"Vekst utover individets grenser" Så hovedpersonene i en spektakulær evolusjonær forestilling passerte foran øynene våre, som brakte mange helt fantastiske skapninger inn på livets scene. Med alle forskjellene som gir den ubestridelige originaliteten til hvert stort

Vekst og reproduksjon av mikroorganismer Som den berømte franske fysiologen Claude Bernard fra 1800-tallet sa, er livet en skapelse. Levende organismer skiller seg fra livløs natur hovedsakelig ved at de vokser og formerer seg. Deres vekst og reproduksjon observeres best i slike

Mikrober akselererer plantevekst.Ulike planteorganer produserer stoffer som regulerer og til en viss grad akselererer veksten deres. Slike stoffer inkluderer for eksempel f3-indoleddiksyre (heteroauxin) Interessant nok produseres og frigjøres heteroauxin

"Luksuriøs vekst" Escherichia coli levde i kroppen til våre forfedre i millioner av år, selv når disse forfedrene ikke var mennesker i det hele tatt. Men det var først i 1885 at arten Homo sapiens og dens innbyggere ble offisielt introdusert for hverandre. En tysk barnelege ved navn Theodor Escherich studerte

1. Reproduksjon er vekst, arv og utvikling Reproduksjon er en av livets mest spesifikke og mest komplekse egenskaper. Dette er naturlig, siden seleksjon i evolusjon går nettopp for denne evnen: i kampen for tilværelsen, de organismene som vinner

Mikroorganismer, som andre levende ting, er preget av vekst og reproduksjon. Cellevekst refererer til en koordinert økning i mengden av alle kjemiske komponenter (for eksempel protein, RNA, DNA), som til slutt fører til en økning i størrelsen og massen til cellen. Veksten av en mikrobiell celle er ikke ubegrenset; etter å ha nådd en viss størrelse, slutter cellen å vokse og begynner å formere seg.

Reproduksjon er en økning i antall mikroorganismeceller i en populasjon. Mikroorganismer formerer seg enten ved tverrdeling, som skjer under vekstprosessen, eller ved knoppskyting (som er ekstremt sjelden), eller ved dannelse av sporer.

Prokaryoter formerer seg vanligvis aseksuelt - ved binær fisjon. Ved begynnelsen av delingen forlenges cellen, deretter deler nukleoiden seg. Reproduksjon av nukleoiden, som inneholder all den genetiske informasjonen som er nødvendig for livet til en mikroorganisme, er den viktigste av alle prosesser som skjer under cellevekst.

Nukleoiden er representert av et superkveilet og veldig tettpakket DNA-molekyl, som er en selvreplikerende struktur og er kjent som et replikon. Replikoner inkluderer også plasmider - genetiske strukturer som er i stand til uavhengig replikering. DNA-replikasjon utføres av DNA-polymeraseenzymer. Denne prosessen begynner på et bestemt punkt i DNA og skjer samtidig i to motsatte retninger. Replikasjon skjer også på et bestemt sted i DNAet - Som følge av replikasjon dobles antallet DNA-molekyler i cellen. De nylig syntetiserte DNA-molekylene spres gradvis inn i de resulterende dattercellene. Alt dette gjør at dattercellen kan ha et DNA-molekyl helt identisk med modercellen når det gjelder nukleotidsekvens – Det antas at DIC-replikasjon tar opp nesten 80 % av tiden bakteriecellen deler seg.

Etter at DNA-replikasjonen er fullført, starter et komplekst sett med prosesser som fører til dannelsen av en intercellulær septum. Først vokser to lag av den cytoplasmatiske membranen på begge sider av cellen, og deretter syntetiseres peptidoglykan mellom dem og det dannes en skillevegg, bestående av to lag av den cytoplasmatiske membranen og peptidoglykan.

Under DNA-replikasjon og dannelsen av skilleveggen vokser mikroorganismecellen kontinuerlig. I løpet av denne perioden oppstår syntesen av peptidoglykan i celleveggen, den cytoplasmatiske membranen, dannelsen av nye ribosomer og andre organeller og forbindelser som er en del av cytoplasmaet. På det siste trinnet av delingen skiller dattercellene seg fra hverandre. Delingsprosessen i noen bakterier fullføres ikke, noe som resulterer i dannelse av cellekjeder.

Når stavformede bakterier deler seg, vokser cellene i utgangspunktet i lengde (cellediameteren endres ikke). Når lengden på bakterien dobles, smalner stangen noe inn på midten og deler seg deretter i to celler. Oftest er cellen delt i to like deler (isomorf deling), men ujevn (heteromorf) deling oppstår også, når dattercellen er større enn modercellen.

Figur 25 viser delingen av en bakterie med flagella. Bare modercellen har flageller. Dattercellen har ikke flageller: de vokser senere. I en rekke studier ble flageller vanligvis funnet i bare én celle fra et nylig separert par. Det kan antas at modercellen beholder hoveddelen av den opprinnelige celleveggen, fibria og flagella.

