“Crescita oltre i limiti dell'individuo” Così, davanti ai nostri occhi sono passati i protagonisti di una spettacolare performance evolutiva, che ha portato sul palcoscenico della vita molte creature assolutamente sorprendenti. Con tutte le differenze che conferiscono l'innegabile originalità di ogni vasto

Crescita e riproduzione dei microrganismi Come diceva il famoso fisiologo francese del XIX secolo Claude Bernard, la vita è una creazione. Gli organismi viventi differiscono dalla natura inanimata principalmente perché crescono e si riproducono. La loro crescita e riproduzione si osservano meglio in tali

I microbi accelerano la crescita delle piante: diversi organi vegetali producono sostanze che regolano e, in una certa misura, accelerano la loro crescita. Tali sostanze includono, ad esempio, l'acido f3-indolacetico (eteroauxina). È interessante notare che l'eteroauxina viene prodotta e rilasciata

L'Escherichia coli “crescita lussuosa” ha vissuto nel corpo dei nostri antenati per milioni di anni, anche quando questi antenati non erano affatto umani. Ma fu solo nel 1885 che la specie Homo sapiens e i suoi abitanti furono ufficialmente conosciuti. Ha studiato un pediatra tedesco di nome Theodor Escherich

1. La riproduzione è crescita, eredità e sviluppo La riproduzione è una delle proprietà più specifiche e complesse della vita. Questo è naturale, poiché nell'evoluzione la selezione mira proprio a questa capacità: nella lotta per l'esistenza, vincono quegli organismi

I microrganismi, come gli altri esseri viventi, sono caratterizzati dalla crescita e dalla riproduzione. La crescita cellulare si riferisce ad un aumento coordinato della quantità di tutti i componenti chimici (ad esempio proteine, RNA, DNA), che alla fine porta ad un aumento delle dimensioni e della massa della cellula. La crescita di una cellula microbica non è illimitata; raggiunta una certa dimensione, la cellula smette di crescere e inizia a moltiplicarsi.

La riproduzione è un aumento del numero di cellule di microrganismi in una popolazione. I microrganismi si riproducono sia per divisione trasversale, che avviene durante il processo di crescita, sia per gemmazione (cosa estremamente rara), sia mediante formazione di spore.

I procarioti di solito si riproducono asessualmente, mediante fissione binaria. All'inizio della divisione la cellula si allunga, poi il nucleoide si divide. La riproduzione del nucleoide, che contiene tutte le informazioni genetiche necessarie per la vita di un microrganismo, è il più importante di tutti i processi che avvengono durante la crescita cellulare.

Il nucleoide è rappresentato da una molecola di DNA superavvolta e molto fitta, che è una struttura autoreplicante ed è nota come replicone. I repliconi includono anche i plasmidi: strutture genetiche capaci di replicarsi in modo indipendente. La replicazione del DNA viene effettuata dagli enzimi della DNA polimerasi. Questo processo inizia in un punto specifico del DNA e avviene simultaneamente in due direzioni opposte. Anche la replicazione avviene in un determinato punto del DNA: come risultato della replicazione, il numero di molecole di DNA nella cellula raddoppia. Le molecole di DNA appena sintetizzate si disperdono gradualmente nelle cellule figlie risultanti. Tutto ciò consente alla cellula figlia di avere una molecola di DNA completamente identica alla cellula madre in termini di sequenza nucleotidica - Si ritiene che la replicazione della DIC occupi quasi l'80% del tempo durante il quale la cellula batterica si divide.

Una volta completata la replicazione del DNA, inizia una serie complessa di processi che portano alla formazione di un setto intercellulare. Innanzitutto, due strati della membrana citoplasmatica crescono su entrambi i lati della cellula, quindi il peptidoglicano viene sintetizzato tra di loro e si forma un setto, costituito da due strati della membrana citoplasmatica e del peptidoglicano.

Durante la replicazione del DNA e la formazione del setto divisorio, la cellula del microrganismo cresce continuamente. Durante questo periodo avviene la sintesi del peptidoglicano della parete cellulare, della membrana citoplasmatica, la formazione di nuovi ribosomi e altri organelli e composti che fanno parte del citoplasma. Nell'ultima fase della divisione, le cellule figlie si separano l'una dall'altra. Il processo di divisione in alcuni batteri non si completa, dando luogo alla formazione di catene di cellule.

Quando i batteri a forma di bastoncino si dividono, le cellule inizialmente crescono in lunghezza (il diametro cellulare non cambia). Quando la lunghezza del batterio raddoppia, il bastoncino si restringe leggermente al centro e poi si divide in due cellule. Molto spesso, la cellula è divisa in due parti uguali (divisione isomorfa), ma si verifica anche una divisione irregolare (eteromorfa) quando la cellula figlia è più grande della cellula madre.

La Figura 25 mostra la divisione di un batterio con flagelli. Solo la cellula madre ha flagelli. La cellula figlia non ha flagelli: crescono più tardi. In numerosi studi, i flagelli sono stati solitamente trovati in una sola cellula di una coppia recentemente separata. Si può presumere che la cellula madre conservi la parte principale della parete cellulare originale, fibria e flagelli.

