nu au capacitate de creştere şi de diviziune,

•

Ca o consecinţă a acestor însuşiri virusurile sunt paraziţi obligat intracelulari la om şi animale, plante, alge albastre, ciuperci şi bacterii.

•

Parazitismul virusurilor este un parazitism absolut, caracter discriminatoriu faţă de cel al bacteriilor sau al protistelor (Lwoff, 1981).

3.3.

Modul de apariţie a virusurilor

Concepţia unanim acceptată privind apariţia virusurilor este aceea că ele au apărut în urma unor evenimente repetate şi independente; la ora actuală există în jur de 30 tipuri majore de virusuri între care nu există intermediari, comparativ cu gradaţia observată între celule şi organisme. Mai mult, dacă modificările genomului viral ca mărime (prin deleţie, respectiv adiţie) pot fi uşor de explicat, casida virală este foarte riguros structurată şi nu poate exista nici prin pierderea unei capsomere, dar nici prin modificarea dimensiunilor ei. În privinţa modului de apariţie, virusurile nu au evoluat unul din altul, cu excepţia fagilor cu coadă, iar principalul argument este acela că, nu există forme intermediare între membrii diferitelor grupuri morfologice. Numai coada fagilor este singura structură virală care prezintă variaţii structurale şi morfologice care pot fi puse pe seama unei căi evolutive. Anumite virusuri care fac parte din acelaşi grup major pot avea un strămoş, iar altele nu. Spre exemplu, unele virusuri care infectează insectele şi vertebratele sau insectele şi plantele şi care au morfologie comună ar putea avea origine comună, dar acest lucru nu se întâmplă întotdeauna. Faptul că virusurile animale au proprietăţi genetice similare cu cele ale celulelor în care se replică, este încă o dovadă a faptului că ele au evoluat în paralel cu speciile pe care le parazitează. În concluzie, evoluţia virusurilor a urmat căi şi mecanisme care le sunt absolut proprii, la ora de faţă, mai multe concepţii care încearcă să explice apariţia şi evoluţia virusurilor: virusurile – molecule primordiale, virusurile – rezultat al unei evoluţii regresive, virusurile – originare din material genetic celulat etc.

3.4. Morfologia virusurilor 25

Abordarea morfologiei virusurilor, respectiv a formei şi dimensiunilor lor se raportează la virion – virus infecţios matur – care este unitatea integrată de structură şi funcţie a virusurilor şi care se caracterizează prin infecţiozitate. Forma virusurilor poate fi: -

sferică (izometrică) sau sferoidală (virusul gripal etc.)

-

cilindrică – alungită sau de bastonaş rigid sau flexibil (VMT etc.)

-

paralelipipedică (grupa Pox, respectiv variola – vaccinal);

-

obuz sau cartuş (grupa Rhabdovirus)

-

mormoloc, spermatozoid, cireaşa cu coadă (fagii cu coadă)

Cât priveşte dimensiunile virusurilor acestea se încadrează în două categorii: -

macrovirusuri – cu limite cuprinse între 275-300 milimicroni;

-

microvirusurile – cu dimensiunile cuprinse între 8-10 milimicroni.

Există trei posibilităţi de măsurare a dimensiunilor virusurilor, frecvent utilizate în cercetarea microbiologică, şi anume: •

măsurarea imaginii fotografice la microscopul electronic – metoda directă;

•

măsurarea vitezei de sedimentare în urma centrifugării şi

•

ultrafiltrare prin membrane de colodiu – metode indirecte.

3.5.

Anatomia virusurilor

Indiferent de forma şi dimensiunile lor, virusurile au două componente esenţiale, obligatorii: •

genomul viral şi

•

capsica virală

care, împreună alcătuiesc nucleocapsida. Aceasta poate avea uneori un al treilea component, la exterior, anume învelişul extern. 3.5.1. Genomul viral În componenta genomului viral intră, întotdeauna, un singur tip de acid nucleic, fie ADN, fie ARN, niciodată ambele.Genomul viral conţine informaţia genetică necesară pentru autoreplicare, precum şi pentru sinteza celorlalţi constituenţi virali şi a precursorilor lor. Acizii nucleici virali determină infecţiozita virusurilor. Genomul viral are o mărime variabilă, având greutatea moleculară cuprinsă între 1,2-1,8 x 106 dal (grupul Parvovirus), la 25 x 106 dal (grupul Adenovirus), până la 200 x 106 dal (grupul Pox). 26

Numărul de gene este, de asemenea, variabil, cu limite cuprinse între 3 (Polyoma) la 160 (Pox). Există o serie de avantaje ale genomurilor mici, şi anume: necesită mai puţin timp pentru replicare şi traducere, cu un consum mai mic de energie necesară replicării şi morfogenezei, deduce posibilitatea decodificării greşite a transcrierii şi traducerii informaţiei genetice. În funcţie de tipul de acid nucleic conţin în genom, virusurile pot fi: -

cu genom ADN – dezoxivirusuri,

-

cu genom ARN – ribovirusuri.

Dezoxivirusurile conţin ADN mono- sau bicaternar (dublucatenar), prezentând 7 tipuri principale de structură: -

monocatenar liniar (Parvovirusurile);

-

monocatenar circular (fagul φ x 174, fagul filamentar fd1);

-

dublucatenar linear (fagul T7).

-

dublucatenar linear, respectiv (redundant) terminal (Adenovirus)

-

dublucatenar linear, redundant terminal, permutat circular (fagii de tip T-par)

-

dublucatenar linear cu extremităţi monocatenare complementare (fagul λ);

-

dublucatenar circular inclus covalent (virusurile Polyoma şi SV40);

Ribovirusurile conţin ARN şi prezintă patru tipuri principale de structură: -

genom ARNm.c. linear (VMT)

-

genom ARN m.c. intens pliat (fagii R17, MS2, f2);

-

genom ARN m.c. circular (virusul encefalomiocarditei şoarecelui);

-

genom ARN d.c. divizat (Reovirus, Myxovirus).

Demonstrează iniţial pentru ADN fagic (Hershey şi Chase, 1952), apoi pentru ARN din VMT (Gierer şi Schramm, 1956), infecţiozitatea acizilor nucleici virali izolaţi este mai mică de 103 – 10 ori decât aceea a virionilor din care sunt extraşi, datorită degradării lor rapide precum şi a faptului că sunt slab fixaţi de către celule, demonstrând astfel rolul capsidei virale în adsorbţia şi fixarea virionilor pe celule. 3.5.2. Capsida virală

27

Este învelişul proteic ce acoperă genomul (kapsa-cutie, lb.greacă); este alcătuită din unul sau mai multe tipuri de proteină, asigurate în mod regulat, formând structuri caracteristice pentru tipul morfologic al virionului respectiv. Rolul capsidei virale este: -protejarea materialului genetic de degradarea de către nucleaze; -măreşte rezistenţa virusurilor faţă de mediul extern şi infecţiozitatea lui; -contribuie la fixarea şi pătrunderea virusurilor în celule; -determinarea spectrului de gazde al virusurilor; -conţine determinanţi antigenici răspunzători de producerea răspunsului imun şi a anticorpilor protectori în organismele animale infectate. Lwoff şi Tournier (1967) consideră că, capsida virală este alcătuită din unităţi morfologice numite capsomere (mervos, lb.greacă = parte). Capsomerele se asociază între ele după reguli simple, dar precise, au forme şi mărimi variabile de la un virus la altul şi realizează structuri cu simetrie helicală sau icozoedrică. Numărul şi dimensiunile capsomerelor din structura unui virion, sunt constante şi controlate genetic. Moleculele de proteină care alcătuiesc capsida se grupează în mod obişnuit, după trei tipuri de simetrie: -

helicală (VMT, virusul grupal);

-

cubică (icozaedrică) (Adeno-,Polio-,Herpes virus)

-

binară, complexă (virusuri de tip variolă – vaccină, bacteriofagi)

3.5.3. Învelişul extern În cazul anumitor virusuri nucleocapsida este acoperită de un înveliş lipoproteic care se maturează în timpul „înmuguririi” lor în membrana celulară a celulei-gazdă înainte de a o părăsi. Această structură poartă denumirea de înveliş extern sau peplos (peplos, în lb.greacă = manta), care este alcătuit din lipidele celulei-gazdă şi la exteriorul său pot exista proeminenţe de suprafaţă sau prelungiri denumite spicule (formate din glicoproteine virale). Rolul învelişului extern (peplos) este: -

păstrarea stabilităţii nucleocapsidei;

-

favorizarea fixării virionului pe celulele-gazdă şi, deci,

-

infecţia celulei-gazdă.

28

Dacă virusurile posedă înveliş extern, ele se numesc „îmbrăcate”, sau „acoperite”, iar cele care sunt alcătuite din nucleo-capsidă se numesc virusuri „nude” sau „neacoperite”. 3.6.

Replicarea virusurilor

Replicarea virusurilor (producerea de noi copii de genom viral) are loc numai în celulele-gazdă – comportament ce corespunde relaţiei de parazitism absolut. Celula vie furnizează virusurilor aminoacizi, baze nucleice, dar şi tot „dispozitivul” celular efector. Virusul invadant introducând informaţia specifică propriului său genom în celula-gazdă, inhibă sau stopează sinteua de constituienţi celulari (ADN, ARN, proteine), astfel încât celula ce a fost infectată produce aproape exclusiv constituienţi virali. Acest proces de multiplicare a virusurilor are loc în etape succesive, care se întrepătrund, şi anume: •

fixarea şi absorbţia virusului;

•

pătrunderea virusului în celula-gazdă;

•

faza de decapsidare;

•

transcrierea ARN-m de la genomul parental;

•

„traducerea” informaţiei pentru enzimele virale;

•

replicarea genomului viral;

•

biosinteza proteinelor structurale şi de reglare;

•

morfogeneza virusurilor;

•

eliberarea virusului din celulă şi iniţierea unui nou ciclu de replicare.