Spirochetes, rickettsia, noen gjærsopper og sopp, protozoer og andre organismer formerer seg ved tverrgående celledeling.

Myxobakterier deles ved innsnevring. Først smalner cellen på delingsstedet litt, deretter innsnevrer celleveggen gradvis fra begge sider inn i cellen, innsnevrer den mer og mer og deler den til slutt i to. Dattercellen, som allerede er dekket med sin egen cytoplasmatiske membran, beholder fortsatt midlertidig den felles celleveggen.

Hos bakterier observeres noen ganger en "seksuell" prosess, eller konjugasjon (se kapittel 4).

Som et resultat av veksten og reproduksjonen av en mikroorganismes celle, dannes en koloni av mikrober - etterkommere.

Mikroorganismer er preget av en høy reproduksjonshastighet, uttrykt ved generasjonstid, det vil si tiden hvor celledeling skjer. Generasjonstiden bestemmes av typen mikroorganisme, dens alder og ytre forhold (sammensetning av næringsmediet, temperatur, pH og andre faktorer).

Under gunstige forhold varierer generasjonstiden for mange mikroorganismer fra 20 til 30 minutter. Ved denne veksthastigheten kan du få 6 generasjoner på 2 timer (det tar 120 år å få samme antall generasjoner hos mennesker). På grunn av bakteriers evne til å formere seg raskt, er det i naturen en numerisk overlegenhet over andre levende organismer. Imidlertid kan bakterier ikke fortsette å vokse veldig lenge med en generasjonsperiode på 20 minutter. Hvis slik vekst var mulig, ville en enkelt E. coli-celle (Escherichia coli) produsere 272, eller omtrent 1022, etterkommere etter 24 timer, Total vekt som ville utgjøre flere titusenvis av tonn, og etter ytterligere 24 timers vekst av denne bakterien, ville massen til dens etterkommere overstige flere ganger klodens masse. Mangel på mat og opphopning av råteprodukter begrenser en slik rask spredning av bakterier. I et strømningsmiljø kan bakterier dele seg hvert 15.-18. minutt.

Observasjoner av vekst av mikroorganismer dyrket i et flytende medium i lukkede tanker viser at veksthastigheten varierer over tid. Mikroorganismer introdusert i næringsmediet utvikler seg ikke i utgangspunktet, de "venner" seg til miljøforholdene. Deretter begynner de å reprodusere seg i en stadig økende hastighet, og når det maksimale de er i stand til i et gitt miljø. Ettersom næringsstoffene er oppbrukt og metabolske produkter samler seg, avtar veksten og stopper deretter helt. Utviklingssyklusen til bakterier består av flere faser (fig. 26).

I. Den innledende (stasjonære) fasen begynner etter innføring av mikroorganismer i næringsmediet og varer fra 1 til 2 timer I denne fasen øker ikke antallet bakterier og cellene vokser ikke.

II. Lagfasen er en periode med forsinket reproduksjon. På dette tidspunktet begynner bakterier introdusert i et friskt næringsmedium å vokse raskt, men delingshastigheten forblir lav.

De to første fasene av utviklingen av en bakteriepopulasjon kalles perioden for tilpasning til det nye miljøet. Mot slutten av lagfasen øker cellene ofte volumet. Varigheten av etterslepfasen avhenger både av ytre forhold og av bakterienes alder og deres artsspesifisitet.

III. Fasen med intens logaritmisk, eller eksponentiell, reproduksjon. I løpet av denne perioden formerer bakterier seg med høyeste hastighet, og antall celler øker eksponentielt.

IV. I den negative akselerasjonsfasen blir bakteriecellene mindre aktive og generasjonsperioden begynner å forlenges. En av grunnene som bremser spredningen av bakterier er uttømmingen av næringsmediet og akkumulering av giftige (giftige) metabolske produkter i det. Dette reduserer reproduksjonshastigheten. Noen celler slutter å reprodusere seg og dør.

V. Stasjonær fase - en periode hvor antall nylig fremvoksende celler er omtrent lik antall døende. Derfor forblir antallet levende celler praktisk talt uendret i noen tid. Det totale antallet levende og døde bakterier øker imidlertid litt, men ikke like raskt. Denne fasen kalles noen ganger den "maksimale stasjonære" fasen, siden antallet celler i mediet når et maksimum i løpet av den.

VI-VIII. Dødsfasene er preget av at celledød råder over reproduksjon. Under fase VI øker antallet døde celler. Denne fasen erstattes av VII - logaritmisk celledød, når de dør med konstant hastighet. Til slutt begynner fase VIII, hvor dødsraten for bakterieceller gradvis avtar. Død av celler i bakteriepopulasjonen i de tre siste fasene er assosiert med endringer i fysisk kjemiske egenskaper næringsmedium i en retning som er ugunstig for bakterier og av andre grunner. Rytmen av celledød i disse fasene blir rask, og antallet levende celler avtar mer og mer til de nesten dør helt.