Spirochete, rickettsia, alcuni lieviti e funghi, protozoi e altri organismi si riproducono mediante divisione cellulare trasversale.

I mixobatteri sono divisi per costrizione. Innanzitutto, la cellula nel sito di divisione si restringe leggermente, quindi la parete cellulare, invadendo gradualmente la cellula da entrambi i lati, la restringe sempre di più e, infine, la divide in due. La cellula figlia, già ricoperta dalla propria membrana citoplasmatica, conserva ancora temporaneamente la parete cellulare comune.

Nei batteri talvolta si osserva un processo “sessuale”, o coniugazione (vedi Capitolo 4).

Come risultato della crescita e della riproduzione della cellula di un microrganismo, si forma una colonia di microbi, i discendenti.

I microrganismi sono caratterizzati da un alto tasso di riproduzione, espresso dal tempo di generazione, cioè il tempo durante il quale avviene la divisione cellulare. Il tempo di generazione è determinato dal tipo di microrganismo, dalla sua età e dalle condizioni esterne (composizione del mezzo nutritivo, temperatura, pH e altri fattori).

In condizioni favorevoli, il tempo di generazione di molti microrganismi varia dai 20 ai 30 minuti. A questo tasso di crescita, puoi ottenere 6 generazioni in 2 ore (ci vogliono 120 anni per ottenere lo stesso numero di generazioni negli esseri umani). A causa della capacità dei batteri di riprodursi rapidamente, in natura esiste una superiorità numerica rispetto agli altri organismi viventi. Tuttavia, i batteri non possono continuare a crescere per molto tempo con un periodo di generazione di 20 minuti. Se tale crescita fosse possibile, allora una singola cellula di E. coli (Escherichia coli) produrrebbe 272, o circa 1022, discendenti dopo 24 ore, peso totale che ammonterebbe a diverse decine di migliaia di tonnellate, e dopo altre 24 ore di crescita di questo batterio, la massa dei suoi discendenti supererebbe di parecchie volte la massa del globo. La mancanza di cibo e l'accumulo di prodotti di decomposizione limitano la rapida proliferazione dei batteri. In un ambiente a flusso, i batteri possono dividersi ogni 15-18 minuti.

Le osservazioni sulla crescita di microrganismi coltivati ​​in un mezzo liquido in serbatoi chiusi mostrano che la velocità della loro crescita varia nel tempo. I microrganismi introdotti nel mezzo nutritivo inizialmente non si sviluppano ma si “abituano” alle condizioni ambientali. Poi iniziano a riprodursi a una velocità sempre crescente, raggiungendo il massimo di cui sono capaci in un dato ambiente. Quando i nutrienti si esauriscono e i prodotti metabolici si accumulano, la crescita rallenta e poi si arresta completamente. Il ciclo di sviluppo dei batteri è costituito da diverse fasi (Fig. 26).

I. La fase iniziale (stazionaria) inizia dopo l'introduzione dei microrganismi nel mezzo nutritivo e dura da 1 a 2 ore, durante la quale il numero di batteri non aumenta e le cellule non crescono.

II. La fase di latenza è un periodo di riproduzione ritardata. In questo momento, i batteri introdotti in un mezzo nutritivo fresco iniziano a crescere rapidamente, ma il tasso di divisione rimane basso.

Le prime due fasi di sviluppo di una popolazione batterica sono chiamate periodo di adattamento al nuovo ambiente. Verso la fine della fase di latenza, le cellule spesso aumentano il loro volume. La durata della fase di latenza dipende sia dalle condizioni esterne che dall'età dei batteri e dalla loro specie-specificità.

III. La fase di intensa riproduzione logaritmica, o esponenziale. Durante questo periodo, i batteri si moltiplicano alla massima velocità e il numero di cellule aumenta in modo esponenziale.

IV. Nella fase di accelerazione negativa le cellule batteriche diventano meno attive e il periodo di generazione comincia ad allungarsi. Uno dei motivi che rallentano la proliferazione dei batteri è l'esaurimento del mezzo nutritivo e l'accumulo di prodotti metabolici velenosi (tossici) in esso. Ciò rallenta il tasso di riproduzione. Alcune cellule smettono di riprodursi e muoiono.

V. Fase stazionaria - un periodo in cui il numero di cellule appena emergenti è approssimativamente uguale al numero di quelle morenti. Pertanto, il numero di cellule viventi rimane praticamente invariato per qualche tempo. Tuttavia, il numero totale di batteri vivi e morti aumenta leggermente, anche se non così rapidamente. Questa fase è talvolta chiamata fase “massima stazionaria”, poiché durante essa il numero di cellule nel mezzo raggiunge il massimo.

VI-VIII. Le fasi della morte sono caratterizzate dal fatto che la morte cellulare prevale sulla riproduzione. Durante la fase VI, il numero di cellule morte aumenta. Questa fase è sostituita dalla VII - morte cellulare logaritmica, quando muoiono a un ritmo costante. Infine inizia la fase VIII, in cui il tasso di morte delle cellule batteriche diminuisce gradualmente. La morte delle cellule della popolazione batterica nelle ultime tre fasi è associata a cambiamenti fisici proprietà chimiche mezzo nutritivo in una direzione sfavorevole ai batteri e per altri motivi. Il ritmo della morte cellulare durante queste fasi diventa rapido e il numero di cellule viventi diminuisce sempre di più fino a morire quasi completamente.

