„Creșterea dincolo de limitele individului” Așadar, personajele principale ale unui spectacol evolutiv spectaculos au trecut prin fața ochilor noștri, care a adus pe scena vieții multe creaturi absolut uimitoare. Cu toate diferențele care dau originalitatea incontestabilă a fiecărui vast

Creșterea și reproducerea microorganismelor După cum a spus faimosul fiziolog francez din secolul al XIX-lea Claude Bernard, viața este o creație. Organismele vii diferă de natura neînsuflețită în principal prin faptul că cresc și se reproduc. Creșterea și reproducerea lor se observă cel mai bine în astfel de cazuri

Microbii accelerează creșterea plantelor.Diferitele organe ale plantelor produc substanțe care reglează și, într-o anumită măsură, accelerează creșterea acestora. Astfel de substanțe includ, de exemplu, acidul f3-indoleacetic (heteroauxina).În mod interesant, heteroauxina este produsă și eliberată.

„Creștere luxoasă” Escherichia coli a trăit în corpul strămoșilor noștri milioane de ani, chiar și atunci când acești strămoși nu erau deloc oameni. Dar abia în 1885 specia Homo sapiens și locuitorii săi au fost introduși oficial unul altuia. Un pediatru german pe nume Theodor Escherich a studiat

1. Reproducerea este creștere, ereditate și dezvoltare Reproducerea este una dintre cele mai specifice și mai complexe proprietăți ale vieții. Acest lucru este firesc, deoarece în evoluție selecția merge tocmai pentru această abilitate: în lupta pentru existență, acele organisme care câștigă

Microorganismele, ca și alte viețuitoare, se caracterizează prin creștere și reproducere. Creșterea celulară se referă la o creștere coordonată a cantității tuturor componentelor chimice (de exemplu, proteine, ARN, ADN), conducând în cele din urmă la o creștere a dimensiunii și masei celulei. Creșterea unei celule microbiene nu este nelimitată; după ce a atins o anumită dimensiune, celula se oprește și începe să se înmulțească.

Reproducerea este o creștere a numărului de celule de microorganisme dintr-o populație. Microorganismele se reproduc fie prin diviziune transversală, care are loc în timpul procesului de creștere, fie prin înmugurire (ceea ce este extrem de rar), fie prin formarea de spori.

Procariotele se reproduc de obicei asexuat - prin fisiune binară. La începutul diviziunii, celula se alungește, apoi nucleoidul se divide. Reproducerea nucleoidului, care conține toată informația genetică necesară vieții unui microorganism, este cel mai important dintre toate procesele care au loc în timpul creșterii celulare.

Nucleoidul este reprezentat de o moleculă de ADN supercoiled și foarte strâns împachetat, care este o structură de auto-replicare și este cunoscută sub numele de replicon. Repliconii includ și plasmide - structuri genetice capabile de replicare independentă. Replicarea ADN-ului este realizată de enzimele ADN polimerază. Acest proces începe într-un anumit punct al ADN-ului și are loc simultan în două direcții opuse. Replicarea are loc și într-un anumit loc în ADN - Ca urmare a replicării, numărul de molecule de ADN din celulă se dublează. Moleculele de ADN nou sintetizate se dispersează treptat în celulele fiice rezultate. Toate acestea permit celulei fiice să aibă o moleculă de ADN complet identică cu celula mamă în ceea ce privește secvența nucleotidelor – Se crede că replicarea DIC ocupă aproape 80% din timpul în care celula bacteriană se divide.

După ce replicarea ADN-ului este finalizată, începe un set complex de procese care duc la formarea unui sept intercelular. Mai întâi, două straturi ale membranei citoplasmatice cresc pe ambele părți ale celulei, apoi peptidoglicanul este sintetizat între ele și se formează un sept, format din două straturi ale membranei citoplasmatice și peptidoglican.

În timpul replicării ADN-ului și formării septului care se divide, celula microorganismului crește continuu. În această perioadă, are loc sinteza peptidoglicanului peretelui celular, a membranei citoplasmatice, formarea de noi ribozomi și a altor organite și compuși care fac parte din citoplasmă. În ultima etapă de diviziune, celulele fiice se separă unele de altele. Procesul de divizare la unele bacterii nu se finalizează, rezultând în formarea de lanțuri de celule.

Când bacteriile în formă de tijă se divid, celulele cresc inițial în lungime (diametrul celulei nu se modifică). Când lungimea bacteriei se dublează, tija se îngustează oarecum la mijloc și apoi se împarte în două celule. Cel mai adesea, celula este împărțită în două părți egale (diviziune izomorfă), dar apare și diviziunea neuniformă (heteromorfă), când celula fiică este mai mare decât celula mamă.

Figura 25 prezintă diviziunea unei bacterii cu flageli. Doar celula mamă are flageli. Celula fiică nu are flageli: cresc mai târziu. În numeroase studii, flagelii au fost de obicei găsiți într-o singură celulă dintr-o pereche recent separată. Se poate presupune că celula mamă păstrează partea principală a peretelui celular original, fibria și flagelul.