Med dyrkingen beskrevet ovenfor i en lukket tank, er mikroorganismer konstant i skiftende forhold, dette er den såkalte ikke-flytende kulturen av mikroorganismer. Først har de et overskudd av alle næringsstoffer, deretter er det gradvis mangel på ernæring og forgiftning av metabolske produkter. Alt dette fører til en reduksjon i veksthastigheten, som et resultat av at kulturen går inn i den stasjonære fasen. Men hvis næringsstoffer ble tilsatt til mediet og metabolske produkter ble fjernet samtidig, kunne mikroorganismene forbli i den eksponentielle vekstfasen i en ubestemt periode. Denne metoden er grunnlaget for gjennomstrømningsdyrking av mikroorganismer, utført i kjemostater og turbidostater ved bruk av spesielle anordninger for kontinuerlig tilførsel av mediet med kontrollert hastighet og for god blanding.

I motsetning til ikke-flytende kultur skapes det følgelig konstante forhold for mikroorganismer i gjennomstrømningskultur. Derfor kan kontinuerlig og konstant cellevekst opprettholdes ved enhver kulturveksthastighet. Strømningsdyrking av mikroorganismer kan kontrolleres automatisk; det er veldig lovende og blir mye introdusert i industri og laboratoriepraksis.

I fysiologiske studier av mikroorganismer er det viktig å få tak i såkalte synkrone kulturer. En synkron kultur er en bakteriekultur (eller populasjon) der alle cellene er på samme stadium av cellesyklusen. Synkrone kulturer brukes vanligvis til å studere individuelle bakterier mens de vokser.

Vekstkurven karakteriserer vekst og reproduksjon av bakterier under visse miljøforhold. Vekstkurven er hentet fra studiet av batchkultur.

Batchkultur Dette er en populasjon av mikroorganismer som utvikler seg i et begrenset volum av miljøet uten tilførsel av næringsstoffer.

Fase 1 - initial - bakterier vokser, men formerer seg ikke

Fase 2 - lg vekstfase - bakterier formerer seg intensivt

3. fase - stasjonær - reproduksjon - lik dødelighet

Fase 4 - død - metabolske produkter akkumuleres, næringsmediet er oppbrukt, bakterier dør.

Eksterne faktorer kan ha

• Bakteriostatisk effekt- undertrykke reproduksjon og vekst av bakterier
• Bakteriedrepende effekt- forårsake bakteriedød

Bakterielle enzymer

- Enzymer- spesifikke proteiner som katalyserer kjemiske reaksjoner. Enzymer forårsaker en omfordeling av elektrontettheter og en viss deformasjon av substratmolekylet. Dette fører til en svekkelse av intramolekylære bindinger, aktiveringsenergien avtar og reaksjonen akselererer.

Klassifisering av enzymer -

1. I henhold til typen reaksjon som katalyseres - oksyreduktaser, lyaser, transferaser, hydrolaser, etc.
2. Ved lokalisering katalyserer endoenzymer reaksjoner inne i cellen. Eksoenzymer - frigjort fra bakteriecellen, katalyserer nedbrytningen
3. Genetisk kontroll av dannelsen - konstitutiv (i løpet av hele livssyklusen, ikke påvirket av tilstedeværelsen av et substrat), induserbar - de dannes som svar på tilstedeværelsen av et substrat
4. I henhold til substratet - proteolytisk - bryte ned proteiner, sakkarolytisk - bryte ned karbohydrater, lipolytisk - bryte ned fett.

Viktigheten av enzymer.

1. Syntesen av enzymer er deterministisk, derfor tjener bestemmelsen av enzymatiske egenskaper til å identifisere organismer

2. Bakterielle enzymer bestemmer deres patogenisitet

3. Enzymatiske egenskaper brukes i mikrobiologisk industri

Bestemmelse av bakterielle enzymer

Proteaser bryter ned proteiner til aminosyrer, urea, indol, hydrogensulfid og ammoniakk. På medier med protein oppdages proteaser ved frigjøring av disse produktene. Gelatin brukes til å gjøre mediet flytende. På koagulert myse ved flytendegjøring og på melk ved klargjøring. Kasein vil brytes ned og proteinet vil koagulere. Ved MPB for frigjøring av indol- og hydrogensulfidgasser, som oppdages ved hjelp av indikatorpapirer

Bestemmelse av enzymer som bryter ned karbohydrater - sakkarolytisk. Disse enzymene bryter ned karbohydrater til aldehyder, syrer, karbondioksid og H2. For å bestemme dem, bruk MPB eller MPA, legg til en syredannelsesindikator + karbohydrat + flyte for gassdannelse. I henhold til dette prinsippet skapes Gies- og Pestrel-miljøene. Hvis lyset i omgivelsene endres, frigjøres gass, som gjør at karbohydrater brytes ned. Monosakkarider brukes. Basert på dette prinsippet lages paneler, nettbrett, papirindikatorsystemer, NIB - systemer av indikatorpapirer, energirør og instrumenter for måling av enzymatisk aktivitet (det dannes karbonsyre => indikatorer med Ph trengs)

Lipolytiske enzymer - lipaser - påvises på JSA - eggeplommesaltagar, som inneholder eggeplommen, som inneholder mye lipider og ødeleggelsen av lipider er ledsaget av rensing av mediet

Dyrking av mikroorganismer.

