INTRODUCERE ÎN STUDIUL MICROBIOLOGIEI

1.1.Definiţia şi obiectul de studiu al microbiologiei

Microbiologia este astăzi o ştiinţă de mare interes, deşi a avut un debut destul de

târziu, fiind abia cu câteva decenii mai mult decât centenară. Această ştiinţă este una

dintre cele mai dinamice dintre ştiinţele biologice, cunoscând o dezvoltare extrem de

rapidă şi situându-se astăzi printre ştiinţele primordiale în evoluţia omenirii.

Obiectul de studiu al microbiologiei îl constituie microorganismele, adică

organismele cu dimensiuni mici – sub 1 mm diametru – care nu pot fi văzute cu ochiul

liber. Microorganismele alcătuiesc un grup vast şi heterogen ca morfologie, activitate

biologică, poziţie sistematică, dar au drept caractere comune: dimensiunile

microscopice, organizarea, în general, unicelulara şi structura internă relativ simplă.

În acest grup sunt incluse: bacteriile, algele, ciupercile microscopice (drojdii şi

mucegaiuri), protozoarele şi virusurile. Acestea din urmă sunt definite ca entităţi

corpusculare de dimensiuni infime, alcătuite din proteine şi acizi nucleici, dar sunt lipsite

de atributele structurale şi funcţionale ale organizării celulare.

Etimologia microbiologiei provine din limba greacă, şi anume: mikros = mic, bios

= viaţă, logos = ştiinţă, discurs, de altfel, microorganismele mai sunt denumite „microbi”,

iar un alt termen utilizat este cel de „germen” care defineşte microorganismele capabile

de multiplicare.

Cunoaşterea şi exploatarea microorganismelor a adus numeroase avantaje

omenirii: producerea pâinii, a berii, antibioticelor, vaccinurilor, vitaminelor, enzimelor şi a

altor produse foarte importante. Ele stau la baza atât a biotehnologiilor tradiţionale, cât şi

a celor moderne, de ultimă oră.

Microorganismele sunt indispensabile mediului înconjurător şi permit

funcţionarea în mediul terestru şi acvatic a ciclurilor: carbonului, oxigenului, azotului şi

sulfului.

Dar, microorganismele reprezintă şi cauza a numeroase maladii umane;

maladiile microbiene au jucat un rol major în evenimente istorice, cum ar fi: căderea

Imperiului roman, mărirea Lumii noi; în 1347 pesta a lovit Europa, ucigând peste 25

milioane de persoane, iar 80 de ani mai târziu aceeaşi maladie a decimat 75% din

3

populaţia Europei, determinând (după unii istorici) schimbarea culturii europene şi

pregătind calea Renaşterii (Prescott, Harley, Klein, 1995).

Astăzi, întreaga lume medicală, la care se adaugă şi cercetătorii din domeniul

microbiologiei, luptă în continuare împotriva altor flagele, cel mai important fiind SIDA.

1.2.Istoricul dezvoltării microbiologiei ca ştiinţă

Începuturile microbiologiei se pot găsi încă din antichitate când Thucidides

susţine că bolile sunt provocate de nişte particule vii – contagium animatum – observând

chiar fenomenul de imunitate la bolnavii care au supravieţuit ciumei şi care nu mai fac

boala.

Câteva evenimente importante au marcat descoperirea lumii microorganismelor

şi, implicit, dezvoltarea microbiologiei ca ştiinţă. Aceste evenimente au fost grupate în:

perioada morfologică, perioada fiziologică şi perioada biologiei moleculare.

a. Perioada morfologică a microbiologiei

Ideea curentă la începuturile omenirii, conform căreia bolile sunt manifestări ale

mâniei divine şi, ca atare, se pot vindeca numai prin jertfe sau rugăciuni, a fost treptat

abandonată şi s-a trecut la încercări de explicare ştiinţifică, bazate pe observaţii, desigur

în limitele cunoştinţelor existente la acea vreme.

Anastagoras a susţinut că viaţa poate exista şi dincolo de „privirile omeneşti” –

fapt ce a fost demonstrat ulterior.

Lucretius – sugerează că forme de existenţă invizibile pot provoca maladii.

Hypocrat ia în considerare, în explicarea unor maladii, alterarea aerului şi

exprimă o primă ipoteză asupra etiologiei bolilor infecţioase sub forma „teoriei

miasmelor” („miasma”: lb.greacă= murdărie, emanaţie putridă).

Girolamo Fracastor (1488-1553) a încercat înlăturarea acestei teorii, intuind

foarte corect contagiozitatea bolilor provocate de către microorganisme, infecţia fiind

produsă de către „seminaria morbi” care trec de la un organism bolnav la unul sănătos.

Anthony van Leenwenhoek (1632-1723) a avut cea mai însemnată contribuţie

la descoperirea microorganismelor, examinând la un microscop construit de el infuzii

vegetale, salivă, apă de ploaie, ochi de insecte, ş.a., descrie „animalculele” şi trimite

observaţiile sale la Royal Society of London. Astfel, în lucrarea sa intitulată „Arcana

naturae ape microscopiorum detacto” (Tainele naturii descoperite cu ajutorul

4

microscoapelor) şi apărută în 1675, el publică primele desene, identificate ulterior ca

bacterii. Descoperirea microorganismelor de către Leeuwenhoek a dus la o nouă

concepţie după care bolile epidemice erau produse de către agenţi patogeni.

Descoperirile lui Leeuwenhoek au iniţiat perioada morfologică în studiul

microorganismelor şi au dat o ripostă puternică teoriei „generaţiei spontane” (conform

acesteia organismele actuale pot lua naştere din materia lipsită de viaţă), crescând, în

acelaşi timp, interesul pentru studiul microorganismelor.

b. Perioada fiziologică a microbiologiei

Agostino Bassi (1773-1856) a confirmat experimental, pentru prima dată, că

bolile epidemice sunt produse de paraziţi; el a demonstrat că muscardina – boală

epidemică a viermelui de mătase, este produsă de ciuperca Botrytis bassiana.

Louis Pasteur (1822-1895) – considerat fondatorul microbiologiei moderne, este

cel cu care începe perioada fiziologică a studiului microorganismelor.

Studiind bolile vinului a ajuns la concluzia că acestea se datorează unor

fermentaţii anaerobe, produse de alte microorganisme decât drojdiile ce provoacă

fermentaţia alcoolică specifică vinului. Pentru combaterea acestor fenomene, Pasteur

propune distrugerea microbiolor dăunători prin încălzire, proces ce se numeşte

„pasteurizare”. După descoperirea fenomenului biologic al anaerobiozei, procesele

fermentative au început să fie utilizate în industria vinului, a berii, a panificaţiei, în

obţinerea produselor lactate, topitul industrial al plantelor textile, în conservarea furajelor

prin însilozare.

Pasteur extinde noţiunea de „specificitate” din domeniul fermentaţiilor în acela al

patologiei omului şi animalelor –orice boală infecţioasă este rezultatul activităţii vitale a

unui anumit microorganism specific, care se dezvoltă ca parazit în organismul animal

respectiv.

Cercetările lui Pasteur în domeniul viermilor de mătase au condus la

descoperirea a două boli contagioase: pelarina şi flageria, a modului lor de transmitere şi

a mijloacelor eficace de prevenire.

Pasteur a mai studiat cauzele unor infecţii produse de bacterii cum sunt: dalacul

(antraxul), holera aviară, turbarea. El a obţinut vaccinul anticărbunos, respectiv antirabic

– punând astfel bazele ştiinţifice ale vaccinării.

Pasteur şi colaboratorii săi au descoperit o nouă proprietate a microbilor,

respectiv a bacteriilor, anume aceea că sunt reţinuţi pe medii poroase fine (plăci de

5

azbest) din care se confecţionează fibrele bacteriologice, permiţând astfel izolarea unor

agenţi patogeni din lichidul în care au crescut, pentru a putea fi văzuţi şi studiaţi.

Atras tot mai mult de bolile omului, Pasteur demonstrează rolul bacililor anaerobi

în gangrena gazoasă, al cocilor în furunculi, abcese, osteomielită şi în febra puerperală,

aducând probe pentru „teoria germenilor” în apariţia bolilor infecţioase.

Pentru denumirea organismelor microscopice, Pasteur a adoptat termenul de

„microb”, creat cu asentimentul lui Littré de către medicul francez Sédillot, termen

incorect deoarece semnifică „viaţă scurtă”, iar nu „dimensiuni mici”, denumirea, deşi

nefolosită în prezent în limbajul ştiinţific, a determinat numirea ştiinţei care se ocupă cu

studiul celor mai mici forme de viaţă: microbiologie.

Şcoala de bacteriologie franceză condusă de Pasteur a creat cea mai mare

revoluţie medicală din istoria umană; timp de 25 ani au fost identificaţi şi descrişi

majoritatea agenţilor patogeni şi au fost abordate metode de prevenire a numeroase

boli.

Robert Koch (1843-1910) – este considerat fondatorul microbiologiei moderne;

cercetările sale au condus la identificarea bacilului tuberculozei – bacilul lui Koch

(Mycrobacterium tubercolosis), al holerei asiatice (Vibrio conma), la demonstrarea

etiologiei antraxului (Bacillus anthracis), demonstrând fără echivoc că bacteria

carbonoasă este agentul patogen ce cultivă „in vitro” în ser sanguin şi că infecţia

naturală a animalelor provine din sol prin iarba contaminată.

Pe baza acestor cercetări Koch stabileşte criteriile indispensabile privind

specificitatea unui agent patogen, aşa-numitele „postulate ale lui Koch”.

1. microorganismul incriminat să poată fi pus întotdeauna în evidenţă, iar distribuţia

lui să corespundă leziunilor caracteristice bolii;

2. să poată fi izolat în cultură pură pe medii artificiale;

3. să reproducă boala şi leziunile specifice şi după ce este cultivat „in vitro” mai

multe generaţii.

Koch a adus contribuţii de ordin teoretic şi tehnic foarte valoroase în dezvoltarea

microbiologiei ca ştiinţă, între care conceptul de „cultură pură” – organism cultivat într-un

mediu lipsit de alte organisme; descoperirea acestei posibilităţi constituie un progres

care stă la baza microbiologiei moderne, deoarece oferă un mijloc simplu şi sigur de

izolare a bacteriilor în vederea studierii particularităţilor lor de specie, a biologiei şi

încadrării lor sistematice.

6

Mecinikov (1845-1916) – descoperă anumite celule care înglobează şi digeră

intracelular particule de hrană la echinoderme şi emite ipoteza că, împotriva

microorganismelor pătrunse în organismul animal intervin celule denumite „fagocite”

care, prin înglobare şi digestie intracelulară distrug microorganismele, determinând

starea de imunitate a organismului.

Prin descoperirea fenomenului de fagocitoză, Mecinikov fundamentează teoria

celulară a imunităţii, fiind întemeietorul imunologiei – ştiinţa care se ocupă cu studiul

reacţiilor de apărare ale organismului faţă de infecţii.

D.I.Ivanovski (1864-1920) demonstrează că mozaicul tutunului este produs de

un agent patogen invizibil la microscop, care traversează filtrele bacteriologice, lansând

astfel ideea originii virale a VMT.

M.W.Beijerinck (1851-1931) confirmă filtrabilitatea agentului patogen,

descoperind că acesta poate fi precipitat cu etanol fră a-şi pierde puterea infecţioasă. A

intuit diferenţele dintre natura virusurilor şi a celorlalte microorganisme, fiind adevăratul

întemeietor al virologiei ca ştiinţă.

S.N.Vinogradski (1856-1953) – a stabilit corelaţia dintre fertilitatea solurilor şi

activitatea microorganismelor fiind întemeietorul microbiologiei solului. A descris pentru

prima oară procesul de asimilare la organismele chimiosintetizate şi fenomenul de fixare

a azotului atmosferic de către microorganisme. În acelaşi timp, a elaborat metodele

speciale pentru cercetarea activităţii microorganismelor din sol.

Un rol important în dezvoltarea microbiologiei ca ştiinţă de sine stătătoare l-au

avut o serie de cercetători care au condus la dezvoltarea unor domenii noi de studiu;

enzimologia microbiană şi genetica microorganismelor.

I.Büchner (1897) completează cercetările lui Pasteur asupra fermentaţiilor,

dovedind rolul enzimelor provenind din extractele levuriene în realizarea fermentaţiei.

Hansen (1842-1909) deschide calea microbiologiei industriale moderne, prin

utilizarea culturilor pure ca starteri de fermentaţie.

Ehrlich (1854-1915) – este creatorul teoriei moderne a dezinfecţiei şi

chimioterapiei selective, sintetizând primele substanţe chimice active în terapia bolilor

produse de spirochete şi protozoare.

A.Fleming (1881-1955) – deschide era antibioticelor, descoperind primul

antibiotic produs de unele culturi ale mucegaiului Penicillium, cu proprietăţi

antimicrobiene specifice şi denumit penicilina.

7

Acest prim antibiotic a fost purificat de Florey şi Chain (1940), care au oferit un

produs atoxic pentru om şi animal, activ şi „in vivo” asupra unor anumite specii de

microorganisme. În 1944, Waksmann descoperă streptomicina, antibiotic elaborat de

unele specii de actinomicete, deschizând calea pentru obţinerea din natură a numeroase

antibiotice noi.

M.V.Beijerinck – a efectuat primele observaţii privind variabilitatea la

microorganisme, arătând că la B.prodigiosus coloniile colorate în roşu viu îşi pot pierde

culoarea în cursul trecerilor succesive pe medii de cultură, sau că E.coli îşi poate pierde

în acelaşi fel capacitatea de a fermenta lactoza.

Dodell (1912) – demonstrează natura ereditară a unor „modificări permanente,

care se produc la un microorganism şi care apoi se transmit la generaţiile următoare”.

Beadle şi Tatum (1941) – continuă studiile de genetică a microorganismelor

începute cu analiza recombinării sexuate la Neurospera şi la levuri de către Dodge

(1935) şi Winge (1935); au studiat mutantele „biochimice” la Neurospora crassa

demonstrând că incapacitatea de a sintetiza anumiţi metaboliţi esenţiali este controlată

de un determinant genetic distinct şi au formulat astfel conceptul: o genă – o enzimă.

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

1937 – Chatton împarte microorganismele în eucariote şi procariote.

c) Perioada biologiei moleculare

Debutul biologiei moleculare este anul 1944 când Avery demonstrează că ADN-

ul este purtătorul informaţiei genetice în celulă şi responsabil de transformarea genetică

a bacteriilor – evidenţiat anterior de Griffith (1928).

Apariţia biologiei moleculatre a adus transformări profunde în influenţa

microbiologiei asupra ştiinţelor biologice; microbiologia are un rol esenţial prin furnizarea

modelului experimental unic reprezentat de bacteria E.coli, ca prototip al organizării

structurale şi funcţionale cele mai simple a sistemelor biologice.

Descoperirea plasmidelor şi a enzimelor de restricţie a permis punerea la punct a

tehnicilor de inginerie genetică, cu aplicaţii practice, care anunţă o nouă revoluţie în

biologie – revoluţia biotehnologică sau bioindustrială.

În această perioadă a biologiei moleculare, pot fi menţionate următoarele

realizări:

1946 – Lederberg şi Tatum descriu conjugarea bacteriană;

8

1952 – Hershey şi Chase demonstrează că bacteriofagii injectează ADN-ul

lor în celula-gazdă pe care o parazitează;

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

1970 – Arser şi Smith descoperă endonucleazele de restricţie;

- Temin şi Baltimore descoperă transcriptaze la retrovirusuri;

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

carcinogeni;

1977 – recunoaşterea arhibacteriilor ca grup distinct de bacterii;

1979 – realizarea sintezei insulinei prin tehnica ADN recombinant

1982 – obţinerea vaccinului contra hepatitei B prin tehnici de inginerie

genetică

1983-1984 – descoperirea virusului uman al imunodeficienţei (HIV) de către

Montagnier şi Gallo;

1990 – primul test de terapie genetică umană.

