Lec 12,13

التجرثم البكتيري والجراثيم الداخلية

• التجرثم البكتيري هو عملية تكوين الجراثيم الداخلية المقاومة للظروف البيئية السيئة.
• الجراثيم الداخلية (Endospores) هي هياكل مقاومة تتشكل داخل بعض أنواع البكتيريا لحمايتها من الظروف القاسية.

مقاومة الظروف السيئة

• الجراثيم الداخلية قادرة على تحمل الجفاف لفترات طويلة، حيث تحتفظ بحيويتها في حالة جفاف.
• مثال على ذلك، جراثيم بكتيريا حمى الجمرة الخبيثة (Bacillus anthracis) تتحمل الوسط الجاف لعشر سنوات.
• يمكنها تحمل الغليان لفترات متفاوتة، فقد تستطيع تحمل الغليان لفترات دون أن تموت، كما في حالة جراثيم الكلوستريديوم بوتولينوم (Clostridium botulinum) التي تتحمل الغليان لعدة ساعات، والتعقيم على درجة 120 مئوية لعدة دقائق.
• الجراثیم الداخلية أكثر مقاومة للإشعاع مقارنة بالخلايا الخضرية، وتتحمل أضعاف الجرعات الإشعاعية التي لا تتحملها الخلايا الخضرية.

تفسير قدرة الجراثيم الداخلية على مقاومة الظروف السيئة

• جدار الجرثومة السميك غير منفذ للمواد الضارة والسموم، مما يحمي السيتوبلازم.
• تحتوي الجرثومة على كمية قليلة من الرطوبة (حوالي 15%) مقارنة بالخلية الخضرية (80%).
• وجود حامض الدابيكولينيك (DPA) بكميات كبيرة (تصل إلى 15% من وزن الجرثومة الجاف) في منطقة لب الجرثومة، يساعد في تجفيف الجرثومة ومقاومة الحرارة العالية.
• إنزيمات الجراثيم توجد في حالة ثبات، مما يجعلها تقاوم الحرارة، ويرجع ذلك إلى ارتباطها بأيون الكالسيوم.
• تحتوي أغلفة الجرثومة على نسبة مرتفعة من البروتينات المحتوية على الحامض الأميني الكبريتي السستين Cysteine، الذي يمتلك روابط كبريتيدية، وترتبط مقاومة الجراثيم للإشعاع بعدد هذه الروابط الكبريتيدية في الأغلفة البروتينية.

تركيب الجرثومة الداخلية

• ظهارة الجرثومة (Exosporium): هي الطبقة الخارجية من الجرثومة، غير محددة السمك، تتكون من سكريات معقدة، وتساعد في حماية الجرثومة من الظروف السيئة.
• أغلفة الجرثومة (Spore Coats): تلي طبقة Exosporium وتحيط بالقشرة Cortex، تتكون من طبقة واحدة أو أكثر، تحتوي على نسبة عالية من الحامض الأميني الكبريتي السيستين Cysteine، وتلعب دورًا في تقليل نفاذية الجرثومة وزيادة مقاومتها للأشعة.
• القشرة (Cortex): تقع بين الأغلفة والجدار، تتكون من طبقات متعددة من الببتيدوغليكان، تعطي صلابة للجرثومة وتحميها من الكيماويات والمواد السامة، وتعيق دخول الصبغات.
• جدار الجرثومة (Core Wall): يفصل القشرة عن بروتوبلاست الجرثومة، يتكون من الببتيدوغليكان ولكنه أكثر مقاومة للتحلل، ويحمي لب الجرثومة Core من التأثيرات الخارجية الضارة.
• بروتوبلاست الجرثومة (لب الجرثومة Spore Core): هو الجزء المركزي من الجرثومة، يشمل الغشاء السيتوبلازمي والسيتوبلازم ومكوناته الخلوية، ويتميز بانخفاض محتواه من الماء وارتفاع نسبة الكالسيوم وحامض الدابيكولينيك DPA.