În prima etapă, de fixare şi absorbţie a virusului pe suprafaţa celulei-gazdă, are loc interacţiunea dintre constituienţii peretelui celular al celulei-gazdă (receptori specifici de virus) şi anumite structuri speciale aflate pe suprafaţa virusului şi care recunosc receptorii celulei-gazdă. Cu alte cuvinte, există o anumită specificitate de fixare. Celulele vegetale nu au receptori de virus, de aceea, virusurile plantelor nu au specificitate de fixare, deci nu aderă şi nu străbat peretele celular decât dacă acesta prezintă leziuni mecanice, de aceea, infectarea plantelor are loc doar cu cantităţi mari de virus, dar, odată produsă, infecţia este însoţită de o multiplicare virală intensă.

29

Cel mai înalt grad de specificitate îl prezintă interacţiunea fag – bacterie, structura cea mai adecvată pentru fiecare fiind cea a bacteriofagilor, iar receptorii cei mai bine cunoscuţi sunt cei de pe suprafaţa celulei bacteriene. Virusurile animale însă, se fixează mai puţin specific şi mai puţin eficient. După faza de adsorbţie nespecifică reversibilă determinată de atracţia ionică, având loc ciocniri întâmplătoare (mişcare browniană) între virusuri şi celula-gazdă, urmează faza de adsorbţie specifică ireversibilă, a cărei szabilitate depinde de forţe electrostatice. Rata fixării este de aproximativ 3-5 x 109, deoarece o particulă virală trebuie să se lovească de mai multe ori de o celulă îaninte de a se fixa specific pe ea. După ce virionul a fost fixat de receptorii celulei, începe faza de înglobare, sau de pătrundere a virusurilor în celula-gazdă, care se desfăşoară după mecanisme diferite, spre exemplu, în cazul bacteriilor şi celulelor vegetale, mecanismele de infecţie sunt diferite faţă de celula animală (care nu are perete celular). Indiferent de natura mecanismelor de adsorbţie, pătrunderea virusurilor în celulă se poate realiza pe două căi (Dalis, 1973, 1978). a) Endocitoza – proces activ de ingestie, analog celui de captare înglobarea picăturilor de lichid prin invaginarea membranei celulare, asigură pătrunderea intactă a virionului în interiorul celulei-gazdă. Constituie mecanismul predominant de înglobarea virusurilor animale. b) Fuziunea – fuziunea suprafeţei virusului cu membrana celulară în zona de contact şi, prin urmare, are loc dizolvarea învelişului viral şi formarea unui „canal” prin care virionul trece în citoplasmă. Constituie mecanismul de pătrundere în celulă în cazul virusurilor cu peplos (înveliş extern), la virusurile vaccină (Pox), paramixovirusuri. Cele două mecanisme însă, pot coexista frecvent în aceeaşi celulă pentru acelaşi virus. Decapsidarea este faza de trecere a virionilor, la cea de viruşi vegetativi, fiind descrisă ca o fază de dispariţie a virusurilor (faza de eclipsă). Genomul viral este eliberat de învelişurile sale şi devine mai greu de evidenţiat. Durata perioadei de eclipsă variază de la un virus la altul şi oscilează de la 1-2 ore de Poliovirus, 3-5 ore la Herpesvirus, 4 ore la Poxvirus, 8-10 ore la Adenovirus, până la 12-14 ore la Paponavirus. Aceste prime trei faze ale ciclului de multiplicare virală sunt procese relativ ineficiente, de aceea, raportul dintre numărul particulelor virale infecţioase raportat la numărul total de virioni introduşi, este aproape întotdeauna subunitar.

30

După ce au pătruns în celulă, virusurile se deplasează la locul de sinteză în nucleu, fără a fi cunoscute căile prin care virusurile circulă până la nucleu, dar se presupune că migrarea virusurilor în interiorul celulei este vectorială. Următoarea etapă a deplasării constă în biosinteza constituienţilor virali, care are loc în trei etape succesive: •

biosinteza proteinelor „timpurii” (early proteins), care îndeplinesc funcţii specifice inhibă sinteza ADN, ARN, a proteinelor celulei-gazdă, formează matricea incluziunilor nucleare sau citoplasmatice în care are lor replicarea acidului nucleic viral şi morfogeneza virusurilor, iniţiază replicarea ADN, ARN sau ADN-polimeraze, nucleare sau ADN-ligaze;

•

replicarea genomului viral, etapă în care celula-gazdă furnizează odată cu materialul de construcţie şi funcţii pentru biosinteza de virus nonreprezentând o etapă esenţială în evoluţia infecţiei virale. Odată cu formarea ARN-m viral încetează activitatea infectantă a virusului şi începe sinteza de proteine virale specifice.

•

Biosinteza proteinelor „tardive” (late proteins) – sunt, în cea mai mare parte proteine structurale, de capsidă, care controlează expresia genelor „timpurii”, în cursul acestei biosinteze are locşi replicarea genomului viral.

Durata perioadei de biosinteză a proteinelor tardive este limitată de capacitatea celulei-gazdă de a furniza energia necesară acestor sinteze. Încă din faza de sinteză a proteinelor tardive genomurile nou formate sunt ansamblate pentru a forma structura organizată a particulei virale mature, proces denumit morfogeneză a virusurilor. Replicarea şi morfogeneza virusurilor sunt procese intracelulare care au loc în nucleu sau în citoplasmă. Ribovirusurile sunt replicate în citoplasmă (excepţie: virusul gripal), iar genomul dezoxivirusurilor este replicat şi transcris în nucleu, iar sinteza proteinelor se face exclusiv în citoplasmă, după care ele sunt transportate în nucleu unde are loc morfogeneza.

Eliberarea particulelor virale patogene din celulă se poate face rapid şi explosiv, prin ruperi mecanice, sau dimpotrivă, lent şi controlat prin străbarea membranei celulare.

31

Acest proces are loc în mod diferit de la un virus la altul; spre exemplu virusurile mici sunt eliberate mai uşor (Poxvirus), pe când cele mai mari au tendinţa de a fi reţinute timp îndelungat în celulele în care s-au multiplicat. La fel, funcţii de tipul de acid nucleic al virusului, eliberarea particulelor virale progene este diferită: virusurile cu ADN sunt reţinute în celule chiar după apariţia efectului citopatic (excepţie Herpes virus), deci sunt eliberate cu frecvenţă mică, în timp ce virusurile cu ARN sunt rapid eliberate.

3.7.

Tipuri de infecţii virale

Infecţiile virale se pot clasifica în: -

infecţii acute;

-

infecţii inaparente;

-

infecţii cronice.

Infecţiile acute – sunt întâlnite frecvent la virusurile animale care produc infecţii acute cu durată limitată la om şi animale. Aceste infecţii evoluează la nivel celular ca infecţii productive, virusul fiind replicat cu producere de virus progen şi chiar cu moarte celulară. În funcţie de virulenţa agentului patogen şţi de intensitatea reacţiei de apărare a sistemului imunitar, virusul poate fi eliminat din organism lăsând, după caz, o stare de imunitate mai mult sau mai puţin solidă. Infecţiile inaparente apar în situaţia în care infecţia şi multiplicarea virusurilor nu sunt însoţite de manifestări clinice; în această situaţie virusul este eliminat din organism lăsând o stare de imunitate. Infecţiile persistente sunt infecţii de lungă durată şi pot fi infecţii cronice (cu producere continuă de virus), care urmează uneori unei stări de boală, cum ar fi în cazul hepatitei B şi infecţii latente, când infecţia virală este, celş mai adesea inaparentă şi nu este însoţită de producerea unui nou virus. Uneori cele două tipuri de infecţii persistente pot apărea la acelaşi animal, ele fiind foarte greu de deosebit la nivel de organism. Infecţiile cronice au o evoluţie îndelungată şi sunt determinate de incapacitatea organismului de a elimina virusul din organism, marea lor majoritate evoluând fără manifestări clinice evidente. Dar, aceste infecţii cronice pot determina, după o perioadă îndelungată de evoluţie, fie îmbolnăviri cu caracter malign (leucoza aviară), fie complicaţii imunopatologice (glomerulonefrita sau complexe imune). Cea mai cunoscută infecţie virală cronică rămâne, pentru om, hepatita serică de tip B.

32

În privinţa infecţiilor latente, aceasta depinde de tipul de celulă infectată cu un anume virus, deşi în prezent nu se cunosc mecanismele biochimice care condiţionează latenţa virală. Exemple de infecţii latente: infecţiile produse de virusurile din grupul Herpes (la om şi aproape toate speciile de animale). Factorii activatori ai infecţiei latente acţionează probabil asupra celulei şi nu direct asupra virusului şi ei pot fi: specifici pentru celulă (corelaţi cu un tip particular de celulă infectată) şi nespecifici pentru celulă (activează infecţiile virale prezente într-o gamă largă de celule). În ceea ce priveşte rolul reacţiilor de apărare ale gazdei în contextul infecţiilor latente aceştia se pare că pot juca un rol important în stabilirea şi menţinerea lor.

CAPITOLUL IV BACTERIILE Procariotele formează un grup vast compus din două subgrupe: Arhebacteriile şi Eubacteriile. Bacteriile reprezintă grupul cel mai important de microorganisme atât din punct de vedere al numărului de reprezentanţi cât şi al importanţei ecologice şi practice pentru om, precum şi ca fiind cel mai important grup de microorganisme care au condus la cunoaşterea fenomenelor de biologie moleculară. Însă conceptul de bacterie a fost mult controversat, fiind definit pentru prima oară în urmă cu aproape trei decenii. S-a demonstrat (Stanier, 1989) că întreaga evoluţie a avut loc prin diversificarea celulei bacteriene, respectiv a celulei procariote şi că unitatea de structură a bacteriilor şi a algelor albastre-verzi o reprezintă celula procariotă.

4.1.

Proprietăţi fizice ale bacteriilor 4.1.1. Dimensiunile bacteriilor

Bacteriile se caracterizează printr-o talie redusă, de circa 100 ori mai mică decât aceea a celulei eucariote; dimensiunea celulei bacteriene este totuşi variabilă, în funcţie de specie, fiind o caracteristică determinată genetic. Dimensiunile bacteriilor se situează, în medie, între 0,5-1 µm x 3-6 µm; cele mai mici aparţin genului Mycoplasma, ce au diametrul de 125-250 µm, având talia apropiată de cea a celor mai mari virusuri (Pox).