1.3. Contribuţia cercetătorilor români la dezvoltarea microbiologiei

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

contribuţie. Remarcabili sunt:

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

autorul primului tratat de microbiologie din lume (în colaborare cu Corneil, Paris, 1885),

a efectuat numeroase cercetări în domeniu studiind lepra, tuberculoza, holera, febra

tifoidă şi, mai ales, turbarea. În sistemul nervos al animalelor moarte a descoperit

„corpusculii Babeş-Negri” cu ajutorul cărora se poate stabili retrospectiv diagnosticul

acestei infecţii.

Cercetările sale s-au soldat cu descoperirea a peste 50 germeni patogeni noi, a

unor procedee de colectare a bacteriilor şi ciupercilor, precum şi a importanţei pentru

terapeutică a antagonismului microbian şi a substanţelor antibiotice. A introdus

vaccinarea antirabică propusă de Pasteur în România, fiind cel care a pus bazele

seroterapiei la noi.

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

Bucureşti, Cantacuzino şi-a adus contribuţii însemnate la studiul tifosului exantematic, al

tuberculozei, holerei, scarlatinei – este cunoscut ca unul dintre organizatorii luptei

9

împotriva tuberculozei în România. A creat, de asemenea, noţiunea de „imunitate prin

contact”, iar în război a condus compania de combaterea tifosului exantematic (1913).

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

profesor universitar la Cluj, a fost fondatorul şcolii franceze de inframicrobiologie. A

introdus tratamentul cu bismut în tratarea sifilisului, colaborând cu elaborarea unor studii

vizând epidemiologia poliomielitei, cultivarea virusului poliomielitei pe alte celule decât

cele nervoase, creind premisele preparării vaccinului antipoliomielitic; a studiat, de

asemenea, patologia herpesului, a encefalitei letargice, zonei-zoster; aducând contribuţii

deosebite la perfecţionarea tehnicilor de studiere microscopică a virusurilor.

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

microbiologiei vizând variabilitatea microorganismelor sub influenţa mediului de cultură,

studiul rickettiozelor şi zoonozelor (febra Q, leptospiroza), imunitatea şi infecţia în antrax

etc.

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

lucrări însemnate referitoare la paludism, salmoneloze, difteriei şi bacteriofagiei,

patogenia şi epidemiologia malariei. Este cel care, împreună cu J.B.V.Bordet (1921) a

pus în evidenţă lizogenia.

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

a institutului care îi poartă numele, a adus contribuţii fundamentale în domeniul febrei

aftoase şi galbene, herpesului, turbării, hepatitelor virotice şi în oncogeneza virală. A

introdus noţiuni, cum ar fi: paraimunitatea, septinevrita, iar cercetările sale referitoare la

hepatita epidermică au dus la izolarea virusului hepatitei epidemice sclerogene.

1.4. Relaţiile microbiologiei cu alte ştiinţe

Microbiologia este, în egală măsură, o ştiinţă fundamentală dar şi aplicativă. Ea

are un puternic impact asupra medicinei, agriculturii, industriei alimentare, ecologiei,

geneticii, biochimiei.

La rândul ei, dezvoltarea microbiologiei a fost şi este condiţionată de

descoperirile din celelalte domenii ale ştiinţei, însăşi începuturile sale sunt legate de

construirea primului microscop cu lentilă biconvexă, capabil să mărească de 50-300 ori

şi să se pună în acest fel în evidenţă lumea microorganismelor.

10

În afară de fizică, progresul acestei ştiinţe este legat indisolubil de progresele din

domeniul chimiei, a metodelor moderne de cercetare spectofotometrici, electroforeza,

izotopii radioactivi etc.

Pe măsură ce cunoştinţele din domeniul microbiologiei se conturează,

microbiologia contribuie la dezvoltarea altor ştiinţe biologice cum sunt:

Biologia generală – datele furnizate de către microbiologie au permis

combaterea teoriei „generaţiei spontane”, au adus clarificări privind natura

proceselor de fermentaţie şi putrefacţie, precum şi clarificarea unor probleme

privind originea, natura şi dezvoltarea evolutivă a protoplasmei;

Chimia, în special biochimia – prin utilizarea bacteriilor şi drojdiilor – au fost

elucidate o serie de aspecte ale metabolismului intermediar;

Fiziologia – utilizează microorganismele în studiile de respiraţie, nutriţie

celulară, în stadiul fotosintezei;

Genetica – utilizează microorganismele ca test biologic, datorită faptului că

acestea au o organizare simplă, se reproduc rar sexuat, dar în timp foarte

scurt şi sunt susceptibile la agenţii mutageni;

Ştiinţele medicale – prin identificarea agenţilor patogeni responsabili de

apariţia unor boli la om şi animale a fost posibilă stabilirea mijloacelor

eficiente de profilaxie şi tratament;

Ştiinţele agricole – sunt legate de dezvoltarea microbiologiei, cu deosebire în

ceea ce priveşte fertilitatea solului, a circuitului elementelor în natură, dar şi în

ceea ce priveşte profilaxia şi combaterea bolilor şi dăunătorilor la plante;

Ştiinţele mediului – cunoaşterea grupelor de microorganisme a permis

studierea relaţiilor dintre acestea şi habitatul lor; de asemenea, cele mai

recente studii vizează efectele poluării asupra microorganismelor, dar şi

modul în care acestea pot influenţa această poluare, diminuându-i efectele.

1.5. Domeniile microbiologiei

Microbiologia studiază particularităţile morfologice, fiziologice, biologia şi

sistematica microorganismelor, dar şi ereditatea şi variabilitatea lor, originea, evoluţia şi

răspândirea lor în natură, precum şi relaţiile ecologice ce se stabilesc între ele.

Datorită multiplelor aspecte pe care le abordează, microbiologia poate fi împărţită

în două mari ramuri:

11

A. Microbiologia generală – care se ocupă cu morfologia şi fiziologia

microorganismelor pe categorii bine definite.

B. Microbiologia specială – abordează fiecare grup taxonomic în parte (familii,

genuri, specii de microorganisme).

Fiecare dintre ştiinţele microbiologice în care s-a diversificat microbiologia are un

domeniu propriu de cercetare, în funcţie de natura microorganismelor studiate, având un

caracter aplicativ strict delimitat:

-microbiologia medicală şi imunologia – microorganisme patogene la om şi animale;

-microbiologia industrială – utilizarea microorganismelor în industria alimentară, topitul

biologic al plantelor textile, conservarea furajelor prin însilozare, tăbăcirea pieilor,

coagularea latexului;

-geomicrobiologia – rolul microorganismelor în formarea unor zăcăminte geologice de

petrol, fier, mangan, sulf, cărbuni şi gaze;

-microbiologia marină – rolul microorganismelor în transformarea substanţelor organice

şi anorganice din mări şi oceane;

-microbiologia cosmică – viabilitatea şi variabilitatea microorganismelor în condiţii

extraterestre;

-microbiologia insectelor – mecanismele de transmitere a agenţilor patogeni de către

insecte şi microorganismele patogene pentru insectele dăunătoare;

-microbiologia solului – activitatea microflorei din sol şi rolul ei în circuitul elementelor în

natură, fertilitatea solului şi nutriţia minerală a plantelor.

12

CAPITOLUL II

ÎNCADRAREA MICROORGANISMELOR ÎN REGNURI

2.1. Încadrarea în regnuri a microorganismelor

Înainte de descoperirea microorganismelor, lumea vie a fost clasificată în două

mari regnuri: regnul vegetal şi regnul animal; clasificare făcută de către Linné şi

recunoscută de către primii naturalişti. Această clasificare a fost rapid confirmată prin

argumente ştiinţifice:

-sursa de energie pentru organismele vegetale este lumina; ele fiind fotosintetizante;

-celula plantelor posedă perete celular, sunt imobile;

-plantele sintetizează amidon ca substanţă de rezervă;

-organismele animale obţin prin oxidarea materiei organice, acumulând substanţe de

rezervă, grăsimi sau glicogen;

-celula animală este lipsită de perete celular şi are însuşirea de a fi mobilă.

Anthony van Leenwenhock a pus în evidenţă, pentru prima oară, lumea

microorganismelor prin studierea lor la microscopul creat de el însuşi. Perioada

morfologică a microbiologiei a fost continuată, în mod firesc, de perioada fiziologică a

cărui de seamă reprezentant, Pasteur, a făcut posibilă descrierea şi clasificarea

microorganismelor. Dar, încadrarea acestora în unul sau altul din cele două regnuri

devine extrem de dificilă, anumite grupe de microorganisme prezentând trăsături care le

apropie de plante, iar altele, de către animale.

Lumea microbiană este reprezentată astăzi prin mai mult de 500.000 specii, fiind

împărţită în următoarele categorii: alge unicelulare, protozoare, fungi, bacterii şi

virusuri, ciuperci microscopice.

Virusurile reprezintă un grup particular de microorganisme, dar celelalte categorii

se caracterizează printr-o serie de însuşiri comune:

-organizare internă de tip celular;

-dimensiuni care le fac vizibile la microscopul optic;

-metabolism propriu, independent.

13

Caracteristicile distincte ale grupelor de microorganisme sunt prezentate în

tabelul 2.1.

Tabelul 2.1.

Caracteristici distincte ale grupelor de microorganisme

(după Regnault J.P., 1990)

Caracteristica Alge Protozoare Micete Bacterii Virusuri

Organizare celulară

prezentă prezentă prezentă prezentă absentă

Organizare biologică

Unicelulare/ pluricelulare

unicelulare unicelulare unicelulare -

Peretele celular Prezenţa celulozei

- Prezenţa chitinei

Prezenţa peptido-glicanului

-

Nutriţia Exclusiv autotrofă

Exclusiv heterotrofă

Exclusiv heterotrofă

Autotrof/ heterotrof

-

Fotosinteza prezentă - - Prezentă/absen-tă în funcţie de grup

-

Mobilitatea - prezentă - prezentă -Tip de reproducere

Asexuată fisiune binară

Asexuată fisiune binară

Fisiune binară

Asexuată sciziparitate

Sinteza constituenţi-lor virali prin intermediul celulei-gazdă

Reproducerea autonomă

prezentă prezentă prezentă prezentă -

Cultivarea pe medii sintetice

da da da da nu

Pe măsură ce lumea microorganismelor a fost cercetată mai atent, a devenit

evident că unele microorganisme nu pot fi încadrate fără rezerve în nici unul din cele

două regnuri tradiţionale şi că există grupuri întregi care au fost revendicate, în egală

măsură, de botanişti, dar şi de zoologi (ex. Euglena, Chlamydomonas etc.)

Pentru a clarifica această situaţie Haeckel (1866) propune crearea unui al treilea

regn care grupează toate formele inferioare de viaţă denumit Protista; apoi în anul 1937,

Chatton propune două tipuri de organizare celulară în lumea vie: celula de tip procariot

şi celula de tip eucariot, determinând divizarea protistelor în două categorii: protiste

superioare (eucariote), din care fac parte algele verzi unicelulare, protozoarele şi fungii

şi Protistele inferioare (procariote) cuprinzând bacteriile şi algele albastre-verzi

(cianobacteriile).

14

Copeland (1938) şi apoi Hutchinson (1967) şi Weisz (1971) propun sistemul celor

4 regnuri:

Monera – include bacteriile propriu-zise şi cianobacteriile;

Protista – include organisme eucariote inferioare, unicelulare, fără diferenţiere

celulară avansată (algele, cu excepţia celor procariote, fungi, mixomicete,

protozoare).

Plantae – include organisme eucariote superioare, multicelulare, cu perete

celular (plante terestre şi acvatice).

Animatia – include organisme multicelulare eucariote, cu celule fără perete

celular şi plastide, cu o avansată diferenţiere tisulară, celulară şi de organe.

Whittaker şi Margulis (1978) încearcă să elimine deficienţele precedente de

clasificare şi propun gruparea în 5 regnuri, după următoarele criterii:

-nivelul de organizare procariot; eucariot unicelular; eucariot multicelular;

-tipul de nutriţie fotosintetică (caracteristică plantelor); ingestivă (tipică animalelor);

absorbtivă (caracteristică fungilor).

În acord cu aceste principii, sistemul celor 5 regnuri are următoarea structură:

1. Regnul Monera (Bacterii şi Cianobacterii)

2. Regnul Protista (Protozoare şi Chrysophyte)

3. Regnul Fungi (Mucegaiuri, levuri, ciuperci adevărate)

4. Regnul Plantae (Alge verzi, brune, roşii, Bryophytae)

5. Regnul Animalia (Metazoare)

Conform unei tehnici propuse de C.Woese (1990) s-a rediscutat chestiunea clasificării

procariotelor şi a prezenţei regnului Monera. Cercetările au demonstrat existenţa a două

grupuri distincte de procariote: Arheobacteriile (arheos = vechi) şi Eubacteriile (Eo =

adevărat)

Astăzi, se consideră că există 3 linii diferite de microorganisme: Arheobacteriile,

Eubacteriile şi microorganismele eucariote (tabelul 2.2.).

15

Tabelul 2.2.

Caracteristicile arheobacteriilor, eubacteriilor şi eucariotelor

(după Mirela Burcea, 2002)

Caracteristica Arheobacterii Eubacterii EucarioteTalia (L) 1 m 1 m 10 mPeterele celular Diverşi

constituienţiAcid muramic şi peptidoglicanul

Fără perete celular (animale)Cu perete celular dar fără peptidoglican (vegetale)

Lipide membranare În lanţuri ramificate cu legături esterice

În lanţuri drepte cu legături esterice

În lanţuri drepte cu legături esterice

Membrană nucleară - - prezentăCromozomi 1 1 Întotdeauna mai mulţiARN transfer Timidine absente Timidine, în

general absenteTimidine, în general, prezente

Ribozomi (talia subunităţilor)

30S, 50S 30S, 50S 40S; 60S

Lungimea ARN-r 1500 nucleotide 1500 nucleotide 1800 nucleotideLungimea ARN-r 23S 2900 nucleotide 2900 nucleotide 3500 şi mai multe

nucleotideFlageli - prezenţi prezenţiPigmenţi fotosintetici bacteriorodopsine bacterioclorofile Clorofile carotenoideDiviziunea celulară Fisiune binară Fisiune binară Mitoză, Meioză

În pofida unor opinii contradictorii exprimate de diferiţi cercetătorii, clasificarea

făcută de Whittaker rămâne de interes sugerând anumite relaţii evolutive între diferitele

grupe. El are evidente avantaje ce decurg din utilizarea regnurilor ca unităţi de

clasificare, dar şi o serie de limitări evidenţiate de Whittaker însuşi.

Datorită progresului înregistrat prin noile tehnicide biologie moleculară, au fost

bulversate clasificările existente, conform acestora se poate constata că organisme

având o organizare celulară identică pot fi distincte ca urmare a unor majore deosebiri

de ordin molecular.

16

După observaţiile făcute de C.Woese (1990) s-a precizat locul microorganismelor

pe scara evolutivă a lumii vii (fig.2.1.)

17

Mycete Vegetale

Protozoare Animale

Cilisi

flageliMitocondrii

Bacterii termoacido-

file

Protozoare AnimalePinochete

Bacterii gram +

Citoplaste

Chromabacterii

Bacterii fotosintetice

purpuriiBacterii

fotosintetice verzi

Eucariote

Arheobacterii Progenate (grup ancestral comun)

Eubacterii

Evolutia chimica

2.2. Caracteristicile fundamentale ale microorganismelor

Microorganismele se caracterizează printr-o serie de proprietăţi structurale şi

funcţionale care le deosebesc de celelalte unităţi vii.

