Micro Biolog i e

Prof. univ. dr. Eugen ULEA ùef lucr. dr. Florin-Daniel LIPùA

MICROBIOLOGIE

IAùI 2012

CUPRINS CAPITOLUL 1 - OBIECTUL DE STUDIU AL MICROBIOLOGIEI......... 9 1.1. Date selective privind istoricul Microbiologiei ........................... 11 1.2. ùcoala românească de Microbiologie .......................................... 19 Test de autoevaluare ........................................................................... 21 CAPITOLUL 2 - CARACTERELE GENERALE ùI POZIğIA MICROORGANISMELOR ÎN LUMEA VIE ............................................. 22 2.1. PoziĠia microorganismelor în lumea vie ...................................... 24 2.2. Prionii .......................................................................................... 26 2.3. Virusurile ..................................................................................... 28 2.3.1. Morfologia virusurilor ......................................................... 28 2.3.2. Structura virusurilor ............................................................. 29 2.3.3. Virusurile plantelor .............................................................. 30 2.3.4. Bacteriofagii......................................................................... 32 2.3.5. Fagii filamentoúi .................................................................. 38 2.3.6. Cianofagii............................................................................. 39 2.3.7. Micovirusurile ...................................................................... 39 2.3.8. Sistematica, nomenclatura úi identificarea virusurilor ......... 39 2.4. Bacteriile...................................................................................... 41 2.4.1. Morfologia bacteriilor .......................................................... 42 2.4.2. Structura celulei bacteriene .................................................. 48 2.4.3. CompoziĠia chimică a bacteriilor ......................................... 58 2.4.4. Creúterea úi multiplicarea bacteriilor ................................... 60 2.4.5. NutriĠia bacteriilor................................................................ 63 2.4.6. RespiraĠia microorganismelor .............................................. 63 2.4.7. Grupe particulare de bacterii................................................ 64 2.4.8. Sistematica, nomenclatura úi identificarea bacteriilor ......... 68 2.4.9. Rolul bacteriilor în natură .................................................... 70 Test de autoevaluare ...................................................................... 71 2.5. Cyanobacteriile (algele albastre-verzi) ........................................ 71 2.5.1. Morfologia cyanobacteriilor ................................................ 72 2.5.2. Structura cyanobacteriilor .................................................... 72 2.5.3. Sistematica cyanobacteriilor ................................................ 73 2.5.4. Rolul cyanobacteriilor în natură .......................................... 74

2.6. Protozoarele ................................................................................. 74 2.6.1. Morfologia úi fiziologia protozoarelor ................................. 74 2.6.2. Structura protozoarelor ........................................................ 75 2.6.3. Reproducerea protozoarelor ................................................. 76 2.6.4. NutriĠia protozoarelor .......................................................... 76 2.6.5. Sistematica protozoarelor .................................................... 77 2.6.6. Rolul protozoarelor în natură ............................................... 78 2.7. Diatomeele ................................................................................... 79 2.7.1. Morfologia diatomeelor ....................................................... 79 2.7.2. Structura diatomeelor ........................................................... 79 2.7.3. Reproducerea diatomeelor ................................................... 81 2.7.4. Sistematica diatomeelor ....................................................... 83 2.7.5. Rolul diatomeelor în natură ................................................. 86 2.8. Ciupercile..................................................................................... 86 2.8.1. Morfologia ciupercilor ......................................................... 86 2.8.2. Structura celulară a ciupercilor ............................................ 88 2.8.3. Organele de fixare úi de absorbĠie ale ciupercilor................ 89 2.8.4. Formele de rezistenĠă ale ciupercilor ................................... 93 2.8.5. ÎnmulĠirea ciupercilor .......................................................... 94 2.8.6. AlternanĠa de faze la ciuperci ............................................ 101 2.8.7. NutriĠia ciupercilor ............................................................. 102 2.8.8. Originea úi evoluĠia parazitismului la ciuperci .................. 104 2.8.9. CerinĠe faĠă de mediu ......................................................... 105 2.8.10. Sistematica ciupercilor ..................................................... 105 Test de autoevaluare .................................................................... 107 CAPITOLUL 3 - INFLUENğA FACTORILOR ECOLOGICI ASUPRA MICROORGANISMELOR ....................................................................... 108 3.1. InfluenĠa pH-ului ....................................................................... 108 3.2. InfluenĠa temperaturii ................................................................ 109 3.3. InfluenĠa apei ............................................................................. 110 3.4. InfluenĠa energiei radiante ......................................................... 112 3.5. Activitatea microbiană a diferitelor soluri ................................. 113 3.6. Profilul microbian al solului ...................................................... 114 CAPITOLUL 4 - INTERRELAğIILE ECOLOGICE ÎNTRE ORGANISME

............................................................................................................... 115 4.1. InterrelaĠiile dintre populaĠiile de microorganisme ................... 115 4.2. InterrelaĠiile dintre plantele superioare úi microorganismele din sol ........................................................................................ 119 4.2.1. InfluenĠa sistemului radicular al plantelor asupra microflorei solului .............................................................. 119 4.2.2. Natura secreĠiilor radicelare úi influenĠa lor asupra structuriilor taxonomice a microflorei solului ........ 121 4.2.3. Vârsta plantelor úi efectul de rizosferă .............................. 122 4.2.4. Micorizele .......................................................................... 122 4.2.5. InterrelaĠiile între ciuperci úi plante în cazul micorizelor .. 124 CAPITOLUL 5 - SOLUL CA MEDIU DE EXISTENğĂ PENTRU MICROORGANISME ............................................................................... 126 5.1. Alcătuirea generală a solului ..................................................... 126 5.2. ReacĠia solului ........................................................................... 129 5.3. Formarea solului ........................................................................ 129 5.3.1. CompoziĠia chimică a solului ............................................ 130 5.3.2. Rolul microorganismelor în formarea úi evoluĠia materiei organice ................................................................ 131 5.3.3. Teoria microbiologică a formării humusului ..................... 132 5.4. PopulaĠia solului ........................................................................ 134 Test de autoevaluare ......................................................................... 136 CAPITOLUL 6 - ROLUL MICROORGANISMELOR ÎN CIRCUITUL MATERIEI ÎN NATURĂ.......................................................................... 138 6.1. Circuitul azotului ....................................................................... 138 6.1.1. Fixarea azotului molecular................................................. 141 6.1.2. Amonificarea ..................................................................... 151 6.1.3. Nitrificarea ......................................................................... 153 6.1.4. Denitrificarea ..................................................................... 155 6.2. Circuitul carbonului ................................................................... 156 6.2.1. Metabolismul carbonului mineral ...................................... 158 6.2.2. Metabolismul carbonului organic ...................................... 158 6.3. Circuitul sulfului ........................................................................ 168 6.4. Circuitul fierului ........................................................................ 171

6.5. Circuitul fosforului .................................................................... 173 6.6. Circuitul potasiului .................................................................... 175 6.7. Transformările microbiene ale calciului .................................... 175 6.8. Transformările microbiene ale magneziului .............................. 175 6.9. Transformările microbiene ale microelementelor ..................... 176 6.9.1. Manganul ........................................................................... 176 6.9.2. Seleniul .............................................................................. 176 6.9.3. Zincul ................................................................................. 177 6.9.4. Cuprul ................................................................................ 177 CAPITOLUL 7 - MICROBIOLOGIA FERMENTAğIILOR ................... 178 7.1. FermentaĠia alcoolică ................................................................. 179 7.1.1. Utilizarea microorganismelor în vinificaĠie ....................... 181 7.1.2. Utilizarea microorganismelor în industria berii ................. 196 7.2. FermentaĠia lactică ..................................................................... 196 7.2.1. Rolul microrganismelor în obĠinerea produselor lactate.................................................................................. 198 7.2.2. Rolul microorganismelor lactice în conservarea alimentelor murate ............................................................. 199 7.2.3. Rolul microorganismelor în producerea furajelor însilozate............................................................................. 200 7.3. FermentaĠia acetică .................................................................... 201 Test de autoevaluare ......................................................................... 205 BIBLIOGRAFIE ........................................................................................ 207

Capitolul 1 OBIECTUL DE STUDIU AL MICROBIOLOGIEI Microbiologia este útiinĠa care se ocupă cu studiul microorganismelor. Microorganismele constituie un grup foarte mare de organisme, diferite ca natură, formă úi activitate biologică, cu o organizare unicelulară úi o structură internă relativ simplă, având însă caractere comune dimensiunile microscopice, care le fac invizibile cu ochiul liber. Din grupul microorganismelor fac parte bacteriile, ciupercile microscopice (mucegaiurile úi levurile), algele unicelulare úi protozoarele. Lumii microorganismelor i-au fost alăturate úi virusurile, care sunt entităĠi infecĠioase, alcătuite din componentele chimice esenĠiale ale organismelor vii, proteine úi acizi nucleici cu o organizare acelulară, care le fac inapte de a se multiplica în afara unei celule vii, fapt ce le obligă la un parazitism intracelular absolut. Deúi Microbiologia este o útiinĠă relativ tânără, datorită domeniului de studiu foarte vast, în cadrul ei s-au diferenĠiat o serie de discipline microbiologice independente. Acestea pot fi grupate după mai multe criterii: A. După grupul taxonomic studiat: • Virologia (virusologia) este útiinĠa ce se ocupă cu studiul virusurilor úi acĠiunea lor asupra organismelor vii. • Bacteriologia se ocupă cu studierea, identificarea úi cultivarea bacteriilor, precum úi cu aplicaĠiile lor în medicină, agricultură, industrie úi biotehnologie. Micologia (gr. mykes - ciupercă) studiază morfologia, genetica, taxonomia, proprietăĠile biochimice úi ecologia ciupercilor. • Algologia (ficologia) este útiinĠa ce se ocupă cu studiul algelor. • Protozoologia este ramura microbiologiei care studiază morfologia, genetica úi taxonomia protozoarelor.


 

B. După activitatea microorganismelor în raport cu mediul în care trăiesc: • Microbiologia acvatică se ocupă cu studiul microorganismelor care trăiesc în mediu acvatic úi care participă la transformarea substanĠelor organice úi anorganice din mări úi oceane. • Microbiologia solului studiază activitatea microbiotei solului úi rolul ei în nutriĠia minerală a plantelor, fertilitatea solului, geneza úi formarea structurii solului. C. După natura problemelor studiate: • Fiziologia microorganismelor studiază procesele vitale ale microorganismelor (respiraĠie, nutriĠie etc). • Ecologia microorganismelor studiază legităĠile generale de evoluĠie úi interacĠiunea microorganismelor în natură, interacĠiunile úi interrelaĠiile dintre micro úi macroorganisme. • Genetica microorganismelor se ocupă cu studiul eredităĠii úi variabilităĠii microorganismelor precum úi cu mecanismele de transfer al materialului genetic. D. După aplicaĠiile practice: • Microbiologia medicală umană úi veterinară studiază microorganismele patogene úi relaĠiile ecologice care se stabilesc cu organismele infectate. • Imunologia studiază starea de rezistenĠă sau de imunitate faĠă de agenĠii infecĠioúi precum úi diferite funcĠii úi proprietăĠi ale celulelor úi Ġesuturilor organismelor animale úi vegetale care determină prezenĠa úi apariĠia sau modificarea acestei stări. • Microbiologia industrială (microbiologia tehnică sau a fermentaĠiilor) studiază rolul microorganismelor în obĠinerea pe cale fermentativă a unor substanĠe chimice utile ca: alcoolul etilic, alcoolul butiric, acetona, acidul acetic, glicerina, antibioticele. În industria alimentară, microorganismele au rol în panificaĠie, la conservarea alimentelor úi furajelor, precum úi în procese industriale ca topitul inului úi cânepei pe cale biologică, tăbăcirea pieilor etc.  

• Microbiologia solului (agricolă) se ocupă de microflora naturală din sol úi de rolul acesteia în circuitul elementelor în natură, în asigurarea fertilităĠii solului, în geneza úi formarea structurii solului, precum úi de relaĠiile microorganismelor cu plantele. Cunoaúterea microflorei solului úi a activităĠii ei biologice permite dirijarea unor procese naturale din sol úi folosirea lor în scopul sporirii producĠiei agricole. • Microbiologia insectelor studiază microflora normală a insectelor úi, în general, a artropodelor, relaĠiile sale cu organismele gazdă, mecanismele de transmitere a unor agenĠi patogeni la om, animale úi plante, precum úi microorganismele ce sunt patogene insectelor dăunătoare agriculturii úi omului. • Microbiologia geologică se ocupă cu studiul rolului unor organisme în formarea unor depozite geologice (fier, mangan, sulf) în geneza rocilor calcaroase, a hidrocarburilor, a zăcămintelor de petrol, cărbuni, gaze naturale úi coroziunea rocilor; ea studiază, de asemenea, folosirea bacteriilor în detectarea depozitelor de petrol etc. • Microbiologia marină (pelagică) studiază rolul microorganismelor în transformarea substanĠelor organice úi anorganice din mări, influenĠa lor asupra productivităĠii biologice a mărilor úi în formarea diferitelor roci biogene úi a minereurilor organogene în mări. • Microbiologia cosmică este ramura cea mai nouă a microbiologiei aplicate ce studiază probleme legate de influenĠa spaĠiului cosmic asupra viabilităĠii úi variabilităĠii microorganismelor, precum úi de posibilitatea exportului úi importului de microorganisme. • Patologia vegetală (Fitopatologia) se ocupă cu studiul microorganismelor ce produc boli la plante, stabilind simptomatologia, căile de transmitere, relaĠiile imunologice ale gazdelor, precum úi profilaxia úi tratamentul infecĠiilor produse plantelor cultivate úi celor din flora spontană 1.1. Date selective privind istoricul Microbiologiei Microbiologia este o útiinĠa relativ tânără, datorită faptului că, din lipsa mijloacelor de investigaĠie, oamenii de útiinĠă s-au ocupat, în primul rând, de vieĠuitoarele vizibile. ExistenĠa microorganismelor ca agenĠi etiologici ai unor boli era însă bănuită încă din antichitate.  

Hipocrat (460-370 î.H.), întemeietorul medicinei, considera doi factori responsabili de aceste boli: unul intrinsec, reprezentat de contribuĠia bolnavului, úi altul extrinsec, constând dintr-o alterare necunoscută a aerului, care devine nociv. Această primă ipoteză asupra etiologiei bolilor infecĠioase a persistat multă vreme sub forma teoriei miasmelor (gr. miasma = emanaĠie putredă, murdărie). Varon (100 î.H.) considera că alterarea aerului (gr. malaria = aer rău) este determinată de animale foarte mici, invizibile, care pătrund în organism prin gură úi prin nări. Fracastor (1488-1553) intuieúte foarte corect una dintre caracteristicile esenĠiale ale bolilor produse de microorganisme úi anume contagiozitatea lor. El arată că "infecĠia este Fig. 1 – Hipocrat aceeaúi pentru cel care a primit-o úi pentru cel care a dat-o" úi că ea este produsă de "particule mici úi imperceptibile", care trec de la un organism bolnav la altul sănătos ("De Contagione", 1546). Antony van Leeuwenhoek (1632-1723) reuúeúte descoperirea microorganismelor, folosind ca microscop un sistem de lentile biconvexe de construcĠie proprie, cu o putere de mărire de 40-275x. El observă protozoare, alge, nematozi, levuri úi bacterii, pe care le descrie úi le desenează în lucrarea sa "Arcana naturae ope microscopiorum detecta" (Tainele naturii descoperite cu ajutorul microscoapelor, 1675). Fig. 2 – Fracastoro Deúi, descoperirile lui Leeuwenhoek au stârnit admiraĠia úi interesul oamenilor de útiinĠă, studiul microorganismelor a rămas în continuare empiric, constituind doar o preocupare a amatorilor de curiozităĠi ale naturii. În felul acesta se acumulează numai date disparate cu privire la forma, structura, mărimea úi distribuĠia în natură a acestor microorganisme.

 

Fig. 3 – Antony van Leeuwenhoek. (a) Microscop cu lentilă (1), dispozitiv de fixare (2) úi úuruburi de reglaj (3, 4). (b) Tipuri morfologice de bacterii desenate de Leeuwenhoeck.

Karl Linnaeus, celebru botanist, în opera sa "Systema naturae" (1735) încearcă o sistematizare a vieĠuitoarelor cunoscute, reunind toate microorganismele într-un grup, denumit semnificativ "Chaos".

Fig. 4 – Karl Linnaeus (1707 - 1778) úi lucrarea "Systema naturae".