33

Cele mai mari bacterii pot avea o talie destul de mare cum este în cazul unor Spirochete (Saprospira grandis) care pot atinge chiar 500 µm lungime. La fel, cianobacteriile genului Oscillatoria au circa 7 µm diametru, adică acelaşi diametru pe care îl are o globulă roşie. Specia Escherichia coli este considerată o bacterie de talie medie, având dimensiuni cuprinse între 1,1-1,5 µm lăţime şi 2-6 µm lungime. Cu alte cuvinte, cele mai mici bacterii pot fi vizibile la microscopul fotonic, iar cele mai mari depăşesc mărimea celor mai mici protiste eucariote. De aceea, dimensiunile bacteriilor nu se pot utiliza ca un caracter diferenţial absolut între acestea şi alte entităţi; totuşi, putem afirma că, dimensiunile medii ale bacteriilor sunt cu mult mai mici decât ale celulelor eucariote. După Stanier (1970), volumul este baza pentru a aprecia mărimea celulei bacteriene, întrucât forma acesteia variază foarte mult. Acest volum se poate calcula cu ajutorul formulelor de calcul aplicate corpurilor geometrice regulate, în care se pot încadra cele mai multe bacterii (sfera şi cilindrul). În general, limita inferioară de mărime a unei celule bacteriene este determinată de posibilitatea ei de a conţine toţi constituienţii celulari necesari pentru creştere şi diviziune. Cea mai mică bacterie vizibilă la microscopul fotonic are dimensiuni foarte apropiate de această limită moleculară necesară pentru menţinerea funcţiilor celulare, dacă dimensiunile celulare ar fi mai mici, ele nu ar fi fizic suficient de cuprinzătoare pentru a îngloba întreg echipamentul enzimatic şi molecular necesar vieţii. Limita superioară de mărime este corelată cu raportul suprafaţă/volum, având în vedere că toţi nutrienţii trebuie să pătrundă în celulă, în timp ce produşii de catabolism trebuie să fie eliminaţi. Dacă dimensiunile unei celule cresc, volumul creşte mai rapid (la cub în raport cu raza celulei), iar din cauza acestui dezechilibru, celula nu poate îngloba nutrienţi şi nu poate elimina substanţele reziduale în acord cu necesităţile crescute ale volumului celular mărit. Dimensiunea celulei bacteriene apare ca o condiţie obligatorie pentru creşterea şi multiplicarea lor rapidă, conferindu-le un mare avantaj biologic în natură, deoarece celulele mari au nevoie de mult timp pentru pătrunderea nutrienţilor în celulă şi metabolizare.

4.2.

Forma bacteriilor

34

Forma celulei bacteriene este, la fel ca şi dimensiunile ei, o caracteristică determinată genetic, deci stabilă intraspecific. În ceea ce priveşte forma, în lumea bacteriană există o mare diversitate. Deoarece forma bacteriilor este dificil de apreciat în mod direct,

în mediile

naturale şi poate fi influenţată de o serie de factori (vârsta culturii, compoziţia mediului etc.), s-a convenit că forma bacteriilor – criteriu taxonomic foarte important – să fie apreciată în culturi tinere, în faza de creştere activă, în condiţii optime de temperatură, O2, pH. Există câteva tipuri morfologice de bază în ceea ce priveşte forma celulei bacteriene, şi anume: bacterii sferice, cilindrice, spiralate, filamentoase şi pătrate; în cadrul fiecărui tip morfologic există însă o anumită variabilitate care face posibilă împărţirea acestor tipuri în subtipuri. Diversitatea morfologică a bacteriilor reprezintă, de cele mai multe ori, o strategie de supravieţuire. Diversitatea formelor poate fi exprimată prin anumite funcţii: bacteria sferică are raportul S/V foarte mic, fiind avantajată de mediul bogat în nutrienţi. Opus acestui caz, într-un mediu sărac în materii organice, bacteriile sub formă bacilară (o suprafaţă mai mare) vor capta mai uşor elementele nutritive dispersate. De asemenea, se constată o legătură şi între forma bacteriilor şi proprietăţile hidrodinamice: bacteriile sferice sunt frecvent mobile, pe când cele adaptate la alunecare sunt bacilare; leptospirele (au forme spiralate) sunt eficace în deplasarea în medii relativ vâscoase. Cu alte cuvinte, marea variabilitate a formei bacteriilor corespunde adaptării fiecăreia unei nişe ecologice specifice.

4.3.

Organizarea celulei bacteriene

Datorită dimensiunilor foarte mici şi particularităţilor fizico-chimice ale structurilor componente, ultrastructura celulei bacteriene a fost mult timp dispersată şi chiar contestată. Totuşi, prin perfecţionarea tehnicilor de studiu, cu deosebire de cito... macroscopie electronică, s-a reuşit descrierea constituienţilor structurali ai celulei bacteriene, luând ca reper peretele celular, aceşti constituienţi pot fi grupaţi în două mari categorii:

35

-

structuri intraparietale: membrana plasmatică, mezonius citoplasma, nucleoidul, ribozomii, sporul, aparatul fotosintetic, incluziunile, vacuolele etc.;

-

structuri extraparietale: capsula, stratul mucos, spinii, flagelii, fimbriile şi plii.

4.3.1. Peretele celular Peretele celular delimitează celula bacteriană, având o consistenţă rigidă şi fiind bine definit structural. Peretele celular, datorită indicelui de refracţie mic, este greu vizibil, sau invizibil la celulele vii examinate la microscop; el poate fi pus însă în evidenţă prin colorare selectivă sau prin examinare la microscopul electronic. Cu cât celulele sunt mai tinere, cu atât citoplasma este mai abundentă, compactă şi omogenă, iar peretele celular mai intim aderat la conţinutul celular subiacent. În schimb, peretele celular devine evident, fiind depărtat de citoplasmă şi uşor vizibil, la celulele bătrâne sau în curs de liză. Peretele celular izolat are aspectul unui sac gol care conservă forma bacteriei din care provine, având o grosime de 15-35 nm, rar (Lactobacillus acidophilus) ajungând la 80 nm. Această structură anatomică bacteriană are funcţii şi structuri diferite, ca urmare a necesităţilor adaptative caracteristice. Spre exemplu, o bacterie care trăieşte în mediul acvatic trebuie să reziste unei presiuni mai mari asupra citoplasmei, să aibă mijloacele de fixare pe un anumit suport; o bacterie parazită intracelular nu are însă nevoie de un perete celular rigid pentru a se proteja de şocurile osmotice. În funcţie de structură şi de compoziţie chimică şi pe baza unei coloraţii puse la punct de dr.Christian Gram, pereţii celulari aparţin la trei categorii, respectiv Gram pozitiv, Gram negativ sau acidorezistent; am drept constituient comun peptidoglicanul, dar se deosebesc în ceea ce priveşte raportul, natura şi cantitatea proteinelor, a polizaharidelor şi lipidelor. Unele bacterii sunt lipsite, în mod excepţional de peretele celular; aici se încadrează: -

mycoplasmele – lipsa peretelui celular este specifică;

-

bacteriile „L” – şi-au perdut prin mutaţie peretele celular;

-

protoplaştii (sferoplastii) – bacterii care în anumite condiţii nu-şi pot sintetiza peretele celular

a) Mycoplastele – au fost evidenţiate prin afecţiunile respiratorii provocate la animalele domestice.

36

-

sunt procariote lipsite de perete celular, singura lor protecţie fiind membrana citoplasmatică;

-

trăiesc ca paraziţi obligaţi în ţesuturile şi fluidele omului şi animalelor;

-

au un pleomorfism accentuat, respectiv o mare instabilitate morfologică;

-

subbacterii Gram negative, insensibile la penicilină;

-

produc infecţii ale aparatului respirator (Mycoplasma pneumoniae) şi urinar (Ureaplasma irealyticum)

a) protoplaştii şi sferoplaştii – reprezintă ansamblul structurilor celulare rămase dintr-o bacterie Gram-pozitivă, după îndepărtarea integrală a peretelui celular sub acţiunea lizozimului; -

se menţine ca formaţiune sferică păstrând, în general, proprietăţile şi activităţile vitale ale celulei din care provine;

-

nu mai este capabil de refacerea peretelui celular;

-

funcţia

de barieră osmotică este preluată de membrana

citoplasmatică; -

la bacteriile Gram negative, în medii hipertonice celula lipsită de peretele celular se transformă în sferoplast – echivalent cu protoplastul, înconjurat de constituienţii peretelui celular care au rezistat la acţiunea lizozimului.

Semnificaţia biologică a peretelui celular este următoarea: -

determină forma bacteriilor şi asigură susţinerea mecanică a celulei;

-

asigură protecţia faţă de şocul osmotic; fără suportul rigid al peretelui celular, membrana plasmatică nu ar putea rezista

-

acestei

presiuni

interne

şi

nici

nu

ar

asigura

protejarea

protoplastului; -

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

-

conţine enzime autolitice capabile să atace structura glicopeptidului în cazul sporulării, al eliberării sporului prin liza sporangelui, al germinării, precum şi în biosinteza peretelui celular;

37

-

este sediul unor enzime de transport specifice (vitamina B12, maltoza, maltodextrine) şi este implicat în înglobarea unor bacteriocine şi în adsorbţia unor fagi.

-

Acţionează ca o barieră impermeabilă pentru moleculele hidrofobe, potenţial nocive pentru celulă, dar permite, în acelaşi timp intrarea în celulă a unor compuşin precum: oligopeptide, oligozaharide etc.