Caracteristicile fundamentale ale microorganismelor sunt:

organizarea celulară,

unicelularitatea şi invizibilitatea,

talia şi volumul celular,

potenţialul metabolic şi de reproducere,

omniprezenţa şi abundenţa

2.2.1. Organizarea celulară

Caracteristica generală a microorganismelor este organizarea celulară – celula

fiind unitatea funcţională a lumii vii; excepţie fac virusurile care, aşa cum am arătat în

subcapitolul anterior, sunt lipsite de organizarea celulară.

Microorganismele se clasifică în două mari grupe, în funcţie de tipul de

organizare celulară:

procariote

eucariote

Aceşti termeni provin etimologic din limba greacă (procariote = pro (înainte) şi

caryon (nucleu) = deci, înainte de organizarea nucleară, iar eucariotele = eu (adevărat)

şi caryon (nucleu) cu nucleu adevărat.

Aflate pe o treaptă superioară de organizare celulară, eucariotele au un nucleu

bine delimitat de membrana nucleară, cu mai mulţi cromozomi decât procariotele care

au nucleu fără membrană nuclează proprie şi cu un singur cromozom.

Mai mult, microorganismele procariote sunt unicelulare, iar cele eucariote pot fi

uni- sau pluricelulare, dar fără să prezinte diferenţiere sau specializare celulară, fapt

care este specific doar organismelor eucariote superioare (plante, animale).

Tabelul 2.3.

Caracteristici generale ale celulelor eucariote şi procariote

(după Mirela Burcea, 2002)

Caracteristica Procariote Eucariote

Organizare celulară Simplă Complexă

Organizare nucleară „nucleoid”, aparat nuclear Nucleu bine delimitat de o

18

membrană

Organite specializate Rare numeroase

Tip de organizare unicelulară Unicelulară, pluricelulară

Grupe de

microorganisme

bacterii Alge, protozoare, fungi

(ciuperci microscopice)

În plus, celula eucariotă are numeroase organite specializate faţă de celula

procariotă care are un volum celular mai mic, iar numărul organitelor specializate este

foarte mic.

Faţă de aceste forme de organizare celulară, virusurile nu au citoplasmă, nu au

un metabolism propriu, ci ele se dezvoltă obligatoriu în celula pe care o parazitează –

sunt, cu alte cuvinte, - parazite obligat intracelulare.

În sinteză, caracteristicile anatomice şi funcţionale ale celulelor procariote şi

eucariote sunt prezentate în tabelul 2.4.

Tabelul 2.4.

Caracteristicile anatomice şi funcţionale ale procariotelor şi eucariotelor

(după Mirela Burcea, 2002)

Caracteristici Procariote Eucariote

animale vegetale

a) Anatomice

Peretele celular prezent - prezent

Membrana celulozică - - prezentă*Membrana citoplasmatică

prezentă prezentă prezentă

Membrană nucleară - prezentă prezentă

Nr.cromozomi Un singur grup linkage

(cromozom circular)

Mai mult decât 1 Mai mult decât 1

ADN independent de nucleu

ADN plasmidial ADN mitocondrial ADN mitocondrial şi cloroplastic

Citoplasma Gel permanent fără curenţi citoplasmatici

Sol-gel (transformări

reversibile), curenţi citoplasmatici

idem

Ribozomi Subunităţi de 30S şi 50S libere în citoplasmă

Subunităţi de 40S şi 60S asociate

reticulului endoplasmatic

idem

Mitocondriile - prezente prezente

Reticul endoplasmatic

- prezente prezente

19

Caracteristici Procariote Eucariote

animale vegetale

Aparatul Golgi - prezent prezent

Lizozomii - prezenţi prezenţi

Cloroplastele - - prezente, excepţie fungii

Vacuolele - prezente prezente

Centriolul - prezent prezente

b) Funcţionale

Tipul respirator Aerob; anaerob aerob Aerob, fermentativ la unii fungi

Diviziunea mitotică - prezentă prezentă

Diviziunea meiotică - prezentă prezentă

Mobilitatea Flageli simpli, alunecare

Flageli sau cili complecşi, mişcări

amoeboide

Absentă**

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

2.2.2. Unicelularitatea şi invizibilitatea cu ochiul liber

Încă din definirea obiectului de studiu al microbiologiei am precizat faptul că intră

sub incidenţa ei, doar organismele cu dimensiuni mai mici de 1 mm. Dacă facem

precizarea că, talia celui mai mare microorganism nu depăşeşte câteva sute de microni

(cu câteva excepţii), se înţelege că microorganismele nu pot fi văzute cu ochiul liber,

trăsătură ce le separă de alte grupe de vieţuitoare.

2.2.3. Talia şi volumul celular

Între microorganismele procariote şi cele eucariote există deosebiri importante în

ceea ce priveşte volumul celular şi dimensiunile, evident eucariote fiind mai mari decât

procariotele, spre exemplu, diametrul mediu al unei bacterii (celulă procariotă) este de

0,5-1mm, iar amoeba şi parameciul (celule eucariote unicelulare din grupa

protozoarelor) măsoară 400-600 mm, respectiv 150-200 mm.

Talia şi volumul celular la unele procariote şi eucariote sunt prezentate în tabelul

2.5.

20

Tabelul 2.5.

Talia şi volumul unor procariote şi eucariote

(după J.P.Regnault, 1990)

Grupa de microorganisme Talia

(m)

Volumul mediu

(m3)

EUCARIOTE

Alge unicelulare (Micromonas) 1 5-15000

Protozoare (Amoeba proteus) 400-600 10.000-50.000

Levuri (Saccharomyces cerevisiae) 1-30 20 – 50

PROCARIOTE

Staphylococcus aurens 0,5-1

Escherichia coli 0,5-2,5 1-5

Salmonella typlii 0,5-3

2.2.4. Potenţialul metabolic şi de reproducere al microorganismelor

În pofida taliei mici şi a simplităţii de organizare microorganismele dispun de

multe mijloace de a-şi procura energia necesară activităţii lor vitale: în funcţie de specie,

potenţialul metabolic poate să se dezvolte pornind de la materii minerale sau de la cele

mai variate substanţe organice din natură.

Acest potenţial metabolic considerabil şi adesea superior altor organisme este

dat de raportul suprafaţă / volum care este foarte mare, capacitatea de absorbţie a

elementelor nutritive fiind direct proporţional cu acest raport.

Astfel, bacteriile au o putere metabolică mult superioară tuturor vieţuitoarelor,

fiind de 2,5 milioane ori mai intensă decât a omului.

Cât priveşte potenţialul de reproducere, microorganismele şi, în special,

procariotele se caracterizează prin valori foarte ridicate. Comparând chiar

microorganismele cu organismele superioare s-a constatat că o populaţie bacteriană îşi

dublează masa la fiecare 3 minute, o plantă la 2 săptămâni, iar un animal la 3 luni. Un

alt exemplu edificator este specia Staphylococcus aurens căreia îi sunt suficiente 2 zile

pentru a ajunge la o masă egală cu masa Terrei.

Pornind de la aceste valori considerabile ale potenţialului metabolic şi reproductiv

o practică frecvent aplicată în ţările puternic industrializate este obţinerea, spe exemplu,

21

din 1 tonă de reziduuri petroliere a peste 1 tonă de levuri uscate sau 0,75 t proteină

brută, ceea ce echivalează cu 1,7 tone de soia, iar exemplele ar putea continua.

2.2.5. Omniprezenţa şi abundenţa

Una din cele mai importante caracteristici ale lumii microorganismelor o

constituie abundenţa lor: ele pot exista în aer, în apă, în sol, la suprafaţa ţesuturilor

vegetale şi animale.

Deşi nu toate microorganismele sunt periculoase pentru om, sau alte organisme

vii, acestea şi-au dezvoltat un sistem imunitar caracteristic, capabil să lupte contra

agresiunii lor. Dar, există şi microorganisme utile, prezenţa lor fiind importantă pentru

producerea de O2, descompunerea şi reciclarea materiilor organice, circuitul elementelor

minerale, sau utile direct alimentaţiei omului şi animalelor.

Încercând un clasament al celor mai abundente vieţuitoare / unitate de suprafaţă,

cercetătorii au ajuns la concluzia că microorganismele au densitatea cea mai mare: 1

miliard / g sol fertil, sau 1 miliard / ml tub digestiv al animalelor, iar masa tuturor

microorganismelor depăşeşte în biosferă pe a altor vieţuitoare.

22

CAPITOLUL III

VIRUSURILE

3.1. Conceptul de virus

Iniţial, virusurile au fost considerate ca substanţe chimice sau ca organisme

primitive, au dimensiuni foarte mici, alcătuite din acizi nucleici şi proteine –

componentele definitorii ale organismelor vii.

Diverşi cercetători au încercat, de-a lungul timpului, să încadreze virusurile fie în

categoria organismelor vii, fie a substanţelor chimice cu însuşiri deosebite. Pentru Lwoff

(1981), un organism viu este un sistem ordonat şi independent de structuri şi funcţii

independente, capabil de metabolism, creştere şi reproducere; cu alte cuvinte, cele mai

simple entităţi vii şi, în acelaşi timp, unitatea funcţională care stă la baza organizării

tuturor sistemelor biologice este celula.

Dintre toate celulele cunoscute, bacteriile reprezintă cea mai mică unitate de

integrare şi reproducere. Această concluzie este sintetizată de F.Jacob (1970) conform

căreia „bacteriile constituie, ca să spunem aşa, un minim vital. Cu ele debutează

biologia moleculară; nivelul inferior lor se defineşte în termeni de chimie şi fizică, iar

nivelul superior, în termeni de organizare.”

„În afara celulei, particula virală este un obiect inert”. (F.Jacob, 1970)

Această concepţie a fost unanim acceptată şi, de altfel, în toate sistemele de

clasificare ale lumii vii, indiferent că se referă la două, trei, patru sau cinci regnuri,

virusurile nu sunt recunoscute ca organisme. Definind virusurile conform lui Ştefan

Nicolau aceştia sunt „agenţi patogeni infinit de mici, având dimensiuni cuprinse între 10-

200 m. Sunt puţin evoluate, situându-se pe primele trepte ale scării taxonomice a

microorganismelor. Sunt forme primitive de viaţă, atât de incomplet organizate încât nu-

şi pot realiza singure metabolismul; aceasta ar fi explicaţia parazitismului lor obligatoriu

pe celula vie.”

În lucrările lui Aristotel şi Cornelius Celsus au fost menţionate pentru prima dată

în istorie date referitoare la rabie; apoi, în China antică în anul 2500 î.e.n. sunt

consemnate date referitoare la variola umană. Abia în anul 1796 se consenează primele

vaccinări antivariolice (Jenver).

23

Cât priveşte lumea vegetală, bolile virotice ale plantelor au făcut obiect al

cercetărilor mult mai târziu, fiind menţionat anul 1720 când Crave demonstrează, fără a

fi descoperit agentul patogen, posibilitatea transmiterii mozaicului panaşat al lalelelor

prin grefă la o plantă sănătoasă.

Datorită lipsei mijloacelor optice perfecţionate, Pasteur este obligat să admită

existenţa unui microb al turbării, dar fără a-l putea decela, descoperind, în perioada

1881-1885 vaccinul antirabic.

Preocupările faţă de aceste entităţi se amplifică printre cei care pot fi menţionaţi

sunt: Mayer (1886) – care arată chiar că „principiul infecţios” poate fi inactivat la căldură

sau prin tratare cu alcool, Ivanovski (1892) – care, referindu-se la VMT, demonstra

multiplicarea agentului patogen în plantele bolnave la care este transmis în serie, iar

bazat pe aceasta şi pe faptul că trece prin filtrele bacteriologice, îl consideră un agent

viu filtrabil, dar de tipul bacteriilor foarte mici. Beijerinck (1898) adaugă la acestea

rezistenţa îndelungată (2 ani) în frunzele uscate şi difuzibilitatea în agar, denumind

virusurile „contagium virum fluidum”, iar nu microorganisme, precum şi faptul că acestea

sunt capabile să se multiple în celula vie odată încorporate în citoplasma acesteia.

Beijerinck devine astfel, primul cercetător care a intuit natura deosebită a virusurilor faţă

de alţi agenţi patogeni.

Odată cu progresele realizate în domeniul tehnicilor de izolare, perfecţionare şi

purificare ale virusurilor s-au făcut descoperiri remarcabile în domeniu: bacteriofagii

(Twart şi D’Herelle, 1917), natura nucleoproteică a fagilor (Schlessiger, 1936), a naturii

ARN a materialului genetic al UMT (Bowden şi Pirie, 1937) faptul că energia necesară

pentru sinteza constituienţilor virali este furnizată de celula-gazdă (Cohen, 1946).

Meritul de a fi definit particula virală matură – virien – a principalelor particularităţi

ale virusurilor permiţând astfel delimitarea lor de lumea microorganismelor, revine lui

Andre Lwoff (1953). El a definit virusurile ca „entităţi infectante nucleo-proteice, potenţial

patogene, posedând un singur tip de acid nucleic şi care se reproduc prin materialul lor

genetic. Ele sunt incapabile de creştere, diziviune, nu-şi pot sintetiza un sistem propriu

de energie, având nevoie pentru a se reproduce de ribozomii celulei-gazdă pe care o

parazitează.”

3.2. Caracteristicile generale ale virusurilor

Virusurile au urmatoarele particularitati:

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

24

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

matur;

alte stări posibile de existenţă: virus vegetativ - care poate fi replicat şi

provirus – genom viral integrat în cromozomul celulei-gazdă;

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

genomul viral.

În compoziţia chimică a virusurilor intră a lături de acizii nucleici proteinele cu

rol structural lipsind glucidele şi lipidele;

Echipamentul enzimatic de biosinteză şi catabolism este absent şi de aceea

se reproduc numai în celulele vii;

Nu au capacitate de creştere şi de diviziune,

Ca o consecinţă a acestor însuşiri virusurile sunt paraziţi obligat intracelulari

la om şi animale, plante, alge albastre, ciuperci şi bacterii.

Parazitismul virusurilor este un parazitism absolut, caracter discriminatoriu

faţă de cel al bacteriilor sau al protistelor (Lwoff, 1981).

3.3. Modul de apariţie a virusurilor

Concepţia unanim acceptată privind apariţia virusurilor este aceea că ele au

apărut în urma unor evenimente repetate şi independente; la ora actuală există în jur de

30 tipuri majore de virusuri între care nu există intermediari, comparativ cu gradaţia

observată între celule şi organisme.

Mai mult, dacă modificările genomului viral ca mărime (prin deleţie, respectiv

adiţie) pot fi uşor de explicat, casida virală este foarte riguros structurată şi nu poate

exista nici prin pierderea unei capsomere, dar nici prin modificarea dimensiunilor ei.

În privinţa modului de apariţie, virusurile nu au evoluat unul din altul, cu excepţia

fagilor cu coadă, iar principalul argument este acela că, nu există forme intermediare

între membrii diferitelor grupuri morfologice. Numai coada fagilor este singura structură

virală care prezintă variaţii structurale şi morfologice care pot fi puse pe seama unei căi

evolutive.

Anumite virusuri care fac parte din acelaşi grup major pot avea un strămoş, iar

altele nu. Spre exemplu, unele virusuri care infectează insectele şi vertebratele sau

insectele şi plantele şi care au morfologie comună ar putea avea origine comună, dar

acest lucru nu se întâmplă întotdeauna.

25

Faptul că virusurile animale au proprietăţi genetice similare cu cele ale celulelor

în care se replică, este încă o dovadă a faptului că ele au evoluat în paralel cu speciile

pe care le parazitează.