Terehovski, folosind pentru prima dată metode experimentale, publică, în anul 1775, lucrarea "De Chao infusorii Linnaei", în care demonstrează că fiinĠele foarte mici, observate în diferite infuzii bogate în substanĠe organice, cresc, se divid úi se miúcă datorită unor forĠe interne proprii, ajungând la concluzia că aceste organisme sunt adevărate animale în miniatură. Louis Pasteur (1822-1895), savant francez, prin lucrările sale stabileúte principiile care stau úi azi la baza acestei útiinĠe. 



Primele cercetări ale lui Pasteur au fost legate de fenomenul asimetriei moleculare. La acidul tartric racemic, compus inactiv pentru lumina polarizată, demonstrează că este un amestec echimolecular de acid dextrogir úi acid levogir, ale cărui cristale sunt de forme asimetrice úi enantiomorfe. De asemenea, a observat că, dacă în amestecul racemic, inactiv din punct de vedere optic, se dezvoltă un mucegai (Penicillium glaucum), soluĠia devine optic activă, deviind, de astă dată, spre stânga planul luminii polarizate. Mucegaiul degradează izomerul dextrogir, lăsându-l intact pe cel levogir, care, astfel, poate fi izolat în stare pură. Fig. 5 – Louis Pasteur Această descoperire, pe lângă faptul că furniza un procedeu simplu de separare a izomerilor optici, a demonstrat úi intervenĠia unei caracteristici fizice, ca disimetria moleculară în fenomenele chimice ale vieĠii, dar, mai ales a atras atenĠia lui Pasteur asupra unui fenomen spre care se va îndrepta în continuare curiozitatea sa de cercetător: microorganismele produc transformări ale substanĠelor organice printr-o activitate selectivă foarte specifică. Cercetările lui Pasteur asupra fermentaĠiei vinului úi berii l-au condus la următoarele concluzii fundamentale: • fermentaĠiile sunt procese biologice, determinate de acĠiunea unor microorganisme anaerobe, deci fermentaĠia este viaĠă fără aer; • fiecare fermentaĠie este produsă de un anumit tip de microorganism, care este specific, în sensul că determină o anumită transformare a mediului pe care creúte; • dezvoltarea unui microorganism străin în mediul unde acĠionează un microorganism cu acĠiune fermentativă specifică deviază cursul normal al fermentaĠiei în dauna calităĠii (prin apariĠia compuúilor nedoriĠi) úi a randamentului ei în produs util, determinând o aúa-numită "boală" a fermentaĠiei;  

• microorganismele străine care produc bolile vinului úi ale berii sunt consecinĠa contaminărilor din aer, de pe vasele sau din ingredientele folosite în producĠie, iar multiplicarea lor poate fi prevenită prin încălzire, procedeu utilizat sub denumirea de pasteurizare. Până la Pasteur, ideea participării microorganismelor la determinarea unor boli era respinsă, ca nefiind probată pe cale experimentală. Pasteur extinde noĠiunea de specificitate din domeniul fermentaĠiilor în acela al patologiei omului úi animalelor, în sensul că orice boală infecĠioasă este rezultatul activităĠii vitale a unui anumit microorganism specific, care se dezvoltă ca parazit în organismul animal respectiv. Ulterior, cercetările acestuia au demonstrat principiul vaccinării úi stabilirea bazelor útiinĠifice ale preparării vaccinului, contribuind, în acelaúi timp, la descoperirea fenomenului de imunitate. Studiind boala "holera găinilor", Pasteur observă că agentul ei patogen îúi pierde complet, prin învechirea culturii, capacitatea sa specifică de a produce această boală, adică devine avirulent. Inoculată la păsări sănătoase, cultura avirulentă le conferă însă rezistenĠa faĠă de holeră, în sensul că ele nu se mai îmbolnăvesc nici dacă sunt infectate cu o cultură proaspătă, virulentă, păsările "vaccinate" devenind "imune". Pe acelaúi principiu, Pasteur a mai preparat úi utilizat cu succes vaccinul anticărbunos (1881), apoi vaccinul antirabic (1885). L. Pasteur rezolvă úi problema generaĠiei spontane (Fig. 5). Ignorarea unor principii esenĠiale care, mai târziu, au stat la baza microbiologiei experimentale, în ceea ce priveúte sterilizarea úi asepsia, a făcut posibilă concluzia falsă că microorganismele pot lua naútere prin organizarea spontană a substanĠelor organice din produsele supuse fermentaĠiei sau putrefacĠiei. Folosind baloane speciale cu "gât de lebădă", Pasteur demonstrează că un mediu de cultură sterilizat, în speĠă bulionul de carne, poate rămâne steril timp îndelungat, dacă se evită contaminarea sa cu germeni din aer. Dacă prin înclinarea unui asemenea balon, mediul "spală" porĠiunile incurbate ale gâtului rămas descoperit, porĠiunile în care s-au depus bacteriile din aer, bulionul se infectează. Faptul că în baloanele cu mediu steril, închise ermetic, nu apar niciodată microorganisme, în timp ce acelaúi mediu se infectează, dacă este lăsat în contact cu aerul, dovedeúte că microorganismele nu iau naútere spontan din materia organică inanimată, ci   

numai se înmulĠesc în ea, pornind de la organisme similare, provenite din mediul înconjurător.

Fig. 5 – Experimentul lui Pasteur prin care combate teoria generaĠiei spontane. A: mediul nutritiv este introdus într-un balon; B. curbarea gâtului balonului (gât de lebădă"); C. sterilizarea mediului nutritiv; D. mediul nutritiv rămâne steril fiind protejat de pătrunderea microorganismelor din atmosferă prin forma gâtului.

L. Pasteur a adoptat pentru denumirea organismelor microscopice termenul de "microb" (trad. viaĠă scurtă), creat de medicul francez Sedillot, iar noua útiinĠă, care studiază microbii, a rămas cu numele de microbiologie. Robert Koch (1843-1910) a adus în dezvoltarea microbiologiei ca útiinĠă, contribuĠii de ordin tehnic úi teoretic deosebit de valoroase, între care conceptul de "cultură pură", respectiv de organism cultivat întrun mediu lipsit de alte organisme. Realizarea culturilor pure este facilitată prin introducerea în tehnica microbiologiei de către Koch, a mediilor de cultură solidificate (cu gelatină sau agar). Pe lângă faptul că a descoperit mai multe specii de bacterii patogene, între care bacilul tuberculozei (Mycobacterium tuberculosis) úi vibrionul holerei, Koch demonstrează, fără echivoc, că bacteria carbonoasă (Bacillus anthracis) este agentul patogen al Fig. 6 – Robert Koch (1843-1910) bolii denumită antrax sau cărbune,   

pe care îl cultivă "in vitro" în ser sanguin, studiind formarea de spori termorezistenĠi, alternanĠa de sporulare úi germinare, precum úi faptul că infecĠia naturală a animalelor provine din sol prin iarba contaminată. Pe baza acestor cercetări, R. Koch stabileúte criteriile indispensabile pentru ca un microorganism izolat dintr-un organism afectat de o anumită boală să poată fi considerat în mod justificat ca agentul cauzal al bolii respective. Aceste criterii, cunoscute sub numele de postulatele lui Koch, sunt următoarele: • microorganismul incriminat să poată fi pus întotdeauna în evidenĠă în toate cazurile bolii respective, iar distribuĠia lui să corespundă leziunilor caracteristice bolii; • să poată fi utilizat în cultură pură, pe medii artificiale; • după ce este cultivat "in vitro", mai multe generaĠii să reproducă boala úi leziunile specifice la animalele sensibile, de la care să poată fi reizolat. Postulatele lui Koch au reprezentat úi reprezintă încă un principiu eficace de lucru, a cărui respectare previne interpretările eronate, în materie de diagnostic bacteriologic sau de identificare a unor agenĠi infecĠioúi. Ilia Metchnikoff (1845-1916), biolog rus, studiind digestia intracelulară la echinoderme, demonstrează capacitatea anumitor celule de a capta úi îngloba diferite particule cu care vin în contact úi emite ipoteza că celulele cu funcĠii asemănătoare, denumite de el "fagocite", ar putea exista úi în organismul altor animale. Ulterior (1884), studiind infecĠia crustaceului Daphnia magna cu ciuperca Monospora (Metschnikowia) bicuspidata, observă că sporii aciculari ai levurii pătrund odată cu hrana în tubul digestiv al dafniei, de unde, străpungând peretele acestuia, trec în cavitatea generală, unde sunt atacaĠi de celule mobile. Când infecĠia este Fig. 7 – Ilia Metchnikoff moderată, amoebocitele înglobează úi digeră toĠi sporii ciupercii úi, astfel, crustaceul supravieĠuieúte. Când însă  

infecĠia este masivă, sporii rămaúi nefagocitaĠi germinează úi dau naútere formei vegetative a ciupercii, care, prin multiplicare, invadează tot organismul dafniei, determinându-i moartea. Metchnikoff extinde rezultatele acestor observaĠii la animalele superioare úi la om, demonstrând prezenĠa úi importanĠa celulelor cu proprietăĠi fagocitare în reacĠiile de apărare ale organismului faĠă de bacteriile patogene, stabilind, astfel, bazele imunităĠii celulare. Ivanovski (1864-1920) Dimitri
demonstrează că mozaicul tutunului este produs de un agent patogen invizibil la microscop, care traversează filtrele bacteriene úi poate fi transmis de la o plantă bolnavă la una sănătoasă prin intermediul filtratului acelular al trituratului de frunze, cu leziuni. Martinus Beijerinck (1851-1931) confirmă în 1898 filtrabilitatea agentului patogen úi intuieúte natura deosebită a agentului patogen, Fig. 8 – Dimitri Ivanovski pe care îl considera ca agent contagios viu (contagium vivum fluidum). Această intuiĠie a făcut din Beijerinck adevăratul intemeietor al virologiei ca útiinĠă. Frederick Twort (1877-1950) úi Felix d'Herelle (1873-1949) descoperă, în perioada 1915-1917, bacteriofagii (trad. mâncător de bacterii) úi fenomenul bacteriofagic. Sergei Winogradsky (1856-1953), lucrând la Institutul Pasteur din Paris, a descris procesul de asimilare la organismele chimiosintetizante úi fenomenul de fixare a azotului atmosferic de către microorganisme. În acelaúi timp el a elaborat metode speciale pentru cercetarea activităĠii microorganismelor din sol, fiind considerat intemeietorul Fig. 9 – Martinus Beijerinck Microbiologiei solului.

  

Alexander Fleming (1881-1955), observă în anul 1929 că unele culturi de Penicillium, elaborează o substanĠă cu proprietăĠi microbiene specifice – penicilina. Acest prim antibiotic a fost mai târziu purificat de Florey úi Chain (1940). Prin lucrările sale, Fleming deschide era antibioticelor, de o importanĠă excepĠională în medicină úi biologie.

Fig. 10 – Alexander Fleming

Stanley Prusiner (1942- ), neurolog úi biochimist american, laureat al Premiului Nobel în 1997. A descoperit că encefalopatia spongiformă la bovine úi boala Creutzfeldt-Jakob la om sunt produse de particule infecĠioase de natură proteică, pe care le-a numit prioni.

Fig. 11 – Stanley Prusiner

1.2. ùcoala românească de Microbiologie

Fig. 12 – Victor Babeú

Victor Babeú (1854-1926), fondatorul úcolii româneúti de microbiologie, a desfăúurat o prodigioasă activitate de cercetător, studiind numeroase boli ale omului, printre care lepra, tuberculoza, holera, febra tifoidă úi, mai ales, turbarea. În colaborare cu Cornil, este autorul primei lucrări de sinteză în bacteriologie úi 




anatomie patologică din lume, apărută în 1885: “Bacteriile úi rolul lor în etiologia, anatomia úi histologia patologică a bolilor infecĠioase”. A studiat, de asemenea, asociaĠiile microbiene, fiind primul cercetător care, după Pasteur, úi-a dat seama de importanĠa terapeutică a antagonismului microbian. Ioan Cantacuzino (1863-1934) este creatorul Institutului de Microbiologie, care îi poartă numele, úi al úcolii contemporane de microbiologie din Ġara noastră. Cele mai importante lucrări sunt referitoare la aparatele úi funcĠiile fagocitare în regnul animal úi problema imunităĠii la nevertebrate. Cantacuzino a studiat, de asemenea, diferite boli ca holera, febra tifoidă, scarlatina, tuberculoza, creând úi organizând condiĠiile producĠiei de seruri úi vaccinuri Fig. 13 – Ioan Cantacuzino în Ġara noastră. Constantin Ionescu-Mihăieúti (1883-1962) a adus contribuĠii útiinĠifice valoroase în domeniul virologiei, imunologiei úi microbiologiei generale. Dumitru Combiescu (1887-1961) a desfăúurat o amplă activitate în domeniul rickettsiozelor úi zoonozelor. Mihai Ciucă (1883-1969) este autorul unor lucrări deosebit de importante în domeniul bacteriofagilor, paludismului, salmonelozelor, difteriei. ùtefan Nicolau (1896-1967) este creatorul úcolii româneúti de virologie úi fondatorul institutului respectiv. A publicat numeroase lucrări originale în domeniul herpesului, turbării, febrei aftoase, febrei galbene, hepatitelor virale. Traian Săvulescu (1889-1963) este creatorul úi îndrumătorul úcolii româneúti de fitopatologie. Este autorul unor lucrări de sinteză ca Monografia uredinalelor, Monografia ustilaginalelor úi al unor lucrări originale în fitopatologie úi în domeniul imunităĠii plantelor faĠă de bolile bacteriene.  






    

1. Virusurile sunt: a) organisme acelulare b) organisme procariote c) organisme eucariote 2. Genomul viral este format din: a) ADN úi ARN b) ADN sau ARN c) ADN d) ARN 3. Pătrunderea (InfecĠia) virusului în celula bacteriană are loc: a) prin forĠe proprii b) printr-un vector activ c) prin "înglobare", de către celulă 4. Pentru sinteza capsidei virale se utilizează: a) proteine existente în citoplasmă b) proteine sintetizate de ARN gazdă c) proteine sintetizate de AN viral Rezultatele corecte: 1 - a; 2 - b; 3 - a; 4 - b

 

Capitolul 2 CARACTERELE GENERALE ùI POZIğIA MICROORGANISMELOR ÎN LUMEA VIE Microorganismele, cu excepĠia celor cu structură acelulară (virusurile), au ca unitate elementară de bază celula. Celula la microorganisme, asemănătoare, în general, cu celula vegetală úi animală, prezintă unele particularităĠi în funcĠie de grupul de microorganisme considerat. Aceste particularităĠi structurale úi funcĠionale au determinat împărĠirea microorganismelor în două grupe (Chatton, 1932 úi Stanier, 1970). Între microorganismele procariote úi eucariote există diferenĠe esenĠiale, structurale, funcĠionale úi de compoziĠie. DiferenĠele dintre celula procariotă úi celula ecucariotă Caracterul Nucleul Dispunerea ADN CompoziĠia chimică a membranei citoplasmatice Sistemul respirator Aparatul fotosintetizant Ribozomii CurenĠii citoplasmatici Peretele celular Reticulul endoplasmatic Tipul de diviziune

Procariote Bacterii Cyanobacterii Fără membrană proprie O singură moleculă de ADN dublu catenar, nelegat de histone Lipsită de steroli (cu excepĠia micoplasmelor) Face parte din membrana citoplasmatică sau mezozomi Absent sau asociat membranei citoplasmatice Tip 70 S AbsenĠi ConĠine peptidoglicani (mureină) Absent Directă (sciziparitatea)

 

Eucariote Alge, Fungi, Protozoare, Plante, Animale Cu membrană proprie Unul sau mai mulĠi cromozomi. ADN dublu catenar, legat de histone ConĠine steroli

Mitocondrii Cloroplaste Tip 80 S PrezenĠi Când este prezent conĠine celuloză, chitină, silice Prezent Mitoză

Material nuclear (ADN)

Citoplasmă

Plasmid Ribozom Fimbrii

Flageli Incluziune Capsulă Perete celular Membrană citoplasmatică

Fig. 15 – Structura celulei procariote

Reticul endoplasmatic neted

Vacuolă

Riboszomi (liberi) Cloroplast Ribozomi (ataúaĠi)

Membrană celulară Perete celular

Membrană nucleară

Nucleol Aparat Golgi Nucleu Mitocondrie

Reticul endoplasmatic rugos

Fig. 16 – Structura celulei eucariote

 

2.1. PoziĠia microorganismelor în lumea vie După acumularea a numeroase cunoútinĠe asupra microorganismelor a fost necesară introducerea acestora într-un grup taxonomic. IniĠial microorganismele au fost incluse în regnul Plantae, iar ulterior au fost incluse în diferite sisteme de clasificare. A. Sistemul tradiĠional: 1. Regnul Plantae; 2. Regnul Animalia. B. Sistemul lui Hogg úi Haeckel (1866): 1. Regnul Monera; 2. Regnul Plantae; 3. Regnul Animalia. C. Sistemul lui Copeland (1938): 1. Regnul Procaryotae (Monera); 2. Regnul Protista; 3. Regnul Plantae; 4. Regnul Animalia. D. Sistemul lui Whittaker (1969): 1. Regnul Procaryotae (Monera) (bacterii, cianobacterii = alge albastre-verzi); 2. Regnul Protista (protozoare, diatomee); 3. Regnul Fungi (ciuperci); 4. Regnul Plantae (alge verzi, brune, roúii, brofite, traheofite); 5. Regnul Animalia (animale multicelulare). Astăzi, majoritatea specialiútilor din domeniul microbiologiei au acceptat sistemul de clasificare elaborat de Whittaeker (Fig. 17) în anul 1969, care corespunde necesităĠilor actuale.