Dette er produksjon av et stort antall bakterier på et næringsmedium. Formål med dyrking. Det utføres dyrking for

1. Studie av mikrobiologiske egenskaper

2. Å diagnostisere infeksjoner

3. For å få et biologisk produkt - fra bakterier eller oppnådd ved hjelp av bakterier.

Slike legemidler kan være terapeutiske, diagnostiske eller profylaktiske. Betingelser for å dyrke bakterier -

1. Tilgjengelighet av et komplett ernæringsmiljø.
2. Optimal temperatur
3. Kultiveringsatmosfæren er enten oksygen eller fraværet.
4. Dyrkingstid - synlig vekst etter 18-48 timer, men noe - tuberkulose for eksempel - 3-4 uker
5. Lys Noen vil bare vokse i nærvær av lys.

Metoder for å dyrke aerobe

1. Stasjonær - på overflaten av agaren
2. Metode for dypdyrking med middels lufting. Lufting utføres for å løse opp oksygen i mediet.
3. Kontinuerlig dyrking - ved bruk av gjennomstrømningsmedier.

Kulturelle egenskaper til mikroorganismer. Dette er trekk ved bakterievekst på næringsmedier.

På flytende næringsmedier forårsaker bakterier turbiditet i mediet, kan danne sediment - nær bunnen, nær veggen, og kan danne en film på overflaten av mediet. Kolonier dannes på faste næringsmedier.

Kolonien- en isolert opphopning av mikroorganismer av samme art på et tett næringsmedium. Den har en viss størrelse, overflate, kant, form, konsistens, struktur, farge.

Kolonityper

S-glatt - rund form, glatte kanter, glatt overflate.

R-kolonier - ru, ujevne kanter, stripete overflate

SR-kolonier 0 mellomliggende - litt ujevne kanter og overflate.

Funksjoner ved dyrking av anaerober. For dyrking av anaerober skapes oksygenfrie forhold. Dette er oppnådd

1. Regenerering av næringsmediet - næringsmediet kokes og oppløst oksygen forlater mediet.
2. bruk av spesielle enheter - anaerostater og ekssikkatorer. I dem absorberes oksygen enten av kjemiske absorbere eller pumpes ut fra enheten.
3. Tilsetning av reduserende stoffer til mediet - stoffer som oksiderer lett og raskt - karbohydrater, cystein, biter av parenkymale organer, askorbinsyre. Basert på dette prinsippet er det laget et miljø for anaerober - Kit-Tarozzi - et miljø for anaerober. Den inneholder MPB, karbohydrater og leverbiter, som inneholder cystein.
4. Spesielle såmetoder. Såing under olje, såing i Veillon-Vignan tube, såing ifølge Fortner. Aerober og anaerober fyller koppen - Aerober absorberer oksygen og et anaerobt miljø oppnås.

Isolering av rene kulturer.

Ren kultur- en populasjon av mikroorganismer av én type, isolert på et flytende eller fast næringsmedium i store mengder.

Formål med tildeling.

1. Diagnose av infeksjoner. Isolering av rene kulturer er grunnlaget for den bakteriologiske metoden. Basert på isolasjonen av ren kultur og dens identifikasjon. Identifikasjon - definere en art.
2. Innhenting av biologiske produkter
3. Studie av bakteriers biologiske egenskaper
4. Sanitær og hygienisk forskning

Stadier for å isolere en ren kultur av aerobe.

1. Studie av blandingen - smørefarging i henhold til Gram.
2. Separasjon av blandingen og oppnåelse av kolonier. Separasjon utføres 1) I følge Drigalsky - med strøk på overflaten av agaren. Materialet tas med en løkke og inokuleres på agar. Såing av en slikkepott i flere kopper. 2) Seriell fortynningsmetode. 3) Kokha - metode for seriefortynninger i smeltet agar.
3. Kolonifrekvenssjekk, utstryk, gramflekk
4. Subkultur av materiale fra kolonier på agar-skråninger for å akkumulere en ren kultur. Den isolerte rene kulturen identifiseres ved dens egenskaper - morfologiske, tinktielle, kulturelle, enzymatiske og andre.

Isolering av en ren kultur av anaerobe

1. Akkumulering av anaerober. Blandingen inokuleres på Kittarotsi-medium og varmes opp til en temperatur på 80 grader i 10 minutter. Anaerober som danner sporer blir bevart, mens andre vegetative former dør. Deretter dyrkes næringsmediet, sporene spirer og hoper seg opp

2. Innhenting av kolonier ifølge Zeisler, en koloni av anaerobe oppnås på overflaten av en agar i Anaerostat, ifølge Weinberg oppnås kolonier i Veillon-Vignal-rør.