În concluzie, evoluţia virusurilor a urmat căi şi mecanisme care le sunt absolut

proprii, la ora de faţă, mai multe concepţii care încearcă să explice apariţia şi evoluţia

virusurilor: virusurile – molecule primordiale, virusurile – rezultat al unei evoluţii

regresive, virusurile – originare din material genetic celulat etc.

3.4. Morfologia virusurilor

Abordarea morfologiei virusurilor, respectiv a formei şi dimensiunilor lor se

raportează la virion – virus infecţios matur – care este unitatea integrată de structură şi

funcţie a virusurilor şi care se caracterizează prin infecţiozitate.

Forma virusurilor poate fi:

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

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

- paralelipipedică (grupa Pox, respectiv variola – vaccinal);

- obuz sau cartuş (grupa Rhabdovirus)

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

Cât priveşte dimensiunile virusurilor acestea se încadrează în două categorii:

- macrovirusuri – cu limite cuprinse între 275-300 milimicroni;

- microvirusurile – cu dimensiunile cuprinse între 8-10 milimicroni.

Există trei posibilităţi de măsurare a dimensiunilor virusurilor, frecvent utilizate în

cercetarea microbiologică, şi anume:

măsurarea imaginii fotografice la microscopul electronic – metoda directă;

măsurarea vitezei de sedimentare în urma centrifugării şi

ultrafiltrare prin membrane de colodiu – metode indirecte.

3.5. Anatomia virusurilor

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

obligatorii:

genomul viral şi

capsica virală

care, împreună alcătuiesc nucleocapsida. Aceasta poate avea uneori un al treilea

component, la exterior, anume învelişul extern.

26

3.5.1. Genomul viral

În componenta genomului viral intră, întotdeauna, un singur tip de acid nucleic,

fie ADN, fie ARN, niciodată ambele.Genomul viral conţine informaţia genetică necesară

pentru autoreplicare, precum şi pentru sinteza celorlalţi constituenţi virali şi a

precursorilor lor.

Acizii nucleici virali determină infecţiozita virusurilor. Genomul viral are o mărime

variabilă, având greutatea moleculară cuprinsă între 1,2-1,8 x 106 dal (grupul

Parvovirus), la 25 x 106 dal (grupul Adenovirus), până la 200 x 106 dal (grupul Pox).

Numărul de gene este, de asemenea, variabil, cu limite cuprinse între 3

(Polyoma) la 160 (Pox).

Există o serie de avantaje ale genomurilor mici, şi anume: necesită mai puţin

timp pentru replicare şi traducere, cu un consum mai mic de energie necesară replicării

şi morfogenezei, deduce posibilitatea decodificării greşite a transcrierii şi traducerii

informaţiei genetice.

În funcţie de tipul de acid nucleic conţin în genom, virusurile pot fi:

- cu genom ADN – dezoxivirusuri,

- cu genom ARN – ribovirusuri.

Dezoxivirusurile conţin ADN mono- sau bicaternar (dublucatenar), prezentând 7

tipuri principale de structură:

- monocatenar liniar (Parvovirusurile);

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

- dublucatenar linear (fagul T7).

- dublucatenar linear, respectiv (redundant) terminal (Adenovirus)

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

T-par)

- dublucatenar linear cu extremităţi monocatenare complementare

(fagul );

- dublucatenar circular inclus covalent (virusurile Polyoma şi SV40);

Ribovirusurile conţin ARN şi prezintă patru tipuri principale de structură:

- genom ARNm.c. linear (VMT)

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

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

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

27

Demonstrează iniţial pentru ADN fagic (Hershey şi Chase, 1952), apoi pentru

ARN din VMT (Gierer şi Schramm, 1956), infecţiozitatea acizilor nucleici virali izolaţi este

mai mică de 103 – 10 ori decât aceea a virionilor din care sunt extraşi, datorită degradării

lor rapide precum şi a faptului că sunt slab fixaţi de către celule, demonstrând astfel rolul

capsidei virale în adsorbţia şi fixarea virionilor pe celule.

3.5.2. Capsida virală

Este învelişul proteic ce acoperă genomul (kapsa-cutie, lb.greacă); este alcătuită

din unul sau mai multe tipuri de proteină, asigurate în mod regulat, formând structuri

caracteristice pentru tipul morfologic al virionului respectiv.

Rolul capsidei virale este:

-protejarea materialului genetic de degradarea de către nucleaze;

-măreşte rezistenţa virusurilor faţă de mediul extern şi infecţiozitatea lui;

-contribuie la fixarea şi pătrunderea virusurilor în celule;

-determinarea spectrului de gazde al virusurilor;

-conţine determinanţi antigenici răspunzători de producerea răspunsului imun şi a

anticorpilor protectori în organismele animale infectate.

Lwoff şi Tournier (1967) consideră că, capsida virală este alcătuită din unităţi

morfologice numite capsomere (mervos, lb.greacă = parte). Capsomerele se asociază

între ele după reguli simple, dar precise, au forme şi mărimi variabile de la un virus la

altul şi realizează structuri cu simetrie helicală sau icozoedrică. Numărul şi dimensiunile

capsomerelor din structura unui virion, sunt constante şi controlate genetic. Moleculele

de proteină care alcătuiesc capsida se grupează în mod obişnuit, după trei tipuri de

simetrie:

- helicală (VMT, virusul grupal);

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

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

3.5.3. Învelişul extern

În cazul anumitor virusuri nucleocapsida este acoperită de un înveliş lipoproteic

care se maturează în timpul „înmuguririi” lor în membrana celulară a celulei-gazdă

înainte de a o părăsi.

Această structură poartă denumirea de înveliş extern sau peplos (peplos, în

lb.greacă = manta), care este alcătuit din lipidele celulei-gazdă şi la exteriorul său pot

28

exista proeminenţe de suprafaţă sau prelungiri denumite spicule (formate din

glicoproteine virale).

Rolul învelişului extern (peplos) este:

- păstrarea stabilităţii nucleocapsidei;

- favorizarea fixării virionului pe celulele-gazdă şi, deci,

- infecţia celulei-gazdă.

Dacă virusurile posedă înveliş extern, ele se numesc „îmbrăcate”, sau

„acoperite”, iar cele care sunt alcătuite din nucleo-capsidă se numesc virusuri „nude” sau

„neacoperite”.

3.6. Replicarea virusurilor

Replicarea virusurilor (producerea de noi copii de genom viral) are loc numai în

celulele-gazdă – comportament ce corespunde relaţiei de parazitism absolut. Celula vie

furnizează virusurilor aminoacizi, baze nucleice, dar şi tot „dispozitivul” celular efector.

Virusul invadant introducând informaţia specifică propriului său genom în celula-gazdă,

inhibă sau stopează sinteua de constituienţi celulari (ADN, ARN, proteine), astfel încât

celula ce a fost infectată produce aproape exclusiv constituienţi virali.

Acest proces de multiplicare a virusurilor are loc în etape succesive, care se

întrepătrund, şi anume:

fixarea şi absorbţia virusului;

pătrunderea virusului în celula-gazdă;

faza de decapsidare;

transcrierea ARN-m de la genomul parental;

„traducerea” informaţiei pentru enzimele virale;

replicarea genomului viral;

biosinteza proteinelor structurale şi de reglare;

morfogeneza virusurilor;

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

În prima etapă, de fixare şi absorbţie a virusului pe suprafaţa celulei-gazdă, are

loc interacţiunea dintre constituienţii peretelui celular al celulei-gazdă (receptori specifici

de virus) şi anumite structuri speciale aflate pe suprafaţa virusului şi care recunosc

receptorii celulei-gazdă. Cu alte cuvinte, există o anumită specificitate de fixare. Celulele

vegetale nu au receptori de virus, de aceea, virusurile plantelor nu au specificitate de

29

fixare, deci nu aderă şi nu străbat peretele celular decât dacă acesta prezintă leziuni

mecanice, de aceea, infectarea plantelor are loc doar cu cantităţi mari de virus, dar,

odată produsă, infecţia este însoţită de o multiplicare virală intensă.

Cel mai înalt grad de specificitate îl prezintă interacţiunea fag – bacterie,

structura cea mai adecvată pentru fiecare fiind cea a bacteriofagilor, iar receptorii cei

mai bine cunoscuţi sunt cei de pe suprafaţa celulei bacteriene.

Virusurile animale însă, se fixează mai puţin specific şi mai puţin eficient.

După faza de adsorbţie nespecifică reversibilă determinată de atracţia ionică,

având loc ciocniri întâmplătoare (mişcare browniană) între virusuri şi celula-gazdă,

urmează faza de adsorbţie specifică ireversibilă, a cărei szabilitate depinde de forţe

electrostatice. Rata fixării este de aproximativ 3-5 x 109, deoarece o particulă virală

trebuie să se lovească de mai multe ori de o celulă îaninte de a se fixa specific pe ea.

După ce virionul a fost fixat de receptorii celulei, începe faza de înglobare, sau de

pătrundere a virusurilor în celula-gazdă, care se desfăşoară după mecanisme diferite,

spre exemplu, în cazul bacteriilor şi celulelor vegetale, mecanismele de infecţie sunt

diferite faţă de celula animală (care nu are perete celular).

Indiferent de natura mecanismelor de adsorbţie, pătrunderea virusurilor în celulă

se poate realiza pe două căi (Dalis, 1973, 1978).

a) Endocitoza – proces activ de ingestie, analog celui de captare înglobarea

picăturilor de lichid prin invaginarea membranei celulare, asigură pătrunderea intactă a

virionului în interiorul celulei-gazdă.

Constituie mecanismul predominant de înglobarea virusurilor animale.

b) Fuziunea – fuziunea suprafeţei virusului cu membrana celulară în zona de

contact şi, prin urmare, are loc dizolvarea învelişului viral şi formarea unui „canal” prin

care virionul trece în citoplasmă.

Constituie mecanismul de pătrundere în celulă în cazul virusurilor cu peplos

(înveliş extern), la virusurile vaccină (Pox), paramixovirusuri. Cele două mecanisme

însă, pot coexista frecvent în aceeaşi celulă pentru acelaşi virus.

Decapsidarea este faza de trecere a virionilor, la cea de viruşi vegetativi, fiind

descrisă ca o fază de dispariţie a virusurilor (faza de eclipsă). Genomul viral este eliberat

de învelişurile sale şi devine mai greu de evidenţiat. Durata perioadei de eclipsă variază

de la un virus la altul şi oscilează de la 1-2 ore de Poliovirus, 3-5 ore la Herpesvirus, 4

ore la Poxvirus, 8-10 ore la Adenovirus, până la 12-14 ore la Paponavirus.

30

Aceste prime trei faze ale ciclului de multiplicare virală sunt procese relativ

ineficiente, de aceea, raportul dintre numărul particulelor virale infecţioase raportat la

numărul total de virioni introduşi, este aproape întotdeauna subunitar.

După ce au pătruns în celulă, virusurile se deplasează la locul de sinteză în

nucleu, fără a fi cunoscute căile prin care virusurile circulă până la nucleu, dar se

presupune că migrarea virusurilor în interiorul celulei este vectorială.

Următoarea etapă a deplasării constă în biosinteza constituienţilor virali, care are

loc în trei etape succesive:

biosinteza proteinelor „timpurii” (early proteins), care îndeplinesc funcţii

specifice inhibă sinteza ADN, ARN, a proteinelor celulei-gazdă, formează

matricea incluziunilor nucleare sau citoplasmatice în care are lor replicarea

acidului nucleic viral şi morfogeneza virusurilor, iniţiază replicarea ADN, ARN

sau ADN-polimeraze, nucleare sau ADN-ligaze;

replicarea genomului viral, etapă în care celula-gazdă furnizează odată cu

materialul de construcţie şi funcţii pentru biosinteza de virus non-

reprezentând o etapă esenţială în evoluţia infecţiei virale. Odată cu formarea

ARN-m viral încetează activitatea infectantă a virusului şi începe sinteza de

proteine virale specifice.

Biosinteza proteinelor „tardive” (late proteins) – sunt, în cea mai mare parte

proteine structurale, de capsidă, care controlează expresia genelor „timpurii”,

în cursul acestei biosinteze are locşi replicarea genomului viral.

Durata perioadei de biosinteză a proteinelor tardive este limitată de capacitatea

celulei-gazdă de a furniza energia necesară acestor sinteze.

Încă din faza de sinteză a proteinelor tardive genomurile nou formate sunt

ansamblate pentru a forma structura organizată a particulei virale mature, proces

denumit morfogeneză a virusurilor.

Replicarea şi morfogeneza virusurilor sunt procese intracelulare care au loc în

nucleu sau în citoplasmă. Ribovirusurile sunt replicate în citoplasmă (excepţie: virusul

gripal), iar genomul dezoxivirusurilor este replicat şi transcris în nucleu, iar sinteza

proteinelor se face exclusiv în citoplasmă, după care ele sunt transportate în nucleu

unde are loc morfogeneza.

31

Eliberarea particulelor virale patogene din celulă se poate face rapid şi

explosiv, prin ruperi mecanice, sau dimpotrivă, lent şi controlat prin străbarea

membranei celulare.

Acest proces are loc în mod diferit de la un virus la altul; spre exemplu virusurile

mici sunt eliberate mai uşor (Poxvirus), pe când cele mai mari au tendinţa de a fi reţinute

timp îndelungat în celulele în care s-au multiplicat.

La fel, funcţii de tipul de acid nucleic al virusului, eliberarea particulelor virale

progene este diferită: virusurile cu ADN sunt reţinute în celule chiar după apariţia

efectului citopatic (excepţie Herpes virus), deci sunt eliberate cu frecvenţă mică, în timp

ce virusurile cu ARN sunt rapid eliberate.

3.7. Tipuri de infecţii virale

Infecţiile virale se pot clasifica în:

- infecţii acute;

- infecţii inaparente;

- infecţii cronice.

Infecţiile acute – sunt întâlnite frecvent la virusurile animale care produc infecţii

acute cu durată limitată la om şi animale. Aceste infecţii evoluează la nivel celular ca

infecţii productive, virusul fiind replicat cu producere de virus progen şi chiar cu moarte

celulară. În funcţie de virulenţa agentului patogen şţi de intensitatea reacţiei de apărare

a sistemului imunitar, virusul poate fi eliminat din organism lăsând, după caz, o stare de

imunitate mai mult sau mai puţin solidă.

Infecţiile inaparente apar în situaţia în care infecţia şi multiplicarea virusurilor nu

sunt însoţite de manifestări clinice; în această situaţie virusul este eliminat din organism

lăsând o stare de imunitate.

Infecţiile persistente sunt infecţii de lungă durată şi pot fi infecţii cronice (cu

producere continuă de virus), care urmează uneori unei stări de boală, cum ar fi în cazul

hepatitei B şi infecţii latente, când infecţia virală este, celş mai adesea inaparentă şi nu

este însoţită de producerea unui nou virus.

Uneori cele două tipuri de infecţii persistente pot apărea la acelaşi animal, ele

fiind foarte greu de deosebit la nivel de organism.

Infecţiile cronice au o evoluţie îndelungată şi sunt determinate de incapacitatea

organismului de a elimina virusul din organism, marea lor majoritate evoluând fără

manifestări clinice evidente. Dar, aceste infecţii cronice pot determina, după o perioadă

îndelungată de evoluţie, fie îmbolnăviri cu caracter malign (leucoza aviară), fie

32

complicaţii imunopatologice (glomerulonefrita sau complexe imune). Cea mai cunoscută

infecţie virală cronică rămâne, pentru om, hepatita serică de tip B.