Con la coltivazione sopra descritta in un serbatoio chiuso, i microrganismi si trovano in condizioni costantemente mutevoli; questa è la cosiddetta coltura di microrganismi non fluente. All'inizio hanno un eccesso di tutti i nutrienti, poi gradualmente c'è carenza di nutrimento e avvelenamento da parte dei prodotti metabolici. Tutto ciò porta ad una diminuzione del tasso di crescita, a seguito della quale la cultura entra in una fase stazionaria. Tuttavia, se al terreno si aggiungessero sostanze nutritive e si rimuovessero contemporaneamente i prodotti metabolici, i microrganismi potrebbero rimanere nella fase di crescita esponenziale per un periodo di tempo indefinito. Questo metodo costituisce la base per la coltivazione a flusso continuo di microrganismi, effettuata in chemostati e turbidostati utilizzando dispositivi speciali per la fornitura continua del mezzo a velocità controllata e per la sua buona miscelazione.

Di conseguenza, a differenza della coltura non scorrevole, nella coltura a flusso si creano condizioni costanti per i microrganismi. Pertanto, la crescita cellulare continua e costante può essere mantenuta a qualsiasi tasso di crescita della coltura. La coltivazione a flusso di microrganismi può essere controllata automaticamente; è molto promettente e viene ampiamente introdotta nella pratica industriale e di laboratorio.

Negli studi fisiologici sui microrganismi è importante ottenere le cosiddette colture sincrone. Una coltura sincrona è una coltura (o popolazione) batterica in cui tutte le cellule si trovano allo stesso stadio del ciclo cellulare. Le colture sincrone vengono solitamente utilizzate per studiare i singoli batteri mentre crescono.

La curva di crescita caratterizza la crescita e la riproduzione dei batteri in determinate condizioni ambientali. La curva di crescita è ottenuta dallo studio della coltura batch.

Cultura batch Si tratta di una popolazione di microrganismi che si sviluppa in un volume limitato di ambiente senza apporto di nutrienti.

Fase 1 – iniziale – i batteri crescono ma non si moltiplicano

Fase 2 - fase di crescita lg - i batteri si moltiplicano intensamente

3a fase - stazionaria - riproduzione - pari alla mortalità

Fase 4 - morte - i prodotti metabolici si accumulano, il mezzo nutritivo si esaurisce, i batteri muoiono.

Potrebbero esserci fattori esterni

• Effetto batteriostatico- sopprimere la riproduzione e la crescita dei batteri
• Effetto battericida- causare la morte dei batteri

Enzimi batterici

- Enzimi- proteine ​​specifiche che catalizzano le reazioni chimiche. Gli enzimi causano una ridistribuzione delle densità elettroniche e una certa deformazione della molecola del substrato. Ciò porta ad un indebolimento dei legami intramolecolari, l'energia di attivazione diminuisce e la reazione accelera.

Classificazione degli enzimi -

1. A seconda del tipo di reazione catalizzata: ossireduttasi, liasi, transferasi, idrolasi, ecc.
2. Per localizzazione, gli endoenzimi catalizzano le reazioni all'interno della cellula. Esoenzimi: rilasciati dalla cellula batterica, catalizzano la disgregazione
3. Controllo genetico della formazione - costitutivo (durante l'intero ciclo di vita, non influenzato dalla presenza di un substrato), inducibile - si formano in risposta alla presenza di un substrato
4. Secondo il substrato - proteolitico - scompone le proteine, saccarolitico - scompone i carboidrati, lipolitico - scompone i grassi.

L'importanza degli enzimi.

1. La sintesi degli enzimi è deterministica, quindi la determinazione delle proprietà enzimatiche serve per identificare gli organismi

2. Gli enzimi batterici determinano la loro patogenicità

3. Le proprietà enzimatiche sono utilizzate nell'industria microbiologica

Determinazione degli enzimi batterici

Le proteasi scompongono le proteine ​​in amminoacidi, urea, indolo, idrogeno solforato e ammoniaca. Sui terreni contenenti proteine, le proteasi vengono rilevate dal rilascio di questi prodotti. La gelatina viene utilizzata per liquefare il mezzo. Sul siero coagulato per la sua liquefazione e sul latte per la sua limpidezza. La caseina si decompone e la proteina si coagula. All'MPB per il rilascio di gas indolo e idrogeno solforato, che vengono rilevati utilizzando carte indicatrici

Determinazione degli enzimi che scompongono i carboidrati - saccarolitico. Questi enzimi scompongono i carboidrati in aldeidi, acidi, anidride carbonica e H2. Per determinarli, utilizzare MPB o MPA, aggiungere un indicatore di formazione di acido + carboidrati + galleggiante per la formazione di gas. Secondo questo principio vengono creati gli ambienti Gies e Pestrel. Se la luce dell'ambiente cambia, viene rilasciato gas, il che significa che i carboidrati vengono scomposti. Vengono utilizzati i monosaccaridi. Sulla base di questo principio vengono creati pannelli, compresse, sistemi indicatori di carta, sistemi NIB di cartine indicatrici, tubi energetici e strumenti per la misurazione dell'attività enzimatica (si forma acido carbonico => sono necessari indicatori con Ph).