3. Kontroll av hyppigheten av kolonier - utstryk, Gram-flekk

4. Gjensåing av koloniene på Kittarotsi-medium, akkumulering av anaerob, ren kultur.

5. Identifikasjon, bestemmelse av typen anaerobe.

Andre metoder for å isolere rene kulturer.

1. Optimale temperaturer kan brukes
2. Frigjøring av sporer når blandingen varmes opp i 10 minutter ved 80 grader
3. Bruke svermefenomenet - spre seg utover avlingsområdet.
4. Shukevichs metode er isolering av en ren kultur av mikroorganismer med krypende vekst.
5. Bakteriell filtrerbarhet er evnen til å passere gjennom filtre med en viss mengde sporer. Behandling av blandingen ultrafiolette stråler, ultralyd, antisera, oppnå en ren kultur av mikroorganismer som er resistente mot disse faktorene.
6. Under elektroforese av blandingen. Organismer med en viss ladning vil samle seg ved anoden eller katoden.
7. Bruk en mikromanipulator. Ta en celle under et mikroskop og få en ren kultur - en klon - avkommet til en mikrobiell celle. Bruk av selektive vekstmedier.
8. Galle, tiurittsalter, natriumklorid, antibiotika tilsettes næringsmediene, og en ren kultur av resistente mikroorganismer isoleres.
9. Differensialdiagnostiske miljøer kan brukes.
10. Du kan bruke en biologisk metode. Hvite mus infiseres intraperitonealt med en blanding av bakterier og på grunn av tropisme samler bakteriene seg i et bestemt organ.

Bakterielle pigmenter.

Dette er fargestoffer som skilles ut av bakteriecellen; deres syntese er genetisk bestemt. I henhold til den kjemiske strukturen kan pigmenter være karotenoider - rød-gul, pyrroler - grønn, fenosinfargestoffer - blågrønn og melanin - svarte enzymer.

Gul - gylden stafylokokk, blågrønn - Pseudomonas aeruginosa

Pigmenter er delt inn i

1. Uløselige pigmenter - farge bare kolonier
2. Løselige pigmenter - kan være løselige i alkoholer, vann

Pigmenter dannes vanligvis fra bakterier som finnes i luftens mikroflora, fra antibiotika-resistente mikroorganismer, pga. de er sekundære metabolitter og pigmenter dannes ofte i lys.

Funksjon av pigmenter

1. Pigmenter er involvert i metabolismen
2. Øker antibiotikaresistens
3. Øker motstanden mot UV-stråler ved å beskytte områder som er følsomme for fotooksidasjon

L-former for bakterier.

Åpnet i 1935 Dette er mikroorganismer som mangler cellevegg, men som beholder evnen til å vokse og formere seg. L-former dannes i de fleste heterotrofer og sopp. Faktorer som induserer L-transformasjon -

1. Antibiotika

2. Aminosyrer - glycin, metionin, leucin og noen andre.

3. Enzymer - lysozym.

4. Faktorer av makroorganisme - makrokropper, kompliment

Disse faktorene ødelegger enten celleveggen eller virker på cellegenomet og syntesen av celleveggkomponenter skjer ikke.

EgenskaperLskjemaer

1. L-former sikrer overlevelse av bakterier når miljøforholdene endres.
2. Morfologisk lik i visse bakteriearter. De er polymorfe - sfæriske, gramnegative. De danner kolonier av type A - små kolonier på overflaten av mediet og kolonier av type B - mørkt senter, og hevede kanter, koloniene vokser inn i næringsmediet.
3. Anaerober eller mikroaerofile
4. L-former har mange metoder for reproduksjon - binær fisjon, spirende, fragmentering, kombinert.
5. De har redusert virulens, mangler vedheft og har endrede antigene egenskaper.
6. De er i stand til å reversere - gå tilbake til sin opprinnelige bakterieform

Og forårsake infeksjoner som er vanskelige å behandle.

Dette skyldes det faktum at L - former er resistente mot antibiotika og de er resistente mot makroorganismens beskyttende faktorer, mot antistoffer, fagocytose og kompliment.

Ukulturbare former for NFB-bakterier

Dette er bakterier som har metabolsk aktivitet, men som ikke vokser på næringsmedier, overgangen til en ukultiverbar form kan observeres hos mange mikroorganismer når de utsettes for ugunstige forhold. Denne overgangen er genetisk kontrollert. Overgangen utføres under påvirkning av faktorer

1. Temperatur, spesielt lav
2. Saltkonsentrasjon
3. Lufting av miljøet
4. Mengde næringsstoffer

Betydningen av ukultiverte former. I denne formen blir de bevart i det ytre miljøet mellom epidemier, og når de kommer inn i makroorganismen, kan de kultiveres - gjenopplives - dette forklarer tilstedeværelsen av naturlig fokale sykdommer.