În privinţa infecţiilor latente, aceasta depinde de tipul de celulă infectată cu un

anume virus, deşi în prezent nu se cunosc mecanismele biochimice care condiţionează

latenţa virală. Exemple de infecţii latente: infecţiile produse de virusurile din grupul

Herpes (la om şi aproape toate speciile de animale). Factorii activatori ai infecţiei latente

acţionează probabil asupra celulei şi nu direct asupra virusului şi ei pot fi: specifici pentru

celulă (corelaţi cu un tip particular de celulă infectată) şi nespecifici pentru celulă

(activează infecţiile virale prezente într-o gamă largă de celule). În ceea ce priveşte rolul

reacţiilor de apărare ale gazdei în contextul infecţiilor latente aceştia se pare că pot juca

un rol important în stabilirea şi menţinerea lor.

CAPITOLUL IV

BACTERIILE

Procariotele formează un grup vast compus din două subgrupe: Arhebacteriile şi

Eubacteriile.

Bacteriile reprezintă grupul cel mai important de microorganisme atât din punct

de vedere al numărului de reprezentanţi cât şi al importanţei ecologice şi practice pentru

om, precum şi ca fiind cel mai important grup de microorganisme care au condus la

cunoaşterea fenomenelor de biologie moleculară.

Însă conceptul de bacterie a fost mult controversat, fiind definit pentru prima oară

în urmă cu aproape trei decenii. S-a demonstrat (Stanier, 1989) că întreaga evoluţie a

avut loc prin diversificarea celulei bacteriene, respectiv a celulei procariote şi că unitatea

de structură a bacteriilor şi a algelor albastre-verzi o reprezintă celula procariotă.

4.1. Proprietăţi fizice ale bacteriilor

4.1.1. Dimensiunile bacteriilor

Bacteriile se caracterizează printr-o talie redusă, de circa 100 ori mai mică decât

aceea a celulei eucariote; dimensiunea celulei bacteriene este totuşi variabilă, în funcţie

de specie, fiind o caracteristică determinată genetic.

33

Dimensiunile bacteriilor se situează, în medie, între 0,5-1 m x 3-6 m; cele mai

mici aparţin genului Mycoplasma, ce au diametrul de 125-250 m, având talia apropiată

de cea a celor mai mari virusuri (Pox).

Cele mai mari bacterii pot avea o talie destul de mare cum este în cazul unor

Spirochete (Saprospira grandis) care pot atinge chiar 500 m lungime.

La fel, cianobacteriile genului Oscillatoria au circa 7 m diametru, adică acelaşi

diametru pe care îl are o globulă roşie.

Specia Escherichia coli este considerată o bacterie de talie medie, având

dimensiuni cuprinse între 1,1-1,5 m lăţime şi 2-6 m lungime.

Cu alte cuvinte, cele mai mici bacterii pot fi vizibile la microscopul fotonic, iar cele

mai mari depăşesc mărimea celor mai mici protiste eucariote.

De aceea, dimensiunile bacteriilor nu se pot utiliza ca un caracter diferenţial

absolut între acestea şi alte entităţi; totuşi, putem afirma că, dimensiunile medii ale

bacteriilor sunt cu mult mai mici decât ale celulelor eucariote.

După Stanier (1970), volumul este baza pentru a aprecia mărimea celulei

bacteriene, întrucât forma acesteia variază foarte mult. Acest volum se poate calcula cu

ajutorul formulelor de calcul aplicate corpurilor geometrice regulate, în care se pot

încadra cele mai multe bacterii (sfera şi cilindrul).

În general, limita inferioară de mărime a unei celule bacteriene este determinată

de posibilitatea ei de a conţine toţi constituienţii celulari necesari pentru creştere şi

diviziune. Cea mai mică bacterie vizibilă la microscopul fotonic are dimensiuni foarte

apropiate de această limită moleculară necesară pentru menţinerea funcţiilor celulare,

dacă dimensiunile celulare ar fi mai mici, ele nu ar fi fizic suficient de cuprinzătoare

pentru a îngloba întreg echipamentul enzimatic şi molecular necesar vieţii.

Limita superioară de mărime este corelată cu raportul suprafaţă/volum, având în

vedere că toţi nutrienţii trebuie să pătrundă în celulă, în timp ce produşii de catabolism

trebuie să fie eliminaţi. Dacă dimensiunile unei celule cresc, volumul creşte mai rapid (la

cub în raport cu raza celulei), iar din cauza acestui dezechilibru, celula nu poate îngloba

nutrienţi şi nu poate elimina substanţele reziduale în acord cu necesităţile crescute ale

volumului celular mărit.

Dimensiunea celulei bacteriene apare ca o condiţie obligatorie pentru creşterea

şi multiplicarea lor rapidă, conferindu-le un mare avantaj biologic în natură, deoarece

celulele mari au nevoie de mult timp pentru pătrunderea nutrienţilor în celulă şi

metabolizare.

34

4.2. Forma bacteriilor

Forma celulei bacteriene este, la fel ca şi dimensiunile ei, o caracteristică

determinată genetic, deci stabilă intraspecific. În ceea ce priveşte forma, în lumea

bacteriană există o mare diversitate.

Deoarece forma bacteriilor este dificil de apreciat în mod direct, în mediile

naturale şi poate fi influenţată de o serie de factori (vârsta culturii, compoziţia mediului

etc.), s-a convenit că forma bacteriilor – criteriu taxonomic foarte important – să fie

apreciată în culturi tinere, în faza de creştere activă, în condiţii optime de temperatură,

O2, pH.

Există câteva tipuri morfologice de bază în ceea ce priveşte forma celulei

bacteriene, şi anume: bacterii sferice, cilindrice, spiralate, filamentoase şi pătrate; în

cadrul fiecărui tip morfologic există însă o anumită variabilitate care face posibilă

împărţirea acestor tipuri în subtipuri.

Diversitatea morfologică a bacteriilor reprezintă, de cele mai multe ori, o strategie

de supravieţuire. Diversitatea formelor poate fi exprimată prin anumite funcţii: bacteria

sferică are raportul S/V foarte mic, fiind avantajată de mediul bogat în nutrienţi. Opus

acestui caz, într-un mediu sărac în materii organice, bacteriile sub formă bacilară (o

suprafaţă mai mare) vor capta mai uşor elementele nutritive dispersate.

De asemenea, se constată o legătură şi între forma bacteriilor şi proprietăţile

hidrodinamice: bacteriile sferice sunt frecvent mobile, pe când cele adaptate la

alunecare sunt bacilare; leptospirele (au forme spiralate) sunt eficace în deplasarea în

medii relativ vâscoase.

Cu alte cuvinte, marea variabilitate a formei bacteriilor corespunde adaptării

fiecăreia unei nişe ecologice specifice.

4.3. Organizarea celulei bacteriene

Datorită dimensiunilor foarte mici şi particularităţilor fizico-chimice ale structurilor

componente, ultrastructura celulei bacteriene a fost mult timp dispersată şi chiar

contestată.

Totuşi, prin perfecţionarea tehnicilor de studiu, cu deosebire de cito...

macroscopie electronică, s-a reuşit descrierea constituienţilor structurali ai celulei

35

bacteriene, luând ca reper peretele celular, aceşti constituienţi pot fi grupaţi în două mari

categorii:

- structuri intraparietale: membrana plasmatică, mezonius citoplasma,

nucleoidul, ribozomii, sporul, aparatul fotosintetic, incluziunile,

vacuolele etc.;

- structuri extraparietale: capsula, stratul mucos, spinii, flagelii,

fimbriile şi plii.

4.3.1. Peretele celular

Peretele celular delimitează celula bacteriană, având o consistenţă rigidă şi fiind

bine definit structural.

Peretele celular, datorită indicelui de refracţie mic, este greu vizibil, sau invizibil

la celulele vii examinate la microscop; el poate fi pus însă în evidenţă prin colorare

selectivă sau prin examinare la microscopul electronic. Cu cât celulele sunt mai tinere,

cu atât citoplasma este mai abundentă, compactă şi omogenă, iar peretele celular mai

intim aderat la conţinutul celular subiacent. În schimb, peretele celular devine evident,

fiind depărtat de citoplasmă şi uşor vizibil, la celulele bătrâne sau în curs de liză.

Peretele celular izolat are aspectul unui sac gol care conservă forma bacteriei din

care provine, având o grosime de 15-35 nm, rar (Lactobacillus acidophilus) ajungând la

80 nm. Această structură anatomică bacteriană are funcţii şi structuri diferite, ca urmare

a necesităţilor adaptative caracteristice. Spre exemplu, o bacterie care trăieşte în mediul

acvatic trebuie să reziste unei presiuni mai mari asupra citoplasmei, să aibă mijloacele

de fixare pe un anumit suport; o bacterie parazită intracelular nu are însă nevoie de un

perete celular rigid pentru a se proteja de şocurile osmotice.

În funcţie de structură şi de compoziţie chimică şi pe baza unei coloraţii puse la punct de

dr.Christian Gram, pereţii celulari aparţin la trei categorii, respectiv Gram pozitiv, Gram

negativ sau acidorezistent; am drept constituient comun peptidoglicanul, dar se

deosebesc în ceea ce priveşte raportul, natura şi cantitatea proteinelor, a polizaharidelor

şi lipidelor.

Unele bacterii sunt lipsite, în mod excepţional de peretele celular; aici se

încadrează:

- mycoplasmele – lipsa peretelui celular este specifică;

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

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

sintetiza peretele celular

36

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

domestice.

- sunt procariote lipsite de perete celular, singura lor protecţie fiind

membrana citoplasmatică;

- trăiesc ca paraziţi obligaţi în ţesuturile şi fluidele omului şi

animalelor;

- au un pleomorfism accentuat, respectiv o mare instabilitate

morfologică;

- subbacterii Gram negative, insensibile la penicilină;

- produc infecţii ale aparatului respirator (Mycoplasma pneumoniae)

şi urinar (Ureaplasma irealyticum)

a) protoplaştii şi sferoplaştii – reprezintă ansamblul structurilor celulare rămase dintr-o

bacterie Gram-pozitivă, după îndepărtarea integrală a peretelui celular sub acţiunea

lizozimului;

- se menţine ca formaţiune sferică păstrând, în general, proprietăţile

şi activităţile vitale ale celulei din care provine;

- nu mai este capabil de refacerea peretelui celular;

- funcţia de barieră osmotică este preluată de membrana

citoplasmatică;

- la bacteriile Gram negative, în medii hipertonice celula lipsită de

peretele celular se transformă în sferoplast – echivalent cu

protoplastul, înconjurat de constituienţii peretelui celular care au

rezistat la acţiunea lizozimului.

Semnificaţia biologică a peretelui celular este următoarea:

- determină forma bacteriilor şi asigură susţinerea mecanică a celulei;

- asigură protecţia faţă de şocul osmotic; fără suportul rigid al

peretelui celular, membrana plasmatică nu ar putea rezista

- acestei presiuni interne şi nici nu ar asigura protejarea

protoplastului;

- participă la procesul de creştere şi diviziune celulară prin procese

de biosinteză localizată în zona septurilor transversale;

- conţine enzime autolitice capabile să atace structura glicopeptidului

în cazul sporulării, al eliberării sporului prin liza sporangelui, al

germinării, precum şi în biosinteza peretelui celular;

37

- este sediul unor enzime de transport specifice (vitamina B12,

maltoza, maltodextrine) şi este implicat în înglobarea unor

bacteriocine şi în adsorbţia unor fagi.

- Acţionează ca o barieră impermeabilă pentru moleculele hidrofobe,

potenţial nocive pentru celulă, dar permite, în acelaşi timp intrarea

în celulă a unor compuşin precum: oligopeptide, oligozaharide etc.

- Asigură patogenitatea bacteriei – prin intermediul lipopolizaharidelor

prezente în peretele celular al bacteriilor Gram negative; se

presupune că peretele celular al bacteriilor este sediul

determinanţilor antigenici care induc rezistenţa celulei bacteriene la

fagocitoză şi virulenţa acestora.

4.3.2. Membrana plasmatică (citoplasma) şi spaţiul periplasmic

Membrana citoplasmatică este o formaţiune structurală ce acoperă de jur

împrejur citoplasma bacteriană şi separând-o de peretele celular.

Poate fi pusă în evidenţă şi la microscopul fotonic după o colorare selectivă cu

albastru Victoria, sau chiar fără colorare la bacteriile vii examinate în câmă întunecat.

Examinată la microscopul electronic ea apare ca o formaţiune triplu stratificată,

cu o grosime de 7,5-10 nm şi reprezintă principalul punct de contact cu mediul celular şi

elementul de legătură cu mediul exterior.

Membrana citoplasmatică bacteriană conţine proteine şi lipide în proporţie variabilă;

lipidele sunt reprezentate de fosfolipide – şi joacă un rol important în menţinerea

integrităţii membranei. De asemenea, ea mai conţine glicolipide şi o cantitate mică de

acizi graşi, precum şi două categorii de proteine (periferice şi intrinsece sau integrate).

Deseori, la suprafaţa externă a membranei plasmatice sunt ataşate glucide.

În concluzie, membrana citoplasmatică este o structură foarte organizată, cu o

arhitectură asimetrică flexibilă, dinamică şi care are următoarea semnificaţie biologică:

- reprezintă singura suprastructură citoplasmatică permanentă a

celulei bacteriene cu rolul de a delimita spaţiul intracelular; nu

reprezintă însă o graniţă fizică inertă ci o structură funcţională

capabilă să asigure o deosebire netă între interiorul şi exteriorul

celulei;

- este bariera osmotică – fără de membrană citoplasmatică celula s-

ar liza, însă aceasta îi conferă elasticitate şi rezistenţă la gonflare;

38

aplicaţii practice ale acestui fenomen în conservarea alimentelor

sunt: suprasărăturarea şi deshidratarea;

- controlează schimburile celulare – astfel se asigură aprovizionarea

celulei cu hrană şi eliminarea deşeurilor rezultate din activitatea

metabolică a acesteia; are o ermabilitate selectivă, schimburile între

mediul extern şi cel intern efectuându-se prin membrana

citoplasmatică, fie direct prin difuziune, prin porii din reţeaua ei

moleculară sau prin transport activ cu ajutorul unor enzime şi a unor

transportori.

- este sediul endocitozei cmembranei citoplasmatice se formează o

veziculă prin care se ingerează lichide (pinocitoza) sau solide

(fagocitoza);

- este sediul unor procese metabolice – fie care categorii de molecule

din membrana citoplasmatică participă la un tip particular de

activitate;

- este locul de fixare a organitelor responsabil cu deplasarea

bacteriilor – flagelii;

- locul de recepţionare a mesajelor chimice sau fizice prin intermediul

unor molecule receptoare specializate, care asigură intervenţia

celulei în fenomenele de chimiotaxie

4.3.3. Citoplasma bacteriană

Reprezintă cea mai mare parte a protoplastului, fiind înconjurată de o membrană

citoplasmatică.

Din punct de vedere al organizării, citoplasma bacteriană nu are o organizare

definită (întâlnită la eucariote) ci este un sistem coloidal complex, alcătuit din proteine,

glucide, lipide, apă şi substanţă minerale.

În interiorul citoplasmei se găsesc: materialul nuclear, incluziunile, vacuolele şi

ceilalţi constituienţi ai protoplastului.

O caracteristică a citoplasmei bacteriene este prezenţa unei mari cantităţi de

ARN, ceea ce ar explica bazofilia ei intensă, mai evidentă la celulele tinere.

4.3.4. Aparatul nuclear („nucleul”)

Spre deosebire de celulele eucariote care au un nucleu cu o structură bine

definită, mărginit de membrană şi conţinând un număr definit de cromozomi, „nucleul”

bacterian reprezintă o formă primitivă de organizare, lipsităde membrană inclavată

39

direct în citoplasmă şi fără a suferi modificări de tip mitotic în cursul ciclului de diviziune

(tip procariot).