-

Asigură patogenitatea bacteriei – prin intermediul lipopolizaharidelor prezente în peretele celular al bacteriilor Gram negative; se presupune

că

peretele

celular

al

bacteriilor

este

sediul

determinanţilor antigenici care induc rezistenţa celulei bacteriene la fagocitoză şi virulenţa acestora. 4.3.2. Membrana plasmatică (citoplasma) şi spaţiul periplasmic Membrana citoplasmatică este o formaţiune structurală ce acoperă de jur împrejur citoplasma bacteriană şi separând-o de peretele celular. Poate fi pusă în evidenţă şi la microscopul fotonic după o colorare selectivă cu albastru Victoria, sau chiar fără colorare la bacteriile vii examinate în câmă întunecat. Examinată la microscopul electronic ea apare ca o formaţiune triplu stratificată, cu o grosime de 7,5-10 nm şi reprezintă principalul punct de contact cu mediul celular şi elementul de legătură cu mediul exterior. Membrana citoplasmatică bacteriană conţine proteine şi lipide în proporţie variabilă; lipidele sunt reprezentate de fosfolipide – şi joacă un rol important în menţinerea integrităţii membranei. De asemenea, ea mai conţine glicolipide şi o cantitate mică de acizi graşi, precum şi două categorii de proteine (periferice şi intrinsece sau integrate). Deseori, la suprafaţa externă a membranei plasmatice sunt ataşate glucide. În concluzie, membrana citoplasmatică este o structură foarte organizată, cu o arhitectură asimetrică flexibilă, dinamică şi care are următoarea semnificaţie biologică: -

reprezintă singura suprastructură citoplasmatică permanentă a celulei bacteriene cu rolul de a delimita spaţiul intracelular; nu reprezintă însă o graniţă fizică inertă ci o structură funcţională capabilă să asigure o deosebire netă între interiorul şi exteriorul celulei;

-

este bariera osmotică – fără de membrană citoplasmatică celula sar liza, însă aceasta îi conferă elasticitate şi rezistenţă la gonflare;

38

aplicaţii practice ale acestui fenomen în conservarea alimentelor sunt: suprasărăturarea şi deshidratarea; -

controlează schimburile celulare – astfel se asigură aprovizionarea celulei cu hrană şi eliminarea deşeurilor rezultate din activitatea metabolică a acesteia; are o ermabilitate selectivă, schimburile între mediul

extern

şi

cel

intern

efectuându-se

prin

membrana

citoplasmatică, fie direct prin difuziune, prin porii din reţeaua ei moleculară sau prin transport activ cu ajutorul unor enzime şi a unor transportori. -

este sediul endocitozei cmembranei citoplasmatice se formează o veziculă prin care se ingerează lichide (pinocitoza) sau solide (fagocitoza);

-

este sediul unor procese metabolice – fie care categorii de molecule din membrana citoplasmatică participă la un tip particular de activitate;

-

este locul de fixare a organitelor responsabil cu deplasarea bacteriilor – flagelii;

-

locul de recepţionare a mesajelor chimice sau fizice prin intermediul unor molecule receptoare specializate, care asigură intervenţia celulei în fenomenele de chimiotaxie

4.3.3. Citoplasma bacteriană Reprezintă cea mai mare parte a protoplastului, fiind înconjurată de o membrană citoplasmatică. Din punct de vedere al organizării, citoplasma bacteriană nu are o organizare definită (întâlnită la eucariote) ci este un sistem coloidal complex, alcătuit din proteine, glucide, lipide, apă şi substanţă minerale. În interiorul citoplasmei se găsesc: materialul nuclear, incluziunile, vacuolele şi ceilalţi constituienţi ai protoplastului. O caracteristică a citoplasmei bacteriene este prezenţa unei mari cantităţi de ARN, ceea ce ar explica bazofilia ei intensă, mai evidentă la celulele tinere. 4.3.4. Aparatul nuclear („nucleul”) Spre deosebire de celulele eucariote care au un nucleu cu o structură bine definită, mărginit de membrană şi conţinând un număr definit de cromozomi, „nucleul” bacterian reprezintă o formă primitivă

de organizare, lipsităde membrană inclavată

39

direct în citoplasmă şi fără a suferi modificări de tip mitotic în cursul ciclului de diviziune (tip procariot). Se denumeşte: aparat nuclear, nucleoid, nucleozom prin analogie cu structura echivalentă a celulelor eucariote. Punerea în evidenţă a „nucleului” la bacterii a fost îngreunată de prezenţa ARN în citoplasmă în cantitate mare, care maschează ADN din nucleu, chiar şi atunci când se folosesc coloranţi b Aparatul nuclear al bacteriilor este constituit din fibre de ADN bicaternar care formează un cromozom unic circular, cu o lungime de maximum 1 nm; cromozomul bacterian reprezintă circa 2-3% din greutatea celulară şi ocupă mai puţin de 10% din volumul celular. S-a evaluat că aparatul nuclear bacterian conţine aproximativ 2000 de gene. Semnificaţia biologică este:

-

poartă în structura sa întreaga informaţie genetică esenţială pentru existenţa unei celule;

-

determină şi arhitectura celulei bacteriene, ereditatea şi capacitatea de evoluţie a acesteia.

4.3.5. Ribozomii Sunt particule nucleoproteice intracitoplasmatice de formă sferică, având diametrul de 20-30 nm, având aspectul unor particule uniforme care dau aspectul granulat specific al citoplasmei. Sunt particule complexe, alcătuite din proteine şi ARN, toţi ribozomii bacterieni fiind identici. În faza de creştere activă în citoplasma celulelor bacteriene se găsesc 1500-100.000 particule ribozomale, a căror mărime şi stabilitate sunt dependente de concentraţia de Mg2+ şi K+. Unii ribozomi înoată liberi în citoplasmă, în timp ce alţii apar ca legaţi de faţă internă a membranei plasmatice. Semnificaţia biologică a ribozomilor este: -

sunt componenţi esenţiali ai sistemului de traducere a informaţiei genetice, reprezentând adevărate „fabrici” de proteine;

-

la nivelul lor se desfăşoară un ansamblu de reacţii ce formează ciclul ribozomal

-

în cursul procesului de biosinteză ribozomii individuali au tendinţa de a se grupa (4-50 elemente) formând polisomi, care conferă o eficienţă crescută procesului de biosinteză a proteinelor.

40

4.3.6. Aparatul fotosintetic Este reprezentat de un complex de structuri membranoase care participă la procesul de conversie al energiei luminoase în energie chimică. La celulele eucariote aparatul fotosintetic este localizat într-o structură denumită cloroplast – delimitat de membrană; la celulele procariote el este mai puţin evident şi este localizat în membrana plasmatică sub forma unor vezicule şi sisteme lamelare – din acest motiv membrana plasmatică a bacteriilor este inclusă ca etitate structurală a aparatului fotosintetic. Se pot distinge mai multe tipuri morfologice de structuri interne cu rol în realizarea proceselor fotosintetice ale bacteriilor.

a) la bacteriile purpurii sulfuroase (Thiorhodaceae) – componentele aparatului fotosintetic iau naştere din membrana citoplasmatică puternic invaginată şi pătrund mult în citoplasmă; sunt sub formă veziculară, tubulară, lamelară în pachete sau fascicule;

b) la cianobacterii – aparatul fotosintetic se prezintă sub forma unui sistem de saci membranoşi turtiţi – tilacoizi – iar „antena” care captează lumina este reprezentată de ficobiliproteine (un şir de granule ataşate la suprafaţa membranei externe a tilacoizilor); c) la bacterii filamentoase (excepţie genul Heliothrix) şi lacele sulfuroase, receptorii pigmentari sunt localizaţi în nişte structuri ovoidale, lenticulare, ataşate la suprafaţa internă a membranei, denumiţi clorosomi. 4.3.7. Incluziunile celulare În citoplasma bacteriană apar, la sfârşitul perioadei lor de creştere activă, formaţiuni structurale inerte denumite incluziuni; acestea se formează în condiţiile încetării creşterii sau a inhibării ei ca urmare a epuizării unui anumit factor limitativ sau a prezenţei unui agent inhibitor – condiţii frecvente în mediile sărace în elemente nutritive. În funcţie de compoziţia chimică incluziunile se clasifică în: a) polimeri organici – glicogen, amidon;

b) polimeri anorganici – polimetanfosfatul; c) incluziuni anorganice simple – granule de carbonat de calciu şi sulf coloidal. După structura lor, pusă în evidenţă cu ajutorul electronografiilor, incluziunile sunt de două tipuri: a)incluziuni înconjurate de membrane (poli-b-hidroxibutirat, de sulf, carboxizomii); b)incluziuni neînconjurate de membrane (granule de glicogen, volutină, cianoficină etc.).

41

4.3.8. Vacuolele Vacuolele sunt formaţiuni sferice cu diametrul cuprins între 0,3-0,5 µm, care apar în citoplasma bacteriană în perioada ei de creştere activă. Conţin diferite substanţe dizolvate în apă, la exterior fiind înconjurat deonoplast – înveliş lipoproteic alcătuit dintrun singur strat. Ca număr, vacuolele diferă în funcţie de mediu de cultură, în mod obişnuit numărul lor fiind cuprins între 6-20/celulă. Prezenţa vacuolelor în celulă constituie obiect de dispută între cercetători: unii consideră că ele sunt o entitate permanentă (vacuom), fiind indispensabile celulei bacteriene, în timp ce alţii le consideră structuri temporare care apar „de novo” sub influenţa condiţiilor de mediu. Semnificaţia biologică este aceea că vacuolele îndeplinesc rolul de reglatori ai presiunii osmotice în raport cu mediul extern sau acela de depoziţie de substanţe de rezervă în perioada premergătoare formării incluziunilor. Există însă trei tipuri de procariote fotosintetice care prezintă vacuole cu gaz: algele albastre-verzi, bacteriile purpurii şi halobacteriile; vacuole cu gaz apar şi la genul Clostridium. Aceste vacuole cu gaz sunt formate dintr-un număr mare de agregate cilindrice, mărginite de o membrană exterioară lipsită de lipide, dar formată dintr-o singură proteină mică; subunităţile proteice se asamblează pentru a constitui un cilindru rigid, gol pe dinăuntru şi impermeabil la apă dar permeabil pentru gazul atmosferic. Semnificaţia biologică a acestor vacuole cu gaz este aceea că, având o densitate globală mai mică decât apa plutesc la suprafaţa acesteia, ele fiind un dispozitiv celular care permite bacteriilor acvatice imabile să-şi modifice poziţia într-o coloană verticală de apă, mecanism care funcţionează cu eficienţă, vacuolele având în acelaşi timp un efect de dispersie a luminii apărând structurile fotosensibile la expunerea la intensităţi dăunătoare de lumină. 4.3.9. Sporul Sporii sunt forme latente de evoluţie pe care le-au adoptat anumite bacterii pentru a putea supravieţui într-un mediu ostil, adoptând condiţii mai propice de viaţă activă. Sporogeneza reprezintă un caracter de specie, cu valoare taxonomică importantă la bacteriile din familia Bacillaceae; este excepţională la coci (Sporosarcina