Spirochetele, rickettsia, unele drojdii și ciuperci, protozoarele și alte organisme se reproduc prin diviziune celulară transversală.

Mixobacterii sunt împărțite prin constricție. În primul rând, celula de la locul diviziunii se îngustează ușor, apoi peretele celular, invadând treptat din ambele părți în celulă, o îngustează din ce în ce mai mult și, în cele din urmă, o împarte în două. Celula fiică, deja acoperită cu propria sa membrană citoplasmatică, păstrează încă temporar peretele celular comun.

La bacterii, se observă uneori un proces „sexual” sau conjugare (vezi capitolul 4).

Ca urmare a creșterii și reproducerii celulei unui microorganism, se formează o colonie de microbi - descendenți.

Microorganismele se caracterizează printr-o rată mare de reproducere, exprimată prin timpul generației, adică timpul în care are loc diviziunea celulară. Timpul de generare este determinat de tipul de microorganism, vârsta acestuia și condițiile externe (compoziția mediului nutritiv, temperatură, pH și alți factori).

În condiții favorabile, timpul de generare a multor microorganisme variază de la 20 la 30 de minute. La acest ritm de creștere, puteți obține 6 generații în 2 ore (este nevoie de 120 de ani pentru a obține același număr de generații la oameni). Datorită capacității bacteriilor de a se reproduce rapid, în natură există o superioritate numerică față de alte organisme vii. Cu toate acestea, bacteriile nu pot continua să crească foarte mult timp cu o perioadă de generare de 20 de minute. Dacă o astfel de creștere ar fi posibilă, atunci o singură celulă de E. coli (Escherichia coli) ar produce 272, sau aproximativ 1022, descendenți după 24 de ore, greutate totală care s-ar ridica la câteva zeci de mii de tone, iar după alte 24 de ore de creștere a acestei bacterii, masa descendenților ei ar depăși de câteva ori masa globului. Lipsa hranei și acumularea de produse de degradare limitează o astfel de proliferare rapidă a bacteriilor. Într-un mediu de curgere, bacteriile se pot împărți la fiecare 15-18 minute.

Observațiile privind creșterea microorganismelor cultivate în mediu lichid în rezervoare închise arată că ritmul de creștere a acestora variază în timp. Microorganismele introduse în mediul nutritiv nu se dezvoltă inițial, ci „se obișnuiesc” cu condițiile de mediu. Apoi încep să se reproducă cu o viteză din ce în ce mai mare, atingând maximul de care sunt capabili într-un mediu dat. Pe măsură ce nutrienții sunt epuizați și produsele metabolice se acumulează, creșterea încetinește și apoi se oprește complet. Ciclul de dezvoltare al bacteriilor constă din mai multe faze (Fig. 26).

I. Faza inițială (staționară) începe după introducerea microorganismelor în mediul nutritiv și durează de la 1 la 2 ore.În această fază, numărul de bacterii nu crește și celulele nu cresc.

II. Faza de întârziere este o perioadă de reproducere întârziată. În acest moment, bacteriile introduse într-un mediu nutritiv proaspăt încep să crească rapid, dar rata diviziunii lor rămâne scăzută.

Primele două faze de dezvoltare a unei populații bacteriene se numesc perioada de adaptare la noul mediu. Spre sfârșitul fazei de întârziere, celulele își măresc adesea volumul. Durata fazei de întârziere depinde atât de condițiile externe, cât și de vârsta bacteriilor și specificitatea speciei acestora.

III. Faza de reproducere intensă logaritmică sau exponențială. În această perioadă, bacteriile se înmulțesc cu cea mai mare viteză, iar numărul de celule crește exponențial.

IV. În faza de accelerare negativă, celulele bacteriene devin mai puțin active și perioada de generare începe să se prelungească. Unul dintre motivele care încetinesc proliferarea bacteriilor este epuizarea mediului nutritiv și acumularea de produse metabolice otrăvitoare (toxice) în acesta. Acest lucru încetinește rata de reproducere. Unele celule încetează să se reproducă și mor.

V. Faza staționară - o perioadă în care numărul de celule nou apărute este aproximativ egal cu numărul celor pe moarte. Prin urmare, numărul de celule vii rămâne practic neschimbat de ceva timp. Cu toate acestea, numărul total de bacterii vii și moarte crește ușor, deși nu la fel de repede. Această fază este uneori numită faza „staționară maximă”, deoarece în timpul ei numărul de celule din mediu atinge un maxim.

VI-VIII. Fazele morții sunt caracterizate prin faptul că moartea celulară prevalează asupra reproducerii. În timpul fazei VI, numărul de celule moarte crește. Această fază este înlocuită cu VII - moartea celulară logaritmică, când acestea mor cu o rată constantă. În cele din urmă, începe faza VIII, în care rata de moarte a celulelor bacteriene scade treptat. Moartea celulelor populației bacteriene în ultimele trei faze este asociată cu modificări fizice proprietăți chimice mediu nutritiv într-o direcție nefavorabilă pentru bacterii și din alte motive. Ritmul morții celulare în timpul acestor faze devine rapid, iar numărul celulelor vii scade din ce în ce mai mult până când acestea mor aproape complet.