Se denumeşte: aparat nuclear, nucleoid, nucleozom prin analogie cu structura

echivalentă a celulelor eucariote.

Punerea în evidenţă a „nucleului” la bacterii a fost îngreunată de prezenţa ARN

în citoplasmă în cantitate mare, care maschează ADN din nucleu, chiar şi atunci când se

folosesc coloranţi b Aparatul nuclear al bacteriilor este constituit din fibre de ADN

bicaternar care formează un cromozom unic circular, cu o lungime de maximum 1 nm;

cromozomul bacterian reprezintă circa 2-3% din greutatea celulară şi ocupă mai puţin de

10% din volumul celular. S-a evaluat că aparatul nuclear bacterian conţine aproximativ

2000 de gene.

Semnificaţia biologică este:

- poartă în structura sa întreaga informaţie genetică esenţială pentru

existenţa unei celule;

- determină şi arhitectura celulei bacteriene, ereditatea şi capacitatea

de evoluţie a acesteia.

4.3.5. Ribozomii

Sunt particule nucleoproteice intracitoplasmatice de formă sferică, având

diametrul de 20-30 nm, având aspectul unor particule uniforme care dau aspectul

granulat specific al citoplasmei.

Sunt particule complexe, alcătuite din proteine şi ARN, toţi ribozomii bacterieni

fiind identici. În faza de creştere activă în citoplasma celulelor bacteriene se găsesc

1500-100.000 particule ribozomale, a căror mărime şi stabilitate sunt dependente de

concentraţia de Mg2+ şi K+.

Unii ribozomi înoată liberi în citoplasmă, în timp ce alţii apar ca legaţi de faţă

internă a membranei plasmatice.

Semnificaţia biologică a ribozomilor este:

- sunt componenţi esenţiali ai sistemului de traducere a informaţiei

genetice, reprezentând adevărate „fabrici” de proteine;

- la nivelul lor se desfăşoară un ansamblu de reacţii ce formează

ciclul ribozomal

- în cursul procesului de biosinteză ribozomii individuali au tendinţa

de a se grupa (4-50 elemente) formând polisomi, care conferă o

eficienţă crescută procesului de biosinteză a proteinelor.

40

4.3.6. Aparatul fotosintetic

Este reprezentat de un complex de structuri membranoase care participă la

procesul de conversie al energiei luminoase în energie chimică.

La celulele eucariote aparatul fotosintetic este localizat într-o structură denumită

cloroplast – delimitat de membrană; la celulele procariote el este mai puţin evident şi

este localizat în membrana plasmatică sub forma unor vezicule şi sisteme lamelare – din

acest motiv membrana plasmatică a bacteriilor este inclusă ca etitate structurală a

aparatului fotosintetic.

Se pot distinge mai multe tipuri morfologice de structuri interne cu rol în

realizarea proceselor fotosintetice ale bacteriilor.

a) la bacteriile purpurii sulfuroase (Thiorhodaceae) – componentele aparatului

fotosintetic iau naştere din membrana citoplasmatică puternic invaginată şi

pătrund mult în citoplasmă; sunt sub formă veziculară, tubulară, lamelară în

pachete sau fascicule;

b) la cianobacterii – aparatul fotosintetic se prezintă sub forma unui sistem de saci

membranoşi turtiţi – tilacoizi – iar „antena” care captează lumina este

reprezentată de ficobiliproteine (un şir de granule ataşate la suprafaţa

membranei externe a tilacoizilor);

c) la bacterii filamentoase (excepţie genul Heliothrix) şi lacele sulfuroase, receptorii

pigmentari sunt localizaţi în nişte structuri ovoidale, lenticulare, ataşate la

suprafaţa internă a membranei, denumiţi clorosomi.

4.3.7. Incluziunile celulare

În citoplasma bacteriană apar, la sfârşitul perioadei lor de creştere activă,

formaţiuni structurale inerte denumite incluziuni; acestea se formează în condiţiile

încetării creşterii sau a inhibării ei ca urmare a epuizării unui anumit factor limitativ sau a

prezenţei unui agent inhibitor – condiţii frecvente în mediile sărace în elemente nutritive.

În funcţie de compoziţia chimică incluziunile se clasifică în:

a) polimeri organici – glicogen, amidon;

b) polimeri anorganici – polimetanfosfatul;

c) incluziuni anorganice simple – granule de carbonat de calciu şi sulf coloidal.

După structura lor, pusă în evidenţă cu ajutorul electronografiilor, incluziunile

sunt de două tipuri:

a)incluziuni înconjurate de membrane (poli-b-hidroxibutirat, de sulf, carboxizomii);

b)incluziuni neînconjurate de membrane (granule de glicogen, volutină, cianoficină etc.).

41

4.3.8. Vacuolele

Vacuolele sunt formaţiuni sferice cu diametrul cuprins între 0,3-0,5 m, care apar

în citoplasma bacteriană în perioada ei de creştere activă. Conţin diferite substanţe

dizolvate în apă, la exterior fiind înconjurat deonoplast – înveliş lipoproteic alcătuit dintr-

un singur strat.

Ca număr, vacuolele diferă în funcţie de mediu de cultură, în mod obişnuit

numărul lor fiind cuprins între 6-20/celulă.

Prezenţa vacuolelor în celulă constituie obiect de dispută între cercetători: unii

consideră că ele sunt o entitate permanentă (vacuom), fiind indispensabile celulei

bacteriene, în timp ce alţii le consideră structuri temporare care apar „de novo” sub

influenţa condiţiilor de mediu.

Semnificaţia biologică este aceea că vacuolele îndeplinesc rolul de reglatori ai

presiunii osmotice în raport cu mediul extern sau acela de depoziţie de substanţe de

rezervă în perioada premergătoare formării incluziunilor.

Există însă trei tipuri de procariote fotosintetice care prezintă vacuole cu gaz:

algele albastre-verzi, bacteriile purpurii şi halobacteriile; vacuole cu gaz apar şi la genul

Clostridium.

Aceste vacuole cu gaz sunt formate dintr-un număr mare de agregate cilindrice,

mărginite de o membrană exterioară lipsită de lipide, dar formată dintr-o singură proteină

mică; subunităţile proteice se asamblează pentru a constitui un cilindru rigid, gol pe

dinăuntru şi impermeabil la apă dar permeabil pentru gazul atmosferic.

Semnificaţia biologică a acestor vacuole cu gaz este aceea că, având o densitate

globală mai mică decât apa plutesc la suprafaţa acesteia, ele fiind un dispozitiv celular

care permite bacteriilor acvatice imabile să-şi modifice poziţia într-o coloană verticală de

apă, mecanism care funcţionează cu eficienţă, vacuolele având în acelaşi timp un efect

de dispersie a luminii apărând structurile fotosensibile la expunerea la intensităţi

dăunătoare de lumină.

4.3.9. Sporul

Sporii sunt forme latente de evoluţie pe care le-au adoptat anumite bacterii

pentru a putea supravieţui într-un mediu ostil, adoptând condiţii mai propice de viaţă

activă.

Sporogeneza reprezintă un caracter de specie, cu valoare taxonomică

importantă la bacteriile din familia Bacillaceae; este excepţională la coci (Sporosarcina

42

ureae) şi apare ca o structură constantă la bacteriile anaerobe aparţinând genului

Clostridium şi facultativă la bacteriile aerobe din această familie.

Cea mai cunoscută şi frecventă formă de rezistenţă la bacterii este endosporul –

prezintă un interes deosebit pentru microbiologia industrială şi cea medicală, datorită

rezistenţei acestei forme la diferite tratamente chimice şi fizice de dezinfecţie.

Endosporul prezintă şi un interes teoretic considerabil; formarea endosporului

este un subiect de cercetare asupra sintezei unor structuri biologice complexe.

Semnificaţia biologică a sporului şi a sporogenezei este următoarea:

- ca alternativă a creşterii vegetative reprezintă una din strategiile de

adaptare a celulelor procariote la un mediu sistematic schimbător şi

care adesea fluctuează între limite ce depăşesc condiţiile normale de

creştere;

- sporul este o formă de viaţă latentă, capabilă de o îndelungată

supravieţuire, dotat cu capacitatea de a reveni la faza de creştere

vegetativă în condiţii de mediu corespunzătoare;

- sporul se comportă ca o formă de rezistenţă care păstrează intacte

toate caracterele genotipice ale formei vegetative originare şi le

transmite, ca atare, celulei rezultate din germinarea lui;

- Sporii au o mare rezistenţă la căldură, tolerând chiar expuneri la 120°C,

suportând contactul îndelungat cu unele substanţe antibacteriene;

- Datorită marii lui rezistenţe şi lipsei aproape complet de metabolism,

sporul are o longevitate foarte mare, asigurând supravieţuirea speciei în

natură (ex. B.anthraces rezistă 70 ani, unele bacterii saprofite din

conservele alimentare 14 ani).;

- Endosporul bacterian reprezintă, în esenţă, o formă obligatorie de

conservare a speciei şi nu de reproducere;

- Sporogeneza reprezintă un model foarte adecvat pentru studiul şi

înţelegerea mecanismelor ce determină procesele de diferenţiere

celulară;

Structurile extraparietale ale celulei bacteriene sunt reprezentate de: capsula şi

stratul mucos, flagelii, cilii, pilii şi fimbriile.

4.3.10. Capsula şi stratul mucos

43

În anumite condiţii de mediu, unele bacterii au proprietatea de a elabora un

material macromolecular, gelatinos, denumit capsulă.

Capsula nu joacă un rol vital în existenţa bacteriilor, dar, elaborarea substanţelor

capsulate este favorizată de mediu.

Substanţele capsulare reprezintă suportul unor proprietăţi fiziopatologice şi

imunologice şi joacă un rol important în asigurarea puterii patogene a bacteriei, aceste

substanţe fiind deci, factori de virulenţă bacteriană. Ele împiedică apărarea organismului

gazdă să se manifeste, protejând bacteria împotriva fagocitozei datorită

chimiotactismului negativ manifestat faţă de leucocite şi macrofage.

Capsula apare la microscop ca un halou incolor în jurul celulei bacteriene;

dimensiunile ei variază foarte mult în raport cu corpul bacterian, fiind lipsită de o

membrană morfologic diferenţiată.

Capsula este strâns aderentă de peretele celular, are o afinitate slabă pentru

coloranţi şi este puţin opacă pentru electroni; în consecinţă capsula nu apare clar sau

este chiar invizibilă la microscopul electronic.

Stratul mucos este însă o masă amorfă neorganizată ale cărei componente

vâscoase se dispun fără semnificaţie anatomică în jurul celulei bacteriene.

Prezenţa stratului mucos şi a capsulei dă culturilor pe medii lichide un caracter vâscos,

datorită difuzării în mediu a unora dintre substanţele capsulare. Pe medii solide coloniile

au un aspect umed, lucios, mucoid.

Din punct de vedere al compoziţiei chimice, capsula şi stratul mucos sunt, în

general, de natură polizaharidică, fapt care explică şi consistenţa vâscoasă cât şi

refringenţa caracteristică.

Unele bacterii pot elabora simultan atât un strat mucos cât şi o capsulă, cele

două tipuri de formaţiuni conţinând polizaharide cu compoziţii chimice diferite. Uneori,

compoziţia chimică a capsulei este corelată cu specificitatea antigenică a celulelor

respective şi permite diferenţierea lor serologică în scop de diagnostic.

- capsula nu este parte integrantă din celula bacteriană, ci un

produs inert, care rezultă din activitatea ei metabolică şi care poate

fi îndepărtat fără ca viaţa celulei să sufere;

- datorită proprietăţilor sale higroscopice capsula protejează celula de

desicaţie;

- reprezintă un rezervor pentru stocarea substanţelor nutritive sau a

celor rezultate din metabolism;

44

- la bacteriile patogene are un rol protector faţă de acţiunea

fagocitelor direct, prin împiedicarea adeziunii la suprafaţa

leucocitului, sau indirect prin efectul antifagocitar al substanţelor pe

care le conţine;

- bacteriile capsulate au deci, o mai mare virulenţă pentru om şi

animale, iar pierderea capsulei poate determina pierderea virulenţei.

4.3.11. Flagelii

Multe specii bacteriene sunt capabile să se deplaseze în mediu lichid sau

semilichid datorită unui aparat locomotor. Prezenţa mobilităţii este un criteriu de

departajare pentru grupuri de bacterii, familii, genuri sau chiar specii. În general, cocii

sunt mai rar mobili faţă de bacili.

Deşi mecanismul mişcării nu este cunoscut, primul tip de mobilitate descris la

bacterii este cel realizat prin intermediul flagelilor. Este vorba despre o adaptare, un mod

de deplasare spre zone mai bogate în nutrienţi, bacteriile părăsind zonele unde aceştia

s-au epuizat.

Flagelii sunt structuri filamentoase subţiri, flexibile şi fragile, de formă helicală, cu

spire de amplitudine neuniformă. Lungimea lor poate atinge 10 mm (de 10 ori lungimea

bacteriei), cu un diametru de 20 nm. Ei sunt mai lungi la celulele bătrâne şi la cele care

trăiesc în mediile lichide, iar la aceeaşi celulă pot avea lungimi diferite; pot fi uneori

acoperiţi de o teacă de înveliş (Vibrio).

Semnificaţia biologică a flagelilor constă, în primul rând, în faptul că asigură

mişcarea bacteriilor flagelate.

Flagelii au rol şi în tactism atât faţă de fotostimulatori cât şi faţă de excitanţii

chimici.

Rolul flagelilor în declanşarea şi evoluţia infecţiei nu este clar, deoarece

variantele aciliate ale bacteriilor patogene sunt capabile să reproducă infecţia

4.3.12. Pilii şi fimbriile

Bacteriile Gram negative posedă, uneori, apendici scurţi, filiformi, mult mai fini

decât flagelii şi care nu sunt implicaţi în mişcare. Evidenţiaţi graţie microscopiei

electronice se denumesc fimbrii (Dinguid, 1955) – ceea ce în limba latină înseamnă

filament sau fibră, iar pentru cea de-a doua categorie termenul de pili (Brinton, 1959) ce

înseamnă în limba latină păr.

Pilii sunt apendici filamentoşi flexibili prezenţi pe suprafaţa celulelor (E.coli,

Salmonella typhimurium etc.). Mărimea lor este de ordinul a 10 microni, iar ca număr

45

sunt per celulă circa 1-10. Ei sunt implicaţi în transferul ADN între bacteriile mascule şi

femele, deci sunt apendici cu funcţii sexuale.

De asemenea, bacteriofagii fixează specific la începutul ciclului lor de

reproducere la nişte receptori prezenţi pe pilii de sex. Unele bacterii din sol formează

grupări în formă de stea datorită legării lor prin intermediul pililor. Este probabil ca în

aceste grupări ar avea loc şi procese de conjugare.

Pierderea pililor prin mutaţie ar putea avea drept consecinţă deci, dobândirea

rezistenţei faţă de infecţia cu fagii respectivi.

Fimbriile sunt apendice filamentoase aparent rigide, a căror sinteză este

controlată genetic; numărul lor variază între 1 şi 1000/celulă.

Ele sunt scurte (1 micron lungime), cu diametrul deprins între 3-14 nm, fiind

alcătuite în exclusivitate dintr-un număr variabil de subunităţi identice alcătuite din

fimbrilină – resturi de aminoacizi asamblaţi după o simetrie helicală.

Prezenţa fimbriilor este în raport direct cu proprietăţile hemaglutinante ale

bacteriei şi cu puterea lor de adeziune la suprafaţa altor celule.

Ca şi pilii, fimbriile rămân legate de protoplaşti şi sferoplaşti, după îndepărtarea

peretelui celular, ceea ce demonstrează originea lor intracelulară.

