Stacionarna faza rasta u tečnom hranljivom mediju. Rast bakterija u kulturi

Vitalnu aktivnost bakterija karakterizira rast- formiranje strukturnih i funkcionalnih komponenti ćelije i povećanje same bakterijske ćelije, kao i reprodukcija- samoreprodukcija, što dovodi do povećanja broja bakterijskih ćelija u populaciji.

Bakterije se razmnožavaju binarnom fisijom na pola, rjeđe pupanjem. Aktinomicete, poput gljiva, mogu se razmnožavati sporama. Aktinomicete, kao razgranate bakterije, razmnožavaju se fragmentacijom filamentoznih ćelija. Gram-pozitivne bakterije dijele se urastanjem sintetiziranih diobenih septa u ćeliju, a gram-negativne bakterije sužavanjem, kao rezultat formiranja figura u obliku bučice, od kojih se formiraju dvije identične stanice.

Ćelijskoj diobi prethodi replikacija bakterijskog hromozoma prema polukonzervativnom tipu (dvolančani lanac DNK se otvara i svaki lanac se završava komplementarnim lancem), što dovodi do udvostručavanja molekula DNK jezgre bakterije - nukleoida.

Replikacija DNK odvija se u tri faze: inicijacija, elongacija ili rast lanca i završetak.

Razmnožavanje bakterija u tekućem hranjivom mediju. Bakterije zasijane u određenom, nepromjenjivom volumenu hranljive podloge, množeći se, troše hranljive materije, što posledično dovodi do iscrpljivanja hranljivog medija i prestanka rasta bakterija. Uzgoj bakterija u takvom sistemu naziva se šaržna kultivacija, a kultura se naziva šaržna kultura. Ako se uslovi uzgoja održavaju neprekidnim dovodom svježeg hranljivog medija i istjecanjem iste zapremine tečnosti kulture, onda se takvo uzgajanje naziva kontinuirano, a kultura kontinuirano.

Kada se bakterije uzgajaju na tekućem hranjivom mediju, uočava se donji, difuzni ili površinski (u obliku filma) rast kulture. Rast periodične kulture bakterija uzgojenih na tekućem hranjivom mediju podijeljen je u nekoliko faza ili perioda:

1. faza kašnjenja;

2. logaritamska faza rasta;

3. stacionarna faza rasta ili maksimalna koncentracija

bakterije;

4. faza bakterijske smrti.

Ove faze se mogu grafički prikazati u obliku segmenata krivulje bakterijske reprodukcije, odražavajući ovisnost logaritma broja živih stanica o vremenu njihovog uzgoja.

Lag faza- period između sjetve bakterija i početka razmnožavanja. Trajanje lag faze je u prosjeku 4-5 sati. Istovremeno, bakterije se povećavaju i pripremaju se za podjelu. povećava se količina nukleinskih kiselina, proteina i drugih komponenti.

Logaritamska (eksponencijalna) faza rasta je period intenzivne podjele bakterija. Njegovo trajanje je oko 5-6 sati Pod optimalnim uslovima rasta, bakterije se mogu podijeliti svakih 20-40 minuta. U ovoj fazi bakterije su najranjivije, što se objašnjava visokom osjetljivošću metaboličkih komponenti ćelije koja intenzivno raste na inhibitore sinteze proteina, nukleinske kiseline itd.

Zatim dolazi faza stacionarnog rasta, pri čemu broj živih ćelija ostaje nepromijenjen, što predstavlja maksimalan nivo (M-koncentracija). Njegovo trajanje se izražava u satima i varira u zavisnosti od vrste bakterija, njihovih karakteristika i uzgoja.

Faza smrti završava proces rasta bakterija., karakteriziran smrću bakterija u uvjetima iscrpljivanja izvora hranjivog medija i akumulacije metaboličkih produkata bakterija u njemu. Njegovo trajanje se kreće od 10 sati do nekoliko sedmica. Intenzitet rasta i razmnožavanja bakterija zavisi od mnogih faktora, uključujući optimalan sastav hranljive podloge, redoks potencijal, pH, temperaturu itd.