Cu cultivarea descrisă mai sus într-un rezervor închis, microorganismele se află în mod constant în condiții în schimbare; aceasta este așa-numita cultură de microorganisme necurgătoare. La început au un exces de toți nutrienții, apoi treptat apare o lipsă de nutriție și otrăvire cu produse metabolice. Toate acestea duc la o scădere a ratei de creștere, în urma căreia cultura intră în faza staționară. Cu toate acestea, dacă s-au adăugat nutrienți în mediu și s-ar elimina simultan produsele metabolice, microorganismele ar putea rămâne în faza de creștere exponențială pentru o perioadă nedeterminată de timp. Această metodă stă la baza cultivării microorganismelor în flux continuu, realizată în chemostate și turbidostate folosind dispozitive speciale pentru alimentarea continuă a mediului la o viteză controlată și pentru buna amestecare a acestuia.

În consecință, spre deosebire de cultura necurgătoare, se creează condiții constante pentru microorganismele în cultura de curgere. Prin urmare, creșterea celulară continuă și constantă poate fi menținută la orice rată de creștere a culturii. Cultivarea fluxului de microorganisme poate fi controlată automat; este foarte promițătoare și este introdusă pe scară largă în industrie și în practica de laborator.

În studiile fiziologice ale microorganismelor, este important să se obțină așa-numitele culturi sincrone. O cultură sincronă este o cultură (sau populație) bacteriană în care toate celulele se află în aceeași etapă a ciclului celular. Culturile sincrone sunt de obicei folosite pentru a studia bacteriile individuale pe măsură ce cresc.

Curba de creștere caracterizează creșterea și reproducerea bacteriilor în anumite condiții de mediu. Curba de creștere este obținută din studiul culturii în loturi.

Cultură în lot Aceasta este o populație de microorganisme care se dezvoltă într-un volum limitat de mediu fără aprovizionare cu nutrienți.

Faza 1 - initiala - bacteriile cresc dar nu se inmultesc

Faza 2 - faza de creștere lg - bacteriile se înmulțesc intens

Faza a 3-a - staționară - reproducere - egală cu mortalitatea

Faza 4 - moarte - se acumulează produse metabolice, mediul nutritiv este epuizat, bacteriile mor.

Factorii externi pot avea

• Efect bacteriostatic- suprima reproducerea si cresterea bacteriilor
• Efect bactericid- provoacă moartea bacteriilor

Enzime bacteriene

- Enzime- proteine ​​specifice care catalizează reacţiile chimice. Enzimele provoacă o redistribuire a densităților de electroni și o anumită deformare a moleculei substratului. Aceasta duce la o slăbire a legăturilor intramoleculare, energia de activare scade și reacția se accelerează.

Clasificarea enzimelor -

1. După tipul de reacție catalizată - oxireductaze, liazele, transferazele, hidrolazele etc.
2. Prin localizare, endoenzimele catalizează reacțiile în interiorul celulei. Exoenzimele - eliberate de celula bacteriană, catalizează descompunerea
3. Controlul genetic al formării - constitutiv (pe parcursul întregului ciclu de viață, neafectat de prezența unui substrat), inductibil - se formează ca răspuns la prezența unui substrat
4. În funcție de substrat - proteolitic - descompune proteinele, zaharolitic - descompune carbohidrații, lipolitic - descompune grăsimile.

Importanța enzimelor.

1. Sinteza enzimelor este deterministă, prin urmare determinarea proprietăților enzimatice servește la identificarea organismelor

2. Enzimele bacteriene le determină patogenitatea

3. Proprietăţile enzimatice sunt utilizate în industria microbiologică

Determinarea enzimelor bacteriene

Proteazele descompun proteinele în aminoacizi, uree, indol, hidrogen sulfurat și amoniac. Pe medii cu proteine, proteazele sunt detectate prin eliberarea acestor produse. Gelatina este folosită pentru a lichefia mediul. Pe zerul coagulat prin lichefiere și pe lapte prin limpezire. Cazeina se va descompune și proteina se va coagula. La MPB pentru eliberarea gazelor de indol și hidrogen sulfurat, care sunt detectate folosind hârtii indicator

Determinarea enzimelor care descompun carbohidrații – zaharolitice. Aceste enzime descompun carbohidrații în aldehide, acizi, dioxid de carbon și H2. Pentru a le determina, utilizați MPB sau MPA, adăugați un indicator de formare a acidului + carbohidrați + float pentru formarea gazului. Conform acestui principiu se creează mediile Gies și Pestrel. Dacă lumina mediului înconjurător se schimbă, se eliberează gaz, ceea ce înseamnă că carbohidrații se descompun. Se folosesc monozaharide. Pe baza acestui principiu se creează panouri, tablete, sisteme indicatoare de hârtie, NIB - sisteme de hârtie indicatoare, tuburi de energie și instrumente de măsurare a activității enzimatice (se formează acidul carbonic => sunt necesari indicatori cu Ph)

Enzimele lipolitice - lipaze - sunt detectate pe JSA - agar cu sare de gălbenuș, care conține gălbenușul, care conține o mulțime de lipide, iar distrugerea lipidelor este însoțită de curățarea mediului.