Gli enzimi lipolitici - lipasi - vengono rilevati su JSA - yolk salt agar, che contiene il tuorlo, che contiene molti lipidi e la distruzione dei lipidi è accompagnata dalla purificazione del terreno

Coltivazione di microrganismi.

Questa è la produzione di un gran numero di batteri su un mezzo nutritivo. Scopi della coltivazione. Si effettuano coltivazioni per

1. Studio delle proprietà microbiologiche

2. Per diagnosticare le infezioni

3. Ottenere un prodotto biologico - da batteri o ottenuto con l'aiuto di batteri.

Tali farmaci possono essere terapeutici, diagnostici o profilattici. Condizioni per la coltivazione dei batteri -

1. Disponibilità di un ambiente nutrizionale completo.
2. Temperatura ottimale
3. L'atmosfera di coltivazione è l'ossigeno o la sua assenza.
4. Tempo di coltivazione - crescita visibile dopo 18-48 ore, ma alcuni - tubercolosi ad esempio - 3-4 settimane
5. Luce Alcuni cresceranno solo in presenza di luce.

Metodi per la coltivazione degli aerobi

1. Stazionario - sulla superficie dell'agar
2. Metodo di coltivazione profonda con media aerazione. L'aerazione viene effettuata per dissolvere l'ossigeno nel mezzo.
3. Coltivazione continua - utilizzando mezzi nutritivi a flusso continuo.

Proprietà culturali dei microrganismi. Queste sono caratteristiche della crescita batterica sui mezzi nutritivi.

Sui terreni nutritivi liquidi, i batteri causano torbidità del terreno, possono formare sedimenti - vicino al fondo, vicino alla parete e possono formare una pellicola sulla superficie del terreno. Le colonie si formano su terreni nutritivi solidi.

La colonia- un accumulo isolato di microrganismi della stessa specie su un mezzo nutritivo denso. Ha una certa dimensione, superficie, bordo, forma, consistenza, struttura, colore.

Tipi di colonie

S-smooth: forma rotonda, bordi lisci, superficie liscia.

Colonie R: bordi ruvidi e irregolari, superficie striata

Colonie SR 0 intermedie: bordi e superficie leggermente irregolari.

Caratteristiche della coltivazione degli anaerobi. Per la coltivazione degli anaerobi vengono create condizioni prive di ossigeno. Questo è stato ottenuto

1. Rigenerazione del mezzo nutritivo: il mezzo nutritivo viene bollito e l'ossigeno disciolto lascia il mezzo.
2. l'uso di dispositivi speciali: anaerostati ed essiccatori. In essi, l'ossigeno viene assorbito da assorbitori chimici o pompato dal dispositivo.
3. Aggiunta di sostanze riducenti al mezzo - sostanze che si ossidano facilmente e rapidamente - carboidrati, cisteina, pezzi di organi parenchimali, acido ascorbico. Sulla base di questo principio è stato creato un ambiente per anaerobi – Kit-Tarozzi – un ambiente per anaerobi. Contiene MPB, carboidrati e pezzi di fegato, che contengono cisteina.
4. Metodi di semina speciali. Semina sott'olio, semina in tubo Veillon-Vignan, semina secondo Fortner. Aerobi e anaerobi popolano la coppa - Gli aerobi assorbono ossigeno e si ottiene un ambiente anaerobico.

Isolamento di colture pure.

Cultura pura- una popolazione di microrganismi dello stesso tipo, isolati su un mezzo nutritivo liquido o solido in grandi quantità.

Finalità di assegnazione.

1. Diagnosi di infezioni. L'isolamento delle colture pure è la base del metodo batteriologico. Basato sull'isolamento della cultura pura e sulla sua identificazione. Identificazione: definizione di una specie.
2. Ottenere prodotti biologici
3. Studio delle proprietà biologiche dei batteri
4. Ricerca sanitaria e igienica

Fasi di isolamento di una coltura pura di aerobi.

1. Studio della miscela - colorazione dello striscio secondo Gram.
2. Separazione della miscela e ottenimento delle colonie. La separazione viene effettuata 1) Secondo Drigalsky - con colpi sulla superficie dell'agar. Il materiale viene prelevato con un'ansa e inoculato su agar. Semina una Spatola in più Tazze. 2) Metodo di diluizione seriale. 3) Kokha - metodo di diluizioni seriali in agar fuso.
3. Controllo della frequenza delle colonie, striscio, colorazione di Gram
4. Subcoltura del materiale dalle colonie su slant di agar per accumulare una coltura pura. La cultura pura isolata è identificata dalle sue proprietà: morfologiche, tintoriali, culturali, enzimatiche e altre.