 

Organisme eucariote

Organisme procariote

LUMEA VIE Fig. 17 – ÎmpărĠirea lumii vii în cinci regnuri (după Whittaker, 1969)

Din punct de vedere taxonomic, subdiviziunile regnului sunt: încrengătura, subîncrengătura, clasa, ordinul, familia, genul, specia. Unitatea de lucru efectivă este specia, la care denumirea este în sistemul binominal, numele organismului fiind derivat din latină sau greacă. În sistemele de clasificare prezentate anterior sunt cuprinse numai organismele care au ca unitate de bază, celula, eucariotă sau procariotă, nefiind introduse entităĠile infecĠioase, cum sunt virusurile sau prionii, úi care au fost "alăturate" acestor sisteme de clasificare.

  

2.2. Prionii Prionii sunt agenĠi infecĠioúi neconvenĠionali de natură proteică, lipsiĠi de orice tip de acid nucleic, care produc un grup de boli neurodegenerative, transmisibile la animale úi om, numite boli prionice. Procesul care declanúează boala este reprezentat de conversia unei proteine normale, sintetizată în mod natural în creierul tuturor mamiferelor (PrPc), într-una mutantă, patogenă (PrPSc). Prima semnalare a unei boli de natură prionică a fost făcută în Anglia, în anul 1732, la ovine. Astăzi, sunt cunoscute ca boli certe, produse de prioni, următoarele: - la animale: 1. encefalopatia spongiformă la ovine, denumită popular scrapie (engl.); tramblanta (fr.). În România mai este utilizat, impropriu, termenul de "căpiala" oilor, dar aceasta este o boală bine cunoscută úi este produsă de un parazit animal. Medicii veterinari avizaĠi folosesc termenul francez de tramblanta oilor. 2. encefalopatia spongiformă bovină (BSE sau "boala vacii nebune"); 3. encefalopatia spongiformă la feline; 4. encefalopatia spongiformă la nurci; 5. encefalopatia spongiformă la hamsteri. - la om: 1. Boala "Kuru". Aceasta este prima semnalată úi cel mai bine studiată. A fost depistată la un trib local în Papua - Noua Guinee. După interzicerea consumului de carne în stare proaspătă, această boală a fost eradicată. 2. Boala Creutzfeldt-Jacob (CJD); 3. Sindromul Alpers (la copii); 4. Sindromul Gerstmann-Straussler-Scheinker (GSS); 5. Insomnia fatală familială (FFI). Agentul infecĠios În prezent, se consideră că agentul infecĠios este o moleculă proteică, cu greutatea moleculară de 28 kilodaltoni, alcătuită dintr-un lanĠ de 208-220   

de aminoacizi, în funcĠie de specie, úi care prezintă o configuraĠie spaĠială, asemănătoare unui metru de tâmplărie, parĠial destins. Prezintă un capăt NH2-terminal, o regiune centrală úi un capăt COOH-terminal. Această proteină a fost izolată din creierul tuturor cazurilor bolnave studiate. Surpriza a sosit în momentul studierii în paralel (la oi) a creierului la animale sănătoase úi care prezintă o proteină celulară similară. LanĠul de aminoacizi este identic cu excepĠia unui singur aminoacid (schimbat). Proteina celulară normală (PrPc) prezintă o configuraĠie spaĠială asemănătoare unui resort. Specialiútii din biochimie consideră că, prin schimbarea unui singur aminoacid din lanĠ, nu se poate modifica configuraĠia spaĠială. Fig. 18 – Proteina prionică (huPrP) În acelaúi timp, proteina responsabilă pentru o serie de boli prionice la infecĠioasă (PrPSc) rezistă la om (www.itqb.unl.pt). atacul proteazelor celulare. Se consideră că procesul infecĠios se desfăúoară astfel: celula prepară proteina celulară normală care se acumulează în lizozomi, aceútia o transportă la exteriorul celulei úi în momentul în care această proteină pătrunde din nou în celulă este degradată de proteaze. În cazul proteinei infecĠioase, aceasta se acumulează în lizozomi în mod continuu, până când aceútia "crapă". Enzimele din interiorul lor degradează componentele celulare úi, în final, întreaga celulă nervoasă. În locul acesteia rămâne un orificiu. Din acest motiv, după un timp, creierul atacat arată ca un burete (cu numeroase orificii). În stadiul final al bolii, creierul degenerează complet, având dimensiunea unei nuci. Studiile cele mai ample sunt efectuate la animale, la om ele fiind extrem de puĠine, deoarece boala poate fi studiată numai după moartea individului. Prionii pot rezista la acĠiunea multor factori fizico-chimici, dintre care amintim: formol 10% (timp de 28 de luni), caldură (rezistă la fierbere timp  

de 3 ore), factori inhibitori ai acizilor radiaĠiilor UV.

nucleici, precum úi la acĠiunea

2.3. Virusurile Virusurile (lat. virus – otravă, infecĠie, lichid otrăvitor) reprezintă o categorie specifică de agenĠi infecĠioúi, structural úi fiziologic fundamental diferiĠi de oricare dintre microorganismele cunoscute (Zarnea, 1983). 2.3.1. Morfologia virusurilor Din punct de vedere morfologic (Fig. 19), virusurile pot aparĠine următoarelor tipuri principale: formă cilindrică-alungită sau de bastonaú (virusul mozaicului tutunului - Tobamovirus); formă sferică (izometrică), sferoidală (virusul gripal - Myxovirus), formă paralelipipedică (virusul variolei - Parapoxvirus), formă de cartuú sau obuz (virusul piticirii galbene la cartof - Nucleorhabdovirus), formă de mormoloc, spermatozoid sau cireaúă cu coadă (unii bacteriofagi). Dimensiunile virusurilor: 17 - 2500 nanometri (1 nm = 10-9 m).

  

Fig. 19 – Tipuri morfologice de virusuri: (a) formă cilindrică (Tobamovirus); (b) formă izometrică (Myxovirus); (c) formă paralelipipedică (Parapoxvirus); (d) formă de cartuú (Nucleorhabdovirus); (e) formă de cireaúă cu coadă (bacteriofagul T4).

2.3.2. Structura virusurilor Deúi diferitele virusuri se deosebesc mult ca formă úi dimensiuni, ele sunt constituite după principii comune. Particula virală matură (virionul) este alcătuită din două componente esenĠiale (Fig. 20): genomul viral úi capsida, precum úi un constituent accesoriu, înveliúul extern (peplos). 
 

Genomul viral este reprezentat, în mod obiúnuit, printr-o moleculă de acid nucleic (ADN sau ARN, niciodată ambele). Virusurile cu genom ADN sunt numite dezoxiribovirusuri, iar cele cu genom ARN – ribovirusuri. Genomul viral poartă informaĠia genetică necesară replicării în sensul sintezei constituenĠilor virali úi a precursorilor acestora. Capsida virală (gr. kapsa – cutie) acoperă genomul, fiind alcătuită din subunităĠi proteice, denumite capsomere. Capsomerele sunt constituite din molecule proteice, aúezate în mod regulat, formând, în ansamblu, structura specifică a virusului. Capsida protejează materialul genetic. Capsida úi genomul viral formează nucleocapsida. La unele virusuri, nucleocapsida este acoperită de o structură trilamelară, numită înveliú extern sau peplos (gr. peplos – manta), ce poate prezenta la exterior niúte proeminenĠe de suprafaĠă, denumite spicule.

Capsidă Acid nucleic (ADN sau ARN)

Înveliú extern (peplos) Spicule

Fig. 20 – Structura unor virusuri úi denumirea constituenĠilor virali

2.3.3. Virusurile plantelor Virusurile plantelor au o mare importanĠă ca agenĠi patogeni, datorită marii lor răspândiri úi faptului că acelaúi virus poate infecta plante, care aparĠin de diferite familii botanice. Bolile produse de virusuri la plante sunt denumite viroze. Până în prezent sunt cunoscute câteva sute de boli virale, produse de virusuri, care aparĠin la 25 genuri distincte. Majoritatea virusurilor plantelor au genom ARN monocatenar.  

Din punct de vedere morfologic, virusurile plantelor aparĠin la două grupuri: grupul virusurilor izometrice (izodiametrice) sau sferice úi grupul virusurilor alungite. În general, virusurile plantelor au o structură chimică mai simplă decât virusurile animale úi bacteriofagii. Mecanismul de transmitere Virusurile se pot transmite de la planta bolnavă la planta sănătoasă pe mai multe căi: A - transmitere mecanică: prin contact între frunze; anastomoze radiculare; unelte de lucru; altoire. B - transmiterea prin vectori se realizează prin intermediul insectelor (cca..400 specii): afide úi cicade. RelaĠia dintre virus - insectă vectoare este variabilă úi corespunde următoarelor trei situaĠii: • Virusuri nepersistente pot fi transmise până la circa 4 ore de la achiziĠie. • Virusuri semipersistente au capacitatea de infectare variabilă de la 10-100 ore de la achiziĠie. • Virusuri persistente cu o capacitate de infectare de peste 100 ore (uneori chiar toată durata de viaĠă a vectorului). În funcĠie de răspândirea úi comportarea virusurilor în corpul vectorului, acestea se împart în trei categorii: • Virusuri localizate pe stilet (virusuri nepersistente). • Virusuri circulante (virusuri persistente) pot fi transmise timp îndelungat ajungând în hemolimfa insectei. • Virusuri propagative (virusuri persistente) se multiplică în corpul vectorului fiind transmise toată viaĠa insectei. C - transmiterea prin intermediul ciupercilor fitopatogene din sol, (ex. Polymyxa betae transmite virusul rizomaniei la sfecla pentru zahăr). D - transmiterea prin intermediul nematozilor. E - transmiterea prin seminĠe (cca.. 1/3 din virusuri). CirculaĠia virusurilor în interiorul plantelor se realizează prin parenchim (plasmodesme), prin floem úi prin xilem.

 

2.3.4. Bacteriofagii Bacteriofagii (gr. bakterion – bastonaú; gr. phago ein – a mânca) sunt virusuri adaptate la viaĠa parazitară în celulele bacteriene úi, care, prin multiplicare, produc liza acestora. În anul 1915, Twort descoperă fenomenul de liză transmisibilă, dar nu poate explica cu exactitate cauza acesteia. D'Herelle (1917) demonstrează natura particulară a fagului úi îl consideră ca virus, determinându-l bacteriofag (mâncător de bacterii). În anul 1940, ia fiinĠă un grup de cercetători, denumit "grupul fag", condus de Delbrück, sistemul bacteriebacteriofag fiind folosit ca model experimental pentru cele mai importante studii de genetică moleculară. Structura fagilor diferă de la un grup la altul, în majoritate aceútia încadrându-se în două tipuri de bază úi anume: • tipul icosaedric (poliedric); • tipul filamentos. Datele cele mai numeroase, cunoscute în prezent, sunt cele referitoare la fagii din seria T, îndeosebi la fagi T-par (T2, T4, T6). Anatomia fagilor T-par Particula virală matură a fagilor T-par cu g.m. 2,2x1010 este alcătuită din ADN úi proteină úi, din punct de vedere anatomic, prezintă următoarele componente: cap, guler, coadă, placă bazală úi fibrele cozii (Fig. 21). Capul fagului, la microscop, prezintă o formă poliedrică, iar în secĠiune are o formă hexagonală, cu o lungime de 100 nm úi o lăĠime de 65 nm. Acesta este constituit din capsomere cu diametrul de 4 nm, dar nu este cunoscut, încă, numărul úi modul de aúezare al acestora. În interiorul capului, se găseúte genomul, alcătuit dintr-o moleculă de ADN d.c., liniară, cu lungimea de 50 µm, ce cuprinde 200 gene, fiind împachetată foarte strâns. În partea bazală a capului, la locul de prindere al cozii, se află un dop proteic, cu rol de articulare mecanică. Între acest dop úi placa bazală se găseúte un tub lung de 120 nm, reprezentat de cilindrul axial al cozii. El are un diametru de 7,5 nm úi un  

canal central cu diametrul de 2 nm, prin care trece ADN-ul în momentul introducerii în celula bacteriană. La exteriorul cilindrului axial se găseúte teaca contractilă a cozii, care în stare extinsă are o lungime de 80 nm, iar când se contractă, teaca se scurtează la ½, respectiv 35 nm. Teaca este constituită din 24 de inele suprapuse úi, datorită aranjamentului capsomerelor, formează o helice. Capsida CAPUL FAGULUI Acid nucleic (ADN) GULER Cilindrul axial al cozii Teaca contractilă

FIBRELE COZII COADA FAGULUI

Croúetele cozii PLACA BAZALĂ

Fig. 21 – Structura bacteriofagilor T4

Gulerul fagului este situat între dopul proteic úi coada fagului úi are forma unui disc hexagonal de 1,5 nm grosime cu Ø de 3,6 nm. Placa bazală este un disc hexagonal cu Ø de 40 nm úi este prevăzut la partea inferioară cu úase cârlige (croúetele cozii sau spicule), care sunt unităĠi integrale de fixare a fagului pe bacterie. În momentul contracĠiei, placa bazală ia forma de stea cu diametrul mărit la 60 nm úi este lipsită de dopul central. Fibrele cozii sunt structuri filamentoase, proteice, de 130 nm lungime, fixate cu unul dintre capete pe placa bazală, iar cu celălalt capăt pe gulerul fagului, cea de-a doua legătură fiind mai slabă. Aceste fibrile formează o reĠea, care îmbracă teaca contractilă a cozii úi, care, în perioada premergătoare fixării fagului, se desprind de pe guler úi  

rămân legate numai pe placa bazală, înotând libere în mediu, având aspectul unor picioare de păianjen. Structura genomului Bacteriofagii prezintă, în majoritate, un genom format dintr-o singură moleculă de acid nucleic (ADN m.c., ADN d.c. , ARN m.c.), cu o singură excepĠie, fagul Ø 6 de la Pseudomonas phaseolicola, care are un genom ARN segmentat, format din trei segmente. Genomul bacteriofagilor se deosebeúte de genomul virusurilor animale úi vegetale prin prezenĠa unor baze nucleice neobiúnuite, cum ar fi la bacteriofagii T-par, în loc de citozină prezintă 5-hidroximetilcitozină, iar la fagii de la Bacillus subtilis, 5-hidroximetilluracil úi 5-4,5 hidroximetiluracil. Legat de acest aspect s-a emis ipoteza că aceste baze nucleice ar avea rol de protecĠie a acidului nucleic fagic împotriva acĠiunii unor enzime virale (nucleaze) care atacă numai acidul nucleic străin úi, în felul acesta, poate degrada selectiv cromozomul bacterian în cursul sintezei de virus. InfecĠia celulei bacteriene. Replicarea Între fagi úi bacteriile infectate se pot stabili două tipuri de relaĠii, funcĠie de ciclul de viaĠă al bacteriofagilor. Dacă bacteriofagii sunt virulenĠi, infectarea bacteriei duce la formarea de noi virioni, care, în urma fenomenului de liză bacteriană, sunt eliberaĠi în mediu. Acest tip de relaĠie poartă numele de ciclu litic úi facilitează formarea úi eliberarea a 100-200 de virioni, în aproximativ 20 de minute. În cazul în care bacteriofagii sunt temperaĠi, genomul acestora se integrează în cromozomul bacterian, se replică concomitent cu acesta úi se distribuie la celulele fiice, fără a-úi manifesta funcĠiile virale. Această manifestare poartă numele de ciclu lizogenic, iar genomul fagic integrat în genomul celulei bacteriene a fost numit profag (provirus). După mai multe generaĠii, profagul se desprinde de cromozomul bacterian úi devine fag litic care lizează celula bacteriană úi eliberează în mediul înconjurător virioni lizogeni. Ciclul de replicare vegetativă (ciclul litic) a fagului are următoarele etape:  

I. AdsorbĠia reprezintă procesul de fixare a particulelor virale pe suprafaĠa bacteriilor. După o serie de ciocniri întâmplătoare, fagul se fixează pe peretele celular prin intermediul fibrelor cozii, realizând faza de fixare iniĠială, care poate fi reversibilă. Urmează faza de fixare ireversibilă, realizată prin intermediul croúetelor, care este condiĠionată de prezenĠa receptorilor de fag (Fig. 22). Aceútia sunt reprezentaĠi de orice structură existentă la suprafaĠa celulei bacteriene sau pe pilii úi flagelii acesteia, iar sinteza lor este controlată de gene bacteriene.