Cultivarea microorganismelor.

Aceasta este producerea unui număr mare de bacterii pe un mediu nutritiv. Scopurile cultivării. Culturile se efectuează pt

1. Studiul proprietăților microbiologice

2. Pentru a diagnostica infectiile

3. Pentru a obține un produs biologic – din bacterii sau obținut cu ajutorul bacteriilor.

Astfel de medicamente pot fi terapeutice, diagnostice sau profilactice. Condiții pentru cultivarea bacteriilor -

1. Disponibilitatea unui mediu nutrițional complet.
2. Temperatura optima
3. Atmosfera de cultivare este fie oxigen, fie absența acestuia.
4. Timp de cultivare - creștere vizibilă după 18-48 de ore, dar unele - tuberculoză de exemplu - 3-4 săptămâni
5. Lumina Unii vor crește doar în prezența luminii.

Metode de cultivare a aerobilor

1. Staționar - pe suprafața agarului
2. Metodă de cultivare profundă cu aerare medie. Se efectuează aerarea pentru a dizolva oxigenul în mediu.
3. Cultivare continuă - folosind medii nutritive cu flux continuu.

Proprietățile culturale ale microorganismelor. Acestea sunt caracteristici ale creșterii bacteriene pe mediile nutritive.

Pe mediile nutritive lichide, bacteriile provoacă turbiditatea mediului, pot forma sedimente - lângă fund, lângă perete și pot forma o peliculă pe suprafața mediului. Coloniile se formează pe medii nutritive solide.

Colonia- o acumulare izolata de microorganisme din aceeasi specie pe un mediu nutritiv dens. Are o anumită dimensiune, suprafață, margine, formă, consistență, structură, culoare.

Tipuri de colonii

S-smooth - formă rotundă, margini netede, suprafață netedă.

R-colonii - margini aspre, neuniforme, suprafață striată

Colonii SR 0 intermediare - margini și suprafață ușor neuniforme.

Caracteristicile cultivării anaerobilor. Pentru cultivarea anaerobilor se creează condiții lipsite de oxigen. Acest lucru este realizat

1. Regenerarea mediului nutritiv - mediul nutritiv este fiert și oxigenul dizolvat părăsește mediu.
2. utilizarea unor dispozitive speciale - anaerostate și desicatoare. În ele, oxigenul este absorbit fie de absorbanții chimici, fie pompat din dispozitiv.
3. Adăugarea în mediu a unor substanțe reducătoare - substanțe care se oxidează ușor și rapid - carbohidrați, cisteină, bucăți de organe parenchimatoase, acid ascorbic. Pe baza acestui principiu a fost creat un mediu pentru anaerobi - Kit-Tarozzi - un mediu pentru anaerobi. Conține MPB, carbohidrați și bucăți de ficat, care conțin cisteină.
4. Metode speciale de semănat. Semănat sub ulei, semănat în tub Veillon-Vignan, semănat conform Fortner. Aerobii și anaerobii populează cupa - Aerobii absorb oxigenul și se obține un mediu anaerob.

Izolarea culturilor pure.

Cultură pură- o populatie de microorganisme de un singur tip, izolata pe un mediu nutritiv lichid sau solid in cantitati mari.

Scopurile alocării.

1. Diagnosticul infecțiilor. Izolarea culturilor pure este baza metodei bacteriologice. Pe baza izolării culturii pure și a identificării acesteia. Identificare - definirea unei specii.
2. Obținerea produselor biologice
3. Studiul proprietăților biologice ale bacteriilor
4. Cercetări sanitare și igienice

Etapele izolării unei culturi pure de aerobi.

1. Studiul amestecului - colorarea frotiu după Gram.
2. Separarea amestecului si obtinerea coloniilor. Separarea se efectuează 1) Conform lui Drigalsky - cu lovituri pe suprafața agarului. Materialul este luat cu o ansă și inoculat pe agar. Semănați o spatulă în mai multe cupe. 2) Metoda de diluare în serie. 3) Kokha - metodă de diluții în serie în agar topit.
3. Verificarea frecvenței coloniilor, frotiu, colorare Gram
4. Subcultura materialului din colonii pe agar-agar pentru a acumula o cultură pură. Cultura pură izolată este identificată prin proprietățile sale - morfologice, tinctoriale, culturale, enzimatice și altele.