Isolamento di una coltura pura di anaerobi

1. Accumulo di anaerobi. La miscela viene inoculata su terreno Kittarotsi e riscaldata ad una temperatura di 80 gradi per 10 minuti. Gli anaerobi che formano spore vengono preservati, mentre le altre forme vegetative muoiono. Quindi il mezzo nutritivo viene coltivato, le spore germinano e si accumulano

2. Ottenimento delle colonie secondo Zeisler, una colonia di anaerobi si ottiene sulla superficie di un agar in Anaerostat, secondo Weinberg, le colonie si ottengono in provette Veillon-Vignal.

3. Controllo della frequenza delle colonie: striscio, colorazione di Gram

4. Risemina delle colonie su terreno Kittarotsi, accumulo di coltura anaerobica pura.

5. Identificazione, determinazione del tipo di anaerobi.

Altri metodi per isolare colture pure.

1. È possibile utilizzare temperature ottimali
2. Rilascio di spore quando la miscela viene riscaldata per 10 minuti a 80 gradi
3. Utilizzando il fenomeno della sciamatura: diffusione oltre l'area coltivata.
4. Il metodo di Shukevich consiste nell'isolamento di una coltura pura di microrganismi a crescita strisciante.
5. La filtrabilità batterica è la capacità di passare attraverso i filtri con una certa quantità di spore. Lavorazione della miscela raggi ultravioletti, ultrasuoni, antisieri, ottenendo una coltura pura di microrganismi resistenti a questi fattori.
6. Durante l'elettroforesi della miscela. Gli organismi con una certa carica si accumuleranno nell'anodo o nel catodo.
7. Usa un micromanipolatore. Prendi una cellula al microscopio e ottieni una coltura pura - un clone - il figlio di una cellula microbica. Utilizzo di terreni di crescita selettivi.
8. Ai terreni nutritivi vengono aggiunti bile, sali di tiurite, cloruro di sodio, antibiotici e viene isolata una coltura pura di microrganismi resistenti.
9. È possibile utilizzare ambienti diagnostici differenziali.
10. Puoi usare un metodo biologico. I topi bianchi vengono infettati per via intraperitoneale con una miscela di batteri e, a causa del tropismo, i batteri si accumulano in un determinato organo.

Pigmenti batterici.

Sono coloranti secreti dalla cellula batterica; la loro sintesi è determinata geneticamente. Secondo la struttura chimica, i pigmenti possono essere carotenoidi - rosso-giallo, pirroli - verdi, coloranti fenosina - blu-verde e melanina - enzimi neri.

Giallo - stafilococco dorato, blu-verde - Pseudomonas aeruginosa

I pigmenti sono divisi in

1. Pigmenti insolubili: colonie di solo colore
2. Pigmenti solubili: possono essere solubili in alcoli, acqua

I pigmenti sono solitamente formati da batteri che si trovano nella microflora dell'aria, da microrganismi resistenti agli antibiotici, perché sono metaboliti secondari e i pigmenti si formano spesso alla luce.

Funzione dei pigmenti

1. I pigmenti sono coinvolti nel metabolismo
2. Aumenta la resistenza agli antibiotici
3. Aumenta la resistenza ai raggi UV proteggendo le zone sensibili alla fotossidazione

l-forme di batteri.

Inaugurato nel 1935 Si tratta di microrganismi privi di parete cellulare, ma che mantengono la capacità di crescere e riprodursi. Le forme L si formano nella maggior parte degli eterotrofi e dei funghi. Fattori che inducono la trasformazione L -

1. Antibiotici

2. Aminoacidi: glicina, metionina, leucina e alcuni altri.

3. Enzimi: lisozima.

4. Fattori del macroorganismo: macrocorpi, complemento

Questi fattori distruggono la parete cellulare o agiscono sul genoma cellulare e la sintesi dei componenti della parete cellulare non avviene.

Proprietàlforme

1. Le forme L garantiscono la sopravvivenza dei batteri quando le condizioni ambientali cambiano.
2. Morfologicamente simili in alcune specie di batteri. Sono polimorfici: sferici, gram-negativi. Formano colonie di tipo A - piccole colonie sulla superficie del terreno e colonie di tipo B - centro scuro e bordi rialzati, le colonie crescono nel mezzo nutritivo.
3. Anaerobi o microaerofili
4. Le forme a L hanno molti metodi di riproduzione: fissione binaria, gemmazione, frammentazione, combinati.
5. Hanno una virulenza ridotta, mancano di adesione e hanno proprietà antigeniche alterate.
6. Sono in grado di invertirsi, ritornando alla loro forma batterica originale

E causano infezioni difficili da curare.

Ciò è dovuto al fatto che le forme L sono resistenti agli antibiotici e sono resistenti ai fattori protettivi del macroorganismo, agli anticorpi, alla fagocitosi e al complimento.

Forme non coltivabili di batteri NFB

Si tratta di batteri che hanno attività metabolica, ma non crescono su mezzi nutritivi, la transizione verso una forma incoltivabile può essere osservata in molti microrganismi se esposti a condizioni sfavorevoli. Questa transizione è geneticamente controllata. La transizione viene effettuata sotto l'influenza di fattori

1. Temperatura, particolarmente bassa
2. Concentrazione di sale
3. Aerazione dell'ambiente
4. Quantità di nutrienti

Il significato delle forme incolte. In questa forma si conservano nell'ambiente esterno tra le epidemie e, quando entrano nel macroorganismo, possono essere ricoltivati ​​- ravvivati ​​- questo spiega la presenza di malattie naturalmente focali.