Există două tipuri morfologice de fimbrii: sub formă de bastonaşe de 5-7 nm

diametru, rigide şi sub formă de fibre flexibile de 2-3 nm diametru; la bacteriile Gram

negative fimbriile sunt o apariţie constantă, în timp ce bacteriile Gram pozitive au rar

asemenea formaţiuni (Corynebacterium şi Actinomycetes).

Semnificaţia biologică a fimbriilor este aceea că, prezenţa lor conferă unele

avantaje biologice legate de creşterea suprafeţei active în absorbţia de substanţe

nutritive.

Fimbriile pot servi ca organite de transport ale unor metaboliţi importanţi, probabil

macromoleculari.

Uneori pot determina formarea unor „pelicule” de bacterii reunite cu ajutorul

fimbriilor la suprafaţa unor ape stagnante, slab oxigenate în profunzime (bacterii

saprofite).

4.3.13. Spinii

Spinii sau spiculele bacteriene sunt apendici pericelulari rigizi, tubulari, prezenţi

la anumite bacterii Gram negative. Denumirea lor (lb.latină spina = spin) este dată de

aspectul lor observat la microscopul fotonic.

46

Sunt în număt variabil de la 1 la 15, distribuiţi pe celulă aparent la întâmplate,

perpendicular pe suprafaţa bacteriilor.

Spinii sunt alcătuiţi dintr-un filament helical cu secţiunea de circa 12 nm, iar

lungimea variabilă cuprinsă între 1-3 m.

Spinii sunt legaţi de suprafaţa membranei externe a peretelui celular, care are o

structură absolut normală, prin intermediul unor proteine.

Spinii pot fi detaşaţi foarte uşor prin tratare cu proteaze sau prin agitare.

Compoziţia chimică a spinilor este proteică – molecule de spinină, având

aminoacizi similari cu flagelina (din flageli) sau pilina (din pili). Spinina este alcătuită la

rândul sau din subunităţi morfologice (oligomere) lungi de 11 nm şi late de 5,6 nm.

Până la ora actuală, semnificaţia biologică a spinilor nu este cunoscută.

4.4. Creşterea bacteriilor

Ĩn general, prin creştere se înţelege procesul biologic care determinã mãrirea în

timp, a dimensiunilor spaţiale şi a volumului unui organ sau organism (în ontogenezã),

ca rezultat al metabolismului de biosintezã care faciliteazã adãugarea de substanţã

nouã. Acest fenomen este vizibil la organismele pluricelulare şi mai puţin pregnant la

bacterii. De aceea, noţiunea de creştere bacterianã are douã înţelesuri:

- creşterea propriu-zisã (mãrirea volumului celular)

- sporirea numãrului de indivizi într-o populaţie (multiplicare).

Creşterea propriu-zisã la bacterii constã în sintetizarea din mediu a unor

substanţe nutritive noi, identice cu constituenţii celulei. Acest proces este controlat

genetic.

Nu orice mãrire a volumului celular este o consecinţã a creşterii normale. Ea

poate fi determinatã şi de acumularea de substanţe de rezervã şi de mãrirea accentuatã

a conţinutului în apã a celulelor. La un moment dat, creşterea sisteazã şi urmeazã

diviziunea sau multiplicarea bacteriilor.

Creşterea bacteriilor poate fi influenţatã de numeroşi factori de mediu:

temperaturã, pH, luminã, presiunea hidrostaticã, condiţiile osmotice, oxigenul, precum şi

de compoziţia chimicã a mediului.

4.5. Multiplicarea bacteriilor

47

Acest fenomen se poate realiza prin diviziune directã (simplã sau binarã),

înmugurire, fragmentare, spori (de propagare).

a) Multiplicarea prin diviziune

Diviziunea directã este forma cea mai frecventã de multiplicare a bacteriilor şi

constã în scindarea celulei-mamã în douã celule-fiice, adesea identice (diviziune

izomorfã) şi mai rar inegale (diviziune heteromorfã). La bacilli şi spirili, diviziunea se

face frecvent în plan perpendicular pe axul longitudinal al celulei, iar la coci dupã 1,2

sau 3 planuri perpendiculare succesive, ceea ce face posibilã o grupare caracteristicã a

celulelor-fiice.

Dacã la unele bacterii Gram-pozitive etapele diviziunii celulare sunt vizibile, la

cele Gram-negative existã încã unele controverse, mecanismul diviziunii nefiind încã

bine cunoscut.

Cert este cã diviziunea directã se desfãşoarã în douã moduri: prin strangulare

sau prin formarea unui sept transversal. In ambele cazuri, prima etapã a celulei o

constituie diviziunea nucleului.

Intre douã diviziuni, întreaga masã de constituenţi celulari, inclusiv ADN îşi

dubleazã conţinutul, iar cei doi corpi nucleari se despart unul de altul.

b) Multiplicarea prin înmugurire

Acest tip de multiplicare este caracteristic numai unor specii de bacterii şi constã în

formarea de cãtre celula-mamã, pe suprafaţa ei, lateral sau terminal, a unei

protuberanţe în formã de mugure, mai mica decât ea, în care migreazã constituenţii noii

celule sau în care vor fi sintetizaţi de novo. Mugurele format creşte treptat şi, când

ajunge la o anumitã mãrime, se separã de celula-mamã.

Procesul de diviziune care duce la separarea mugurelui este, în esenţã, similar

cu cel al diviziunii simetrice. Deosebirile între ele constau în faptul cã înmugurirea este

o diviziune asimetricã, în urma cãreia rezultã douã celule “mama şi fiicã”, una bãtrânã şi

alta imaturã, în loc de douã celule-surori imature.

c) Multiplicarea prin fragmentare

A fost observatã la cele mai multe actinomicete (filamentoase cu ramificaţii adevãrate)

şi constã într-o diviziune multiplã a bacteriilor care în ciclul de creştere au o perioadã

hifalã cenociticã, când hifa se alungeşte, La un moment dat apare la mijlocul hifei primul

sept transversal şi apoi altele de-a lungul filamentului, rezultând mai multe fragmente

48

scurte, egale, ale cãror extremitãţi devin situsuri de creştere, facilitând astfel formarea

de noi celule bacteriene..

d) Multiplicarea prin spori

Aceastã multiplicare a fost studiatã la actinomicetele care formeazã exospori

sau spori de dispersare de tip asexuat, dispuşi deseori pe hifele aeriene în lanţuri de

diferite lungimi sau în vezicule sporale speciale (sporangii).

La unele actinomicete hifele sporulente care formeazã exospori sunt învelite într-

o teacã extracelularã independentã de transformãrile peretelui sporoforului.

Exosporii se formeazã prin fragmentarea hifelor, datoritã apariţiei unor septuri

transversale care cresc inelar sau se invagineazã. Dupã o serie de modificãri structurale

are loc maturarea sporilor şi formarea structurii interne. Urmeazã apoi ruperea tecii, care

a acoperit sporii în timpul formãrii lor şi eliberarea sporilor în vederea dispersãrii lor.

In general, o celulã-mamã nu formeazã mai mult de patru celule-fiice care sunt

imature în momentul formãrii lor, comparativ cu celula-mamã care suferã un proces de

“îmbãtrânire”.

Viteza de multiplicare este determinata genetic, de aceea variazã de la o specie

la alta. In cadrul aceleiaşi specii, poate fi influenţatã de condiţiile de mediu.

Durata unei generaţii este minima când condiţiile de culturã sunt optime.

Aceastã proprietate de multiplicare rapidã a bacteriilor explicã supravieţuirea lor

în naturã, adesea în condiţii de mediu nefavorabile. Ea se datoreazã, printre altele,

valorii foarte mari a raportului dintre suprafaţa celulei şi greutatea ei (de 400.000 de ori

decât la om).

4.6. Nutriţia bacteriilor

Nutriţia constã în totalitatea proceselor prin care bacteriile îşi asigurã necesitãţile

şi plastice, de sintezã a constituenţilor celulari, de activare a enzimelor şi a sistemelor

de transport. Nutriţia constituie un etalon de clasificare a bacteriilor care pot fi grupate

atât dupã sursa de energie cât şi dupã cea a materialelor plastice.

Funcţie de sursa de energie, bacteriile se clasificã dupã cum urmeazã:

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

(energie fotonicã);

chemotrofe (chemosintetizante), a cãror sursã de energie este obţinutã

în lipsa luminii, în urma unor reacţii de oxidoreducere a unor substanţe

exogene anorganice sau organice

49

Metabolismul energetic, în funcţie de natura compuşilor folosiţi ca donatori de electroni

oferã posibilitatea clasificãrii bacteriilor în:

litotrofe, bacterii care metabolizeazã substanţe anorganice;

organotrofe, bacterii care utilizeazã substanţele organice (inclusive ca

sursã de carbon).

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

aerobe, care necesitã prezenţa oxigenului;

anaerobe, cu acceptori finali anorganici diferiţi de oxigen;

de fermentaţie, bacterii care folosesc compuşii organici ca acceptori de

electroni.

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

urmeazã:

autotrofe, care îşi sintetizeazã toţi metaboliţii organici din substanţe

anorganice (bioxid de carbon, amoniac, apã, sãruri minerale), fiind

independente de orice sursã organicã de energie;

heterotrofe, cele a cãror dezvoltare este dependentã de prezenţa unor

substanţe organice. Bacteriile heterotrofe au un metabolism de tip

chemosintetic. Unele bacterii heterotrofe utilizeazã sa sursã de energie

exclusiv hidraţii de carbon (bacterii de fermentaţie) iar altele compuşii cu

azot (bacterii de putrefacţie). Existã şi bacterii cu nutriţie mixotrofã.

Richettsiile

Considerate iniţial ca un grup intermediar între bacterii şi virusuri, ricketsiile

aparţin indubitabil grupului bacteriilor cel puţin din următoarele considerente:

- organizare celulară de tip procariot;

- structura internă a constituienţilor tipic bacteriană;

- compoziţie chimică complexă;

- prezenţa activităţilor metabolice;

- multiplicarea prin diviziune;

- natura parazitismului diferită faţă de parazitismul absolut al virusurilor.

Filogenetic vorbind, rickettsiile au fost la origine paraziţi naturali ai artropodelor,

de la care au trecut apoi la mamifere şi om având ca vectori – vectorii hematofagi.

50

Din punct de vedere morfologic, celula tipică are formă de bastonaş cu

dimensiuni de 0,3-0,7 m x 1,5-2,0 m, fiind Gram negative; prezintă totuşi un

pleiomorfism accentuat, rickettsiile putând fi sub formă de coci izolaţi sau grupaţi în

perechi, cocobacili, filamente subţiri şi flexuoase.

Majoritatea speciilor sunt parazite sau simbioante; formele parazite se dezvoltă

la vertebrate în eritrocite şi în celule endoteliale, dar şi la artropodele hematofage (purici,

păduchi) care pot fi vectori sau gazde primare pentru aceste microorganisme. Există

însă şi specii nepatogene pentru mamifere, prezente în organismul artropodelor, la care

joacă rol de simbionţi.

Multiplicarea se realizează prin diviziune simplă transversală în citoplasma

celulelor, atât la vertebrate cât şi la artropode şi doar la anumite specii, la nivelul

nucleului (R.conorii). În general, multiplicarea rickettsiilor nu produce modificări majore

în celule, până în faza finală, când aceasta este distrusă.

Din punct de vedere sistematic, Bergey (1974) le include în ordinul Rickettsiales,

clasa Microtatobiotes, phylum Protophyta; sunt grupate în trei genuri: Rickettsia,

Rochalimaea, Cariella.

Importanţa practică este dată de faptul că produc rickettsioze, care sunt la om

boli febrile cu exantem.

Printre cele mai importante maladii amintim: tifosul exantematic, tifosul murin (de

şobolan), febra Q (tifos pulmonar). Agenţii patogeni ai acestor boli sunt transmişi la om

prin intermediul artropodelor vectoae, iar în cazul febrei Q în special pe care respiratorie,

digestivă şi transcutanată.

Chlamidiile

Sunt organisme procariote, parazite obligat în celula eucariotă, producând infecţii

la om şi animale.

Considerate iniţial virusuri, chlamidiile sunt bacterii deşi au un parazitism obligat

şi îşi menţin structura celulară procariotă de-a lungul întregului lor ciclu de viaţă.

Chlamidiile aparţin ordinului Chlamydiales, care are o singură familie

Chlamidiaceae şi un singur gen. Chlamydia, având două specii: C.Arachomates şi C

psittaci, dar cele două specii nu prezintă omologie genetică, fiind probabil derivate din

doi strămoşi diferiţi. Chlamidiile sunt bacterii cocoidale, lipsite de mobilităţi Gram

51

negative, cu dimensiuni cuprinse între 0,2-1,5 m. Conţin citoplasmă şi ribozomi, iar în

zona centrală conţin un nucleoid compact.

Genomul este alcătuit dintr-o moleculă de ADN circular închis, alcătuit din peste

600 gene (circa 25% din genomul E.coli). Ele conţin enzime pentru sinteza ADN, ARN şi

pentru metabolismul glucozei, dar sunt incapabile să producă compuşi macroergici

(ATP) pentru stocarea şi utilizarea energiei (sunt „paraziţi de energie”).

Chlamidiile nu se pot reproduce decât în vacuolele din citoplasma celulei gazdă,

acumularea lor face ca vacuolele dă devină mai mari şi vizibile chiar şi la microscopul

optic.

În privinţa patogenităţii, chlamidiile sunt importanţi agenţi patogeni la om şi

animale cu sânge cald: C.trachomatis produce uretrite, trahoame, conjunctivite, la om şi

la curcani, oi, pisici, papagali, invadând tractul lor intestinal, respirator sau genital, chiar

şi fătul în viaţa intrauterină. C.psittaci determină psittacoza şi ornitoze la om, păsări

sălbatice, domestice.

Recent a fost descoperită o nouă specie C.pneumoniae care provoacă

pneumonii la om, la ovine, porcine, bovine.

Micoplasmele

Micoplasmele reprezintă un grup de celule procariote mici, lipsite de peretele

celular, fiind delimitate doar de o membrană lipoproteică şi cu o compoziţie chimică

similară celulei animale. Reprezintă cele mai mici şi primitive forme capabile de creştere

autonomă pe medii acelulare.

Morfologia şi modul de multiplicare al micoplasmelor fac obiectul unor discuţii

contradictorii, derivată din faptul că, lipsite de peretele celular, ele au o plasticitate

naturală extrem de mare. La ora actuală se cunosc mai multe forme morfologice sferice-

cocoidale, filamentoase, sunt Gram negative, cu dimensiuni cuprinse între 125-250 mm

(sferice), până la 150 m la formele filamentoase.

Sunt imobile, dar unele sunt mobile prin alunecare pe suprafeţele acoperite cu

lichide; în general sunt anaerobe facultative, doar câteva fiind anaerobe obligate.

Pe un mediu de cultură gelozat, marea majoritate se dezvoltă formând colonii

caracteristice cu formă de „ouă ochiuri”.

Sistematica micoplasmelor: formează o clasă aparte Mollicutes (moli=moale,

cute= piele), cu două genuri Mycoplasma (creştere dependentă de prezenţa sterolilor în

mediu) şi Acholeplasma (se dezvoltă independent de sterili). Cele mai reprezentative

52

specii sunt: Mycoplasma pulmonis, M.hominis, M.mycoides, M.pneumoniae,

Spiroplasma sp.

Datorită structurii lor simple şi a activităţii biochimice limitate, micoplasmele

reprezintă modele experimentale foarte convenabile pentru studierea proceselor

biologice şi biochimice fundamentale, legate, în special, de structura şi funcţiile

membranelor.

Spirochetele

Sunt bacterii chemoheterotrofe caracterizate printr-o anatomie celulară

particulară şi o modalitate fără echivalent în lumea procariotelor.