Avslørende -

1. Direkte celletall

2. Påvisning av DNA-aktivitet

3. Genetiske forskningsmetoder.

Vekst og reproduksjon av bakterier

Bakterievekst oppstår som et resultat av mange sammenkoblede biokjemiske reaksjoner som syntetiserer cellulært materiale, noe som fører til en økning i mengden av alle kjemiske komponenter. Hos bakterier skilles det mellom den individuelle veksten av en bakteriecelle og veksten av bakterier i en populasjon.

Individuell bakterievekst. Det bedømmes etter økningen i størrelsen på enkeltindivider. Veksthastigheten avhenger av ytre forhold og den fysiologiske tilstanden til selve cellen. Under konstante forhold skjer veksten med en konstant hastighet. Staveformede bakterier vokser overveiende i retning av den lange aksen, så forholdet mellom celleoverflaten og dens volum endres ikke nevneverdig under cellevekst, og dette skaper konstante forhold for å tilføre hver del av cellen næringsstoffer og oksygen. Kokker vokser jevnt i alle retninger, og øker størrelsen på celleradius, mens den relative størrelsen på celleoverflaten avtar, slik at forsyningsforholdene for hver del av cellen blir stadig mer ugunstige. I intervallene mellom celledelingene er bakterier større enn umiddelbart etter deling.

Reproduksjon av bakterier. Oftest formerer bakterier seg ved binær fisjon, når en celle dannes til to som hver deler seg igjen. Delingsprosessen innledes alltid med DNA-replikasjon. Det er to typer deling - deling ved innsnevring (snøring) og bruk av tverrgående skillevegg (Figur 1.9).

Figur 1.9 – Bakteriedeling

A - divisjon etter innsnevring; B - divisjon med en tverrgående partisjon; CS – cellevegg; CM - cytoplasmatisk membran; N - nukleoid; P – innsnevring

Inndeling etter innsnevring(innsnevring) er ledsaget av en innsnevring av cellen på stedet for dens deling, og alle lag av cellemembraner deltar i denne prosessen. Membranenes fremspring fra begge sider inn i cellen innsnevrer den mer og mer og deler den til slutt i to. Dette er hvordan mange gramnegative bakterier deler seg.

Deling for å danne en tverrgående septum karakteristisk for gram-positive bakterier. I noen grupper av bakterier er det imidlertid registrert en endring i delingsmetoder (tioniske bakterier, mykobakterier). Hos sfæriske bakterier kan det dannes flere tverrgående skillevegger (tetrakokker, sarcina).

Perioden fra divisjon til divisjon kalles cellesyklus(ontogenese av bakterier). Det finnes flere typer vegetativ cellesyklus: monomorf- bare én morfologisk type celler dannes (for eksempel basiller), dimorf- to morfologiske typer, polymorf– flere, som hver er preget av visse og konstante trekk ved cellesyklusen (for eksempel actinomycetes). I dimorfe og polymorfe sykluser skilles datter- og morceller.

Spirende Ubakterier er en type binær fisjon. Denne reproduksjonsmetoden er karakteristisk for bakterier som har dimorfe eller polymorfe cellesykluser. Spirende bakterier er preget av cellepolaritet. Noen bakterier formerer seg ved hjelp av eksosporer (men ikke endosporer!), fragmenter av hyfer (actinomycetes). Det er bakterier som har genital villi, eller F-drakk(eng. fertilit y-fertilitet, fruktbarhet), på grunn av tilstedeværelsen av kjønnsfaktoren.

Bakterier er preget av høy reproduksjonshastighet. For eksempel, under gunstige forhold, deler E. coli seg hvert 20...30 minutt, og 2 72 (72 generasjoner) produseres fra en celle per dag. Under forhold som utelukker død, vil slik biomasse være på 4720 tonn.Reproduksjonshastigheten avhenger av miljøfaktorer (temperatur, ernæringsmessige forhold, fuktighet, miljøreaksjoner, etc.) og av artskarakteristikkene til bakterier. Den høye reproduksjonshastigheten av bakterier sikrer deres bevaring på jorden selv under forhold med massedød. De overlevende individuelle cellene formerer seg og føder på nytt.

Vekst av bakterier i en populasjon. Populasjon (fransk populasjon – populasjon) er en samling av bakterier av én art (renkultur) eller forskjellige typer(blandet assosiasjon), utvikler seg på begrenset plass (for eksempel i et næringsmedium). I en bakteriepopulasjon vokser, reproduserer og dør celler konstant. Dyrking av mikroorganismer under kunstige forhold kan være periodisk, kontinuerlig og synkron.

