Środowisko życia
Bakterie świecące można wyizolować z wody morskiej. Oto sposób izolacji bakterii świecących z ryb morskich :
Ciało ryby morskiej zanurzyć częściowo w roztworze soli i umieścić w lodówce w temperaturze 4 – 6 °C. Po pewnym czasie na powierzchni ciała ryby wyrosną kolonie bakterii świecących, które można następnie wyizolować i otrzymać czyste kultury.
(na podstawie książki H. G. Schlegera „Mikrobiologia ogólna”)
Muszę się przyznać, że nie stosowałem jeszcze tej metody i nie mam pojęcia czy rzeczywiście jest skuteczna.
Niektóre bakterie świecące żyją w symbiozie z pewnymi organizmami morskimi zasiedlając narządy świetlne tych zwierząt. Taką „zapożyczoną” zdolnością świecenia charakteryzuje się wiele gatunków ryb głębinowych i mątw.
Bakterie świecące potrafią jednak także rozwijać się w bardziej niezwykłych miejscach powodując zdziwienie a nawet lęk ludzi…
Pewien mieszkaniec Kanady stracił apetyt widząc, że mięso, które właśnie zamierzał spożyć na kolację świeci w ciemności. Po badaniach okazało się, że w mięsie rozwinął się szczep bakterii świecących. Co ciekawe, człowiek ten przyznał, iż kilka godzin wcześniej zjadł już spory kawałek (w świetle dziennym świecenie bakterii było niewidoczne) i nie odczuwał z tego powodu żadnych dolegliwości ani nie zauważył żadnych zmian smaku.
Naturalnym podłożem wzbogaconym są dla bakterii morskich martwe ryby. W sprzyjających warunkach bakterie te wyrastają na powierzchni ciała martwej ryby powodując jej świecenie.
Co najmniej jeden gatunek świecących bakterii potrafi rozwijać się w zainfekowanych ranach.
Zaniepokojenie i zdziwienie pasażerów statków budzi czasami tajemnicze zielone światło pojawiające się przy…. spłukiwaniu toalet. Przyczyną tego zjawiska są bakterie świecące, które rozwijają się w wodzie używanej do tego celu – na statkach do tego celu wykorzystuje się zwykle wodę morską.
Morfologia i fizjologia
Bakterie świecące cechami morfologicznymi oraz fizjologicznymi przypominają bakterie jelitowe.
Kształt komórek bakterii świecących można zaobserwować w zwykłym mikroskopie świetlnym. Aby lepiej uwidocznić komórki bakteryjne stosuje się szereg metod barwienia. W przypadku bakterii świecących zastosowałem dwie metody barwienia – metodę Grama i metodę barwienia negatywnego. Klikając na połączenie poniżej można obejrzeć zdjęcia mikroskopowe wykonanych przeze mnie preparatów.
ZDJĘCIA PREPARATÓW MIKROSKOPOWYCH BAKTERII ŚWIECĄCYCH
Wszystkie posiadane przeze mnie gatunki bakterii świecących należą do grupy bakterii Gram-ujemnych. Komórki bakteryjne posiadają organy lokomocyjne – rzęski (są one widoczne w mikroskopie świetlnym tylko jeśli zastosuje się specjalne metody barwienia). W przypadku rodzaju Vibrio, biegunowo rozmieszczone rzęski są otoczone osłonkami, które stanowią przedłużenie zewnętrznej błony komórkowej. W przypadku rodzaju Photobacterium występują rzęski bez osłonek.
Na podstawie obserwacji mikroskopowych oraz innych danych (m. in. badań mikroskopowych z użyciem mikroskopu elektronowego i kontrastowo-fazowego) możliwe jest stworzenie uproszczonego rysunku przedstawiającego wygląd komórek bakterii świecących.