Astfel, s-a constatat că unele specii de spirochete pot traversa câmpul

microscopic într-o fracţiune de secundă, ceea ce face dificilă examinarea lor în

preparate proaspete. Violenţa cu care se deplasează face să antreneze brusc în drumul

lor şi alte celule bacteriene sau chiar particule cu o masă superioară aceleia a propriului

corp; particularitate utilizată pentru decelarea prezenţei lor în sânge, la bolnavii infectaţi

cu unele specii patogene.

Celulele spirochetelor sunt de formă helicală, având drept principal component

structural cilindrul protoplasmic, alcătuit din constituienţii citoplasmatici şi nucleari fiind

înconjuraţi de membrana plasmatică şi peretele celular.

Dimensiunea celulei variază în funcţie de specie, între 0,1-0,2 x 5-6 m pentru

spirochete mici, până la 0,75-3x 500 m la cele mari.

Spirochetele sunt larg răspândite în natură: în apele din lacuri, râuri, mări şi

oceane, altele fac parte din flora indigenă a unor gazde eucariote (corpul unor

protozoare, interstiţiul termitelor, colonul mamiferelor). Aceste specii sunt nepatogene,

dar altele sunt patogene pentru om: Treponema pallidum (sifilis), Borrelia recurrentis

(febra recurentă), sau om şi animale: Leptospira canicola (leptospiroza).

Mixobacteriile

Mixobacteriile sunt microorganisme procariote care prezintă un ciclu de viaţă

cuprinzând secvenţe de dezvoltare complexă şi procese rudimentare (Zarnea, 1973).

Se deosebesc de alte tipuri de bacterii prin:

- natura mobilităţii asemănătoare cu cyanobacteriile şi bacteriile filamentoase;

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

- ciclu de viaţă care implică morfogeneza celulară şi colonială.

53

Celulele vegetative au forma unor bacili mici, cilindrici sau cu extremităţi ascuţite

şi au o structură celulară tip Gram negativă, fără flageli, inclavaţi într-un strat de mucus

consistent.

Mixobacteriile sunt organisme chemoheterotrofe, strict aerobe, care fac hidrolixa

extracelulară a unor macromolecule insolubile (amidon, celuloză, proteine) folosind

constituienţii acestora de creştere.

Unele sunt bacteriotrofe având proprietatea de a omorî şi liza bacterii şi alte

microorganisme (mucegaiuri, drojdii, alge), înainte de a face hidroliza constituienţilor lor.

Sunt răspândite în sol, pe materiale vegetale pe cale de descompunere, rolul lor

în natură fiind corelat cu proprietatea de a hidroliza macromolecule insolubile. Sunt şi

numeroase specii patogene producând îmbolnăviri masive în păstrăvării.

În concluzie, mixobacteriile reprezintă grupul de organisme cu tipul de

comportament şi ciclu de viaţă cel mai complex dintre toate procariotele.

Actinomicetele

Actinomicetele sunt un grup de bacterii filamentoase, ramificate, Gram-pozitive şi

caracterizate printr-o mare varietate de tipuri morfologice. Actinomicetele formează o

reţea ramificată de filamente care poartă denumirea de miceliu, motiv pentru care, multă

vreme au fost considerate ca făcând parte din categoria fungilor microscopici.

Prin caracteristicile generale, actinomicetele aparţin neîndoielnic lumii bacteriilor;

aceste caracteristici discriminatorii sunt:

- organizarea celulară de tip procariot;

- material genetic reprezentat de nucleoid, perete celular mureinic, absenţa

mitocondriilor şi a reticulului endoplasmic;

- prezenţa flagelilor de tip procariot la formele mobile;

- diametrul hifelor, structura şi dimensiunile constituienţilor interni diferite de ale

fungilor;

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

- sensibilitatea la fagi de tip bacterian (actinofagi) şi la acţiunea antibioticelor

ce inhibă bacteriile Gram pozitive;

- rezistenţa faţă de antibioticele strict antifungice.

54

Actinomicetele au o structură de colonie complexă, din micelii multinucleate,

ramificate. Forma actinomicetelor este, în general, alungită, filamentoasă, cu o tendinţă

de ramificare (monopodială, dihotomică sau verticilată), de unde aspectul lor de miceliu.

Hifele miceliului au un diametru de 0,5-2,0 nm şi o lungime de peste 20 nm,

prezentând o structură de tip procariot, corespunzător unor celule foarte lungi,

multinucleare, fără pereţi transversali în cursul creşterii vegetative. Numeroase

actinomicete au un miceliu aerian care se împrăştie pe suprafaţa substratului pe care se

dezvoltă şi care formează conidii. Sporii asexuaţi au un înveliş fin şi se numesc conidii

sau conidiospori şi se găsesc la extremităţile filamentelor. Dacă sporii sunt localizaţi în

sporange el se numeşte sporangiospor; sporii pot avea forme foarte variate şi se

dezvoltă prin separarea unor extremităţi ale filamentelor ca replică la apariţia unor

condiţii nefavorabile de viaţă (lipsa nutrienţilor). Sporii suportă bine deshidratarea, deşi

nu au o rezistenţă deosebită la căldură, având astfel, o valoare adaptativă deosebită.

Cele mai multe actinomicete sunt saprofite însol (la suprafaţă, dar şi în

profunzime) şi sunt frecvente în solurile uscate, alcaline, arate, în general în solurile

bogate în substanţe organice; de asemenea, actinomicetele se dezvoltă şi pe resturi

vegetale, plante, în apele lacurilor şi în nămol. Există însă şi specii parazite ale plantelor,

omului şi animalelor.

Actinomicetele nu sunt, în general, mobile, dar dacă este prezentă mobilitatea,

ea se concretizează prin prezenţa unor spori flagelaţi.

O particularitate a actinomicetelor este modul de nutriţie omnivor, permiţându-le

să se dezvolte pe substraturi organice dintre cele mai diferite. Practic, actinomicetele

încep să se dezvolte pe resturile vegetale după ce substanţele uşor asimilabile au fost

descompuse şi asimilate de predecesori: bacterii şi ciuperci.

Actinomicetele nu au nevoi speciale de substanţe nutritive şi de factori de

creştere; ele folosesc N în stare minerală, dar şi organică, C sub formă de acizi organici,

dextrine şi amidon. Capacitatea lor de a degrada substanţele organice dintre cele mai

complexe le conferă un rol important în natură, mai ales în descompunerea substanţelor

organice din nămoluri şi sol.

Taxonomia actinomicetelor are la bază o serie de proprietăţi, cum ar fi:

morfologia şi culoarea miceliului, a sporangilor, % G + C din ADN, compoziţia peretelui

celular, toate reflectând o gamă variată de diferenţe comparativ cu alte bacterii.

Astfel, actinomicetele aparţin ordinului Actinomycetales (Bergey, 1974),

principalele grupe fiind cuprinse în 8 familii: Actinomycetae, Mycobacteriaceae,

55

Frankiaceae, Actinoplanaceae, Dermatophilaceae, Nocardiaceae, Streptomycetaceae.

Micromonosporaceae; primele două familii nu formează micelii, se caracterizează prin

lipsa sporilor, pe când celelalte produc miceliu adevărat şi pot fi: simbionţi în noduli pe

rădăcinile plantelor şi fixatori de N molecular (Frankiaceae), precum şi saprofite sau

facultativ parazite.

Importanţa practică a actinomicetelor este următoarea:

- participă, în mare măsură, la procesele de degradare biologică şi

mineralizarea substanţelor organice, numeroase specii prezente în sol fiind

saprofite;

- actiomicetele se pot regăsi în simbioze (actinorize), cu specii de plante

superioare, participând la procesul de fixare biologică a azotului;

- sunt actinomicetele parazite care produc boli grave la om şi animale:

Mycobacterium tuberculosis (produce tuberculoza), Mycobacterium leprae

(lepra), Actinomycetes şi Nocardia (infecţii ale cavităţii bucale, organelor

interne), Dermatophylus şi Micromonospora (infecţii cutanate), dar şi

fitopatogene, producând boli ale plantelor (Str.scabies);

- reprezintă, prin speciile genului Streptomyces, cei mai activi producători de

antibiotice (peste 500 de antibiotice distincte separate până în prezent), peste

50% din actinomicetele izolate din natură produc substanţe antibiotice;

- au pretenţii nutritive reduse, având un echipament enzimatic complex ceea

ce le face utile în numeroase biotehnologii moderne: la degradarea unor

resturi vegetale din industriile alimentare, prelucrare a lemnului, cerealelor,

biosinteza unor vitamine la scară industrială etc.

Bacteriile fotosintetizante

Bacteriile fotosintetizante grupează bacterii de trei tipuri:

a) bacterii purpurii;

b) bacterii verzi;

c) cyanobacterii.

Bacteriile verzi şi bacteriile purpurii se grupează şi alcătuiesc bacteriile

fotosintetizante anoxigenice, iar cyanobacteriile alcătuiesc grupul bacteriilor

fotosintetizante oxigenice.

56

Bacteriile fotosintetizante anoxigenice – sunt incapabile a folosi apa ca sursă de

electroni; pentru a forma NADH şi NADPH ele utilizează molecule reduse: H2S, S, H2,

materii organice.

Cu alte cuvinte, bacteriile verzi şi cele purpurii nu produc oxigen şi formează

granule de sulf care se acumulează fie în interiorul celulelor (bacterii sulfutoase purpurii),

fie la suprafaţa celulelor (bacterii sulfuroase verzi). Bacteriile purpurii nesulfuroase

utilizează molecule organice ca sursă de electroni.

Bacteriile fotosintetizante oxigenice utilizează apa ca donor de electroni şi produc

oxigen în cursul fotosintezei.

Cel mai vast grup de bacterii fotosintetizante oxigenice îl reprezintă

Cianobacteriile.

Cianobacteriile sunt microorganisme cu o organizare de tip procariot, care

posedă un aparat fotosintetic similar din punct de vedere molecular, structural şi

funcţional celui din cloroplastul eucariotelor, posedând clorofila a şi fotosistem II

(fotosinteză oxigenică).

Cianobacteriile au formă sferică sau bacilară, cu dimensiuni cuprinse între 1-10

m; se află sub formă de celule izolate, asociaţii coloniale sau filamente, formele

filamentoase fiind cele mai complexe, prezentând două tipuri adiţionale de celule –

akineţii şi heterochiştii (rezultate prin diferenţierea celulelor vegetative).

În genomul cianobacteriilor există o moleculă de ADN dublu helicală, cu

dimensiuni variabile.

Tipică pentru cianobacterii este prezenţa granulelor de cianoficină (nu au fost

găsite la nici un alt grup de organisme), care apar sub forma unor granule mari,

refringente, vizibile la microscopul fotonic, de forma neregulat-sferoidală şi care se

acumulează în celulele vegetative în faza staţionară de creştere şi în akineţi.

Cianobacteriile sunt microorganisme fotoautotrofe aerobe şi folosesc energia

obţinută prin reacţii de fotosinteză producătoare de oxigen, pentru a face biosinteza

constituienţilor celulari pornind de la substanţele anorganice; sunt şi specii facultativ

chemoheterotrofe şi se pot dezvolta mult mai lent la întuneric, utilizând o gamă limitată

de zaharuri.

Reproducerea la cianobacterii se face prin sciziune binară, înmugurire,

fragmentare şi sciziune multiplă.

57

MICROORGANISME EUCARIOTE

5.1. Organizarea celulară

Microorganismele eucariote sunt reprezentate printr-un număr mare de specii şi

indivizi. Marea lor majoritate sunt microorganisme unicelulare, sau pluricelulare, dar cu

un grad de complexitate şi o diferenţiere extrem de limitate.

Organizarea celulară la eucariote este mult mai complexă decât a organismelor

procariote.

Tabelul 5.1.

Elementele structurale ale celulei eucariote şi funcţiile acestora

Elementul structural Funcţia

Citoplasma Sediul organitelor celulare şi al numeroase procese metabolice

Microfilamente, filamente intermediare şi microtubuli

Citoscheletul celulei

Reticulul endoplasmatic Transport de materiale, sinteza lipidelor şi a proteinelor

Ribozomii Sinteza proteică

Aparatul Golgi Rezervor şi loc din care se realizează secreţia de substanţe, sediul genezei lizozomilor

Lizozomii Digestia intracelulară

Mitocondriile Eliberare de energie, transport de electroni, fosforilare oxidativă

Cloroplastele Fotosinteza – producere de glucide pornind de la CO2

Nucleul Sediul informaţiei genetice, centrul de control al celulei

Nucleolul Sinteza ARN ribozomal

Învelişurile celulare Arhitectura celulară şi rigiditatea caracteristică

Cilii şi flagelii Mobilitatea celulară

5.1.1. Învelişurile celulare

Există diferenţe între microorganismele eucariote şi cele procariote în ceea ce

priveşte structurile lor de protecţie şi susţinere aflate la exteriorul membranei lor

58

plasmatice; multe din microorganismele eucariote tind spre organizarea specifică celulei

eucariote animale, spre exemplu protozoarele care sunt lipsite de perete celular.

De obicei, peretele celular este foarte rigid, dar compoziţia lui variază în funcţie

de organism; totuşi, în general sunt prezente: celuloza, chitina şi glucanul, deşi

polizaharidele din peretele celular au eucariotelor au o structură mai simplă comparativ

cu procariotele. Diferenţa constă în prezenţa sterolilor la eucariote în membrana

celulară, faţă de bacterii (procariote).

De asemenea, una din funcţiile membranei citoplasmice la eucariote lipseşte –

este vorba despre producerea de energie – cum se întâmplă în cazul procariotelor.

La protozoare şi unele alge apare un înveliş extern denumit cuticulă – stratul rigid

de elemente localizate deasupra membranei plasmatice; deşi cuticula nu este o

structură la fel de solidă şi rigidă ca şi peretele celular, ea dă celulelor o formă

caracteristică.

5.1.2. Citoplasma, microfilamentele, microtubulii

Matricea citoplasmatică este o parte foarte importantă a celulei ca sediu a

numeroase procese biochimice; faţă de citoplasma procariotelor, la eucariote aceasta se

caracterizează prin stări alternative sol-gel şi prin prezenţa unor curenţi citoplasmatici.

Nucleul este delimitat de o membrană proprie, citoplasma fiind un sistem coloidal

complex care îşi schimbă starea în funcţie de starea fiziologică a celulei.

Apa (70-85% din greutatea celulei eucariote) poate exista ca:

- apă liberă (osmotic activă);

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

molecule;

pH-ul citoplasmei este aproape de neutralitate (6,8 – 7,1), dar poate varia; astfel,

vacuolele digestive ale protozoarelor pot avea un pH = 3-4.

Matricea citoplasmatică a eucariotelor conţine formaţiuni numite microfilamente,

de natură proteică şi care au rol important în circulaţia celulară şi în schimbarea formei.

Cât priveşte rolul tubulilor acesta este acela de a menţine forma celulei, implicare

în mişcările celulare, precum şi în transportul intracelular de substanţe şi organite.

5.1.3. Reticulul endoplasmic

Citoplasma celulei eucariote este transversată de un sistem neregulat de tubuli

membranari ramificaţi ce conţin saci plaţi numiţi cisterne. Reţeaua de tubuli şi vezicule

se numeşte reticul endoplasmic a cărui natură depinde de starea funcţională şi

fiziologică a celulei.

59

Funcţia şi geneza reticulului endoplasmic sunt extrem de variate. El este sistemul

de transport graţie căruia proteinele, lipidele şi alte substanţe excretate. Reticulul

endoplasmic este, de asemenea, sediul principal al sintezei membranei celulare, noii

reticuli endoplasmici iau naştere din extensia celor deja existenţi.

60