42

ureae) şi apare ca o structură constantă la bacteriile anaerobe aparţinând genului Clostridium şi facultativă la bacteriile aerobe din această familie. Cea mai cunoscută şi frecventă formă de rezistenţă la bacterii este endosporul – prezintă un interes deosebit pentru microbiologia industrială şi cea medicală, datorită rezistenţei acestei forme la diferite tratamente chimice şi fizice de dezinfecţie. Endosporul prezintă şi un interes teoretic considerabil; formarea endosporului este un subiect de cercetare asupra sintezei unor structuri biologice complexe. Semnificaţia biologică a sporului şi a sporogenezei este următoarea: -

ca alternativă a creşterii vegetative reprezintă una din strategiile de adaptare a celulelor procariote la un mediu sistematic schimbător şi care adesea fluctuează între limite ce depăşesc condiţiile normale de creştere;

-

sporul este o formă de viaţă latentă, capabilă de o îndelungată supravieţuire, dotat cu capacitatea de a reveni la faza de creştere vegetativă în condiţii de mediu corespunzătoare;

-

sporul se comportă ca o formă de rezistenţă care păstrează intacte toate caracterele genotipice ale formei vegetative originare şi le transmite, ca atare, celulei rezultate din germinarea lui;

-

Sporii au o mare rezistenţă la căldură, tolerând chiar expuneri la 120°C, suportând contactul îndelungat cu unele substanţe antibacteriene;

-

Datorită marii lui rezistenţe şi lipsei aproape complet de metabolism, sporul are o longevitate foarte mare, asigurând supravieţuirea speciei în natură (ex. B.anthraces rezistă 70 ani, unele bacterii saprofite din conservele alimentare 14 ani).;

-

Endosporul bacterian reprezintă, în esenţă, o formă obligatorie de conservare a speciei şi nu de reproducere;

-

Sporogeneza reprezintă un model foarte adecvat pentru studiul şi înţelegerea mecanismelor ce determină procesele de diferenţiere celulară;

Structurile extraparietale ale celulei bacteriene sunt reprezentate de: capsula şi stratul mucos, flagelii, cilii, pilii şi fimbriile. 4.3.10. Capsula şi stratul mucos

43

În anumite condiţii de mediu, unele bacterii au proprietatea de a elabora un material macromolecular, gelatinos, denumit capsulă. Capsula nu joacă un rol vital în existenţa bacteriilor, dar, elaborarea substanţelor capsulate este favorizată de mediu. Substanţele capsulare reprezintă suportul unor proprietăţi fiziopatologice şi imunologice şi joacă un rol important în asigurarea puterii patogene a bacteriei, aceste substanţe fiind deci, factori de virulenţă bacteriană. Ele împiedică apărarea organismului gazdă

să

se

manifeste,

protejând

bacteria

împotriva

fagocitozei

datorită

chimiotactismului negativ manifestat faţă de leucocite şi macrofage. Capsula apare la microscop ca un halou incolor în jurul celulei bacteriene; dimensiunile ei variază foarte mult în raport cu corpul bacterian, fiind lipsită de o membrană morfologic diferenţiată. Capsula este strâns aderentă de peretele celular, are o afinitate slabă pentru coloranţi şi este puţin opacă pentru electroni; în consecinţă capsula nu apare clar sau este chiar invizibilă la microscopul electronic. Stratul mucos este însă o masă amorfă neorganizată ale cărei componente vâscoase se dispun fără semnificaţie anatomică în jurul celulei bacteriene. Prezenţa stratului mucos şi a capsulei dă culturilor pe medii lichide un caracter vâscos, datorită difuzării în mediu a unora dintre substanţele capsulare. Pe medii solide coloniile au un aspect umed, lucios, mucoid. Din punct de vedere al compoziţiei chimice, capsula şi stratul mucos sunt, în general, de natură polizaharidică, fapt care explică şi consistenţa vâscoasă cât şi refringenţa caracteristică. Unele bacterii pot elabora simultan atât un strat mucos cât şi o capsulă, cele două tipuri de formaţiuni conţinând polizaharide cu compoziţii chimice diferite. Uneori, compoziţia chimică a capsulei este corelată cu specificitatea antigenică a celulelor respective şi permite diferenţierea lor serologică în scop de diagnostic. -

capsula nu este parte integrantă din celula bacteriană, ci un produs inert, care rezultă din activitatea ei metabolică şi care poate fi îndepărtat fără ca viaţa celulei să sufere;

-

datorită proprietăţilor sale higroscopice capsula protejează celula de desicaţie;

-

reprezintă un rezervor pentru stocarea substanţelor nutritive sau a celor rezultate din metabolism;

44

-

la bacteriile patogene are un rol protector faţă de acţiunea fagocitelor direct, prin împiedicarea adeziunii la suprafaţa leucocitului, sau indirect prin efectul antifagocitar al substanţelor pe care le conţine;

-

bacteriile capsulate au deci, o mai mare virulenţă pentru om şi animale, iar pierderea capsulei poate determina pierderea virulenţei. 4.3.11. Flagelii Multe specii bacteriene sunt capabile să se deplaseze în mediu lichid sau semilichid datorită unui aparat locomotor. Prezenţa mobilităţii este un criteriu de departajare pentru grupuri de bacterii, familii, genuri sau chiar specii. În general, cocii sunt mai rar mobili faţă de bacili. Deşi mecanismul mişcării nu este cunoscut, primul tip de mobilitate descris la bacterii este cel realizat prin intermediul flagelilor. Este vorba despre o adaptare, un mod de deplasare spre zone mai bogate în nutrienţi, bacteriile părăsind zonele unde aceştia s-au epuizat. Flagelii sunt structuri filamentoase subţiri, flexibile şi fragile, de formă helicală, cu spire de amplitudine neuniformă. Lungimea lor poate atinge 10 mm (de 10 ori lungimea bacteriei), cu un diametru de 20 nm. Ei sunt mai lungi la celulele bătrâne şi la cele care trăiesc în mediile lichide, iar la aceeaşi celulă pot avea lungimi diferite; pot fi uneori acoperiţi de o teacă de înveliş (Vibrio). Semnificaţia biologică a flagelilor constă, în primul rând, în faptul că asigură mişcarea bacteriilor flagelate. Flagelii au rol şi în tactism atât faţă de fotostimulatori cât şi faţă de excitanţii chimici. Rolul flagelilor în declanşarea şi evoluţia infecţiei nu este clar, deoarece variantele aciliate ale bacteriilor patogene sunt capabile să reproducă infecţia 4.3.12. Pilii şi fimbriile Bacteriile Gram negative posedă, uneori, apendici scurţi, filiformi, mult mai fini decât flagelii şi care nu sunt implicaţi în mişcare. Evidenţiaţi graţie microscopiei electronice se denumesc fimbrii (Dinguid, 1955) – ceea ce în limba latină înseamnă filament sau fibră, iar pentru cea de-a doua categorie termenul de pili (Brinton, 1959) ce înseamnă în limba latină păr. Pilii sunt apendici filamentoşi flexibili prezenţi pe suprafaţa celulelor (E.coli, Salmonella typhimurium etc.). Mărimea lor este de ordinul a 10 microni, iar ca număr

45

sunt per celulă circa 1-10. Ei sunt implicaţi în transferul ADN între bacteriile mascule şi femele, deci sunt apendici cu funcţii sexuale. De asemenea, bacteriofagii fixează specific la începutul ciclului lor de reproducere la nişte receptori prezenţi pe pilii de sex. Unele bacterii din sol formează grupări în formă de stea datorită legării lor prin intermediul pililor. Este probabil ca în aceste grupări ar avea loc şi procese de conjugare. Pierderea pililor prin mutaţie ar putea avea drept consecinţă deci, dobândirea rezistenţei faţă de infecţia cu fagii respectivi. Fimbriile sunt apendice filamentoase aparent rigide, a căror sinteză este controlată genetic; numărul lor variază între 1 şi 1000/celulă. Ele sunt scurte (1 micron lungime), cu diametrul deprins între 3-14 nm, fiind alcătuite în exclusivitate dintr-un număr variabil de subunităţi identice alcătuite din fimbrilină – resturi de aminoacizi asamblaţi după o simetrie helicală. Prezenţa fimbriilor este în raport direct cu proprietăţile hemaglutinante ale bacteriei şi cu puterea lor de adeziune la suprafaţa altor celule. Ca şi pilii, fimbriile rămân legate de protoplaşti şi sferoplaşti, după îndepărtarea peretelui celular, ceea ce demonstrează originea lor intracelulară. Există două tipuri morfologice de fimbrii: sub formă de bastonaşe de 5-7 nm diametru, rigide şi sub formă de fibre flexibile de 2-3 nm diametru; la bacteriile Gram negative fimbriile sunt o apariţie constantă, în timp ce bacteriile Gram pozitive au rar asemenea formaţiuni (Corynebacterium şi Actinomycetes). Semnificaţia biologică a fimbriilor este aceea că, prezenţa lor conferă unele avantaje biologice legate de creşterea suprafeţei active în absorbţia de substanţe nutritive. Fimbriile pot servi ca organite de transport ale unor metaboliţi importanţi, probabil macromoleculari. Uneori pot determina formarea unor „pelicule” de bacterii reunite cu ajutorul fimbriilor la suprafaţa unor ape stagnante, slab oxigenate în profunzime (bacterii saprofite). 4.3.13. Spinii Spinii sau spiculele bacteriene sunt apendici pericelulari rigizi, tubulari, prezenţi la anumite bacterii Gram negative. Denumirea lor (lb.latină spina = spin) este dată de aspectul lor observat la microscopul fotonic.