تكوين الجرثومة الداخلية

• يعتبر التجرثم طورًا من أطوار نمو البكتيريا يحدث غالبًا في بداية طور الثبات عندما تقل المواد الغذائية وتتراكم الفضلات.

مراحل تكوين الجراثيم الداخلية:

• المرحلة الأولى: تبدأ بعد دخول المزرعة طور الثبات، يحدث تغير في ‪ DNA‬الخلية البكتيرية ويظهر في تجمع خيطي يسمى الخيط المحوري ‪Axial Filament، وتسمى منطقة الحقل الجرثومي Spore field.
• المرحلة الثانية: يتضاعف ‪ DNA‬إلى كروموسومين، يتكون حاجز عرضي يفصل الخلية إلى جزئيين غير متساويين، يزداد تكثيف الجزء الصغير من الخلية لتكوين مرحلة ما قبل الجرثومة ‪.Prespore‬‬
• المرحلة الثالثة: يمتد الغشاء السيتوبلازمي لخلية الأم، يحيط بطور ما قبل الجرثومة ‪ Prespore‬وتتكون طلائع الجرثومة محاطة بغشاء مزدوج، والغشاء الداخلي يحيط بالجرثومة والخارجي يلتف حولها وممتد ليتصل بغشاء الخلية الأم.
• المرحلة الرابعة: يحدث تكوين وترسيب مكونات هامة للجرثومة منها: يخلق الغشاء البلازمي الداخلي المحيط بالجرثومة، ويخلق جدار الجرثومة، ويخلق خارجه طبقة القشرة ‪.Cortex‬‬
• المرحلة الخامسة: يتم تكوين أغلفة الجرثومة ‪،Spore Coats‬ وتقوم الخلية الأم بتكوينها.
• المرحلة السادسة: اكتمال مكونات الجرثومة الداخلية ونضجها، تأخذ الجرثومة مكانها المحدد بداخل الحافظة الجرثومية ‪ Sporangium‬لذلك تسمى مرحلة السبورانجيوم.
• المرحلة السابعة: تحلل الحافظة الجرثومية ‪،Sporangium‬ تتحرر الجرثومة ‪،Free Spore‬ وفي الظروف البيئية المناسبة تنبت الجرثومة وتكون خلية خضرية جديدة.

العمليات الأيضية خلال تكوين الجراثيم

• تبدأ بعد نضج الخلية البكتيرية ونفاذ الجلوكوز من البيئة.
• تتجمع المواد البروتينية ويتوفر مصدر للطاقة.
• يزداد معامل انكسار الجرثومة للضوء ومقاومتها للحرارة وتتحرر الجرثومة الناضجة.
• المرحلة الثانية من مراحل التجرثم: تنشط الانزيمات المرتبطة بدورة كربس TCA لحاجة عملية التجرثم لكميات كبيرة من الطاقة.
• يتم تكوين مواد جديدة بالجرثومة لم تكن موجودة بالخلية الخضرية مثل: البيتيدوجليكان الخاص بجدار وقشرة الجرثومة وتراكم أيون الكالسيوم منذ بداية مراحل التجرثم، وتخليق وتراكم حامض DPA المرتبط بالكالسيوم

إنبات الجرثومة الداخلية

• تبقى الجرثومة البكتيرية الداخلية ساكنة إلا إذا توفرت لها الظروف الملائمة للنمو.
• مرحلتين أساسيتين: كسر طور السكون ومرحلة النمو.
• يتم كسر طور سكون الجرثومة بعدة عوامل منها: استخدام طريقة الصدمة الحرارية وإضافة بعض الكيماويات إلى بيئة الإنبات.
• بعد تنشيط الجرثومة تدخل في مرحلة النمو وفيها تتحول الجرثومة إلى خلية خضرية، بالإضافة لتوفير غاز ثاني أكسيد الكربون CO2 في بيئة النمو‬‬.