Batch (stasjonær) dyrking. Denne dyrkingen skjer uten inn- og utstrømning av næringsmediet. Den er preget av klassisk mikroorganismes vekstkurve, hvor separate vekstfaser for bakteriepopulasjonen skilles, noe som gjenspeiler det generelle mønsteret for cellevekst og reproduksjon (figur 1.10).

Figur 1.10 – Vekst- og utviklingskurve for en bakteriepopulasjon

Lagfase(engelsk lag - lag) begynner fra det øyeblikket bakterier inokuleres i et friskt næringsmedium. Celler tilpasser seg disse kulturforholdene, vokser, men formerer seg ikke; de ​​når en maksimal veksthastighet. Absolutte og spesifikke vekstrater øker fra null til maksimalt mulige verdier.

Absolutt vekstrate bestemmes av forholdet:

V = dx/dt, (1,1)

hvor V er økningen i biomasse eller antall celler;.

x – biomasse eller antall celler,

t – tid.

Spesifikk vekstrate bestemt av formelen:

µ = (dx/dt) ∙ 1/x, (1,2)

hvor µ er økningen i biomasse per tidsenhet per enhet biomasse,

x – initial biomasse.

Varigheten av etterslepfasen avhenger av bakterienes biologiske egenskaper, kulturens alder, mengde inokulum, sammensetningen av næringsmediet, temperatur, lufting, pH osv. Noen bakterier har en kort periode med vekstretardasjon , andre har lang periode. Jo yngre kultur, jo kortere periode. Jo nærmere sammensetningen av næringsmediet er den som mikroorganismene ble dyrket i, jo kortere etterslep-fase. Endringer i næringsmediet fører til en endring i lagfasen, siden det trengs tid for å syntetisere enzymer eller øke deres aktivitet. Dermed kan stuntingfaktorer deles inn i utvendig(middels sammensetning, pH, temperatur osv.) og innvendig(kulturens alder). Varigheten av fasen kan være fra flere minutter til flere timer og til og med dager. I denne fasen er μ = 0 .

Logaritmisk, eller eksponentiell, eller loggfase, karakterisert topphastighet bakteriedeling. Eksponentiell befolkningsvekst beskrives ved ligningen:

X = X o ∙ e μ maks ∙ t , (1,3)

hvor Chi X o er antall celler (eller biomasse) ved slutten og begynnelsen av eksperimentet;

t - tidspunkt for eksperimentet;

e er basisen til den naturlige logaritmen;

μ maks – maksimal spesifikk vekstrate.

I den logaritmiske fasen er de fleste cellene fysiologisk unge, biokjemisk aktive og også de mest følsomme overfor ugunstige faktorer eksternt miljø. I denne fasen er μ = maks. Denne fasen er flertrinnsvis, siden i begynnelsen av den vokser bakteriene i et medium med et overskudd av substrat, deretter synker konsentrasjonen, aktiviteten til enzymer endres, og innholdet av cellulære metabolitter øker. I tillegg påvirkes bakterieveksten av mange faktorer: bakterienes artsegenskaper, næringsmediets natur og konsentrasjonen av dets individuelle komponenter, og dyrkingstemperaturen.

Langsom vekstfase. Den kombinerer to faser - lineær vekstfase(μ = const) og negativ akselerasjonsfase. Fasen er karakterisert i perioden med lineær vekst av en konstant økning i biomasse (antall celler). Deretter, ved overgang til den negative akselerasjonsfasen, reduseres antallet delende celler. Utbruddet av fasen forklares av kvantitative endringer i sammensetningen av næringsmediet (næringsforbruk, akkumulering av metabolske produkter).

Stasjoner fase preget av en balanse mellom døende og nydannede celler. Faktorer som begrenser bakterievekst i forrige fase er årsaken til den stasjonære fasen. Det er ingen økning i biomasse (μ = 0) I denne fasen observeres maksimal verdi av biomasse og maksimalt totalt antall celler. Disse maksimalverdiene kalles innhøsting, eller exit. En av de begrensende faktorene er maksimal konsentrasjon av celler per volumenhet av næringsmediet. Denne verdien varierer betydelig mellom ulike typer bakterier. I den stasjonære fasen er celler preget av ubalansert vekst (cellulære komponenter syntetiseres med forskjellige hastigheter), en reduksjon i intensiteten av metabolske prosesser og høyere motstand mot fysiske og kjemiske påvirkninger.

Nedgangsfase (eksponentiell celledød) er preget av en reduksjon i antall levende celler, en økning i heterogeniteten til befolkningen (celler vises som ikke oppfatter fargestoffet, med svak utvikling av mureinlaget, etc.). Dødsprosessen råder over deling (μ< 0).

Overlevelsesfase karakterisert ved tilstedeværelsen av individuelle celler som har beholdt levedyktighet i lang tid under dødsforhold for flertallet av cellene i befolkningen. Overlevende celler er preget av lav aktivitet av metabolske prosesser, endringer i celleultrastruktur (finkornet cytoplasma, fravær av polyribosomer, etc.). Celler er mer motstandsdyktige mot ugunstige miljøforhold.