Izolarea unei culturi pure de anaerobi

1. Acumularea de anaerobi. Amestecul se inoculează pe mediu Kittarotsi și se încălzește la o temperatură de 80 de grade timp de 10 minute. Anaerobii care formează spori se păstrează, în timp ce alte forme vegetative mor. Apoi mediul nutritiv este cultivat, sporii germinează și se acumulează

2. Obținerea coloniilor conform Zeisler, se obține o colonie de anaerobi pe suprafața unui agar în Anaerostat, după Weinberg se obțin colonii în tuburi Veillon-Vignal.

3. Verificarea frecventei coloniilor - frotiu, coloratie Gram

4. Reînsămânțarea coloniilor pe mediul Kittarotsi, acumulare de cultură anaerobă, pură.

5. Identificarea, determinarea tipului de anaerobi.

Alte metode de izolare a culturilor pure.

1. Pot fi utilizate temperaturi optime
2. Eliberarea sporilor atunci când amestecul este încălzit timp de 10 minute la 80 de grade
3. Utilizarea fenomenului de roire - răspândirea dincolo de zona de cultură.
4. Metoda lui Shukevich este izolarea unei culturi pure de microorganisme cu creștere târâtoare.
5. Filtrabilitatea bacteriană este capacitatea de a trece prin filtre cu o anumită cantitate de spori. Prelucrarea amestecului raze ultraviolete, ultrasunete, antiseruri, obtinand o cultura pura de microorganisme rezistente la acesti factori.
6. În timpul electroforezei amestecului. Organismele cu o anumită sarcină se vor acumula la anod sau catod.
7. Utilizați un micromanipulator. Luați o celulă la microscop și obțineți o cultură pură - o clonă - descendenții unei celule microbiene. Utilizarea mediilor selective de creștere.
8. În mediul nutritiv se adaugă bilă, săruri de Thiurit, clorură de sodiu, antibiotice și se izolează o cultură pură de microorganisme rezistente.
9. Pot fi utilizate medii de diagnosticare diferențiate.
10. Puteți folosi o metodă biologică. Șoarecii albi sunt infectați intraperitoneal cu un amestec de bacterii și din cauza tropismului, bacteriile se acumulează într-un anumit organ.

Pigmenți bacterieni.

Aceștia sunt coloranți secretați de celula bacteriană; sinteza lor este determinată genetic. După structura chimică, pigmenții pot fi carotenoizi - roșu-galben, piroli - verzi, coloranți fenozin - albastru-verde și melanină - enzime negre.

Galben - stafilococ auriu, albastru-verde - Pseudomonas aeruginosa

Pigmenții sunt împărțiți în

1. Pigmenți insolubili - colorează numai coloniile
2. Pigmenți solubili - pot fi solubili în alcooli, apă

Pigmentii se formează de obicei din bacterii care se găsesc în microflora aerului, din microorganisme rezistente la antibiotice, deoarece sunt metaboliți secundari și pigmenții se formează adesea în lumină.

Funcția pigmenților

1. Pigmentii sunt implicati in metabolism
2. Crește rezistența la antibiotice
3. Creste rezistenta la razele UV prin protejarea zonelor sensibile la foto-oxidare

L- forme de bacterii.

Deschis în 1935 Acestea sunt microorganisme cărora le lipsește un perete celular, dar își păstrează capacitatea de a crește și de a se reproduce. Formele L se formează la majoritatea heterotrofelor și ciupercilor. Factori care induc transformarea L -

1. Antibiotice

2. Aminoacizi - glicina, metionina, leucina si altele.

3. Enzime - lizozima.

4. Factori ai macroorganismului - macrocorpi, compliment

Acești factori fie distrug peretele celular, fie acționează asupra genomul celular și sinteza componentelor peretelui celular nu are loc.

ProprietățiLforme

1. Formele L asigură supraviețuirea bacteriilor atunci când condițiile de mediu se schimbă.
2. Asemănător morfologic la anumite specii de bacterii. Sunt polimorfe - sferice, gram-negative. Ele formează colonii de tip A - colonii mici pe suprafața mediului și colonii de tip B - centru întunecat, iar marginile ridicate, coloniile cresc în mediul nutritiv.
3. Anaerobi sau microaerofili
4. Formele L au multe metode de reproducere - fisiune binară, înmugurire, fragmentare, combinate.
5. Au virulență redusă, lipsă de aderență și au proprietăți antigenice modificate.
6. Ele sunt capabile să se inverseze - să revină la forma lor bacteriană inițială

Și provoacă infecții greu de tratat.

Acest lucru se datorează faptului că formele L sunt rezistente la antibiotice și sunt rezistente la factorii de protecție ai macroorganismului, la anticorpi, fagocitoză și compliment.

Forme neculturabile ale bacteriilor NFB

Acestea sunt bacterii care au activitate metabolică, dar nu cresc pe medii nutritive; trecerea la o formă necultivabilă poate fi observată la multe microorganisme atunci când sunt expuse la condiții nefavorabile. Această tranziție este controlată genetic. Tranziția se realizează sub influența factorilor

1. Temperatura, mai ales scăzută
2. Concentrația de sare
3. Aerisirea mediului
4. Cantitatea de nutrienți

Sensul formelor necultivate. În această formă, ele se păstrează în mediul extern între epidemii și, atunci când intră în macroorganism, pot fi recultivate - reînviate - asta explică prezența bolilor focalizate în mod natural.