Material nuclear bacterian

Fig. 22 – AdsorbĠia particulelor virale pe suprafaĠa bacteriilor

II. Injectarea genomului viral în celula bacteriană. După fixarea ireversibilă pe peretele celular are loc o contracĠie a cozii fagului, axul central al acesteia pătrunzând în adâncimea peretelui celular 12 nm, iar genomul este injectat prin intermediul cilindrului axial tubular (Fig. 23). Nu se cunosc încă forĠele care proiectează genomul viral în interiorul celulei, injectarea făcându-se rapid (15 secunde la T4).

Fig. 23 – Injectarea genomului viral în celula bacteriană

  

III. Replicarea bacteriofagilor. După pătrunderea genomului fagic în interiorul celulei bacteriene au loc procese coordonate de cele 200 de gene, care îúi încep activitatea eúalonat în mai multe faze (Fig. 23-25): 1 - formarea proteinelor timpurii cu rol în: a - "astuparea" găurilor produse la intrare în peretele celular; b - blochează transcrierea informaĠiei de către ARNm al celulei gazdă, rolul fiind preluat de ARNm viral;

Proteine virale

Fig. 23 – Sinteza proteinelor virale

c - degradarea ADN gazdă, de către unele proteine , fiind fărămiĠat până la nucleotide în segmente de ADN d.h. mici de 1/100 din cromozomul originar, care sunt degradate în continuare la nucleotide, formându-se un stoc, din care cel puĠin 1/3 sunt utilizate la formarea fagilor progeni. 2. replicarea genomului viral, care este semiconservativă, úi nu prin efectuarea de copii identice, repetate ale genomului originar;

Fig. 24 – Replicarea genomului viral

3. formarea proteinelor tardive. Sinteza acestora devine predominantă când ADN viral a ajuns la rata maximă de replicare. Proteinele tardive sunt grupate în trei categorii: a - proteine structurale ale virusului; b - proteine active în procesul de morfogeneză; c - enzime necesare lizei celulei bacteriene.   

4. asamblarea úi morfogeneza virusului este dirijată de 50 de gene din cele 200. Fagul este constituit din trei porĠiuni distincte, care se formează separat pe trei linii principale, care duc independent la formarea capului, a cozii úi a fibrelor cozii. În treptele următoare, compuúii finiĠi se combină pentru a forma particula virală. Încorporarea genomului are loc înaintea unirii celor trei componente., Încorporarea este activată de unele proteine care asigură "aspirarea" ADN în precap, formarea capului fagic nefiind definitivă. ADN se rulează ca o bobină, al cărui ax este perpendicular faĠă de cel al cozii. Bobinarea are loc de la exterior la interior, ultima spiră fiind prima care iese în momentul infecĠiei virale. Concomitent cu împachetarea ADN, capul fagului creúte în volum úi devine matur. Urmează unirea celor trei componente, cap, coadă, fibrele cozii, desăvârúindu-se fagul matur.

Fig. 25 – Asamblarea úi morfogeneza virusului (după Tortora úi colab., 1992)

IV. Liza bacteriană úi eliberarea fagului. Liza bacteriană se datoreazăacĠiunii unei enzime (endolizina), a cărei sinteză este indusă de prezenĠa fagului în celula bacteriană. La un moment dat, când conĠinutul în endolizină este maxim, metabolismul celular încetează brusc úi are loc o  

distrugere masivă a peretelui celular, cu un caracter exploziv, fagii fiind expulzaĠi în exterior (Fig. 26).

Fig. 26 – Liza bacteriană

2.3.5. Fagii filamentoúi Fagii filamentoúi (Fig. 27), care infectează E. coli, au forma unor bastonaúe flexibile cu diametrul de 6 nm úi o lungime de 1000-2000 nm. Structura este aceea a unui cilindru proteic gol, deschis la capete (capsidă), în interior aflându-se genomul fagic, format din ADN m.c., o moleculă circulară. Fagii filamentoúi infectează numai bacteriile cu caracter mascul, ca úi fagii cu ARN, adsorbĠia făcându-se pe receptori Fig. 27 – Structura bacteriofagului M13 speciali situaĠi la extremitatea liberă a pililor de sex. Fagii maturi sunt eliminaĠi, fără ca bacteria să fie lizată, prin intermediul unor pori, care se formează în membrana citoplasmatică. Bacteria continuă să se dividă pentru o perioadă de timp, iar ulterior conĠinutul celular al acesteia trece la exterior prin porii deschiúi de virioni.

  

2.3.6. Cianofagii Cianofagii (sin. ficovirusuri, algofagi) sunt agenĠi virali, capabili să producă infecĠii la numeroase specii de cianobacterii (alge albastre-verzi), influenĠând, astfel, dinamica acestor populaĠii, în sensul menĠinerii unui echilibru în bazinele acvatice naturale. Sunt similari ca structură úi evoluĠie cu bacteriofagii T-impar, genomul fiind reprezentat de ADN dublu catenar de 13,2 µm. 2.3.7. Micovirusurile Sunt virusuri care atacă fungii, fiind cunoscute úi sub denumirea de micofagi. Din cele peste 50 de genuri atacate menĠionăm: Penicillium, Aspergillus, Mucor, Fusarium, Saccharomyces, Candida etc. Structura micovirusurilor. Cel mai bine studiat este virusul care infectează specia Penicillium chrysogenum, care se prezintă sub forma unor mici particule poliedrice, cu Ø de 33-41 nm. Genomul este reprezentat de o moleculă de ARN d.c. La fungi, virusurile sunt, în general, latente, celulele se dezvoltă mai lent, dar nu lizează constant. Micovirusurile au fost evidenĠiate úi în sporii fungilor. Transmiterea micovirusurilor, în general, se face în urma plasmogamiei (heterocarioza). 2.3.8. Sistematica, nomenclatura úi identificarea virusurilor Prima clasificare a virusurilor poartă numele de sistemul LHT úi a fost realizată în anul 1962 de către cercetătorii Lowoff, Horn úi Tournier. Sistemul oferă o primă clasificare útiinĠifică a virusurilor, bazată pe următoarele criterii: 1) natura materialului genetic; 2) tipul de simetrie a capsidei; 3) prezenĠa sau absenĠa înveliúului extern; 4) dimensiunea virionului úi a capsidei. 
 

În prezent, există două sisteme principale utilizate pentru clasificarea virusurilor: 1. Sistemul de clasificare ICTV . Centrul InternaĠional de Taxonomie a Virusurilor (ICTV = International Comitee on Taxonomy of Viruses) a elaborat, la începutul anilor 1990, un sistem de clasificare úi nomenclatură a virusurilor. ICTV are sarcina de a actualiza úi de a menĠine un sistem taxonomic universal. Conform acestui sistem, la clasificarea virusurilor se Ġine cont de următoarele aspecte : • proprietăĠi morfologice (mărimea úi forma virionului, structura úi simetria capsidei, etc.); • proprietăĠi fizico-chimice úi fizice (greutatea moleculară, coeficientul de sedimentare); • genomul (tipul acidului nucleic, monocatenar sau bicatenar); • organizarea úi replicarea genomului; • proprietăĠile antigenice; • proprietăĠi biologice (spectrul de gazde, modul de transmitere în natură, relaĠiile cu vectorii). UnităĠile taxonomice pentru virusuri încep la nivel de ordin úi fiecare taxon prezintă sufixul, scris cursiv între paranteze. • Ordin (-virales) • Familie (-viridae) • Subfamilie (-virinae) • Gen (-virus) • Specie Conform datelor publicate în 2010 de Centrul InternaĠional de Taxonomie a Virusurilor, în schema taxonomică sunt cuprinse: Sase ordine, 87 familii, 19 subfamilii, 348 genuri úi 2285 specii de virusuri. Cele úase ordine stabilite de ICTV sunt: Caudovirales, Herpesvirales, Mononegavirales, Nidovirales, Picornavirales úi Tymovirales. 2. Sistemul de clasificare Baltimore. Clasificarea Baltimore, iniĠiată de biologul american David Baltimore (1971), separă virusurile în úapte grupe. Are la bază împărĠirea în funcĠie de tipul genomului viral, sens, precum úi  

metoda de replicare. Aceasta clasificare este deseori preferată datorită uúurinĠei de identificare a diferitelor familii de virusuri: • Tipul I: Virusuri cu genom ADN, dublucatenar: Fam. Herpesviridae, Fam. Poxviridae, Fam. Adenoviridae úi Fam. Papovaviridae • Tipul II: Virusuri cu genom ADN monocatenar. Familiile: Circoviridae úi Parvoviridae • Tipul III: Virusuri cu genom ARN dublucatenar. Familiile: Reoviridae úi Birnaviridae • Tipul IV: Virusuri cu genom ARN(+), monocatenar. Familiile: Astroviridae, Caliciiridae, Coronaviridae, Flaviviridae, Picornaviridae, Arteriviridae úi Togaviridae • Tipul V: Virusuri cu genom ARN monocatenar (-). Familiile: Orthomyxoviridae, Arenaviridae, Paramyxoviridae, Bunyaviridae úi Rhabdoviridae. • Tipul VI: Virusuri diploide cu genom ARN monocatenar: Fam. Retroviridae. • Tipul VII: Virusuri cu genom ADN dublucatenar cu molecula de ARN monocatenar ca intermediar: Fam. Hepadnaviridae. Pentru identificarea virusurilor se utilizează metode moderne, bazate pe studiul componentelor genomului viral, pe clonări úi hibridări nucleare úi enzimatice de tip ELISA sau PCR. 

2.4. Bacteriile Sunt organisme unicelulare, cu o structură complexă, care au un metobolism propriu, datorită unui aparat enzimatic complex, ce le asigură desfăúurarea proceselor vitale. În linii generale, bacteriile au o serie de caractere generale, ce pot fi sistematizate astfel: • Nucleul celulei bacteriene este de tip procariot, adică lipsit de membrană, iar afinităĠile tinctoriale nu sunt deosebite faĠă de citoplasmă. • Bacteriile au un polimorfism accentuat, putând îmbrăca mai multe aspecte morfologice, ca forme sferice, cilindrice, spiralate sau helicoidale, filamentoase úi pătrate.  

• Miúcarea la speciile mobile este asigurată de organite speciale, numite cili sau flageli. • Bacteriile sunt lipsite de clorofilă, dar unele grupe au pigmenĠi sintetizanĠi úi, ca atare, pot folosi energia luminoasă. • Altele îúi procură energia necesară sintezelor celulare úi altor manifestări vitale dezintegrând diverse substanĠe chimice prin intermediul proceselor fermentative, fiind, din acest punct de vedere, organisme chimiosintetizante (Chemotrofe). • Se înmulĠesc prin sciziparitate, dar se cunosc la unele grupe úi forme de conjugare de tip parasexuat, cu formare de celule sexuate de sens diferit; forma de sciziparitate rămâne însă forma esenĠială de reproducere. • Bacteriile pot forma spori, ce constituie un mijloc de conservare a speciei, la unele grupe. 2.4.1. Morfologia bacteriilor Forma exterioară a bacteriilor (Fig. 28) este un caracter controlat genetic, iar din acest punct de vedere se disting cinci tipuri de bază, după cum urmează: • bacterii sferice, denumite coci, cu genul principal Coccus; • bacterii cilindrice, denumite bacili, sub formă de bastonaú drept sau uúor curbat, din care face parte genul Bacillus; • bacterii spiralate sau elicoidale, în care se cuprind trei categorii de germeni úi anume: vibrion, spiril úi spirocheta; • bacterii filamentoase, cu celule alungite, reprezentate de actinomicete; • bacterii pătrate, întâlnite în apele hipersaline.

 

Fig. 28 – Tipuri morfologice de bacterii: (a) sferice (coci); (b) cilindrice (bacili); (c) spiralate (elicoidale); (d) filamentoase; (e) pătrate.

După forma celulelor úi modul de grupare în urma procesului de diviziune, bacteriile se împart în următoarele tipuri úi subtipuri morfologice: 1. Bacteriile sferice sau cocii (gr. kokkos - bob) au formă sferică, ovoidală, elipsoidală sau reniformă, cu cele două diametre aproximativ egale. În funcĠie de poziĠia celulelor fiice după diviziune, cocii prezintă următoarele moduri de grupare (Fig. 29-34): • Cocul simplu, izolat, la care celulele rămân independente după diviziune (ex. Micrococcus ureae).

Fig. 29 – Cocul simplu (Micrococcus ureae)

• Diplococul, la care diviziunea se face după planuri succesive paralele, celulele rezultate rămânând grupate câte două (ex. Diplococcus pneumoniae).

 

Fig. 30 – Diplococul (Diplococcus pneumoniae)

• Streptococul, la care diviziunea se face după planuri succesive paralele, iar celulele rezultate formează lanĠuri de lungimi variabile (ex. Streptococcus lactis).

Fig. 31 – Streptococul (Streptococcus lactis)

• Tetracocul sau tetrada, la care planurile de diviziune sunt perpendiculare unele faĠă de altele, iar celulele rezultate sunt dispuse câte patru la un loc (ex. genul Gafkia).

Fig. 32 – Tetracocul (Gafkia tetragena)

• Sarcina, la care planurile de diviziune sunt orientate după cele trei direcĠii ale spaĠiului úi reciproc perpendiculare unul pe altul, rezultând o grupare de celule sub formă de cub (ex. Sporosarcina ureae).

 

Fig. 33 – Sarcina (Sarcina lutea)

• Stafilococul, la care planurile succesive de diviziune sunt dispuse în mai multe direcĠii, iar celulele rezultate se grupează ca un ciorchine (ex. Staphyllococcus aureus).

Fig. 34 – Stafilococul (Staphyllococcus aureus)

2. Bacteriile cilindrice, cunoscute sub denumirea de bacili (lat. bacillus - bastonaú), au formă de bastonaúe, cu raportul între cele două axe foarte diferit, de la forme cu aspect filamentos, până la unele cu aspect aproape sferic (cocobacili, ex. Pasturella pestis). Bacilii sunt drepĠi sau uúor curbaĠi la mijloc sau la una din extremităĠi, iar capetele lor pot fi tăiate drept (Bacillus anthracis) sau rotunjite (Escherichia coli). Marginile laterale ale celulei sunt, de obicei, paralele, dar pot fi úi apropiate la extremităĠi, în formă de suveică (Fusiformis fusiformis), sau îndepărtate úi rotunjite la una sau ambele extremităĠi, în formă de măciucă sau de piúcot (Corynebacterium sp.). Unele dintre bacteriile cilindrice au proprietatea de a forma spori. Bacilii pot fi (Fig. 35): • izolaĠi • grupaĠi câte doi (diplobacili), în formă de V, X, Y (Mycobacterium sp.); • în lanĠuri, cu lungimi variate (streptobacili);   

• în palisdă, ca scândurile unui gard, celulele ramânând apropiate úi paralele în sensul axului lung, aúezarea fiind rezultatul unei miúcări de basculare a celulei-fiice, având ca punct de sprijin peretele transvers recent separat; • grupaĠi în formă de rozetă sau de stea (Agrobacterium stellulatum, Ag. radiobacter, Phyllobacterium stappi).

Fig. 35 – Bacterii cilindrice: (a) cocobacil; (b) bacil izolat; (c) diplobacil; (d) streptobacil; (e) bacili grupaĠi în palisadă.

3. Bacteriile spiralate (elicoidale) cuprind trei subtipuri morfologice (Fig. 36): • Vibrionul, în formă de virgulă, cu un singur tur de spiră (ex. Vibrio cholerae); • Spirilul, în formă de spirală cu mai multe ture de spiră, rigide ca un baston (ex. Spirillum voluntas); • Spirocheta, în formă de spirală cu mai multe ture flexibile, care se poate strânge úi relaxa ( ex. Borrelia sp., Treponema sp. úi Leptospira sp.).   

Fig. 36 – Bacterii spiralate: (a) vibrion; (b) spiril; (c) spirochetă.