Rivelando -

1. Conteggio diretto delle cellule

2. Rilevazione dell'attività del DNA

3. Metodi di ricerca genetica.

Crescita e riproduzione dei batteri

La crescita batterica avviene a seguito di numerose reazioni biochimiche interconnesse che sintetizzano il materiale cellulare, il che porta ad un aumento della quantità di tutti i componenti chimici. Nei batteri si distingue tra la crescita individuale di una cellula batterica e la crescita dei batteri in una popolazione.

Crescita batterica individuale. Si giudica dall'aumento delle dimensioni dei singoli individui. Il tasso di crescita dipende dalle condizioni esterne e dallo stato fisiologico della cellula stessa. In condizioni costanti, la crescita avviene a un ritmo costante. I batteri a forma di bastoncino crescono prevalentemente nella direzione dell'asse lungo, quindi il rapporto tra la superficie cellulare e il suo volume non cambia in modo significativo durante la crescita cellulare e questo crea condizioni costanti per fornire a ciascuna parte della cellula sostanze nutritive e ossigeno. I cocchi crescono uniformemente in tutte le direzioni, aumentando la dimensione del raggio cellulare, mentre diminuisce la dimensione relativa della superficie cellulare, quindi le condizioni di approvvigionamento per ciascuna parte della cellula diventano sempre più sfavorevoli. Negli intervalli tra le divisioni cellulari, i batteri sono più grandi che immediatamente dopo la divisione.

Riproduzione di batteri. Molto spesso, i batteri si riproducono mediante fissione binaria, quando una cellula si forma in due, ciascuna delle quali si divide nuovamente. Il processo di divisione è sempre preceduto dalla replicazione del DNA. Esistono due tipi di divisione: divisione per costrizione (allacciatura) e utilizzando una partizione trasversale (Figura 1.9).

Figura 1.9 – Divisione batterica

A - divisione per costrizione; B - divisione per partizione trasversale; CS – parete cellulare; CM – membrana citoplasmatica; N – nucleoide; P – costrizione

Divisione per costrizione(costrizione) è accompagnato da un restringimento della cellula nel punto della sua divisione e tutti gli strati delle membrane cellulari prendono parte a questo processo. La sporgenza delle membrane da entrambi i lati nella cellula la restringe sempre di più e, infine, la divide in due. Questo è il numero di batteri gram-negativi che si dividono.

Divisione per formare un setto trasversale caratteristico dei batteri gram-positivi. Tuttavia in alcuni gruppi di batteri è stato notato un cambiamento nei metodi di divisione (batteri tionici, micobatteri). Nei batteri sferici si possono formare diversi setti trasversali (tetracocchi, sarcina).

Viene chiamato il periodo da divisione a divisione ciclo cellulare(ontogenesi dei batteri). Esistono diversi tipi di ciclo cellulare vegetativo: monomorfico– si forma un solo tipo morfologico di cellule (ad esempio bacilli), dimorfico– due tipi morfologici, polimorfico– diversi, ognuno dei quali è caratterizzato da caratteristiche certe e costanti del ciclo cellulare (ad esempio gli attinomiceti). Nei cicli dimorfici e polimorfici si distinguono le cellule figlie e madri.

Gemmazione Gli ubatteri sono un tipo di fissione binaria. Questo metodo di riproduzione è caratteristico dei batteri che hanno cicli cellulari dimorfici o polimorfici. I batteri in erba sono caratterizzati dalla polarità cellulare. Alcuni batteri si riproducono utilizzando esospore (ma non endospore!), frammenti di ife (attinomiceti). Ci sono batteri che hanno villi genitali o F-bevuto(eng. fertilit sì–fertilità, fecondità), per la presenza del fattore sessuale.

I batteri sono caratterizzati da un alto tasso di riproduzione. Ad esempio, in condizioni favorevoli, l'E. coli si divide ogni 20...30 minuti e da una cellula vengono prodotte 2 72 (72 generazioni) al giorno. In condizioni che escludono la morte, tale biomassa sarà di 4720 tonnellate.Il tasso di riproduzione dipende da fattori ambientali (temperatura, condizioni nutrizionali, umidità, reazione ambientale, ecc.) e dalle caratteristiche della specie dei batteri. L'alto tasso di riproduzione dei batteri garantisce la loro conservazione sulla Terra anche in condizioni di morte di massa. Le singole cellule sopravvissute si moltiplicano e partoriscono di nuovo.

Crescita dei batteri in una popolazione. La popolazione (popolazione francese – popolazione) è una raccolta di batteri di una specie (coltura pura) o tipi diversi(associazione mista), sviluppandosi in uno spazio limitato (ad esempio, in un mezzo nutritivo). In una popolazione batterica, le cellule crescono, si riproducono e muoiono costantemente. La coltivazione di microrganismi in condizioni artificiali può essere periodica, continua e sincrona.