Dezvăluirea -

1. Numărarea directă a celulelor

2. Detectarea activității ADN

3. Metode de cercetare genetică.

Creșterea și reproducerea bacteriilor

Creșterea bacteriană are loc ca urmare a multor reacții biochimice interconectate care sintetizează materialul celular, ceea ce duce la o creștere a cantității tuturor componentelor chimice. În bacterii, se face o distincție între creșterea individuală a unei celule bacteriene și creșterea bacteriilor într-o populație.

Creșterea bacteriană individuală. Este judecat după creșterea dimensiunii indivizilor. Rata de creștere depinde de condițiile externe și de starea fiziologică a celulei în sine. În condiții constante, creșterea are loc într-un ritm constant. Bacteriile în formă de tijă cresc predominant în direcția axei lungi, astfel încât raportul dintre suprafața celulei și volumul acesteia nu se modifică semnificativ în timpul creșterii celulare și acest lucru creează condiții constante pentru furnizarea fiecărei părți a celulei cu nutrienți și oxigen. Cocii cresc uniform în toate direcțiile, crescând dimensiunea razei celulei, în timp ce dimensiunea relativă a suprafeței celulei scade, astfel încât condițiile de alimentare pentru fiecare parte a celulei devin din ce în ce mai nefavorabile. În intervalele dintre diviziunile celulare, bacteriile sunt mai mari decât imediat după diviziune.

Reproducerea bacteriilor. Cel mai adesea, bacteriile se reproduc prin fisiune binară, atunci când o celulă este formată în două, fiecare dintre acestea se împarte din nou. Procesul de divizare este întotdeauna precedat de replicarea ADN-ului. Există două tipuri de împărțire - împărțirea prin constricție (împărțire) și utilizarea unei partiții transversale (Figura 1.9).

Figura 1.9 – Diviziunea bacteriană

A - împărțirea prin constrângere; B - împărțirea printr-un despărțitor transversal; CS – peretele celular; CM – membrana citoplasmatica; N – nucleoid; P – constricție

Împărțirea prin constrângere(constricția) este însoțită de o îngustare a celulei la locul diviziunii sale și toate straturile de membrane celulare iau parte la acest proces. Proeminența membranelor din ambele părți în celulă o îngustează din ce în ce mai mult și, în cele din urmă, o împarte în două. Acesta este câte bacterii gram-negative se împart.

Diviziunea pentru a forma un sept transversal caracteristice bacteriilor gram-pozitive. Cu toate acestea, în unele grupuri de bacterii s-a observat o schimbare a metodelor de divizare (bacteriile tionice, micobacterii). La bacteriile sferice se pot forma mai multe septuri transversale (tetracoci, sarcina).

Se numește perioada de la împărțire la împărțire ciclul celulei(ontogeneza bacteriilor). Există mai multe tipuri de ciclu celular vegetativ: monomorfă– se formează un singur tip morfologic de celule (de exemplu, bacili), dimorfă– două tipuri morfologice, polimorfă– mai multe, fiecare dintre acestea fiind caracterizată de anumite caracteristici și constante ale ciclului celular (de exemplu, actinomicete). În ciclurile dimorfe și polimorfe, se disting celulele fiice și cele mamă.

Care înmugurește Ubacteria este un tip de fisiune binară. Această metodă de reproducere este caracteristică bacteriilor care au cicluri celulare dimorfe sau polimorfe. Bacteriile în devenire sunt caracterizate de polaritatea celulară. Unele bacterii se reproduc folosind exospori (dar nu endospori!), fragmente de hife (actinomicete). Există bacterii care au vilozități genitale sau F-a băut(ing. fertilit y–fertilitate, fecunditate), datorită prezenței factorului sexual.

Bacteriile se caracterizează printr-o rată ridicată de reproducere. De exemplu, în condiții favorabile, E. coli se divide la fiecare 20...30 de minute, iar dintr-o celulă pe zi sunt produse 2 72 (72 de generații). În condiții care exclud moartea, o astfel de biomasă va fi de 4720 de tone.Viteza de reproducere depinde de factorii de mediu (temperatură, condiții nutriționale, umiditate, reacția mediului etc.) și de caracteristicile speciilor bacteriilor. Rata mare de reproducere a bacteriilor asigură conservarea acestora pe Pământ chiar și în condiții de moarte în masă. Celulele individuale supraviețuitoare se înmulțesc și dau naștere din nou.

Creșterea bacteriilor într-o populație. Populația (populație franceză – populație) este o colecție de bacterii dintr-o singură specie (cultură pură) sau tipuri diferite(asocierea mixtă), care se dezvoltă într-un spațiu limitat (de exemplu, într-un mediu nutritiv). Într-o populație bacteriană, celulele cresc, se reproduc și mor în mod constant. Cultivarea microorganismelor în condiții artificiale poate fi periodică, continuă și sincronă.