4. Bacteriile filamentoase pot fi neramificate (Ord. Caryophanales), cu ramificaĠii false (Ord. Chlamydobacteriales) sau cu ramificaĠii adevărate (Ord. Actinomycetales). Sunt microorganisme cu asemănări morfologice cu fungii, ce au particularitatea de a forma hife, cu tendinĠă de ramificare, de unde úi aspectul lor de miceliu. În unele cazuri, spre exemplu la Sphaerotilus nutans (Fig. 37), aspectul filamentos este determinat de aúezarea celulelor individuale în lanĠuri de celule, reunite printr-o teacă delicată cu perete Fig. 37 – Sphaerotilus nutans neted. 5. Bacteriile pătrate, evidenĠiate în apele hipersaline din peninsula Sinai, au forma unor pătrate cu latura de 1,5-11 µm úi o grosime inegală (0,1 µm sau chiar mai mică în regiunea centrală úi 0,2-0,5 µm la periferie). Multiplicarea se face prin diviziune directă (ex. Quadra sp.). În unele cazuri, fiecare bacterie pătrată creúte până ia formă unui dreptunghi, care se divide în două pătrate egale. Alteori, diviziunea se face în două planuri, ce alterneză în unghi drept, iar celulele rezultate din diviziune formează placarde de 8-16 celule (Fig. 38). Fig. 38 – Bacterii pătrate  

În afara acestor cinci tipuri morfologice de bază există bacterii cu forme particulare: • Bacterii stelate - bacterii sub formă de stea; se înmulĠesc prin sciziparitate (Stella sp.); • Bacterii care formează trichoame - grupare de celule care în urma diviziunii se prezintă sub forma unui filament multicelular, în care celulele adiacente au o suprafaĠă relativ mare de contact úi sunt menĠinute într-un înveliú parietal comun (Beggiatoa sp., Caryophanon sp., Sphaerotilus sp.); • Bacteriile prostecate (gr. prosteka – adaos) prezintă o complicaĠie morfologică sub forma unui apendice semirigid, situat în continuarea celulei procariote (Caulobacter sp). Diametrul acestui apendice este mai mic decât al celulei bacteriene mature; • Bacteriile cu apendice acelulare prezintă un aspect filamentos, datorită apendicelor acelulare (substanĠe secretate sau excretate), nedelimitate de peretele celular (Gallionella sp.). Dimensiunile bacteriilor se exprimă în micrometri (1 µm = 10-6 m) úi, în medie, au 0,5-1 x 3-6 µm. Cele mai mici bacterii aparĠin genului Mycoplasma (diametrul = 125-250 nm), iar cele mai mari pot ajunge la 10-150 µm lungime (Beggiatoa sp.). În cazul formelor filamentoase, dimensiunile bacteriilor ajung în mod excepĠional la 500 µm lungime (Saprospira grandis). Sub raportul dimensiunilor, cele mai mici bacterii se suprapun virusurilor mari (Poxvirus), vizibile la microscopul fotonic, iar cele mai mari depăúesc mãrimea celor mai mici protiste eucariote. 2.4.2. Structura celulei bacteriene Celula bacteriană este o entitate morfologică úi funcĠională echivalentă cu celulele organismelor superioare, cu o structură complexă, formată din următoarele componente, de la exterior către interior, luând ca reper peretele celular: • Structura extraparietală, formată din: capsulă; cilii sau flagelii; aparatul fimbrial úi pilii de sex; • Peretele celular;   

• Structura intraparietală, compusă din: membrana citoplasmatică, mezozomii, citoplasmă, aparatul nuclear, incluziunile, ribozomii, vacuolele, sporul bacterian. I. Structura extraparietală: 1. Capsula (Fig. 39) este o secreĠie, care apare la exteriorul unor celule bacteriene, úi constituie un înveliú în jurul acestora. În funcĠie de raportul faĠă de celula bacteriană, capsula este de mai multe feluri: • microcapsula este un strat mucoid foarte fin, cu grosimea de până la 0,2 µm úi care poate fi pus în evidenĠă prin metode imunologice; • capsula propriu-zisă are grosimea cuprinsă între 0,2-2 µm; • stratul mucos este caracterizat prin prezenĠa unei mase amorfe, neorganizate în jurul celulei; • zooglea se prezintă ca un strat mucos, neorganizat, care înglobează Fig. 39 – Capsula bacteriană mai multe celule microbiene. CompoziĠia chimică a capsulei diferă în funcĠie de specia bacteriană la care apare úi de condiĠiile de mediu, fiind formată din 98 % apă úi alĠi constituenĠi ca polizaharidele úi polipeptide. FuncĠiile biologice ale capsulei sunt următoarele: - funcĠia de protecĠie împotriva fagocitelor la bacteriile patogene; - funcĠia de virulenĠă; - funcĠia de protecĠie împotriva desicaĠiei. 2. Cilii sau flagelii sunt formaĠiuni filamentoase, cilindrice, lungi, subĠiri, situate la suprafaĠa celulei bacteriene úi reprezintă organite de miúcare ale acesteia. PrezenĠa cililor este caracteristică numai speciilor de bacterii mobile, iar numărul acestora este variabil funcĠie de specie, de la unu până la o sută. După modalitatea de inserĠie pe corpul bacteriei, cilii pot avea următoarele poziĠii (Fig. 40): • monotrihă, un cil la un singur pol (ex. Pseudomonas aeruginosa); 




• amfitrichă, cu câte un cil la ambii poli ai celulei (ex. Spirillum volutans); • lofotrichă, cu cili dispuúi la un pol sub formă de mănunchi (ex. Escherichia coli); • peritrichă, cu cili dispuúi în jurul bacteriei (ex. Proteus vulgaris).

Fig. 40 – Tipuri de ciliaĠie bacteriană: (a) monotrichă (Pseudomonas aeruginosa); (b) amfitrichă (Spirillum volutans); (c) lofotrichă (E. coli); (d) peritrichă (Proteus vulgaris).



Cilii sunt organite lungi de 16-18 µm, cu diametrul de 0,01-0,02 µm pe toată lungimea, de obicei ondulaĠi. Implantarea lor se face în citoplasmă printr-un corp bazal, situat între peretele celular úi membrana citoplasmatică. La bacteriile Gram pozitive, corpusculul bazal este format din două discuri (inele), angrenate împreună sub forma butonilor de manúetă. Lungimea cililor depăúeúte pe cea a celulei, în mod excepĠional până la de 10 ori. Cu ajutorul cililor, bacteriile se pot deplasa linear sau se pot rostogoli. Viteza de înaintare este mare, parcurgând într-o secundă o distanĠă de la 10 până la 40 ori mai mare decat diametrul longitudinal al bacteriei. 3. Aparatul fimbrial Fimbriile (lat. fimbra – franjure) sunt formaĠiuni filamentoase scurte (1-20 µm), prezente în număr mare (100-400) pe suprafaĠa bacteriilor imobile sau mobile. Ele au o poziĠie radială úi nu servesc la miúcare, ci au rol de fixare pe diferite substraturi solide sau pe hematii, pe care le  

aglutinează. Fimbriile (Fig. 41) sunt de natură intracelulară, deoarece, după îndepărtarea peretelui celular, rămân fixate pe protoplaúti.

Fig. 41 – Aparat fimbrial

4. Pilii (Fig. 42) sunt apendici filamentoúi, tubulari, flexibili, care au un canal prin care se face transferul cromozomului bacterian de la celula masculă (F+) la celula femelă (F-). Mai sunt denumiĠi úi "pili de sex", iar procesul de transfer se numeúte conjugare bacteriană.

Fig. 42 – Pili de sex la E. coli



5. Spinii sunt formaĠiuni extraparietale tubulare úi rigide, prezente la suprafaĠa unor bacterii Gram negative. Numărul lor variază între 1 úi 15 úi au o distribuĠie întâmplătoare, perpendicular pe suprafaĠa celulară. Prezintă rol taxonomic. II. Peretele celular este invizibil sau foarte greu vizibil la microscopul fotonic úi reprezintă aproximativ 20% din greutatea uscată a celulei úi 25% din volumul ei. Peretele celular are rol: • de susĠinere mecanică; • asigură individualitatea morfologică; 



• • • •

oferă protecĠie faĠă de úocul osmotic; participă la procesul de diviziune celulară; conĠine receptori de virus; mediază schimbul de substanĠe cu mediu. Peretele celular este absent la genul Mycoplasma. Peretele celular (Fig. 43) reprezintă o structură macromoleculară, formată dintr-un mucopeptid numit peptidoglican (mureină) úi substanĠe care formează un matrix, în care este înglobată structura parietală bazală úi prezintă o compoziĠie chimică particulară, în raport cu grupa de bacterii analizată. ColoraĠia Gram are o importanĠă deosebită în taxonomia bacteriană úi a fost decoperită în 1844 de Hans Christian Gram. Această metodă porneúte de la observaĠia că unele bacterii, colorate cu derivaĠi bazici din grupul trifenil metanului (violetul de genĠiana, violetul de metil, cristal violet) úi mordansate cu iod, rezistă la decolorarea cu anumiĠi solvenĠi organici (alcool sau acetonă), în timp ce altele nu rezistă. De aici, necesitatea recolorării frotiului cu o culoare de contrast (fucsină, safranină), care să recoloreze bacteriile, care nu au reĠinut primul colorant. ColoraĠia Gram permite clasificarea bacteriilor în funcĠie de structura úi compoziĠia chimică a peretelelui celular în două mari categorii: Gram pozitive (G+, violet) úi Gram negative (G-, roúu). Între cele două categorii există diferenĠe mari de compoziĠie chimică úi anume: • Peptidoglicanul (mureina) este prezent la majoritatea bacteriilor, fiind de mai multe tipuri moleculare. Reprezintă 60-90% din greutatea uscată a peretelui celular la bacteriile Gram pozitive, în timp ce la bacteriile Gram negative reprezintă 10-20% úi se află în zona mediană a peretelui. • Acizii teichoici (gr. teichos - perete) sunt foarte abundenĠi la bacteriile Gram pozitive úi lipsesc la bacterille Gram negative. Aceúti acizi sunt legaĠi de straturile de peptidoglican sau de membrana citoplasmatică. • Acizii lipoteichoici sunt întâlniĠi la bacteriile Gram pozitive, asociaĠi la membrana citoplasmatică, dar se găsesc úi în peretele celular. • Acizii teichuronici sunt caracteristici bacteriilor Gram pozitive. • Lipopolizaharidele caracterizează bacteriile Gram negative úi sunt responsabile de primul control al permeabilităĠii celulare. Bacteriile Gram  

negative sunt, în general, mai rezistente la inhibitori (peniciline, coloranĠi) decât cele Gram pozitive. • Lipoproteinele sunt întâlnite la bacteriile Gram negative sub forma unui strat lax, format din grupări lipidice úi proteice. Sunt situate pe suprafaĠa superioară a peptidoglicanului. • Fosfolipidele sunt tipice pentru bacteriile Gram negative. • Acizii graúi se găsesc sub forma unor lanĠuri lungi la nivelul peretelui celular la actinomicete úi la bacteriile coryneforme. Bacterie Gram negativă

Bacterie Gram pozitivă

Lipopolizaharide

Acid lipoteichoic

Acid teichoic Peptidoglican

Porine

Fosfolipide

Membrană externă

Peptidoglican SpaĠiu periplasmic Membrană plasmatică Proteină Proteină

Membrană plasmatică

Lipoproteine Proteină

(b)

(a)

Proteină



Fig. 43 – Structura peretelui celular la bacterii: (a) Gram pozitive; (b) Gram negative.

III. Structura intraparietală: 1. Membrana citoplasmatică, acoperă citoplasma bacteriilor úi o separă de faĠa internă a peretelui celular (Fig. 44). Are o grosime de 8-10 nm, este constituită din două straturi fosfolipidice úi reprezintă 10-20% din greutatea uscată a celulei. Analiza chimică a membranei evidenĠiază trei tipuri de molecule: lipide (fosfolipide), proteine úi glucide (polizaharide legate cu proteine – glicoproteine sau lipide - glicolipide). Membrana citoplasmatică este o barieră osmotică de permeabilitate, care reglează pătrunderea în celulă úi eliminarea selectivă a diferitelor substanĠe. Ea menĠine în celulă o concentraĠie ridicată de macromolecule, molecule mici úi chiar ioni, împedicându-le difuzarea în mediu, deúi concentraĠia extracelulară este mai mică. ConĠine permeazele care asigură  

transportul activ în interiorul Glicolipde celulei a unor substanĠe organice Glicoproteine polare din mediu. Membrana citoplasmatică are rol în creúterea úi diviziunea celulară; la nivelul său ia naútere semnalul care declanúează iniĠierea replicării cromozomului bacterian. În sfârúit, membrana Canalicul Proteină citoplasmatică este suportul Strat fosfolipidic enzimelor care participă la sinteza Fig. 44 – SecĠiune prin membrană ATP (la eucariote aceste enzime se află în mitocondrii). 2. Mezozomii sunt formaĠiuni care derivă din membrana citoplasmatică sub forma unor invaginări, legate de ADN celular. Aceste organite celulare joacă un rol important în diviziunea nucleului úi în formarea septului, care separă cele două celule fiice. La bacteriile purpurii, mezozomii conĠin pigmenĠi clorofilieni. La bacteriile fixatoare de azot, nitrogenaza, care este inhibată de O2, este protejată de mezozomi. Bacteriile nitrificatoare prezintă numeroase invaginări ale membranei citoplasmatice care măresc suprafaĠa de schimb enzimatic. 3. Citoplasma este un sistem coloidal, constituit din săruri minerale, compuúi solubili de natură lipoproteică, nucleoproteine, lipide úi apă. Are un pH cuprins între 7 úi 7,2. Citoplasma poate fi caracterizată ca un complex de stări fizice într-o continuă transformare, în funcĠie de starea fiziologică úi vârsta celulei. 4. Ribozomii sunt formaĠiuni citoplasmatice, sferice. O celulă bacteriană conĠine, în medie, 18.000 ribozomi de tip 70 S, cu un diametru de 10-30 nm. 50S 30S 70S + Fiecare ribozom se disociază în două subunităĠi, 30 S úi 50 S (Fig. 45). Fiecare Fig. 45 – Structura ribozomilor bacterieni subunitate 50 S este legată de  

o subunitate 30 S prin intermediul legăturilor ARN - proteină úi proteinăproteină. Ribozomii 70 S joacă un rol precis în cursul traducerii lanĠurilor de ARN în proteine. ConĠin 50% apă, iar substanĠa lor uscată se compune din circa 60% ARN (ARN ribozomal) úi circa 30% proteine. O parte din ribozomi sunt liberi în citoplasmă, iar ceilalĠi sunt fixaĠi de suprafaĠa internă a membranei citoplasmatice. 5. Materialul nuclear ("nucleul") este constituit dintr-un cromozom format dintr-o buclă de ADN, aflat suspendat în citoplasmă. Lungimea acestuia este mare, ajungând la Escherichia coli la 1 mm, ceea ce implică o răsucire foarte accentuată. Din punct de vedere chimic, materialul nuclear conĠine 60% ADN, 30% ARN úi 10% proteine. 6. Plasmidele sunt considerate material genetic extracromozomial, fiind independente de nucleu. Plasmidele nu sunt indispensabile pentru viaĠa celulară, dar pot aduce un avantaj selectiv. Ele poartă informaĠia pentru degradarea unor substraturi úi pentru rezistenĠa la antibiotice. Replicarea plasmidelor se produce în două momente diferite: atunci când celula se divide úi atunci când se produce procesul de conjugare. Bacteriile pot conĠine mai multe plasmide. Escherichia coli, de exemplu, posedă pe cromozom unul sau două plasmide conjugate úi 10-15 plasmide neconjugate. 7. Vacuolele sunt formaĠiuni sferice, înconjurate la periferie de o membrană lipoproteică, numită tonoplast, úi care apar în citoplasmă în faza de creútere activă a celulelor bacteriene. Numărul lor variază între 6 úi 20, iar în interiorul lor se găseúte apă sau gaz (cianobacterii, bacterii fotosintetizante roúii úi verzi etc.). Cele cu apă au rol în menĠinerea presiunii osmotice în raport cu mediul extern úi în depozitarea substanĠelor de rezervă, în timp ce vacuolele cu gaz au rol de flotaĠie sau rol protector (faĠă de intensitatea luminoasă). 8. Incluziunile sunt formaĠiuni inerte, care apar în citoplasmă la sfârúitul periodei exponenĠiale de creútere a celulei. Ele pot fi formate din glicogen, amidon, carbonat de calciu úi fosfat anorganic. 9. Sporul bacterian este o formaĠiune care derivă din celula vegetativă a bacteriilor, în anumite condiĠii de viaĠă. Sporul este o formă de conservare  

a speciei la condiĠiile nefavorabile de mediu úi concentrează, într-un volum redus, toate componentele esenĠiale ale celulei din care provine. Bacteriile sporogene, cu excepĠia genului Desulfotomaculum (Gram variabil), sunt Gram pozitive, iar forma sporului poate fi sferică sau ovală. Sporul apare ca o structură constantă la bacteriile anaerobe, aparĠinând genului Clostridium, în mod facultativ la bacteriile aerobe din genul Bacillus úi foarte rar la coci (Sporosarcina ureae). Dispunerea sporului în celula vegetativă poate fi centrală (Bacillus anthracis), subterminală (Bacillus cereus), terminală (Clostridium tetani) sau laterală (Fig. 46).