46

Sunt în număt variabil de la 1 la 15, distribuiţi pe celulă aparent la întâmplate, perpendicular pe suprafaţa bacteriilor. Spinii sunt alcătuiţi dintr-un filament helical cu secţiunea de circa 12 nm, iar lungimea variabilă cuprinsă între 1-3 µm. Spinii sunt legaţi de suprafaţa membranei externe a peretelui celular, care are o structură absolut normală, prin intermediul unor proteine. Spinii pot fi detaşaţi foarte uşor prin tratare cu proteaze sau prin agitare. Compoziţia chimică a spinilor este proteică – molecule de spinină, având aminoacizi similari cu flagelina (din flageli) sau pilina (din pili). Spinina este alcătuită la rândul sau din subunităţi morfologice (oligomere) lungi de 11 nm şi late de 5,6 nm. Până la ora actuală, semnificaţia biologică a spinilor nu este cunoscută.

4.4. Creşterea bacteriilor Ĩn general, prin creştere se înţelege procesul biologic care determinã mãrirea în timp, a dimensiunilor spaţiale şi a volumului unui organ sau organism (în ontogenezã), ca rezultat al metabolismului de biosintezã care faciliteazã adãugarea de substanţã nouã. Acest fenomen este vizibil la organismele pluricelulare şi mai puţin pregnant la bacterii. De aceea, noţiunea de creştere bacterianã are douã înţelesuri: -

creşterea propriu-zisã (mãrirea volumului celular)

-

sporirea numãrului de indivizi într-o populaţie (multiplicare). Creşterea propriu-zisã la bacterii constã în sintetizarea din mediu a unor

substanţe nutritive noi, identice cu constituenţii celulei. Acest proces este controlat genetic. Nu orice mãrire a volumului celular este o consecinţã a creşterii normale. Ea poate fi determinatã şi de acumularea de substanţe de rezervã şi de mãrirea accentuatã a conţinutului în apã a celulelor. La un moment dat, creşterea sisteazã şi urmeazã diviziunea sau multiplicarea bacteriilor. Creşterea bacteriilor poate fi influenţatã de numeroşi factori de

mediu:

temperaturã, pH, luminã, presiunea hidrostaticã, condiţiile osmotice, oxigenul, precum şi de compoziţia chimicã a mediului.

47

4.5. Multiplicarea bacteriilor Acest fenomen se poate realiza prin diviziune directã (simplã sau binarã), înmugurire, fragmentare, spori (de propagare). a) Multiplicarea prin diviziune Diviziunea directã este forma cea mai frecventã de multiplicare a bacteriilor şi constã în scindarea celulei-mamã în douã celule-fiice, adesea identice (diviziune izomorfã) şi mai rar inegale (diviziune heteromorfã). La bacilli şi spirili, diviziunea se face frecvent în plan perpendicular pe axul longitudinal al celulei, iar la coci dupã 1,2 sau 3 planuri perpendiculare succesive, ceea ce face posibilã o grupare caracteristicã a celulelor-fiice. Dacã la unele bacterii Gram-pozitive etapele diviziunii celulare sunt vizibile, la cele Gram-negative existã încã unele controverse, mecanismul diviziunii nefiind încã bine cunoscut. Cert este cã diviziunea directã se desfãşoarã în douã moduri: prin strangulare sau prin formarea unui sept transversal. In ambele cazuri,

prima etapã a celulei o

constituie diviziunea nucleului. Intre douã diviziuni, întreaga masã de constituenţi celulari, inclusiv ADN îşi dubleazã conţinutul, iar cei doi corpi nucleari se despart unul de altul. b) Multiplicarea prin înmugurire Acest tip de multiplicare este caracteristic numai unor specii de bacterii şi constã în formarea de cãtre celula-mamã, pe suprafaţa ei, lateral sau terminal, a unei protuberanţe în formã de mugure, mai mica decât ea, în care migreazã constituenţii noii celule sau în care vor fi sintetizaţi de novo. Mugurele format creşte treptat şi, când ajunge la o anumitã mãrime, se separã de celula-mamã. Procesul de diviziune care duce la separarea mugurelui este, în esenţã, similar cu cel al diviziunii simetrice. Deosebirile între ele constau în faptul cã înmugurirea este o diviziune asimetricã, în urma cãreia rezultã douã celule “mama şi fiicã”, una bãtrânã şi alta imaturã, în loc de douã celule-surori imature. c) Multiplicarea prin fragmentare A fost observatã la cele mai multe actinomicete (filamentoase cu ramificaţii adevãrate) şi constã într-o diviziune multiplã a bacteriilor care în ciclul de creştere au o perioadã hifalã cenociticã, când hifa se alungeşte, La un moment dat apare la mijlocul hifei primul sept transversal şi apoi altele de-a lungul filamentului, rezultând mai multe fragmente

48

scurte, egale, ale cãror extremitãţi devin situsuri de creştere, facilitând astfel formarea de noi celule bacteriene.. d) Multiplicarea prin spori Aceastã multiplicare a fost studiatã la actinomicetele care formeazã exospori sau spori de dispersare de tip asexuat, dispuşi deseori pe hifele aeriene în lanţuri de diferite lungimi sau în vezicule sporale speciale (sporangii). La unele actinomicete hifele sporulente care formeazã exospori sunt învelite întro teacã extracelularã independentã de transformãrile peretelui sporoforului. Exosporii se formeazã prin fragmentarea hifelor, datoritã apariţiei unor septuri transversale care cresc inelar sau se invagineazã. Dupã o serie de modificãri structurale are loc maturarea sporilor şi formarea structurii interne. Urmeazã apoi ruperea tecii, care a acoperit sporii în timpul formãrii lor şi eliberarea sporilor în vederea dispersãrii lor. In general, o celulã-mamã nu formeazã mai mult de patru celule-fiice care sunt imature în momentul formãrii lor, comparativ cu celula-mamã care suferã un proces de “îmbãtrânire”. Viteza de multiplicare este determinata genetic, de aceea variazã de la o specie la alta. In cadrul aceleiaşi specii, poate fi influenţatã de condiţiile de mediu. Durata unei generaţii este minima când condiţiile de culturã sunt optime. Aceastã proprietate de multiplicare rapidã a bacteriilor explicã supravieţuirea lor în naturã, adesea în condiţii de mediu nefavorabile. Ea se datoreazã, printre altele, valorii foarte mari a raportului dintre suprafaţa celulei şi greutatea ei (de 400.000 de ori decât la om).

4.6. Nutriţia bacteriilor Nutriţia constã în totalitatea proceselor prin care bacteriile îşi asigurã necesitãţile şi plastice, de sintezã a constituenţilor celulari, de activare a enzimelor şi a sistemelor de transport. Nutriţia constituie un etalon de clasificare a bacteriilor care pot fi grupate atât dupã sursa de energie cât şi dupã cea a materialelor plastice. Funcţie de sursa de energie, bacteriile se clasificã dupã cum urmeazã:

•

fototrofe (fotosintetizante), a cãror sursã primarã de enrgie este lumina (energie fotonicã);

•

chemotrofe (chemosintetizante), a cãror sursã de energie este obţinutã în lipsa luminii, în urma unor reacţii de oxidoreducere a unor substanţe exogene anorganice sau organice

49

Metabolismul energetic, în funcţie de natura compuşilor folosiţi ca donatori de electroni oferã posibilitatea clasificãrii bacteriilor în:

•

litotrofe, bacterii care metabolizeazã substanţe anorganice;

•

organotrofe, bacterii care utilizeazã substanţele organice (inclusive ca sursã de carbon).

•

In ce priveşte respiraţia la bacterii, ele pot fi dupã cum urmeazã:

•

aerobe, care necesitã prezenţa oxigenului;

•

anaerobe, cu acceptori finali anorganici diferiţi de oxigen;

•

de fermentaţie, bacterii care folosesc compuşii organici ca acceptori de electroni.

Bacteriile mai pot fi clasificate şi dupã sursa materialelor plastice dupã cum urmeazã:

•

autotrofe, care îşi sintetizeazã toţi metaboliţii organici din substanţe anorganice (bioxid de carbon, amoniac, apã, sãruri minerale), fiind independente de orice sursã organicã de energie;

•

heterotrofe, cele a cãror dezvoltare este dependentã de prezenţa unor substanţe organice. Bacteriile heterotrofe au un metabolism de tip chemosintetic. Unele bacterii heterotrofe utilizeazã sa sursã de energie exclusiv hidraţii de carbon (bacterii de fermentaţie) iar altele compuşii cu azot (bacterii de putrefacţie). Existã şi bacterii cu nutriţie mixotrofã.

Richettsiile Considerate iniţial ca un grup intermediar între bacterii şi virusuri, ricketsiile aparţin indubitabil grupului bacteriilor cel puţin din următoarele considerente: -

organizare celulară de tip procariot;

-

structura internă a constituienţilor tipic bacteriană;

-

compoziţie chimică complexă;

-

prezenţa activităţilor metabolice;

-

multiplicarea prin diviziune;

-

natura parazitismului diferită faţă de parazitismul absolut al virusurilor.

Filogenetic vorbind, rickettsiile au fost la origine paraziţi naturali ai artropodelor, de la care au trecut apoi la mamifere şi om având ca vectori – vectorii hematofagi.

50

Din punct de vedere morfologic, celula tipică are formă de bastonaş cu dimensiuni de 0,3-0,7 µm x 1,5-2,0 µm, fiind Gram negative; prezintă totuşi un pleiomorfism accentuat, rickettsiile putând fi sub formă de coci izolaţi sau grupaţi în perechi, cocobacili, filamente subţiri şi flexuoase. Majoritatea speciilor sunt parazite sau simbioante; formele parazite se dezvoltă la vertebrate în eritrocite şi în celule endoteliale, dar şi la artropodele hematofage (purici, păduchi) care pot fi vectori sau gazde primare pentru aceste microorganisme. Există însă şi specii nepatogene pentru mamifere, prezente în organismul artropodelor, la care joacă rol de simbionţi. Multiplicarea se realizează prin diviziune simplă transversală în citoplasma celulelor, atât la vertebrate cât şi la artropode şi doar la anumite specii, la nivelul nucleului (R.conorii). În general, multiplicarea rickettsiilor nu produce modificări majore în celule, până în faza finală, când aceasta este distrusă. Din punct de vedere sistematic, Bergey (1974) le include în ordinul Rickettsiales, clasa Microtatobiotes, phylum Protophyta; sunt grupate în trei genuri: Rickettsia, Rochalimaea, Cariella. Importanţa practică este dată de faptul că produc rickettsioze, care sunt la om boli febrile cu exantem. Printre cele mai importante maladii amintim: tifosul exantematic, tifosul murin (de şobolan), febra Q (tifos pulmonar). Agenţii patogeni ai acestor boli sunt transmişi la om prin intermediul artropodelor vectoae, iar în cazul febrei Q în special pe care respiratorie, digestivă şi transcutanată.