Cultivare discontinuă (staționară).. Această cultivare are loc fără intrarea și ieșirea mediului nutritiv. Se caracterizează prin clasic curba de creștere a microorganismelor,în care se disting faze separate de creștere a populației bacteriene, reflectând modelul general de creștere și reproducere celulară (Figura 1.10).

Figura 1.10 – Curba de creștere și dezvoltare a unei populații bacteriene

Faza de întârziere(lag în engleză - lag) începe din momentul în care bacteriile sunt inoculate într-un mediu nutritiv proaspăt. Celulele se adaptează la aceste condiții de cultură, cresc, dar nu se înmulțesc; ating o rată maximă de creștere. Ratele de creștere absolute și specifice cresc de la zero la valorile maxime posibile.

Rata de creștere absolută este determinată de relația:

V = dx/dt, (1,1)

unde V este creșterea biomasei sau a numărului de celule;.

x – biomasă sau număr de celule,

t – timp.

Rata de creștere specifică determinat de formula:

µ = (dx/dt) ∙ 1/x, (1,2)

unde µ este creșterea biomasei pe unitatea de timp pe unitatea de biomasă,

x – biomasa initiala.

Durata fazei de întârziere depinde de caracteristicile biologice ale bacteriilor, vârsta culturii, cantitatea de inocul, compoziția mediului nutritiv, temperatură, aerare, pH etc. Unele bacterii au o perioadă scurtă de întârziere a creșterii. , altele au o perioadă lungă. Cu cât cultura este mai tânără, cu atât perioada este mai scurtă. Cu cât compoziția mediului nutritiv este mai apropiată de cea în care au fost crescute microorganismele, cu atât faza de întârziere este mai scurtă. Modificările în mediul nutritiv duc la o modificare a fazei de întârziere, deoarece este nevoie de timp pentru a sintetiza enzimele sau a crește activitatea acestora. Astfel, factorii de pirozie pot fi împărțiți în extern(compoziție mediu, pH, temperatură etc.) și intern(vârsta culturii). Durata fazei poate fi de la câteva minute la câteva ore și chiar zile. În această fază μ = 0 .

Logaritmic, sau exponenţială, sau faza de jurnal, caracterizat viteza maxima diviziunea bacteriană. Creșterea exponențială a populației este descrisă de ecuația:

X = X o ∙ e μ max ∙ t , (1.3)

unde Chi X o este numărul de celule (sau biomasă) la sfârșitul și la începutul experimentului;

t – timpul experimentului;

e este baza logaritmului natural;

μmax – rata de creștere specifică maximă.

În timpul fazei logaritmice, majoritatea celulelor sunt tinere din punct de vedere fiziologic, active biochimic și, de asemenea, cele mai sensibile la factori nefavorabili Mediul extern. În această fază, μ = max. Această fază este în mai multe etape, deoarece la începutul acesteia bacteriile cresc într-un mediu cu un exces de substrat, apoi concentrația sa scade, activitatea enzimelor se modifică și conținutul de metaboliți celulari. crește. În plus, creșterea bacteriilor este influențată de mulți factori: caracteristicile speciei ale bacteriilor, natura mediului nutritiv și concentrația componentelor sale individuale și temperatura de cultivare.

Faza de creștere lentă. Combină două faze - faza de crestere liniara(μ = const) și faza de accelerare negativă. Faza este caracterizată în timpul perioadei de creștere liniară printr-o rată constantă de creștere a biomasei (număr de celule). Apoi, la trecerea la faza de accelerare negativă, numărul de celule în diviziune scade. Debutul fazei se explică prin modificări cantitative ale compoziției mediului nutritiv (consum de nutrienți, acumulare de produse metabolice).

Faza stationara caracterizată printr-un echilibru între celulele moarte și cele nou formate. Factorii care limitează creșterea bacteriană în faza anterioară sunt cauza fazei staționare. Nu există o creștere a biomasei (μ = 0).În această fază se observă valoarea maximă a biomasei și numărul maxim total de celule. Aceste valori maxime sunt numite recolta, sau Ieșire. Unul dintre factorii limitanți este concentrația maximă de celule pe unitatea de volum a mediului nutritiv. Această valoare variază semnificativ între diferitele tipuri de bacterii. În faza staționară, celulele se caracterizează printr-o creștere dezechilibrată (componentele celulare sunt sintetizate la ritmuri diferite), o scădere a intensității proceselor metabolice și o rezistență mai mare la influențele fizice și chimice.

Faza de retragere (moartea celulară exponențială) se caracterizează printr-o scădere a numărului de celule vii, o creștere a eterogenității populației (apar celule care nu percep colorantul, cu dezvoltare slabă a stratului murein etc.). Procesul morții prevalează asupra diviziunii (μ< 0).