(a)

(b)

(c)

(d)

Fig. 46 – Localizarea sporului bacterian: (a) central; (b) subterminal; (c) terminal; (d) lateral.



Dimensiunile sporilor variază între 0,2 úi 2 µm, iar diametrul acestora poate fi mai mic (spor nedeformant sau bacteridie) sau mai mare (spor deformant sau clostridie) decât diametrul transversal al celulei în care se formează. După modul de formare, structură úi rezistenĠă la factorii de mediu, sporul bacterian poate fi de mai multe tipuri: • Endosporul (sporul propriu-zis) apare în interiorul unei celule vegetative, numită "sporangiu", úi prezintă o mare rezistenĠă la condiĠiile nefavorabile de mediu, în special la variaĠiile temperaturii. O celulă vegetativă poate forma un singur endospor. Bacteriile susceptibile de a produce endospori aparĠin genurilor: Bacillus, Clostridium, Desulfatomaculum, Sporosarcina, Sporolactobacillus, Thermoactinomyces. • Artrosporii se formează prin fragmentarea unor celule vegetative. Au o formă neregulată úi o rezistenĠă intermediară între cea a endosporului úi celula vegetativă. Artrosporii sunt caracteristici bacteriilor actinomicete. • Chiútii sunt stadii de repaus sau supravieĠuire, formate ca răspuns la modificările de mediu úi provin din transformarea unei celule vegetative, prin îngroúarea pereĠilor úi acumularea de material de rezervă. Au o 



rezistenĠă mai mică decât endosporul úi nu sunt termorezistenĠi. (ex. Azotobacter sp.) • Gonidia apare endocelular prin condensarea úi fragmentarea protoplasmei unei celule vegetative, numită gonidangiu. În interiorul unei celule apar, de regulă, mai multe gonidii, care sunt eliberate în mediu prin ruperea peretelui gonidangiului. Principala lor funcĠie priveúte capacitatea de reproducere, neavând rezistenĠa caracteristică sporului (ex. Leptothrix ochracea). CompoziĠia chimică a sporului. Între forma vegetativă úi forma sporulată a unei specii bacteriene există deosebiri de ordin calitativ úi cantitativ. Astfel, din punct de vedere cantitativ, sporii sunt bogaĠi în Ca2+, Cu2+ úi Mg2+ úi săraci în P úi în substanĠe proteice. De asemenea, sporii au un conĠinut mai scăzut în H2O úi ARN, comparativ cu formele vegetative. În plus, sporii mai conĠin, în cortexul sporului, acidul dipicolinic sub formă de dipicolinat de Ca. CompoziĠia chimică a sporului duce, implicit, la unele deosebiri în legătură cu rezistenĠa sa faĠă de agenĠii fizici úi chimici. SemnificaĠia biologică a sporului Sporul bacterian, prin rezistenĠa sporită faĠă de factorii de mediu, are rolul de conservare a speciei. El concentrează într-un volum redus toate componentele esenĠiale ale celulei, sporogeneza făcând parte dintr-un ciclu vital obligatoriu. Însuúirile de rezistenĠă ale sporului pot fi sintetizate astfel: rezistenĠa la temperatură, rezistenĠa la uscăciune, rezistenĠa faĠă de factorii chimici. Metabolismul sporului este mult mai redus ca al celulei vegetative úi nu permite multiplicarea. Citologia formării sporului În interiorul celulei bacteriene, formarea sporului presupune crearea unei noi celule diferite de cea vegetativă, care se produce în mai multe faze (Fig. 47): • Stadiul preparator – viitorul nucleu al sporului ia naútere prin detaúarea unui segment din cromozomul bacterian, iar în jurul acestuia, ulterior, are loc condensarea citoplasmei; • Stadiul depresor – în care nucleul sporului, format úi înconjurat cu un strat de citoplasmă condensată, se separă de restul citoplasmei prin septul sporal; • Stadiul apariĠiei înveliúurilor sporale, tunica úi cortexul sporului;  

• Stadiul de maturare constă în migrarea sporului la locul definitiv în celula bacteriană. În această etapă are loc reducerea dimensiunilor sporale, dar úi maturizarea sporului. ADN Perete celular Membrană citoplasmatică

Celulă vegetativă

Cortex

Membrană citoplasmatică

Înveliú sporal Membrană citoplasmatică ADN Spor liber Înveliú sporal

Cortex

Înveliú sporal în formare

Fig. 47 – Procesul de sporogeneză la bacterii

Infrastructura sporului (Fig. 48) prezintă următoarele componente: 1. Înveliúul sporal extern (tunica) înconjoară cortexul úi prezintă o structură Exosporium Înveliú sporal multistratificată, alcătuită din trei straturi: extern (exina), mijlociu úi interior (intina). Cortex 2. Cortexul sporului 3. Celula sporală propriu-zisă (protoplast sporal) este constituită din sporoplasmă (citoplasmă granulară) úi nucleoplasmă Membrana (material nuclear). sporoplasmei Unele specii bacteriene (Bacillus cereus, Bacillus anthracis) prezintă, la exteriorul înveliúului sporal, un exosporium cu structură simplă sau Fig. 48 – Structura sporului complexă, care acoperă sporul. bacterian 2.4.3. CompoziĠia chimică a bacteriilor CompoziĠia chimică a celulei bacteriene nu diferă prea mult de cea a celorlalte organisme vii. Ea conĠine cca.. 600 molecule diferite, organice úi anorganice.  

Apa este mediul biogen esenĠial úi reprezintă 78 % din greutatea medie a celulei bacteriene. Se găseúte sub formă de apă liberă sau legată de diferite componente celulare. Apa îndeplineúte numeroase funcĠii: • este solvent al compuúilor hidrosolubili; • este mediu de dispersie pentru constituenĠii chimici insolubili în apă; • condiĠionează activitatea enzimelor; • asigură transportul elementelor de metabolism. Sărurile minerale reprezintă 2-20 % din greutatea uscată a bacteriilor úi sunt reprezentate de principalele elemente. Cel mai bine este reprezentat fosforul (∼ 45 %). SubstanĠele minerale au rol în: • reglarea presiunii osmotice; • activează unele sisteme enzimatice; • reglează pH-ul; • influenĠează permeabilitatea peretelui celular; • intră în compoziĠia unor constituenĠi celulari. Acizii nucleici. ADN se găseúte sub forma unei singure molecule circulare, dublu helicale. Reprezintă 1/5 din conĠinutul celular. ARN reprezintă cca. 17% din greutatea uscată a celulei bacteriene úi se găseúte localizat în citoplasmă sub trei forme: ARN mitocondrial (ARNm), ARN transfer (ARNt) úi ARN ribozomal (ARNr). Proteinele reprezintă cca.. 60% din greutatea uscată a bacteriilor úi se găsesc sub formă de holoproteine úi heteroproteine. Proteinele au rol structural, iar unele îndeplinesc funcĠia de enzime. Glucidele reprezintă 4-25% din greutatea uscată a celulei bacteriene úi se găsesc sub formă de glucide simple (mono úi dizaharide) úi polizaharide. Glucidele simple participă la metabolismul bacterian, iar polizaharidele au rol structural, energetic sau de material de rezervă. Lipidele se găsesc în proporĠie de 1-20% din greutatea uscată a bacteriilor, iar această variaĠie este specifică, depinzând de vârsta celulei úi compoziĠia mediului de cultură. Lipidele se găsesc în membrana citoplasmatică úi sub formă de granule intracitoplasmatice. PigmenĠii sunt substanĠe colorate care se găsesc în citoplasma bacteriilor cromogene. După localizarea pigmenĠilor faĠă de celulă, bacteriile se împart în două categorii:
 

• bacterii cromopare, la care pigmentul este eliminat în mediul pe care îl colorează (ex. Pseudomonas fluorescens); • bacterii cromofore, la care pigmentul rămâne localizat în celula bacteriană (ex. Staphylococcus aureus). PigmenĠii pot fi de mai multe tipuri, după compoziĠia chimică: bacterioclorofite, pigmenĠi carotenoizi (roúii, galbeni, portocalii), antocianici, pigmenĠi melanici (brun sau negru). PigmenĠii pot avea rol în fotosinteză, rol antibiotic, de protecĠie împotriva radiaĠiilor luminoase úi ultraviolete, rol de vitamine. Enzimele bacteriene constituie o grupă de proteine cu importanĠă biologică deosebită, de catalizatori ai celulei vii, fiind solubile în apă, termolabile, criolabile úi sensibile la acĠiunea radiaĠiei ultraviolete. După substratul asupra căruia acĠionează, enzimele se clasifică în: • exoenzime, care sunt eliberate în mediul înconjurător, acĠionând asupra unui substrat din afara celulei; acestea sunt angrenate în procesele de catabolism; • Endoenzime, care sunt secretate intracelular úi participă la reacĠiile de sinteză (anabolism). După viteza de acĠiune, enzimele pot fi de două categorii: • enzime constitutive, care sunt preexistente úi care acĠionează rapid asupra unui substrat. Sunt sintetizate în tot cursul vieĠii bacteriei; • enzime adaptive, care acĠionează lent, deoarece celula trebuie să se adapteze la substrat, apariĠia enzimelor fiind legată de mediu. 2.4.4. Creúterea úi multiplicarea bacteriilor Ciclul de dezvoltare al bacteriilor se compune din două faze: creúterea úi multiplicarea. Prin creútere se înĠelege procesul de neoformare, în condiĠii favorabile, în protoplasma bacteriei, a substanĠei de constituĠie. Această creútere se continuă până la atingerea unei limite, când survine diviziunea celulară. Prin multiplicare se înĠelege sporirea numărului de indivizi, care se face prin diviziune celulară. Diviziunea celulară poate fi:

 

• izomorfă, când celulele fiice rezultate sunt egale; • heteromorfă, când celulele fiice rezultate nu sunt egale; În afara diviziunii celulare, multiplicare se mai poate realiza prin: • fragmentarea conĠinutului celular în mai multe elemente; • prin înmugurire. EvoluĠia unei culturi bacteriene. Studiile privind multiplicarea bacteriilor pe medii artificiale, au arătat că acest proces se realizează în mai multe faze succesive (Fig. 49): 1. Faza de lag sau creútere zero este cuprinsă între momentul însămânĠării bacteriilor úi momentul începerii multiplicării, când numărul bacteriilor din inocul nu creúte, iar cultura nu este vizibilă macroscopic. Această fază durează aproximativ 2 ore úi este o etapă de adaptare la noile condiĠii de cultură. 2. Faza de accelerare a ritmului de creútere corespunde începerii multiplicării, a cărei viteză creúte progresiv úi în care celulele sunt tinere. 3. Faza exponenĠială sau de multiplicare logaritmică este cea în care procesul se accentuează în progresie geometrică, iar durata unei generaĠii este minimă. Creúterea exponenĠială a unui organism unicelular ce realizează o generaĠie la 20 minute (după Stanier, 1966) Timpul (minute)

Număr de diviziuni

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Număr de microorganisme exprimat în: nr. aritmetic log2 log10 1 0 0,000 2 1 0,301 4 2 0,602 8 3 0,903 16 4 1,204 32 5 1,505 64 6 1,806 128 7 2,107 256 8 2,408 512 9 2,708 1024 10 3,010

 

4. Faza încetinirii ritmului de creútere, când rata multiplicării începe să scadă progresiv. 5. Faza staĠionară, cu ritm de creútere zero, care se caracterizează prin faptul că numărul celulelor rămâne constant din cauza echilibrului ce se stabileúte între numărul celulelor ce mor úi al celor ce apar în urma unei diviziuni foarte lente. Această fază corespunde celulelor mature. 6. Faza iniĠială de declin, în care numărul celulelor viabile scade progresiv, prin moartea unora dintre ele. Această fază corespunde celulelor bătrâne, cu forme de involuĠie, când apar numeroúi spori. 7. Faza intermediară de declin, în care numărul celulelor continuă să scadă, cu un ritm de dispariĠie constant. 8. Faza finală de declin încheie evoluĠia unei culturi prin moartea în ritm lent a celulelor până la sterilizarea completă a culturii. 2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Număr microorganisme (log)

1.

Timp

Fig. 49 – EvoluĠia unei culturi bacteriene

Oprirea multiplicării bacteriilor úi, în cele din urmă, moartea acestora se datorează unei serii de factori ca: • lipsa substanĠelor nutritive esenĠiale din mediul nutritiv; • competiĠia pentru oxigen sau activitatea slabă a substanĠelor folosite pentru procesele respiratorii; • modificările fizico-chimice ale mediului de cultură (acumulare de acizi, alcooli etc.); • acumularea produúilor de catabolism úi a toxinelor în concentraĠii incompatibile cu viaĠa celulelor.

 

2.4.5. NutriĠia bacteriilor Bacteriile pot folosi pentru manifestările lor vitale fie energia radiantă luminoasă, în cazul celor capabile de fotosinteză, fie energia eliberată prin reacĠii chimice oxidative, la întuneric, în cazul celor chimiotrofe. După sursa de energie, bacteriile pot fi clasificate astfel: • fototrofe (fotosintetizante), a căror sursă primară de energie este lumina; • chemotrofe (chimiosintetizante), a căror sursă de energie este obĠinută la întuneric, în urma reacĠiei de oxido-reducere a unor substanĠe organice sau anorganice. • paratrofe, la care creúterea este dependentă de energia furnizată de celula parazitată. În funcĠie de capacitatea de sinteză a metaboliĠilor esenĠiali, bacteriile prezintă următoarele tipuri de nutriĠie: • Autotrofia corespunde capacităĠii de sinteză a tuturor constituenĠilor celulari prin mijloace proprii, pornind de la surse simple anorganice de carbon úi azot ca: CO2, NH3, NO2-, NO3-. • Heterotrofia implică incapacitatea de sinteză a unor metaboliĠi esenĠiali úi, de aceea, este nevoie de prezenĠa substanĠelor organice ca sursă de carbon sau azot. Bacteriile care folosesc o sursă organică de carbon sunt denumite bacterii de fermentaĠie, iar cele care utilizează o sursă organică de azot mai sunt denumite bacterii de putrefacĠie. În concluzie, autotrofele, prin sintezele lor generează substanĠa organică, plecând de la compuúi minerali simpli, pe când heterotrofele nu-úi pot realiza sintezele proprii, decât dacă dispun de substanĠe organice, pe care le descompun până la produúi mai simpli úi pe care îi utilizează în metabolismul lor. 2.4.6. RespiraĠia microorganismelor După exigenĠele faĠă de oxigenul molecular, microorganismele se grupează în patru tipuri respiratorii: 1. Microorganisme strict (obligatoriu) aerobe, care folosesc oxigenul ca acceptor final de hidrogen, având nevoie de prezenĠa continuă a oxigenului atmosferic.