Chlamidiile Sunt organisme procariote, parazite obligat în celula eucariotă, producând infecţii la om şi animale. Considerate iniţial virusuri, chlamidiile sunt bacterii deşi au un parazitism obligat şi îşi menţin structura celulară procariotă de-a lungul întregului lor ciclu de viaţă. Chlamidiile aparţin ordinului Chlamydiales, care are o singură familie Chlamidiaceae şi un singur gen. Chlamydia, având două specii: C.Arachomates şi C psittaci, dar cele două specii nu prezintă omologie genetică, fiind probabil derivate din doi strămoşi diferiţi. Chlamidiile sunt bacterii cocoidale, lipsite de mobilităţi Gram

51

negative, cu dimensiuni cuprinse între 0,2-1,5 µm. Conţin citoplasmă şi ribozomi, iar în zona centrală conţin un nucleoid compact. Genomul este alcătuit dintr-o moleculă de ADN circular închis, alcătuit din peste 600 gene (circa 25% din genomul E.coli). Ele conţin enzime pentru sinteza ADN, ARN şi pentru metabolismul glucozei, dar sunt incapabile să producă compuşi macroergici (ATP) pentru stocarea şi utilizarea energiei (sunt „paraziţi de energie”). Chlamidiile nu se pot reproduce decât în vacuolele din citoplasma celulei gazdă, acumularea lor face ca vacuolele dă devină mai mari şi vizibile chiar şi la microscopul optic. În privinţa patogenităţii, chlamidiile sunt importanţi agenţi patogeni la om şi animale cu sânge cald: C.trachomatis produce uretrite, trahoame, conjunctivite, la om şi la curcani, oi, pisici, papagali, invadând tractul lor intestinal, respirator sau genital, chiar şi fătul în viaţa intrauterină. C.psittaci determină psittacoza şi ornitoze la om, păsări sălbatice, domestice. Recent a fost descoperită o nouă specie C.pneumoniae care provoacă pneumonii la om, la ovine, porcine, bovine.

Micoplasmele Micoplasmele reprezintă un grup de celule procariote mici, lipsite de peretele celular, fiind delimitate doar de o membrană lipoproteică şi cu o compoziţie chimică similară celulei animale. Reprezintă cele mai mici şi primitive forme capabile de creştere autonomă pe medii acelulare. Morfologia şi modul de multiplicare al micoplasmelor fac obiectul unor discuţii contradictorii, derivată din faptul că, lipsite de peretele celular, ele au o plasticitate naturală extrem de mare. La ora actuală se cunosc mai multe forme morfologice sfericecocoidale, filamentoase, sunt Gram negative, cu dimensiuni cuprinse între 125-250 mm (sferice), până la 150 µm la formele filamentoase. Sunt imobile, dar unele sunt mobile prin alunecare pe suprafeţele acoperite cu lichide; în general sunt anaerobe facultative, doar câteva fiind anaerobe obligate. Pe un mediu de cultură gelozat, marea majoritate se dezvoltă formând colonii caracteristice cu formă de „ouă ochiuri”. Sistematica micoplasmelor: formează o clasă aparte Mollicutes (moli=moale, cute= piele), cu două genuri Mycoplasma (creştere dependentă de prezenţa sterolilor în mediu) şi Acholeplasma (se dezvoltă independent de sterili). Cele mai reprezentative

52

specii

sunt:

Mycoplasma

pulmonis,

M.hominis,

M.mycoides,

M.pneumoniae,

Spiroplasma sp. Datorită structurii lor simple şi a activităţii biochimice limitate, micoplasmele reprezintă modele experimentale foarte convenabile pentru studierea proceselor biologice şi biochimice fundamentale, legate, în special, de structura şi funcţiile membranelor.

Spirochetele Sunt

bacterii

chemoheterotrofe

caracterizate

printr-o

anatomie

celulară

particulară şi o modalitate fără echivalent în lumea procariotelor. Astfel, s-a constatat că unele specii de spirochete pot traversa câmpul microscopic într-o fracţiune de secundă, ceea ce face dificilă examinarea lor în preparate proaspete. Violenţa cu care se deplasează face să antreneze brusc în drumul lor şi alte celule bacteriene sau chiar particule cu o masă superioară aceleia a propriului corp; particularitate utilizată pentru decelarea prezenţei lor în sânge, la bolnavii infectaţi cu unele specii patogene. Celulele spirochetelor sunt de formă helicală, având drept principal component structural cilindrul protoplasmic, alcătuit din constituienţii citoplasmatici şi nucleari fiind înconjuraţi de membrana plasmatică şi peretele celular. Dimensiunea celulei variază în funcţie de specie, între 0,1-0,2 x 5-6 µm pentru spirochete mici, până la 0,75-3x 500 µm la cele mari. Spirochetele sunt larg răspândite în natură: în apele din lacuri, râuri, mări şi oceane, altele fac parte din flora indigenă a unor gazde eucariote (corpul unor protozoare, interstiţiul termitelor, colonul mamiferelor). Aceste specii sunt nepatogene, dar altele sunt patogene pentru om: Treponema pallidum (sifilis), Borrelia recurrentis (febra recurentă), sau om şi animale: Leptospira canicola (leptospiroza).

Mixobacteriile Mixobacteriile sunt microorganisme procariote care prezintă un ciclu de viaţă cuprinzând secvenţe de dezvoltare complexă şi procese rudimentare (Zarnea, 1973). Se deosebesc de alte tipuri de bacterii prin: -

natura mobilităţii asemănătoare cu cyanobacteriile şi bacteriile filamentoase;

-

flexibilitatea celulei lor, determinată de lipsa unui perete celular rigid;

-

ciclu de viaţă care implică morfogeneza celulară şi colonială.

53

Celulele vegetative au forma unor bacili mici, cilindrici sau cu extremităţi ascuţite şi au o structură celulară tip Gram negativă, fără flageli, inclavaţi într-un strat de mucus consistent. Mixobacteriile sunt organisme chemoheterotrofe, strict aerobe, care fac hidrolixa extracelulară a unor macromolecule insolubile (amidon, celuloză, proteine) folosind constituienţii acestora de creştere. Unele sunt bacteriotrofe având proprietatea de a omorî şi liza bacterii şi alte microorganisme (mucegaiuri, drojdii, alge), înainte de a face hidroliza constituienţilor lor. Sunt răspândite în sol, pe materiale vegetale pe cale de descompunere, rolul lor în natură fiind corelat cu proprietatea de a hidroliza macromolecule insolubile. Sunt şi numeroase specii patogene producând îmbolnăviri masive în păstrăvării. În concluzie, mixobacteriile reprezintă grupul de organisme cu tipul de comportament şi ciclu de viaţă cel mai complex dintre toate procariotele.

Actinomicetele Actinomicetele sunt un grup de bacterii filamentoase, ramificate, Gram-pozitive şi caracterizate printr-o mare varietate de tipuri morfologice. Actinomicetele formează o reţea ramificată de filamente care poartă denumirea de miceliu, motiv pentru care, multă vreme au fost considerate ca făcând parte din categoria fungilor microscopici. Prin caracteristicile generale, actinomicetele aparţin neîndoielnic lumii bacteriilor; aceste caracteristici discriminatorii sunt: -

organizarea celulară de tip procariot;

-

material genetic reprezentat de nucleoid, perete celular mureinic, absenţa mitocondriilor şi a reticulului endoplasmic;

-

prezenţa flagelilor de tip procariot la formele mobile;

-

diametrul hifelor, structura şi dimensiunile constituienţilor interni diferite de ale fungilor;

forme strict anaerobe şi chimioautotrofe ce nu se întâlnesc la fungi; -

sensibilitatea la fagi de tip bacterian (actinofagi) şi la acţiunea antibioticelor ce inhibă bacteriile Gram pozitive;

-

rezistenţa faţă de antibioticele strict antifungice.

54

Actinomicetele au o structură de colonie complexă, din micelii multinucleate, ramificate. Forma actinomicetelor este, în general, alungită, filamentoasă, cu o tendinţă de ramificare (monopodială, dihotomică sau verticilată), de unde aspectul lor de miceliu. Hifele miceliului au un diametru de 0,5-2,0 nm şi o lungime de peste 20 nm, prezentând o structură de tip procariot, corespunzător unor celule foarte lungi, multinucleare, fără pereţi transversali în cursul creşterii vegetative. Numeroase actinomicete au un miceliu aerian care se împrăştie pe suprafaţa substratului pe care se dezvoltă şi care formează conidii. Sporii asexuaţi au un înveliş fin şi se numesc conidii sau conidiospori şi se găsesc la extremităţile filamentelor. Dacă sporii sunt localizaţi în sporange el se numeşte sporangiospor; sporii pot avea forme foarte variate şi se dezvoltă prin separarea unor extremităţi ale filamentelor ca replică la apariţia unor condiţii nefavorabile de viaţă (lipsa nutrienţilor). Sporii suportă bine deshidratarea, deşi nu au o rezistenţă deosebită la căldură, având astfel, o valoare adaptativă deosebită. Cele mai multe actinomicete sunt saprofite însol (la suprafaţă, dar şi în profunzime) şi sunt frecvente în solurile uscate, alcaline, arate, în general în solurile bogate în substanţe organice; de asemenea, actinomicetele se dezvoltă şi pe resturi vegetale, plante, în apele lacurilor şi în nămol. Există însă şi specii parazite ale plantelor, omului şi animalelor. Actinomicetele nu sunt, în general, mobile, dar dacă este prezentă mobilitatea, ea se concretizează prin prezenţa unor spori flagelaţi. O particularitate a actinomicetelor este modul de nutriţie omnivor, permiţându-le să se dezvolte pe substraturi organice dintre cele mai diferite. Practic, actinomicetele încep să se dezvolte pe resturile vegetale după ce substanţele uşor asimilabile au fost descompuse şi asimilate de predecesori: bacterii şi ciuperci. Actinomicetele nu au nevoi speciale de substanţe nutritive şi de factori de creştere; ele folosesc N în stare minerală, dar şi organică, C sub formă de acizi organici, dextrine şi amidon. Capacitatea lor de a degrada substanţele organice dintre cele mai complexe le conferă un rol important în natură, mai ales în descompunerea substanţelor organice din nămoluri şi sol. Taxonomia actinomicetelor are la bază o serie de proprietăţi, cum ar fi: morfologia şi culoarea miceliului, a sporangilor, % G + C din ADN, compoziţia peretelui celular, toate reflectând o gamă variată de diferenţe comparativ cu alte bacterii. Astfel, actinomicetele aparţin ordinului Actinomycetales (Bergey, 1974), principalele grupe fiind cuprinse în 8 familii: Actinomycetae, Mycobacteriaceae,