Coltivazione batch (stazionaria).. Questa coltivazione avviene senza afflusso e deflusso del mezzo nutritivo. È caratterizzato dal classico curva di crescita dei microrganismi, in cui si distinguono fasi separate di crescita della popolazione batterica, che riflettono il modello generale di crescita e riproduzione cellulare (Figura 1.10).

Figura 1.10 – Curva di crescita e sviluppo di una popolazione batterica

Fase di latenza(Lag inglese - lag) inizia dal momento in cui i batteri vengono inoculati in un mezzo nutritivo fresco. Le cellule si adattano a queste condizioni di coltura, crescono, ma non si moltiplicano; raggiungono un tasso di crescita massimo. I tassi di crescita assoluti e specifici aumentano da zero ai valori massimi possibili.

Tasso di crescita assolutoè determinato dalla relazione:

V = dx/dt, (1.1)

dove V è l'aumento della biomassa o del numero di cellule;.

x – biomassa o numero di cellule,

t – tempo.

Tasso di crescita specifico determinato dalla formula:

µ = (dx/dt) ∙ 1/x, (1.2)

dove µ è l'aumento della biomassa per unità di tempo per unità di biomassa,

x – biomassa iniziale.

La durata della fase di latenza dipende dalle caratteristiche biologiche dei batteri, dall'età della coltura, dalla quantità di inoculo, dalla composizione del mezzo nutritivo, dalla temperatura, dall'aerazione, dal pH, ecc. Alcuni batteri hanno un breve periodo di ritardo della crescita , altri hanno un lungo periodo. Più giovane è la cultura, più breve è il periodo. Quanto più la composizione del mezzo nutritivo è vicina a quella in cui sono cresciuti i microrganismi, tanto più breve è la fase di latenza. I cambiamenti nel mezzo nutritivo portano ad un cambiamento nella fase di latenza, poiché è necessario tempo per sintetizzare gli enzimi o aumentare la loro attività. Pertanto, i fattori di arresto della crescita possono essere suddivisi in esterno(composizione del mezzo, pH, temperatura, ecc.) e interno(età della cultura). La durata della fase può variare da alcuni minuti a diverse ore e persino giorni. In questa fase μ = 0 .

Logaritmico, O esponenziale, O fase di registro, caratterizzato velocità massima divisione batterica. La crescita esponenziale della popolazione è descritta dall’equazione:

X = X o ∙ e μ max ∙ t , (1.3)

dove Chi X o è il numero di cellule (o biomassa) alla fine e all'inizio dell'esperimento;

t – tempo dell'esperimento;

e è la base del logaritmo naturale;

μmax – tasso di crescita specifico massimo.

Durante la fase logaritmica, la maggior parte delle cellule sono fisiologicamente giovani, biochimicamente attive e anche le più sensibili fattori sfavorevoli ambiente esterno. In questa fase, μ = max Questa fase è a più stadi, poiché all'inizio i batteri crescono in un mezzo con un eccesso di substrato, poi la sua concentrazione diminuisce, cambia l'attività degli enzimi e il contenuto dei metaboliti cellulari aumenta. Inoltre, la crescita dei batteri è influenzata da molti fattori: le caratteristiche specifiche dei batteri, la natura del mezzo nutritivo e la concentrazione dei suoi singoli componenti, nonché la temperatura di coltivazione.

Fase di crescita lenta. Combina due fasi: fase di crescita lineare(μ = cost) e fase di accelerazione negativa. La fase è caratterizzata durante il periodo di crescita lineare da un tasso costante di aumento della biomassa (numero di cellule). Quindi, durante il passaggio alla fase di accelerazione negativa, il numero di cellule in divisione diminuisce. L'inizio della fase è spiegato da cambiamenti quantitativi nella composizione del mezzo nutritivo (consumo di nutrienti, accumulo di prodotti metabolici).

Fase stazionaria caratterizzato da un equilibrio tra cellule morenti e cellule neoformate. I fattori che limitano la crescita batterica nella fase precedente sono la causa della fase stazionaria. Non si verifica alcun aumento della biomassa (μ = 0).In questa fase si osserva il valore massimo della biomassa e il numero massimo totale di cellule. Questi valori massimi sono chiamati raccolto, O Uscita. Uno dei fattori limitanti è la concentrazione massima di cellule per unità di volume del mezzo nutritivo. Questo valore varia in modo significativo tra i diversi tipi di batteri. Nella fase stazionaria, le cellule sono caratterizzate da una crescita sbilanciata (i componenti cellulari sono sintetizzati a velocità diverse), da una diminuzione dell'intensità dei processi metabolici e da una maggiore resistenza alle influenze fisiche e chimiche.

Fase di deperimento (morte cellulare esponenziale) è caratterizzato da una diminuzione del numero di cellule viventi, un aumento dell'eterogeneità della popolazione (compaiono cellule che non percepiscono il colorante, con debole sviluppo dello strato di mureina, ecc.). Il processo della morte prevale sulla divisione (μ< 0).