 

2. Microorganisme strict (obligatoriu) anaerobe, care nu se pot dezvolta în prezenĠa oxigenului molecular, putând fi cultivate numai pe medii sărăcite în oxigen. Ele nu dispun de enzimele respiratorii din categoria citocromilor. Anaerobioza lor strictă constă în faptul că în prezenĠa oxigenului, care se comportă ca acceptor final de hidrogen, se formează peroxidul de hidrogen (compus toxic) úi nu apă. 3. Microorganisme facultativ anaerobe, care sunt capabile să-úi orienteze metabolismul spre respiraĠie sau spre fermentaĠie, în funcĠie de disponibilităĠile de oxigen úi care au, în mod obiúnuit, un metabolism anaerob, fără a fi însă sensibile la prezenĠa oxigenului. Unele microorganisme cu acest tip respirator (levurile) pot trece de la un metabolism aerob la unul anaerob, în funcĠie de condiĠiile de mediu. 4. Microorganismele microaerofile au nevoie de o concentraĠie de oxigen mai mică decât cea din aerul atmosferic. Această particularitate se datorează sensibilităĠii unora dintre enzimele lor la condiĠiile de oxidare puternică. 2.4.7. Grupe particulare de bacterii 1. Bacterii glasogene Apa pură din punct de vedere chimic úi biologic, poate rămâne în stare lichidă până la -40oC. Supusă la temperaturi inferioare pragului de 0oC, nu îngheaĠă decât în prezenĠa nucleelor glasogene. Aceste nuclee pot fi reprezentate de particulele minerale, care provoacă congelarea, începând de la -10oC. La temperaturi cuprinse între -10 úi 0oC, gheaĠa nu se formează la plante decât în prezenĠa bacteriilor specifice, ce posedă în membrana lor nuclee glasogene. Suúele bacteriene în cauză aparĠin speciilor Pseudomonas syringae (Fig. 50) úi Erwinia herbicola; ele pot fi saprofite (epifite) sau parazite pe organele plantelor în cauză (frunze, flori, fructe). ProporĠia de nuclee glasogene este ridicat la Ps. syringae Fig. 50 – Pseudomonas syringae

 

(60 %) úi mai mic la E. herbicola (1-5 %). Puterea glasogenă a bacteriilor se exprimă "in vitro" sau în "in vivo" pe organele plantelor. Pe de altă parte, suúele inductoare de gheaĠă se multiplică abundent pe organele necrozate prin îngheĠ, ceea ce le oferă un avantaj selectiv considerabil. Când o suspensie de bacterii glasogene este pulverizată pe frunze apar simptomele îngheĠului cu ofilirea ireversibilă, dacă sunt plasate (Ġinute) o oră la -5oC, pe când plantele martor netratate cu bacterii rămân imune la toate alterările vizibile. La viĠa de vie s-a observat o corelaĠie ridicată între numărul de bacterii glasogene prezente pe muguri úi pierderile cauzate de frig, la temperaturi apropiate de 0oC. Bacteriile glasogene, care provoacă îngheĠarea, au fost observate la plante foarte diverse (pin, cireú, piersic, prun, cais, forsiĠia, fasole, porumb, tomate, căpúun). Suúele bacteriene active, datorită capacităĠii de a induce formarea gheĠii, prezintă o genă specifică, care codează o proteină foarte particulară în membrana lor. Proteina este formată din 1200 de aminocizi, cu o structură repetitivă foarte accentuată. Compus din 1200 de aminoacizi, acest polipeptid comportă repetiĠii în mai mult de 100 exemplare. Reducerea numărului de repetiĠii în lanĠul polipeptidic reduce activitatea glasogenă. Alte proteine cu structură repetitivă sunt prezente în sângele unor specii de animale din regiunile polare, unde au un efect antigel. Bacteriile glasogene joacă un rol important în practică, deoarece provoacă îngheĠarea în primăvară a numeroase plante, în special pomii fructiferi úi viĠa de vie. Stoparea acĠiunii negative a acestor bacterii se încearcă pe diferite căi: tratamente chimice cu antibiotice, pulverizări cu apă, fumigaĠii, folosirea bacteriofagilor, a microorganismelor antagoniste, aplicarea de polimeri care limitează schimburile termice cu exteriorul etc. În ultimii ani s-au obĠinut prin inginerie genetică suúe neglasogene de Ps. syringae, care, aplicate pe plante, inhibă dezvoltarea speciilor glasogene. În sens pozitiv, specia Ps. syringae glasogenă este utilizată pentru obĠinerea zăpezii artificiale (Snow max). 2. Micoplasmele reprezintă un grup particular de bacterii lipsite de perete celular, celula fiind delimitată de o membrană lipoproteică cu o compoziĠie chimică asemănătoare celulei animale.

 

Sunt considerate cele mai mici organisme capabile de creútere autonomă pe medii acelulare. Micoplasmele sunt grupate în clasa Mollicutes (moli - moale, pliabil úi cute - piele) cu două genuri: • Mycoplasma – creúterea speciilor din acest gen este dependentă de prezenĠa sterolilor în mediu. • Acholeplasma cuprinde specii care se dezvoltă independent de steroli. Morfologie. Datorită lipsei peretelui celular, micoplasmele au o plasticitate naturală foarte mare, fiind descrise mai multe tipuri morfologice ca: sferice-cocoidale, diplococi, filamentoase. Cu toate acestea, cultivate în condiĠii de mediu bine definite, fiecare specie are o morfologie caracteristică, astfel încât pleomorfismul acestora nu trebuie confundat cu polimorfismul, care implică, obligatoriu, existenĠa a mai mult de o formă celulară distinctă în cursul vieĠii unui organism. Micoplasmele sunt Gram-negative, iar dimensiunile lor variază de la 125-250 nm la formele sferice, până la 1-2 µm la cele filamentoase. Lipsa peretelui celular este răspunzătoare de instabilitatea morfologică úi de alte proprietăĠi, cum ar fi: • sensibilitatea osmotică; • rezistenĠa la antibioticele care acĠionează asupra sintezei peretelui celular (penicilina); • tendinĠa de pătrundere úi creútere în profunzimea mediilor; • capacitatea de a traversa filtrele bacteriene. Multiplicarea micoplasmelor se poate realiza la aceeaúi specie prin diviziune, înmugurire úi fragmentarea filamentelor. În condiĠii naturale, micoplasmele sunt parazite, instalarea lor în diferite organisme fiind uúurată de natura chimică a membranei, similară membranelor gazdei. Micoplasmele produc peste 40 de boli la plante, dar úi la animale úi om. 3. Actinomicetele constituie un grup mare de bacterii filamentoase, imobile, Gram pozitive, caracterizate printr-o mare varietate morfologică. Multă vreme, actinomicetele au fost considerate ca făcând parte din categoria ciupercilor, deoarece au particularitatea de a forma hife (filamente) ramificate úi spori de diseminare.

 

Din punct de vedere taxonomic, actinomicetele sunt incluse în divizia Firmicutes, clasa Thallobacteria. În sol, se găsesc mai ales actinomicete ce aparĠin familiior Frankiaceae, Nocardiaceae, Streptomycetaceae (cca..70% din total) úi Micromonosporaceae. Morfologie. Majoritatea actinomicetelor au o formă alungită filamentoasă, cu tendinĠă de ramificare, de unde úi aspectul lor de miceliu. Filamentele miceliene au un diametru cuprins între 0,5 úi 2 µm úi prezintă o structură de tip procariot, corespunzând unor celule foarte lungi, multinucleate, fără pereĠi transversali. Pe medii de cultură solide formează colonii dense cu aspect cartilaginos sau cretos, aderente la substrat. Pe aceste Fig. 51 – Streptomyces sp colonii se formează sporofori cu spori. Sporoforii sunt diferiĠi ca formă: spiralaĠi, drepĠi sau curbaĠi. Sporii sunt, de asemenea, variaĠi ca formă, fiind sferici ovali, alungiĠi sau cilindrici. SuprafaĠa sporilor este netedă sau prezintă diverse ornamentaĠii. Actinomicetele produc pigmenĠi, care dau miceliului aerian culori diferite (galben, portocaliu, roúu, violet până la albastru sau cenuúiu). La unele specii, pigmenĠii difuzează în mediu. Metabolism. O particularitate a fiziologiei actinomicetelor este modul lor de nutriĠie omnivor, care le permite să se dezvolte pe substraturi organice dintre cele mai diferite. În condiĠii naturale, pe resturi vegetale, actinomicetele încep să se dezvolte numai după ce bacteriile úi ciupercile au încetat să se mai multiplice, atunci când toate substanĠele uúor asimilabile din resturile vegetale au fost descompuse de predecesorii lor. Capacitatea lor de a degrada substanĠele organice dintre cele mai complexe le conferă un rol important în natură, în special în descompunerea substanĠelor organice din nămoluri úi sol. În sol, acestea participă la degradarea biologică úi mineralizarea substanĠelor organice.

 

ImportanĠa lor practică este legată, în mod deosebit, prin intermediul speciilor genului Streptomyces (Fig. 51), de producerea de substanĠe antibiotice (sunt cunoscute peste 500 de antibiotice distincte). Aproximativ 50 % din tulpinile izolate în natură produc antibiotice. Unele actinomicete produc boli la plante, animale úi om. 2.4.8. Sistematica, nomenclatura úi identificarea bacteriilor La baza clasificӽrii bacteriilor stau o serie de caractere, care constitue criterii de încadrare a acestora în mai multe categorii taxonomice, având la bazӽ specia. În succesiunea lor, aceste categorii sunt: specia, genul, familia, ordinul, clasa úi diviziunea (încrengătura). Rangurile taxonomice sunt indicate de câte un sufix: • Ordin (-ales) • Subordin (-ineae) • Familie (-aceae) • Subfamilie (-oidiae) Unitatea de lucru efectivӽ este tulpina (suúa) bacterianӽ, care este o culturӽ purӽ, constituitӽ dintr-o singurӽ specie, având la origine o colonie, ce provine dintr-o singurӽ bacterie, care s-a multiplicat. Tulpina sau suúa se noteazӽ cu un simbol sau un numӽr úi se pӽstreazӽ în colecĠii útiinĠifice. Cercetӽrile ce stau la baza identificӽrii úi clasificӽrii bacteriilor sunt numeroase úi Ġin cont de următoarele aspecte: • caractere morfologice: formă, dimensiune, cilii, capsula úi comportarea tinctorialӽ fatӽ de coloraĠia Gram; • caractere culturale: creúterea pe medii de culturӽ lichide sau solide, forma úi tipul coloniei, pigmentaĠia etc; • caracterele biochimice se referӽ la capacitatea de utilizare a surselor de carbon úi azot, tipul de respiraĠie etc; • caractere antigenice (serologice); • caractere de patogenitate, privind virulenĠa úi toxicitatea speciilor patogene; • sensibilitatea faĠӽ de bacteriofagii specifici;

 

• posibilitatea de transfer genetic prin bacteriofag sau prin fenomene parasexuale; • raportul guaninӽ (G) + citozinӽ (C) sau raportul G/C % faĠӽ de masa genomului. Speciile înrudite au un conĠinut de G/C % aproape identic. • caractere ecologice: habitatul natural al microorganismului úi relaĠiile lui cu mediul natural. Dintre încercările de sistematizare a bacteriilor se amintesc cele realizate de Ehrenberg (1839), Lehman úi Neuman (1927), Pribram (1933), Kluyver úi Van Niel (1936), Prevot (1957, 1961), Krasilnicov (1959), Skerman (1967) úi Murray (1974). Societatea bacteriologilor americani, pe baza lucrărilor lui Buchanan (1916-1918) úi Winslow (1920), a stabilit un sistem de clasificare, prezentat în 1923 de David-Hendricks Bergey în prima ediĠie a „Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology”. Acest determinator, adoptat de majoritatea microbiologilor, se află la a noua ediĠie (1994) úi clasifică bacteriile în baza caracterelor fenotipice comune (caractere morfologice, de cultură, fiziologice, biochimice etc.) în patru divizii úi 35 de secĠiuni: Divizia

Clasa 1. Scotobacteria - bacterii non-fotosintetice I. Gracilicutes – 2. Anoxyphotobacteria - bacterii fotosintetice anaerobe bacterii Gram negative 3. Oxyphotobacteria - bacterii fotosintetice aerobe (cyanobacterii) II. Firmicutes – 1. Firmibacteria - coci úi bacili bacterii Gram pozitive 2. Thallobacteria - bacterii filamentoase (actinomicete) 1. Mollicutes - bacterii lipsite de perete celular III. Tenericutes (micoplasme) 1. Archaebacteria – bacterii cu perete celular, lipsit de IV. Mendosicutes stratul peptidoglican

Cel mai nou sistem de clasificare bacteriană a apărut în perioada 20012011 úi este prezentat în cinci volume ale celei de-a doua ediĠii din „Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology”. Acest sistem clasifică bacteriile după particularităĠile genotipice (gradul de omologie al secvenĠelor nucleotidice ale ARN ribozomal, gradul de omologie al secvenĠelor nucleotidice ale ADN, conĠinutul relativ de guanină+citozină (GC%) al ADN purificat etc.).


 

2.4.9. Rolul bacteriilor în natură Bacteriile care trăiesc în natură joacă un rol important în mineralizarea compuúilor organici, contribuind, astfel, la realizarea circuitului elementelor în natură (azotul, fosforul, potasiul, calciul, magneziul úi microelementele). Bacteriile contribuie úi la formarea substanĠelor humice, îmbogăĠind solul în materie organică. Prin unele substanĠe bacteriene de natură mucilaginoasă, cum sunt polizaharidele capsulare, acestea contribuie la agregarea particulelor de sol, deci la îmbunătăĠirea structurii solului. Unele specii bacteriene au capacitatea de a produce antibiotice, care pot limita dezvoltarea unor grupe de microorganisme din sol, deci menĠin sau schimbă echilibrul biologic din sol. Unele grupe de bacterii trăiesc în simbioză cu plantele superioare, producând nodozităĠi úi realizează fixarea azotului atmosferic; altele activează în zona rădăcinii plantelor, contribuind la dezvoltarea acestora úi la sporirea activităĠii rizosferice. În medii specifice, unele grupe de bacterii produc procese fermentative utile, ca fermentaĠia amidonului, a pectinelor, fermentaĠia lactică, butirică, propionică etc., în timp ce altele au capacitatea de a secreta enzime extracelulare, cu care lizează unele bacterii sau ciuperci.          





    

1. Bacteriile sunt organisme: a) pluricelulare b) acelulare c) unicelulare 2. Bacteriile prezintă: a) nucleu complet b) nucleu fără membrană c) nu prezintă nucleu 3. Celula bacteriană este protejată de: a) membrană celulară b) membrană citoplasmatică c) perete celular d) nu este protejată 4. Bacteriile au dimensiuni care se măsoară în: a) mm b) cm c) nm d) µm Rezultate corecte: 1 - c; 2 - b; 3 - c; 4 - µm.   

2.5. Cyanobacteriile (algele albastre-verzi) Cyanobacteriile (gr. kyanós – albastru) sunt microorganisme procariote, cunoscute, iniĠial, sub denumirea de alge verzi-albastre, care folosesc apa ca donator de electroni úi în prezenĠa luminii produc oxigen. Mecanismul lor fotosintetic este identic cu cel al algelor eucariote, pigmenĠii fotosintetizanĠi fiind reprezentaĠi numai de clorofila "a" úi deficobiliproteine (alloficocyanina, ficocyanina úi, uneori, ficoeritrina). Cyanobacteriile sunt strict fotoautotrofe úi nu se pot dezvolta numai în prezenĠa substanĠelor organice, nu au nevoie de vitamine ca factori de creútere, iar ca sursă de azot folosesc azotaĠii, sărurile de amoniu, iar unele specii folosesc azotul molecular, fiind fixatoare de azot (genurile Nostoc úi Anabaena). Sunt mult răspândite în sol, în apele dulci úi in apele sărate din mări úi oceane. Sunt mai tolerante faĠă de condiĠiile extreme nefavorabile decât algele eucariote. 2.5.1. Morfologia cyanobacteriilor Unele cyanobacterii sunt unicelulare, iar altele filamentoase, formând lanĠuri de dimensiuni variabile. Forma celulei este specifică sau bacilară, cu dimensiuni cuprinse între 1 úi 60 µm. 2.5.2. Structura cyanobacteriilor Celulele prezintă un perete rigid, multistratificat, asemănător cu cel de la bacteriile Gram-negative. Peretele celular poate fi acoperit la exterior cu o teacă gelatinoasă sau fibroasă. Cele mai multe cyanobacterii sunt mobile într-un anumit stadiu de dezvoltare, având o mobilitate de tip glisant, asemănându-se cu bacteriile filamentoase glisante de tip Beggiatoa. În citoplasmă se observă 2-5 saci tilacoizi, între care se află ficobilisomii, implicaĠi în procesul de fotosinteză; genomul, alcătuit dintr-o moleculă de ADN dublu catenară; granule de cianoficină, care conĠin acid aspartic úi arginină; glicogen; polifosfat úi vacuole cu gaz, ce au rol de  

flotaĠie. Ficobilisomii conĠin pigmenĠi asimilatori, reprezentaĠi, în principal, de ficocyanină, alloficocyanină úi, uneori, de ficoeritrină úi ficoeritrocianină. Heterochiútii, întâlniĠi la speciile din ordinele Nostocales úi Stigonematales, sunt celule vegetative, care au suferit un proces de diferenĠiere structurală úi funcĠională. Astfel, ei au pierdut capacitatea de a realiza fotosinteza oxigenică, dar conĠin enzime specifice procesului de fixare a azotului molecular (nitrogenaza, hidrogenaza). Prezintă un perete celular îngroúat úi o legătură cu celulele vegetative adiacente. În schimbul azotului organic furnizat de către heterochiúti, celulele vegetative furnizează metaboliĠi organici. AkineĠii reprezintă structuri de rezistenĠă, care se formează prin creúterea în dimensiune úi deformarea unor celule vegetative, simultan cu depunerea unor straturi fibrilare dense la exterior. Conservă capacitatea vitală a speciei pentru o perioadă lungă de timp úi oferă protecĠie la acĠiunea unor factori fizici (temperatură). 2.5.3. Sistematica cyanobacteriilor Cyanobacteriile (Fig. 52) sunt încadrate în Regnul Procaryotae, Divizia Gracilicutes, Cl. Oxyphotobacteria úi, pe baza caracterelor morfologice, au fost clasificate în cinci ordine: • Chroococca.les cuprinde reprezentanĠi unicelulari, grupaĠi în asociaĠii coloniale. Ex: genurile Chroococcus, Cyanobacterium úi Gloeocapsa. • Pleurocapsales cuprinde specii unicelulare, capabile să formeze spori interni. Ex: genurile Chroococcidiopsis, Pleurocapsa úi Stanieria. • Oscillatoriales cuprinde genuri, în care celulele sunt grupate în asociaĠii filamentoase, fără a prezenta, însă, úi celule diferenĠiate, numite akineĠi úi heterociúti. Ex: genurile Oscillatoria, Plectonema úi Spirulina. • Nostocales cuprinde specii filamentoase cu celule diferenĠiate, numite akineĠi úi heterociúti. Ex: genurile Anabaena, Nostoc úi Cyanospira. • Stigonematales cuprinde specii filamentoase cu celule diferenĠiate, numite akineĠi úi heterociúti. Acest ordin, spre deosebire de Ord. Nostocales, include úi cyanobacteriile, care formează trichoame adevărate. Ex: genurile Capsosira, Mastigocladus úi Stigonema.   