55

Frankiaceae, Actinoplanaceae, Dermatophilaceae, Nocardiaceae, Streptomycetaceae. Micromonosporaceae; primele două familii nu formează micelii, se caracterizează prin lipsa sporilor, pe când celelalte produc miceliu adevărat şi pot fi: simbionţi în noduli pe rădăcinile plantelor şi fixatori de N molecular (Frankiaceae), precum şi saprofite sau facultativ parazite. Importanţa practică a actinomicetelor este următoarea: -

participă, în mare măsură, la procesele de degradare biologică şi mineralizarea substanţelor organice, numeroase specii prezente în sol fiind saprofite;

-

actiomicetele se pot regăsi în simbioze (actinorize), cu specii de plante superioare, participând la procesul de fixare biologică a azotului;

-

sunt actinomicetele parazite care produc boli grave la om şi animale: Mycobacterium tuberculosis (produce tuberculoza), Mycobacterium leprae (lepra), Actinomycetes şi Nocardia (infecţii ale cavităţii bucale, organelor interne), Dermatophylus şi Micromonospora (infecţii cutanate), dar şi fitopatogene, producând boli ale plantelor (Str.scabies);

-

reprezintă, prin speciile genului Streptomyces, cei mai activi producători de antibiotice (peste 500 de antibiotice distincte separate până în prezent), peste 50% din actinomicetele izolate din natură produc substanţe antibiotice;

-

au pretenţii nutritive reduse, având un echipament enzimatic complex ceea ce le face utile în numeroase biotehnologii moderne: la degradarea unor resturi vegetale din industriile alimentare, prelucrare a lemnului, cerealelor, biosinteza unor vitamine la scară industrială etc.

Bacteriile fotosintetizante Bacteriile fotosintetizante grupează bacterii de trei tipuri: a) bacterii purpurii; b) bacterii verzi; c) cyanobacterii. Bacteriile verzi şi bacteriile purpurii se grupează şi alcătuiesc bacteriile fotosintetizante

anoxigenice,

iar

cyanobacteriile

fotosintetizante oxigenice.

56

alcătuiesc

grupul

bacteriilor

Bacteriile fotosintetizante anoxigenice – sunt incapabile a folosi apa ca sursă de electroni; pentru a forma NADH şi NADPH ele utilizează molecule reduse: H2S, S, H2, materii organice. Cu alte cuvinte, bacteriile verzi şi cele purpurii nu produc oxigen şi formează granule de sulf care se acumulează fie în interiorul celulelor (bacterii sulfutoase purpurii), fie la suprafaţa celulelor (bacterii sulfuroase verzi). Bacteriile purpurii nesulfuroase utilizează molecule organice ca sursă de electroni. Bacteriile fotosintetizante oxigenice utilizează apa ca donor de electroni şi produc oxigen în cursul fotosintezei. Cel mai vast grup de bacterii fotosintetizante oxigenice îl reprezintă Cianobacteriile. Cianobacteriile sunt microorganisme cu o organizare de tip procariot, care posedă un aparat fotosintetic similar din punct de vedere molecular, structural şi funcţional celui din cloroplastul eucariotelor, posedând clorofila a şi fotosistem II (fotosinteză oxigenică). Cianobacteriile au formă sferică sau bacilară, cu dimensiuni cuprinse între 1-10 µm; se află sub formă de celule izolate, asociaţii coloniale sau filamente, formele filamentoase fiind cele mai complexe, prezentând două tipuri adiţionale de celule – akineţii şi heterochiştii (rezultate prin diferenţierea celulelor vegetative). În genomul cianobacteriilor există o moleculă de ADN dublu helicală, cu dimensiuni variabile. Tipică pentru cianobacterii este prezenţa granulelor de cianoficină (nu au fost găsite la nici un alt grup de organisme), care apar sub forma unor granule mari, refringente, vizibile la microscopul fotonic, de forma neregulat-sferoidală şi care se acumulează în celulele vegetative în faza staţionară de creştere şi în akineţi. Cianobacteriile sunt microorganisme fotoautotrofe aerobe şi folosesc energia obţinută prin reacţii de fotosinteză producătoare de oxigen, pentru a face biosinteza constituienţilor celulari pornind de la substanţele anorganice; sunt şi specii facultativ chemoheterotrofe şi se pot dezvolta mult mai lent la întuneric, utilizând o gamă limitată de zaharuri. Reproducerea la cianobacterii se face prin sciziune binară, înmugurire, fragmentare şi sciziune multiplă.

57

MICROORGANISME EUCARIOTE 5.1. Organizarea celulară Microorganismele eucariote sunt reprezentate printr-un număr mare de specii şi indivizi. Marea lor majoritate sunt microorganisme unicelulare, sau pluricelulare, dar cu un grad de complexitate şi o diferenţiere extrem de limitate. Organizarea celulară la eucariote este mult mai complexă decât a organismelor procariote. Tabelul 5.1. Elementele structurale ale celulei eucariote şi funcţiile acestora Elementul structural Citoplasma Microfilamente, filamente intermediare şi microtubuli Reticulul endoplasmatic Ribozomii Aparatul Golgi Lizozomii Mitocondriile Cloroplastele Nucleul Nucleolul Învelişurile celulare Cilii şi flagelii 5.1.1. Învelişurile celulare

Funcţia Sediul organitelor celulare şi al numeroase procese metabolice Citoscheletul celulei Transport de materiale, sinteza lipidelor şi a proteinelor Sinteza proteică Rezervor şi loc din care se realizează secreţia de substanţe, sediul genezei lizozomilor Digestia intracelulară Eliberare de energie, transport de electroni, fosforilare oxidativă Fotosinteza – producere de glucide pornind de la CO2 Sediul informaţiei genetice, centrul de control al celulei Sinteza ARN ribozomal Arhitectura celulară şi rigiditatea caracteristică Mobilitatea celulară

Există diferenţe între microorganismele eucariote şi cele procariote în ceea ce priveşte structurile lor de protecţie şi susţinere aflate la exteriorul membranei lor plasmatice; multe din microorganismele eucariote tind spre organizarea specifică celulei eucariote animale, spre exemplu protozoarele care sunt lipsite de perete celular.

58

De obicei, peretele celular este foarte rigid, dar compoziţia lui variază în funcţie de organism; totuşi, în general sunt prezente: celuloza, chitina şi glucanul, deşi polizaharidele din peretele celular au eucariotelor au o structură mai simplă comparativ cu procariotele. Diferenţa constă în prezenţa sterolilor la eucariote în membrana celulară, faţă de bacterii (procariote). De asemenea, una din funcţiile membranei citoplasmice la eucariote lipseşte – este vorba despre producerea de energie – cum se întâmplă în cazul procariotelor. La protozoare şi unele alge apare un înveliş extern denumit cuticulă – stratul rigid de elemente localizate deasupra membranei plasmatice; deşi cuticula nu este o structură la fel de solidă şi rigidă ca şi peretele celular, ea dă celulelor o formă caracteristică. 5.1.2. Citoplasma, microfilamentele, microtubulii Matricea citoplasmatică este o parte foarte importantă a celulei ca sediu a numeroase procese biochimice; faţă de citoplasma procariotelor, la eucariote aceasta se caracterizează prin stări alternative sol-gel şi prin prezenţa unor curenţi citoplasmatici. Nucleul este delimitat de o membrană proprie, citoplasma fiind un sistem coloidal complex care îşi schimbă starea în funcţie de starea fiziologică a celulei. Apa (70-85% din greutatea celulei eucariote) poate exista ca: -

apă liberă (osmotic activă);

-

apă legată (apa de hidratare) legată la suprafaţa unor proteine şi a altor molecule;

pH-ul citoplasmei este aproape de neutralitate (6,8 – 7,1), dar poate varia; astfel, vacuolele digestive ale protozoarelor pot avea un pH = 3-4. Matricea citoplasmatică a eucariotelor conţine formaţiuni numite microfilamente, de natură proteică şi care au rol important în circulaţia celulară şi în schimbarea formei. Cât priveşte rolul tubulilor acesta este acela de a menţine forma celulei, implicare în mişcările celulare, precum şi în transportul intracelular de substanţe şi organite. 5.1.3. Reticulul endoplasmic Citoplasma celulei eucariote este transversată de un sistem neregulat de tubuli membranari ramificaţi ce conţin saci plaţi numiţi cisterne. Reţeaua de tubuli şi vezicule se numeşte reticul endoplasmic a cărui natură depinde de starea funcţională şi fiziologică a celulei. Funcţia şi geneza reticulului endoplasmic sunt extrem de variate. El este sistemul de transport graţie căruia proteinele, lipidele şi alte substanţe excretate. Reticulul

59

endoplasmic este, de asemenea, sediul principal al sintezei membranei celulare, noii reticuli endoplasmici iau naştere din extensia celor deja existenţi.

60