Under stasjonær dyrking er mikrobielle celler derfor konstant i skiftende forhold: først er alle næringsstoffer i overkant, deretter oppstår mangelen deres gradvis, deretter blir cellene forgiftet av metabolske produkter.

Påvirkning av begrensende faktorer på vekstrate. For normal vekst og utvikling av mikroorganismer må miljøet inneholde de nødvendige næringsstoffene, ha passende pH, temperatur osv. Faktorer som begrenser veksten av en avling kalles begrensende. Trekk mikrobiell populasjonsvekst – avhengighet av den spesifikke veksthastigheten av substratkonsentrasjonen. Denne avhengigheten kommer til uttrykk Monods ligning, som er en hyperbolsk funksjon:

μ = μ maks ∙ S/(S + K S), (1,4)

hvor μ er den spesifikke vekstraten;

μ maks - maksimal spesifikk veksthastighet;

S – substratkonsentrasjon;

K S er metningskonstanten, numerisk lik substratkonsentrasjonen som gir en veksthastighet tilsvarende halvparten av verdien av μ maks.

Når næringsstoffer konsumeres, berikes miljøet med metabolske produkter, som også begrenser veksten av avlingen. Det mest generelle tilfellet av påvirkningen av konsentrasjonen av substrat og metabolske produkter på veksthastigheten til en populasjon av mikroorganismer gjenspeiles i modellen til N.D. Ierusalimsky:

μ = μ maks ∙ S/(S + K S) ∙ К Р / (К Р / + Р), (1,5)

hvor P er konsentrasjonen av metabolske produkter;

KP er en konstant numerisk lik konsentrasjonen av metabolske produkter der veksthastigheten reduseres med det halve.

Analyse av denne ligningen viser at under betingelsen K P >> P, når verdien av P kan neglisjeres. veksthastigheten begrenses kun av substratkonsentrasjonen. Hvis S >> K S , da begrenses veksthastigheten av akkumulering av metabolske produkter

Kontinuerlig dyrking. Hvis et friskt næringsmedium kontinuerlig tilføres beholderen hvor bakteriepopulasjonen befinner seg og samtidig fjernes en kulturvæske som inneholder bakterieceller og stoffskifteprodukter i samme hastighet, oppnås kontinuerlig dyrking. Ved å justere hastigheten på strømningsmediet, er det mulig å kontrollere veksten av bakteriepopulasjonen, for eksempel forlenge den logaritmiske eller stasjonære fasen for enhver nødvendig tid. Kontinuerlig dyrking utføres i spesielle enheter - kjemostater og turbidostater.

Kjemostater. Bakterievekst reguleres av substratkonsentrasjon. Ved å opprettholde en konstant konsentrasjon av et av de nødvendige substratene (en kilde til nitrogen eller karbon), ved å regulere strømningshastigheten til mediet, er det mulig å balansere veksthastigheten til avlingen. Endringshastigheten i cellebiomassen i kjemostaten er lik differansen mellom hastigheten for biomassevekst og hastigheten på dens fjerning fra kultivatoren. Befolkningstettheten forblir konstant hvis μ=D (spesifikk veksthastighet er lik fortynningsfaktor), dvs. tapet av celler som følge av utvasking og deres gevinst som følge av reproduksjon balanseres.

Turbistater Driftsprinsippet er basert på å regulere strømningshastigheten til mediet etter befolkningstetthet. Befolkningstettheten styres av en fotocelle koblet til et relé som regulerer tilførselen av medium. Når befolkningstettheten når et forhåndsbestemt nivå, aktiveres releet og ferskt medium kommer inn i jordfreseren. Som et resultat reduseres cellekonsentrasjonen til et visst nivå og deretter slås mediumtilførselen automatisk av.

Turbistatisk kontroll kan være basert på andre metoder for å bestemme biomasse eller produkter dannet under vekst av bakterier (for eksempel den pH-statistiske metoden for å kontrollere strømningshastigheten, bruken av oksystat - kontrollere strømningshastigheten i henhold til hastigheten på oksygenforbruket , etc.).

Kontinuerlig dyrking av mikroorganismer brukes til å studere deres fysiologi, biokjemi, genetikk, etc., og er også mye brukt i den mikrobiologiske industrien.

Synkron dyrking . Synkronkulturer er kulturer der alle celler i noen tid deler seg samtidig (synkront) på grunn av like beredskap for deling av alle individer. Synkronisering oppnås ved fysiske og kjemisk-biologiske metoder. Fysiske metoder er temperatureksponering, differensiell sentrifugering eller differensiell filtrering osv. Kjemiske og biologiske metoder: tvungen sulting av bakterier, dyrking av bakterier på underordnede medier og deretter overføring av dem til komplette medier. Synkrone kulturer brukes til genetiske og cytologiske studier, for å studere syntesen av individuelle cellulære komponenter under bakteriedeling.