Fase di sopravvivenza caratterizzato dalla presenza di singole cellule che hanno mantenuto la vitalità per lungo tempo in condizioni di morte della maggior parte delle cellule della popolazione. Le cellule sopravvissute sono caratterizzate da una bassa attività dei processi metabolici, cambiamenti nell'ultrastruttura cellulare (citoplasma a grana fine, assenza di poliribosomi, ecc.). Le cellule sono più resistenti alle condizioni ambientali sfavorevoli.

Pertanto, durante la coltivazione stazionaria, le cellule microbiche si trovano costantemente in condizioni mutevoli: all'inizio tutti i nutrienti sono in eccesso, poi si verifica gradualmente la loro carenza, quindi le cellule vengono avvelenate dai prodotti metabolici.

Influenza dei fattori limitanti sul tasso di crescita. Per la normale crescita e sviluppo dei microrganismi, l'ambiente deve contenere i nutrienti necessari, avere il pH, la temperatura, ecc. appropriati. Vengono chiamati i fattori che limitano la crescita di un raccolto limitante. Caratteristica crescita della popolazione microbica: dipendenza del tasso di crescita specifico dalla concentrazione del substrato. Questa dipendenza è espressa Equazione di Monod, che è una funzione iperbolica:

μ = μmax ∙ S/(S + K S), (1.4)

dove μ è il tasso di crescita specifico;

μ max - tasso di crescita specifico massimo;

S – concentrazione del substrato;

K S è la costante di saturazione, numericamente uguale alla concentrazione del substrato che fornisce un tasso di crescita corrispondente alla metà del valore di μ max.

Man mano che i nutrienti vengono consumati, l’ambiente si arricchisce di prodotti metabolici, che limitano anche la crescita del raccolto. Il caso più generale dell'influenza della concentrazione del substrato e dei prodotti metabolici sul tasso di crescita di una popolazione di microrganismi si riflette nel modello di N.D. Ierusalimsky:

μ = μ max ∙ S/(S + K S) ∙ К Р / (К Р / + Р), (1.5)

dove P è la concentrazione dei prodotti metabolici;

KP è una costante numericamente uguale alla concentrazione di prodotti metabolici alla quale il tasso di crescita rallenta della metà.

L'analisi di questa equazione mostra che sotto la condizione K P >> P, quando il valore di P può essere trascurato. il tasso di crescita è limitato solo dalla concentrazione del substrato. Se S >> K S , quindi il tasso di crescita è limitato dall'accumulo di prodotti metabolici

Coltivazione continua. Se al contenitore in cui si trova la popolazione batterica viene fornito continuamente un mezzo nutritivo fresco e allo stesso tempo viene rimosso alla stessa velocità un liquido di coltura contenente cellule batteriche e prodotti metabolici, si ottiene una coltivazione continua. Regolando la velocità del flusso del fluido è possibile controllare la crescita della popolazione batterica, ad esempio prolungando la fase logaritmica o stazionaria per il tempo necessario. La coltivazione continua viene effettuata in dispositivi speciali: chemostati e turbidostati.

Chemostati. La crescita batterica è regolata dalla concentrazione del substrato. Mantenendo costante la concentrazione di uno dei substrati necessari (una fonte di azoto o carbonio), regolando la portata del mezzo, è possibile bilanciare il tasso di crescita della coltura. Il tasso di variazione della biomassa cellulare nel chemostato è uguale alla differenza tra il tasso di crescita della biomassa e il tasso di rimozione dal coltivatore. La densità di popolazione rimane costante se μ=D (il tasso di crescita specifico è uguale al fattore di diluizione), cioè la perdita di cellule a seguito della lisciviazione e il loro aumento a seguito della riproduzione sono equilibrati.

Turbistati Il principio di funzionamento si basa sulla regolazione della portata del mezzo in base alla densità di popolazione. La densità di popolazione è controllata da una fotocellula collegata ad un relè che regola l'erogazione del mezzo. Quando la densità di popolazione raggiunge un livello predeterminato, il relè viene attivato e il terreno fresco entra nel coltivatore. Di conseguenza, la concentrazione delle cellule viene ridotta ad un certo livello e quindi l'erogazione del mezzo viene automaticamente disattivata.

Il controllo turbistatico può basarsi su altri metodi per determinare la biomassa o i prodotti formati durante la crescita dei batteri (ad esempio, il metodo statistico del pH per controllare la portata, l'uso dell'ossistato - controllo della portata in base al tasso di consumo di ossigeno , eccetera.).

La coltivazione continua di microrganismi viene utilizzata per studiarne la fisiologia, la biochimica, la genetica, ecc. Ed è ampiamente utilizzata anche nell'industria microbiologica.

Coltivazione sincrona . Le culture sincrone sono culture in cui per qualche tempo tutte le cellule si dividono simultaneamente (in modo sincrono) a causa della uguale disponibilità alla divisione di tutti gli individui. La sincronizzazione si ottiene con metodi fisici e chimico-biologici. I metodi fisici sono l'esposizione alla temperatura, la centrifugazione differenziale o la filtrazione differenziale, ecc. Metodi chimici e biologici: fame forzata di batteri, coltivazione di batteri su mezzi inferiori e quindi trasferimento su mezzi completi. Le colture sincrone vengono utilizzate per studi genetici e citologici, per studiare la sintesi dei singoli componenti cellulari durante la divisione batterica.