Faza de supraviețuire caracterizată prin prezența celulelor individuale care și-au păstrat viabilitatea mult timp în condiții de moarte a majorității celulelor din populație. Celulele supraviețuitoare se caracterizează prin activitate scăzută a proceselor metabolice, modificări ale ultrastructurii celulare (citoplasmă cu granulație fină, absența poliribozomilor etc.). Celulele sunt mai rezistente la condițiile de mediu nefavorabile.

Astfel, în timpul cultivării staționare, celulele microbiene sunt în permanență în condiții de schimbare: la început toți nutrienții sunt în exces, apoi deficiența lor apare treptat, apoi celulele sunt otrăvite de produse metabolice.

Influența factorilor limitatori asupra ratei de creștere. Pentru cresterea si dezvoltarea normala a microorganismelor, mediul trebuie sa contina nutrientii necesari, sa aiba pH-ul, temperatura corespunzatoare etc. Factorii care limitează creșterea unei culturi sunt numiți limitare. Caracteristică creșterea populației microbiene – dependența ritmului specific de creștere de concentrația substratului. Această dependență este exprimată Ecuația lui Monod, care este o funcție hiperbolică:

μ = μ max ∙ S/(S + K S), (1,4)

unde μ este rata de creștere specifică;

μ max - rata de creștere specifică maximă;

S – concentrația substratului;

K S este constanta de saturație, numeric egală cu concentrația substratului care asigură o rată de creștere corespunzătoare la jumătate din valoarea lui μ max.

Pe măsură ce se consumă nutrienți, mediul este îmbogățit cu produse metabolice, care limitează și creșterea culturii. Cel mai general caz de influență a concentrației de substrat și a produselor metabolice asupra ratei de creștere a unei populații de microorganisme este reflectat în modelul lui N.D. Ierusalimsky:

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

unde P este concentrația produselor metabolice;

KP este o constantă numeric egală cu concentrația de produse metabolice la care rata de creștere încetinește la jumătate.

Analiza acestei ecuații arată că în condiția K P >> P, când valoarea lui P poate fi neglijată. rata de crestere este limitata doar de concentratia substratului. Dacă S >> K S , atunci ritmul de creștere este limitat de acumularea de produse metabolice

Cultivare continuă. Dacă un mediu nutritiv proaspăt este furnizat continuu în recipientul în care se află populația bacteriană și, în același timp, un lichid de cultură care conține celule bacteriene și produse metabolice este îndepărtat în același ritm, atunci se obține cultivarea continuă. Prin ajustarea vitezei mediului de curgere, este posibil să se controleze creșterea populației bacteriene, de exemplu, extinzând faza logaritmică sau staționară pentru orice timp necesar. Cultivarea continuă se realizează în dispozitive speciale - chemostate și turbidostate.

Chemostate. Creșterea bacteriană este reglată de concentrația substratului. Menținând o concentrație constantă a unuia dintre substraturile necesare (o sursă de azot sau carbon), prin reglarea debitului mediului, se poate echilibra rata de creștere a culturii. Rata de modificare a biomasei celulare în chemostat este egală cu diferența dintre rata de creștere a biomasei și rata de îndepărtare a acesteia din cultivator. Densitatea populației rămâne constantă dacă μ=D (rata de creștere specifică este egală cu factorul de diluție), adică. pierderea celulelor ca urmare a leșierii și câștigul lor ca urmare a reproducerii este echilibrată.

Turbistat Principiul de funcționare se bazează pe reglarea debitului mediului în funcție de densitatea populației. Densitatea populației este controlată de o fotocelulă conectată la un releu care reglează alimentarea cu mediu. Când densitatea populației atinge un nivel prestabilit, releul este activat și mediu proaspăt intră în cultivator. Ca rezultat, concentrația celulară este redusă la un anumit nivel și apoi alimentarea cu mediu este oprită automat.

Controlul turbistatic se poate baza pe alte metode de determinare a biomasei sau a produselor formate în timpul creșterii bacteriilor (de exemplu, metoda statistică de pH de control al debitului, utilizarea oxistaticului - controlul debitului în funcție de rata consumului de oxigen , etc.).

Cultivarea continuă a microorganismelor este folosită pentru studiul fiziologiei, biochimiei, geneticii, etc. și este utilizată pe scară largă în industria microbiologică.

Cultivare sincronă . Culturile sincrone sunt culturi în care de ceva timp toate celulele se divid simultan (sincron) datorită pregătirii egale pentru diviziunea tuturor indivizilor. Sincronizarea se realizează prin metode fizico-chimico-biologice. Metodele fizice sunt expunerea la temperatură, centrifugarea diferențială sau filtrarea diferențială etc. Metode chimice și biologice: înfometarea forțată a bacteriilor, creșterea bacteriilor pe medii inferioare și apoi transferarea lor în medii complete. Culturile sincrone sunt folosite pentru studii genetice și citologice, pentru a studia sinteza componentelor celulare individuale în timpul diviziunii bacteriene.