Razmnožavanje bakterija na čvrstom hranljivom mediju. Bakterije koje rastu na gustim hranjivim podlogama formiraju izolirane kolonije okruglog oblika sa glatkim ili neravnim rubovima (S- i R-oblici), različite konzistencije i boje, ovisno o pigmentu bakterije.

Pigmenti rastvorljivi u vodi difunduju u hranljivi medij i boje ga. Druga grupa pigmenata je nerastvorljiva u vodi, ali rastvorljiva u organskim rastvaračima. I na kraju, postoje pigmenti koji nisu nerastvorljivi ni u vodi ni u organskim jedinjenjima.

Najčešći pigmenti među mikroorganizmima su karoteni, ksantofili i melanini. Melanini su netopivi crni, smeđi ili crveni pigmenti sintetizirani iz fenolnih spojeva. Melanini, zajedno s katalazom, superoksid mutazom i peroksidazama, štite mikroorganizme od djelovanja toksičnih radikala kisik peroksida. Mnogi pigmenti imaju antimikrobna dejstva slična antibioticima.

Opće odredbe

Definicija 1

Reprodukcija– proces reprodukcije sličnih organizama, što dovodi do povećanja broja bakterijskih ćelija u populaciji.

Za bakterije su tipične sljedeće vrste reprodukcije:

• binarnu podjelu na dva dijela- podjela se odvija simetrično u odnosu na poprečnu i uzdužnu os, formiraju se identične kćeri ćelije
• pupanje- varijanta binarne fisije, pupoljak formiran na jednom od polova raste do veličine matične ćelije i odvaja se; simetrija je prisutna samo u odnosu na uzdužnu osu
• višestruka fisija- ćelija prolazi kroz niz uzastopnih brzih binarnih dioba unutar fibrilarnog sloja matične stanice, što dovodi do stvaranja baeocita - malih ćelija, čiji se broj kreće od 4 do 1000 kao rezultat rupture ćelije zid majčinog tijela, baeociti izlaze;
• razmnožavanje sporama;
• fragmentacijom ćelije ima oblik nalik na niti;
• konjugacija(seksualni proces, ćelijska izmjena genetskog materijala);
• transformacija(transfer gole DNK);
• transdukcija(transfer genetskih informacija pomoću bakteriofaga).

Replikacija bakterijske hromozomske DNK

Replikacija hromozoma u bakterijskoj ćeliji odvija se po polukonzervativnom tipu, što dovodi do udvostručavanja DNK nukleoida – jezgra bakterije. U ovoj vrsti replikacije otvara se dvolančana molekula DNK, a svaki pojedinačni lanac DNK završava komplementarnim lancem.

Proces replikacije DNK odvija se od početne tačke ori i katalizira ga DNK polimeraze. U ori regionu, hromozom bakterijske ćelije povezan je sa citoplazmatskom membranom. Prije svega dolazi do despiralizacije (odmotavanja) dvostrukog lanca DNK. Formira se viljuška za replikaciju koju predstavljaju dva razgranata lanca. Jedan lanac, kada se završi, vezuje nukleotide od 5. do 3. kraja, au drugom se završava završetak segment po segment.

Replikacija DNK uključuje sljedeće korake:

• inicijacija;
• izduženje (rast lanca);
• prestanak.

Kao rezultat replikacije, formiraju se dva hromozoma, koji su pričvršćeni za citoplazmatsku membranu ili njene derivate i udaljavaju se jedan od drugog kako stanica raste. Nakon formiranja septuma ili suženja diobe, dolazi do konačnog razdvajanja hromozoma. Septune podjele uništavaju autolitički enzimi.

Razmnožavanje bakterija u tekućem hranjivom mediju

Napomena 1

Ako se bakterije zasijevaju u određenom volumenu hranljive podloge, tada umnožavanjem i konzumiranjem hranjivih tvari dovode do iscrpljivanja ove podloge, što zauzvrat dovodi do prestanka rasta mikroorganizama.

Uzgoj mikroorganizama u takvom sistemu je šaržna kultivacija, a bakterijska kultura se naziva kontinuirana kultura.

Rast kulture na tečnom hranljivom mediju može biti:

• dno:
• difuzno;
• površno.