Rysunek zamieszczony obok przedstawia komórki bakterii świecącej z gatunku Photobacterium phosphoreum. Komórki tych bakterii wykazują zdolność do aktywnego poruszania się w środowiskach płynnych za pomocą rozmieszczonych biegunowo, nieosłoniętych rzęsek w liczbie 1-3.
a – komórka bakteryjna
b – rzęski
Rysunek zamieszczony obok przedstawia komórki bakterii świecących z gatunku Vibrio fischeri. Komórki tych bakterii wykazują zdolność do aktywnego poruszania się w środowiskach płynnych za pomocą rozmieszczonych biegunowo, posiadających osłonki rzęsek, występujących w liczbie 2-8.
a – komórka bakteryjna
b – rzęski
W przypadku wzrostu na podłożach stałych bakteria świecące (podobnie jak inne bakterie) wytwarzają kolonie bakteryjne. Kolonie bakteryjne są widocznymi gołym okiem skupiskami komórek bakteryjnych (o średnicy najczęściej około 2-8 mm). Kolonia może zostać wytworzona z jednej komórki bakteryjnej na drodze jej wielokrotnych podziałów i wzrostu. Zdjęcie po lewej przedstawia kolonie bakterii świecących z gatunku Photobacterium luciferum. Zdjęcie po prawej przedstawia kolonie bakterii świecących z gatunku Vibrio fischeri.
Bakterie świecące są fakultatywnymi tlenowcami. Poruszają się za pomocą rzęsek. Zdolność do świecenia pozostaje w ścisłej zależności od składu podłoża. Aby bakterie mogły wytwarzać światło konieczna jest obecność tlenu. Wynika to z faktu, że proces luminescencji jest czymś w rodzaju bocznego odgałęzienia oddychania. Jednak w odróżnieniu od oddychania produktem końcowym nie jest tu ATP lecz wzbudzony związek chemiczny emitujący światło (lucyferaza).
SCHEMAT REAKCJI CHEMICZNYCH BIORĄCYCH UDZIAŁ W LUMINESCENCJI
Na zdjęciu obok widoczne są kolonie bakterii świecących z gatunku Photobacterium luciferum.
Zdjęcie wykonałem w ciemności stosując długi czas ekspozycji (1min.). W przypadku tego gatunku szczególnie mocno święcą brzeżne części kolonii, podczas gdy części centralne prawie nie wykazują świecenia.
(kliknij na zdjęciu aby obejrzeć je w wyższej rozdzielczości)
Ciekawy jest fakt, że bakterie świecące nie świecą lub świecą bardzo słabo gdy ich komórki znajdują się w znacznym rozproszeniu (np. w wodzie morskiej) podczas gdy komórki występujące w stężonych zawiesinach (np. laboratoryjne hodowle na podłożach płynnych) świecą bardzo intensywnie.
Okazało się, że bakterie świecące produkują tzw. autoinduktor – związek chemiczny pobudzający luminescencję. Jeśli w środowisku jest dużo komórek bakteryjnych to duże jest także stężenie autoinduktora co pobudza komórki do świecenia.
Podobnie jest w przypadku bakterii zasiedlających narządy świetlne zwierząt – ilość komórek bakteryjnych w jednym mililitrze może tam osiągnąć 1010 co sprawia, że stężenie autoinduktora w takich narządach jest wystarczające aby efektywnie pobudzać bakterie do świecenia.
Obecność związków chemicznych podobnych do wyżej opisanego autoinduktora stwierdzono także u innych, nie wytwarzających światła, gatunków bakterii. Prawdopodobnie w tym przypadku pełni on rolę informacyjną – na podstawie jego stężenia w środowisku komórka bakteryjna „orientuje się” jak wiele innych komórek żyje w pobliżu.
Gatunki
Bakterie świecące należą do dwóch rodzajów: Vibrio oraz Photobacterium. Najlepiej poznane gatunki to:
Photobacterium phosphoreum*
Photobacterium luciferum
Vibrio fischeri
Vibrio harveyi
