Endospora bakteri adalah struktur dorman yang sangat resisten yang diproduksi oleh bakteri Gram-positif tertentu sebagai respons terhadap keterbatasan nutrisi. Mereka mewakili salah satu bentuk kehidupan paling tahan lama yang diketahui, mampu bertahan dari panas ekstrem, radiasi, kekeringan, dan disinfektan kimia.
Genus Pembentuk Endospora
Genus pembentuk endospora utama meliputi Bacillus (aerob atau fakultatif), yang mencakup spesies seperti B. subtilis, B. cereus, B. anthracis, dan B. thuringiensis — semuanya berbentuk batang, bakteri Gram-positif yang membentuk spora oval atau silindris. Clostridium (anaerob) mencakup C. tetani (tetanus), C. botulinum (botulisme), C. perfringens (gas gangren), dan C. difficile (kolitis pseudomembran), patogen yang menghasilkan beberapa toksin paling kuat yang diketahui. Genus pembentuk spora lainnya meliputi Sporosarcina (kokus), Paenibacillus, dan Thermoactinomyces.
Proses Sporulasi
Sporulasi (sporogenesis) dimulai ketika nutrisi, terutama sumber karbon dan nitrogen, menjadi langka. Ini adalah proses perkembangan yang kompleks dan membutuhkan banyak energi dengan durasi 8–10 jam. Pada Tahap I, sel vegetatif mereplikasi kromosomnya dan membran sel berinvaginasi. Tahap II melibatkan pembelahan sel asimetris yang menghasilkan forespora yang lebih kecil dan sel induk yang lebih besar. Selama Tahap III, sel induk menelan forespora, menghasilkan sel di dalam sel (struktur membran ganda). Pada Tahap IV, lapisan korteks peptidoglikan tebal terbentuk di antara dua membran yang mengelilingi forespora. Tahap V melihat lapisan spora dari protein mirip keratin terdeposit di sekitar korteks. Akhirnya, pada Tahap VI, spora matang dan menjadi resisten, setelah itu sel induk lisis dan melepaskan spora matang.
Struktur Endospora
Inti (protoplas) mengandung kromosom bakteri, ribosom, enzim, dan konsentrasi tinggi kalsium dipikolinat (Ca-DPA), yang menstabilkan DNA dan berkontribusi pada ketahanan panas. Mengelilingi inti adalah membran sel dalam yang dikenal sebagai membran inti. Korteks adalah lapisan tebal peptidoglikan termodifikasi dengan ikatan silang lebih sedikit dibandingkan dinding sel vegetatif, penting untuk mempertahankan dehidrasi spora. Lapisan spora terdiri dari beberapa lapisan protein yang memberikan ketahanan terhadap enzim, bahan kimia, dan gangguan mekanis. Eksosporium, lapisan luar longgar yang terdiri dari protein dan polisakarida, terdapat pada beberapa spesies seperti B. anthracis.
Sifat Resistensi
Endospora menunjukkan ketahanan panas yang luar biasa, bertahan dalam air mendidih selama berjam-jam; autoklaf pada 121°C selama 15–20 menit diperlukan untuk pembunuhan yang andal. Mereka tetap viabel selama puluhan tahun atau bahkan berabad-abad dalam kondisi kering — spora viabel B. subtilis telah ditemukan kembali dari kristal garam berusia 250 juta tahun. Spora 10–100 kali lebih resisten terhadap radiasi UV dibandingkan sel vegetatif karena adanya protein spora kecil yang larut dalam asam (SASP) yang mengikat dan melindungi DNA. Mengenai ketahanan kimia, spora resisten terhadap alkohol, fenol, dan banyak disinfektan, meskipun glutaraldehida, formaldehida, asam perasetat, dan etilen oksida adalah sporisida yang efektif.
Germinasi
Germinasi dipicu oleh nutrisi spesifik (asam amino, gula, nukleotida) yang dikenal sebagai germinan yang berikatan dengan reseptor germinan pada membran spora bagian dalam. Pada Tahap 1 (aktivasi), spora melepaskan Ca-DPA dan air, dan inti terhidrasi kembali; tahap ini reversibel. Tahap 2 (pertumbuhan keluar) melibatkan pelepasan lapisan spora, dimulainya kembali metabolisme, dan munculnya sel vegetatif baru — tahap ini ireversibel dan membutuhkan nutrisi lengkap. Seluruh proses germinasi memakan waktu 30–90 menit dalam kondisi optimal.
Signifikansi Medis dan Industri
Bacillus anthracis menyebabkan antraks, dan sporanya merupakan agen bioterorisme potensial. Clostridium tetani menghasilkan toksin tetanus, C. botulinum menghasilkan toksin botulinum (Botox), dan C. difficile menyebabkan diare terkait antibiotik. Kontaminasi endospora dalam pemrosesan makanan menjadi perhatian utama, karena spora C. botulinum dalam makanan kaleng yang tidak diproses dengan benar menyebabkan botulisme. Validasi sterilisasi menggunakan indikator biologis yang mengandung spora Geobacillus stearothermophilus (untuk autoklaf) atau Bacillus atrophaeus (untuk panas kering dan etilen oksida). Strain Sterne dari B. anthracis (non-toksigenik) digunakan sebagai vaksin hewan.