(a)

(b)

(c)

Fig. 52 – Cyanobacterii: (a) Chroococcus sp.; (b) Oscillatoria sp.; (c) Anabena sp.

2.5.4. Rolul cyanobacteriilor în natură Acestea constituie primele organisme ce populează rocile dezagregate, participând la procesul de solificare, úi favorizează dezvoltarea în masa lor mucilaginoasă a unor bacterii fixatoare de azot, între care Azotobacter sp. úi Clostridium sp. Dintre cyanobacterii, mai răspândite în natură sunt genurile Gloeocapsa úi Chroococcus, care sunt organisme unicelulare. Alte grupe sunt filamentoase ca: Oscillatoria úi Lyngbia. Genurile Nostoc úi Anabaena, ce au capacitate de a fixa azotul molecular, trăiesc în solurile umede din orezării, unde asigură N2 necesar plantelor.

2.6. Protozoarele Protozoarele (gr. protos – primul, zoon – animal) sunt organisme unicelulare de tip eucariot, variate ca formă úi dimensiune, la care se cunoaúte un anumit ciclu evolutiv úi care reprezintă vieĠuitoare complete úi independente. Sunt caracterizate de prezenĠa unor organite, numite cili, care participă la locomoĠie úi la obĠinerea hranei. Hrănirea este exclusiv heterotrofă; trăiesc libere în mediul acvatic (majoritatea trăiesc în ape dulci, dar pot fi întâlnite úi specii de apă sărată), precum úi în soluri umede.  

2.6.1. Morfologia úi fiziologia protozoarelor Protozoarele sunt variate ca formă, iar dimensiunile variază, în funcĠie de specie, între 1 úi 2000 µm. Valorile de temperatură optime pentru creútere úi dezvoltare sunt cuprinse între 18oC úi 25oC, iar Cili chiútii speciilor din Cl. Rhizopoda (Sarcodina) rezistă Membrană pâna la 70oC. Protozoarele Macronucleu preferă un pH neutru, dar se pot Micronucleu dezvolta într-un interval mai larg, cuprins între 3,5 úi 9. În Vacuolă pulsatilă raport cu oxigenul, majoritatea protozoarele din sol sunt strict aerobe. Orificiul bucal (citostom) Citofaringe

2.6.2. protozoarelor

Structura

Vacuolă digestivă Orificiul anal (citoproct) Trochocist Ectoplasma Endoplasma

Celula unui protozor se compune din membrană, protoplasmă úi unul sau mai Fig. 54 – Structura unui protozoar ciliat mulĠi nuclee, cu forme úi structuri diferite (Fig. 54). Pe membrana plasmatică se găsesc fibrile chitinoase, calcaroase sau silicoase, ce asigură coeziunea celulei. Unele specii din clasa Rhizopoda (Sarcodina) prezintă o capsulă prevăzută cu una sau mai multe deschideri, cu rol protector. Protoplasma este un sistem coloidal cu permeabilitate volutina selectivă, format din ecto- úi endoplasmă. În ea se găsesc organite cu funcĠie vitală specifică, cum sunt incluziunile granulare, condriozomii, vacuolele, nucleul sau nucleii (Cl. Ciliata), precum úi diferite substanĠe de rezervă. Ca   

substanĠe de rezervă în celulele de protozoare s-au descoperit: amidonul, glicogenul, leucozina, grăsimi úi substanĠe proteice de rezervă. Speciile binucleate din Cl. Ciliata conĠin un micronucleu diploid, responsabil cu reproducerea sexuată, precum úi un macronucleu poliploid, responsabil cu reglarea activităĠilor celulare. Unele protozoare prezintă în ectoplasmă organite aciculare sau sub formă de bastonaúe (trichite úi trichociúti), ce sunt proiectate în exterior în momentul atacului sau al apărării. Organitele care servesc la deplasarea protozoarelor sunt pseudopodele, cilii úi flagelii. Pseudopodele iau naútere din corpul plasmatic prin modificări ale tensiunii superficiale, iar cilii úi flagelii sunt organite permanente cu aspect specific. Cu ajutorul pseudopodelor, protozoarele se deplasează pe substrat solid, iar cu ajutorul cililor úi flagelilor, în mediul lichid. Resturile nedigerate sunt eliminate la cele cu pseudopode prin orice parte a membranei plasmatice, iar la celelate protozoare prin anusul celular (citoproct). 2.6.3. Reproducerea protozoarelor ÎnmulĠirea protozoarelor se face pe cale asexuată prin fisiune, sciziparitate sau înmugurire. Reproducerea prin sciziparitate (diviziune directă) presupune împărĠirea celulei în două părĠi aproape egale, în urma acestui proces rezultând două celule fiice. ÎnmulĠirea sexuată are loc după mai multe diviziuni simple, prin copulare între gameĠi sau, în cazul speciilor din Cl. Ciliata, prin conjugare. Copularea constă în unirea a doi gameĠi identici (isogamie) sau diferiĠi (heterogamie) din punct de vedere morfologic, cu formarea unui zigot. În urma contopirii gameĠilor iau naútere zigoĠii, care, în condiĠii neprielnice, se transformă în zigochiúti sau chiúti de repaus, care au o mare rezistenĠă la temperaturi nefavorabile, concentraĠii mari de săruri solubile, uscăciune sau acumulare în mediul ambiant al unor factori nocivi. La revenirea condiĠiilor favorabile, din zigochiúti apar indivizi obiúnuiĠi.

  

Conjugarea apare la ciliate úi constă în unirea temporară printr-o punte plasmatică a doi indivizi, realizîndu-se, astfel, un schimb reciproc de nuclee urmat de o contopire a nucleului introdus cu cel preexistent în celulă. 2.6.4. NutriĠia protozoarelor NutriĠia este autotrofă, la speciile care conĠin clorofilă (Cl. Flagellata), úi heterotrofă (osmotrofă sau fagotrofă), în cazul celorlalte protozoare. Speciile heterotrofe pot fi: • saprozoice, utilizează substanĠele organice moarte; • holozoice, se hrănesc cu microorganisme (bacterii, alge úi protozoare). Majoritatea protozoarelor sunt holozoice úi, prin aceasta, pot limita populaĠia bacteriană a solului. Amoebele înglobează hrana cu ajutorul extensiunilor plasmatice iar ciliatele îúi procură hrana prin invaginări de diferite forme (citostom, citofaringe). Digestia hranei solide se face în vacuole digestive iar hrana lichidă este absorbită osmotic. 2.6.5. Sistematica protozoarelor În actualul sistem de clasificare, protozoarele sunt încadrate în Regnul Protista, Încrengătura Protozoa cu clasele: • Flagellata (Mastigophora) sunt protozoare prevăzute cu flageli ca organite de miúcare (gr. mastigos – flagel). În condiĠii nefavorabile, unele specii îúi pot pierde flagelii úi se pot deplasa pe stratul solid printr-o miúcare de curgere (târâre), caracteristică rizopodelor. Flagelatele includ grupe de organisme cu apartenenĠă fie la regnul vegetal (fitoflagelate), fie la regnul animal (zooflagelate). Ca reprezentanĠi sunt genurile Bodo úi Euglena. • Rhizopoda (Sarcodina) sunt protozoare care au corpul celular nud, cu formă instabilă, care formează chiúti. Ele emit pseudopode temporare, care le servesc atât pentru deplasare, cât úi pentru înglobarea hranei. Unele specii pot fi protejate de o cochilie cu una sau mai multe deschideri. Cele mai răspândite genuri sunt Negleria úi Amoeba. • Ciliata (Infusoria) cuprinde protozoare care se miúcă cu ajutorul a numeroúi cili, care sunt excrescenĠe protoplasmatice. Ciliatele prezintă cel  

puĠin două nuclee diferite, atât morfologic, cât úi funcĠional. Din acest grup, ca reprezentanĠi, cităm: Paramoecium, Balantiophorus úi Colpoda. • Sporozoa include organisme unicelulare parazite, caracterizate prin apariĠia în timpul ciclului de dezvoltare al stadiului de spor. Ca reprezentanĠi sunt genurile Lankesterella úi Schellackia. • Cnidosporidia (Amoebosporidia) cuprinde specii unicelulare parazite.

(a)

(b)

(c)

Fig. 53 – Protozoare: (a) Euglena sp.; (b) Amoeba sp.; (c) Paramoecium sp.

2.6.6. Rolul protozoarelor în natură Rolul protozoarelor în sol este secundar faĠă de cel al bacteriilor úi ciupercilor. Ele sunt, în majoritate, prădători, ce se hrănesc cu bacterii úi se găsesc în sol, până la 15 cm adâncime, într-o densitate care variază între câteva sute úi până la 10.000 de exemplare la 1 gram de sol. Ca microprădători, protozoarele contribuie la diminuarea numărului de bacterii în sol. În acelaúi timp, s-a constatat că, prin moartea lor, protozoarele pun la dispoziĠia microorganismelor surse nutritive, care stimulează creúterea numărului acestora în sol. În unele experienĠe cu Azotobacter, în culturile la care s-au adăugat protozoare (Colpidium colpoda), s-a fixat mai mult azot decât la culturile martor. De aici, se trage concluzia că protozoarele, fagocitând bacteriile, forĠează colonia să producă mai multe celule tinere, care sunt mai active în fixarea azotului molecular. Pe de altă parte, se presupune că protozoarele ar elimina în mediu de cultură unele substanĠe stimulatoare pentru dezvoltarea bacteriilor. După alĠi autori, în afară de acĠiunea indirectă asupra biologiei solului, protozoarele ar contribui úi la formarea humusului.   

2.7. Diatomeele Diatomee (gr. dia – de-a cureziúul; temnein – a tăia) – clasă de alge fotosintetizante, unicelulare, brune-gălbui, care participă la formarea fitoplanctonului. Prezintă o nutriĠie de tip autotrof, iar nucleul este de tip eucariot. 2.7.1. Morfologia diatomeelor Diatomeele sunt microorganisme solitare sau unite în colonii sub formă de filament sau fundă (Fragillaria spp.), evantai (Meridion spp.), zigzag (Tabellaria spp.) sau stea (Asterionella spp.). Multe diatomee secretă o substanĠă mucilaginoasă, care acoperă peretele silicios úi care serveúte ca mijloc de ataúare a celulelor în colonii. SubstanĠa mucilaginoasă poate fi utilizată úi pentru ataúarea diatomeelor de substrat. Celulele mai pot fi unite în colonii prin diferite excrescenĠe ale frustulei. Dimensiunea diatomeelor variază de la un ȝm la mai mult de 2000 ȝm, dar cele mai multe se încadrează în intervalul 10 - 100 ȝm. 2.7.2. Structura diatomeelor O trăsătură caracteristică a algelor diatomee este că acestea sunt închise într-un perete celular pectocelulozic, format din două teci silicioase (epiteca úi hipoteca), numit frustula (schelet extern). Fiecare teacă este formată dintr-o valvă úi un inel conectival. Epiteca este mai mare comparativ cu hipoteca, astfel că cele două teci se suprapun asemenea unei plăci Petri, îmbinarea realizându-se prin marginile libere ale inelelor conectivale (Fig. 58). Frustula poate prezenta o serie de elemente structurale: puncte, striuri, coaste, cutări sau loje alungite, deschise în cavitatea celulară. SuprafaĠa valvei poate fi reticulată, cu o serie de cavităĠi, numite areole. Peretele areolei poate prezenta pori, prin care citoplasma comunică cu exteriorul. La unele specii din Ord. Pennales se observă prezenĠa unor fisuri, care permit 
 

comunicarea citoplasmei cu mediul extern úi care poartă numele de rafă. La celelalte specii ale ordinului se găseúte o pseudorafă. Frustulele de diatomee sunt, de obicei, foarte complicate úi variate, iar modelele de ornamentaĠie reprezintă un criteriu taxonomic important de clasificare. Membrana citoplasmatică separă citoplasma de peretele celular (faĠa internă a frustulei). Citoplasma diatomeelor prezintă curenĠi citoplasmatici, iar în interiorul ei se găsesc organitele citoplasmatice. Nucleul este bine dezvoltat, are o formă sferică sau lenticulară úi prezintă 1-2 nucleoli. Citoplasma conĠine cromoplastide (cromatofori) în care, alături de clorofilă (a úi c), se găseúte ȕ-caroten, fucoxantină, lutenină úi diatomină, pigmenĠi ce dau o culoare galben-brună. Din punct de vedere filogenetic, se crede că diatomeele fac trecerea spre algele brune, datorită existenĠei pigmentului diatomină (feofil), care maschează prezenĠa clorofilei.

Fig. 59 – Structura la Melosira spp. (după Margulis úi colab., 1999)

Diatomeele sunt organisme autotrofe, capabile de sinteza tuturor constituenĠilor celulari prin mijloace proprii, pornind de la surse simple anorganice de carbon úi azot.

 

Deplasarea diatomeelor cu rafă se poate realiza prin glisare cu ajutorul citoplasmei, care exudă la nivelul acesteia. Speciile care nu prezintă rafa, nu se pot deplasa úi sunt dispersate pasiv de curenĠi în straturile de suprafaĠă ale oceanelor. Adaptările care favorizează plutirea includ: forma frustulelor úi procesele care măresc raportul Fig. 58 – Frustulă de diatomee arie/volum, formarea coloniilor (CRPGL, Luxembourg) úi înmagazinarea de grăsimi sau uleiuri în celulă (reduc greutatea specifică totală). Celula diatomeelor nu prezintă flageli, cu excepĠia gameĠilor flagelaĠi din timpul perioadei de reproducere sexuată. Din punct de vedere chimic, algele diatomee conĠin 80-90% SiO2. 2.7.3. Reproducerea diatomeelor Diatomeele se înmulĠesc asexuat prin diviziune binară úi sexuat prin oogamie, isogamie sau anisogamie (heterogamie). Reproducerea prin diviziune binară (Fig. 60) presupune scindarea celor două teci după un plan paralel, astfel încât fiecare dintre cele două celule fiice rezultate va avea câte o teacă de la celula mamă. Cealaltă teacă va fi rapid secretată de protoplast. Deoarece hipoteca celulei mamă devine epiteca pentru celulă fiică, creúterea numerică a populaĠiei de diatomee determină o reducere a dimensiunii medii. Ca urmare a acestui fapt, jumătate din celulele nou formate vor suferi o reducere continuă a dimensiunilor, iar celelalte celule vor avea aceleaúi dimensiuni, comparativ cu celula parentală. Reproducerea asexuată se poate repeta de până la opt ori pe zi, factorii limitativi fiind cantitatea de silice existentă în mediu úi dimensiunea celulei mamă.  

Mitoză Fig. 60 – Reproducerea asexuată la diatomee (după MacDonald, 1869 úi Pfitzer, 1869)

După o serie de diviziuni succesive, algele diatomee vor ajunge la o dimensiune minimă (