Rast periodične kulture može se podijeliti u nekoliko faza. Ove faze se mogu prikazati u obliku segmenata krivulje reprodukcije mikroorganizama (slika 1).

• Lag faza. Period između inokulacije bakterija i početka procesa reprodukcije. Traje 4-5$ sati Mikroorganizmi povećavaju volumen i pripremaju se za podjelu. Povećava se količina proteina, nukleinskih kiselina i drugih spojeva.
• Logaritamska faza rasta. Period intenzivne diobe ćelija. Trajanje $5-6$ sati. Bakterijske ćelije su najosjetljivije.
• Stacionarna faza rasta(maksimalna koncentracija bakterija). Broj živih ćelija je konstantan, opaža se M-koncentracija (maksimalna koncentracija). Trajanje faze ovisi o vrsti i karakteristikama bakterije i uzgoju.
• Faza bakterijske smrti. U uslovima iscrpljivanja hranljivog medija, kao i akumulacije metaboličkih proizvoda, bakterije odumiru.

Trajanje od 10$ sati do nekoliko sedmica.

Razmnožavanje bakterija na čvrstom hranljivom mediju

Kada rastu na gustim hranjivim podlogama, bakterije formiraju izolirane kolonije s glatkim ili neravnomjernim zaobljenim rubovima, različite boje i konzistentnost. Boja hranljive podloge zavisi od pigmenta bakterije. Među mikroorganizmima, najčešći pigmenti su karoteni, melanini i ksantofili. Mnogi pigmenti imaju antimikrobna dejstva slična antibioticima.

Napomena 2

Oblik, boja i tip kolonija na čvrstim hranjivim podlogama uzimaju se u obzir pri identifikaciji mikroorganizama i odabiru kolonija za stvaranje čistih kultura.

Rast bakterija - Ovo je povećanje veličine bakterijske ćelije bez povećanja broja jedinki u populaciji. Rast ćelija nije neograničen. Nakon dostizanja kritične veličine, ćelija prolazi kroz diobu.

Reprodukcija bakterija - proces koji osigurava povećanje broja jedinki u populaciji. Bakterije karakterizira visoka stopa reprodukcije.

Rast uvijek prethodi reprodukciji. Bakterije se razmnožavaju poprečnom binarnom fisijom, u kojoj se iz jedne matične ćelije formiraju dvije identične kćerke ćelije. Kod većine gram-pozitivnih bakterija, podjela se događa sintezom poprečnog septuma koji ide od periferije do centra. Ćelije većine gram-negativnih bakterija dijele se suženjem.

Proces diobe bakterijskih stanica počinje replikacijom kromosomske DNK. Replikacija počinje u jednoj odabranoj regiji, koja se zove origin, koja ima specifičnu sekvencu nukleotida. Ovdje se mogu pojaviti jedna ili dvije viljuške replikacije. Više od 20 enzima je uključeno u proces replikacije. Budući da je bakterijska DNK dvolančana, mora se podijeliti prije replikacije. Ovaj proces uključuje enzime helikazu, koja odmotava dvostruku spiralu, i topoizomerazu, koja sprečava stvaranje sekundarnih uvojaka. SSB protein se vezuje za jednolančanu DNK, sprečavajući je da se ponovo savije u dvostruku spiralu. Kao rezultat, formira se viljuška za replikaciju. Sintezu novih DNK lanaca vrši enzim DNK polimiraza. Za izvođenje reakcije polimerizacije nukleotida na matrici roditeljskog lanca, polimerazi je potreban prajmer. Prajmer je kratak nukleotidni lanac RNK, komplementaran lancu šablona, ​​sa slobodnim 3/- krajem. Nakon što je lanac DNK počeo da se sintetiše, RNA prajmer se uklanja. Budući da su lanci DNK u dupleksu antiparalelni, smjer odmotavanja dvostrukog lanca poklapa se samo sa smjerom sinteze DNK na jednom šablonu, koji se naziva vodećim. Na komplementarnom lancu, DNK se sintetiše u kratkim fragmentima, koji se nakon toga spajaju u jedan lanac pomoću DNK ligaza. Proces replikacije bakterijske DNK nastavlja se sve dok se sva DNK ne udvostruči.

