4.5A: Endosporas

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Objetivos de aprendizaje

Describir la función y ventaja de la formación de endosporas, así como los métodos para su visualización.

Una endospora es una estructura latente, resistente y no reproductiva producida por ciertas bacterias del filo Firmicute. La formación de endosporas generalmente se desencadena por la falta de nutrientes, y generalmente ocurre en bacterias Gram-positivas. En la formación de endosporas, la bacteria se divide dentro de su pared celular. Un lado luego envuelve al otro. Las endoesporas permiten que las bacterias permanezcan inactivas durante períodos prolongados, incluso siglos. Cuando el ambiente se vuelve más favorable, la endospora puede reactivarse al estado vegetativo. Ejemplos de bacterias que pueden formar endosporas incluyen Bacillus y Clostridium. La endospora consiste en el ADN de la bacteria y parte de su citoplasma, rodeada por un recubrimiento externo muy resistente. Las endosporas pueden sobrevivir sin nutrientes. Son resistentes a la radiación ultravioleta, desecación, altas temperaturas, congelación extrema y desinfectantes químicos. Se encuentran comúnmente en el suelo y el agua, donde pueden sobrevivir por largos periodos de tiempo. Las bacterias producen una sola endospora internamente.

imagen — Figura: **Morfología** de la endospora: Variaciones en la morfología de las endoesporas: (1, 4) endospora central; (2, 3, 5) endospora terminal; (6) endospora lateral.

La visualización de las endoesporas bajo el microscopio óptico puede ser difícil debido a la impermeabilidad de la pared de la endospora a los tintes y manchas. Mientras que el resto de una célula bacteriana puede teñirse, la endospora queda incolora. Para combatir esto, se utiliza una técnica especial de tinción llamada mancha Moeller. Eso permite que la endospora aparezca como roja, mientras que el resto de la célula se tiñe de azul. Otra técnica de tinción para endosporas es la tinción de Schaeffer-Fulton, que tiñe las endosporas de verde y los cuerpos bacterianos de rojo. Hay variaciones en la morfología de las endoesporas. Ejemplos de bacterias que tienen endosporas terminales incluyen Clostridium tetani, el patógeno que causa la enfermedad del tétanos. Las bacterias que tienen una endospora colocada centralmente incluyen Bacillus cereus, y las que tienen una endospora subterminal incluyen Bacillus subtilis. A veces la endospora puede ser tan grande que la célula puede distenderse alrededor de la endospora. Esto es típico de Clostridium tetani.

Cuando una bacteria detecta que las condiciones ambientales se están volviendo desfavorables puede iniciar el proceso de endoesporulación, el cual toma alrededor de ocho horas. El ADN se replica y una pared de membrana conocida como tabique de esporas comienza a formarse entre éste y el resto de la célula. La membrana plasmática de la célula rodea esta pared y se pellizca para dejar una doble membrana alrededor del ADN, y la estructura en desarrollo ahora se conoce como preporo. El dipicolinato de calcio se incorpora a la forespora durante este tiempo. A continuación se forma la corteza del peptidoglicano entre las dos capas y la bacteria agrega una capa de esporas al exterior de la forespora. La esporulación ya está completa y la endospora madura se liberará cuando se degrada la célula vegetativa circundante.

Si bien son resistentes al calor y la radiación extremos, las endosporas pueden destruirse quemando o en autoclave. Las endosporas son capaces de sobrevivir hirviendo a 100°C durante horas, aunque cuanto mayor sea el número de horas menos sobrevivirán. Una forma indirecta de destruirlos es colocarlos en un ambiente que los reactiva a su estado vegetativo. Germinarán dentro de uno o dos días con las condiciones ambientales adecuadas, y luego las células vegetativas pueden ser destruidas directamente. Este método indirecto se llama Tyndallization. Fue el método habitual durante un tiempo a finales del siglo ^XIX antes de la llegada de los autoclaves económicos. La exposición prolongada a radiación ionizante, como los rayos X y los rayos gamma, también matará a la mayoría de las endosporas.

La reactivación de la endospora ocurre cuando las condiciones son más favorables e implica activación, germinación y crecimiento. Incluso si una endospora se localiza en abundantes nutrientes, puede fallar en germinar a menos que se haya producido la activación. Esto puede desencadenarse calentando la endospora. La germinación implica que la endospora inactiva inicia la actividad metabólica y, por lo tanto, rompe la hibernación. Comúnmente se caracteriza por la ruptura o absorción de la capa de esporas, hinchazón de la endospora, aumento de la actividad metabólica y pérdida de resistencia al estrés ambiental.

Como modelo simplificado para la diferenciación celular, los detalles moleculares de la formación de endosporas han sido ampliamente estudiados, específicamente en el organismo modelo Bacillus subtilis. Estos estudios han contribuido mucho a nuestra comprensión de la regulación de la expresión génica, los factores de transcripción y las subunidades del factor sigma de la ARN polimerasa.

Se utilizaron endosporas de la bacteria Bacillus anthracis en los ataques de ántrax de 2001. El polvo encontrado en cartas postales contaminadas estuvo compuesto por endosporas extracelulares de ántrax. La inhalación, ingestión o contaminación de la piel de estas endosporas provocó una serie de muertes.

Las endoesporas de Geobacillus stearothermophilus se utilizan como indicadores biológicos cuando se utiliza un autoclave en procedimientos de esterilización. Las esporas de Bacillus subtilis son útiles para la expresión de proteínas recombinantes y en particular para la exhibición superficial de péptidos y proteínas como herramienta para la investigación fundamental y aplicada en los campos de la microbiología, biotecnología y vacunación.

Puntos Clave

Ejemplos de bacterias que pueden formar endosporas incluyen Bacillus y Clostridium.
Las endosporas pueden sobrevivir sin nutrientes. Son resistentes a la radiación ultravioleta, desecación, altas temperaturas, congelación extrema y desinfectantes químicos.
Si bien son resistentes al calor y la radiación extremos, las endosporas pueden destruirse quemando o en autoclave.

Términos Clave

endospora: Una estructura latente, resistente y no reproductiva producida por ciertas bacterias del filo Firmicute.

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