Kada se bakterije unesu u hranljivi medij, one rastu i razmnožavaju se sve dok sadržaj jedne od potrebnih komponenti podloge ne dostigne minimum, nakon čega se rast i razmnožavanje zaustavljaju. Ako ne dodamo hranjive tvari i ne odstranimo krajnje produkte metabolizma, dobivamo statističku bakterijsku kulturu.

Faze razmnožavanja bakterija:

1. Inicijal(lag faza) pokriva vremenski period od trenutka inokulacije bakterije do početka njihovog rasta. Njegovo trajanje je u prosjeku 2-5 sati i ovisi o sastavu hranljive podloge.

2. Eksponencijalno(logaritamska) faza. Karakterizira ga konstanta maksimalna brzinaćelijska dioba. Ova brzina ovisi o vrsti bakterije i hranjivom mediju. Vrijeme potrebno da se ćelije udvostruče naziva se vrijeme generiranja. Ovo vrijeme varira od nekoliko minuta do nekoliko sati.

3. Stacionarni faza nastaje kada broj ćelija prestane da raste. Sa smanjenjem koncentracije hranjivih tvari u hranjivom mediju, smanjenjem parcijalnog tlaka kisika i nakupljanjem toksičnih metaboličkih proizvoda, stopa rasta bakterija se smanjuje. Trajanje stacionarne faze je nekoliko sati i ovisi o vrsti bakterije.

4. Faza odumiranja nastaje zbog akumulacije kisele hrane razmjene ili kao rezultat autolize pod utjecajem vlastitih enzima. Trajanje ove faze kreće se od deset sati do nekoliko sedmica.

Zapravo ispod rast bakterija obično uključuju koordiniranu replikaciju svih bakterijskih komponenti. Budući da dioba bakterijske stanice dovodi do stvaranja dvije individue, njihov broj raste eksponencijalno: 2 0 -2 1 -2 2 -2 3 -..2 n. Kvalitet hranljive podloge i uslovi uzgoja imaju regulatorni efekat na rast bakterija.

Rast stanične populacije u ograničenom životnom prostoru (periodična kultura) može se podijeliti na najmanje četiri faze(Slika 4-12).

Nakon unošenja u životnu sredinu, bakterije se prilagođavaju njenim uslovima i relativno sporo se razmnožavaju ( lag faza). Onda dolazi faza eksponencijalnog rasta (eksponencijalna faza). Nadalje, okoliš se iscrpljuje, u njemu se nakupljaju toksični metabolički proizvodi, što se očituje smanjenjem brzine reprodukcije i prestankom povećanja broja stanica ( stacionarna faza).

dakle, rast u periodičnoj kulturi poštuje zakone koji važe ne samo za jednoćelijske, već i za višećelijske organizme. Nakon toga, bakterijska kultura može umrijeti ili biti značajno smanjena (faza odumiranja). Vrste koje stvaraju spore ulaze u fazu sporulacije kod vrsta koje ne formiraju spore, moguće je formiranje anabiotskih oblika (vidi dolje). U nekim slučajevima se dodatno razlikuju faza ubrzanja rasta (početak eksponencijalne faze) i faza usporavanja rasta (prijelaz u stacionarnu fazu).

Lag faza rasta bakterija odgovara periodu fiziološke adaptacije, uključujući indukciju enzima, sintezu i sastavljanje ribozoma. Trajanje faze zavisi uglavnom od starosti inokuluma bakterija i prethodnih uslova uzgoja. Ako se izvori energije i ugljika u novoj sredini razlikuju od onih dostupnih u prethodnoj kulturi, tada adaptacija na nove uvjete može zahtijevati sintezu novih enzima koji ranije nisu bili potrebni.

Eksponencijalna faza rasta bakterija (logaritamski) karakterizira maksimalna brzina diobe ćelije. Za određenu vrstu bakterija u specifičnim uvjetima rasta, vrijeme generiranja (tj. vrijeme potrebno da se broj bakterija udvostruči) je konstantno kroz logaritamsku fazu, ali varira između razne vrste i sojeva, a zavisi i od sastava podloge i uslova uzgoja. Vrijeme generiranja na optimalnom mediju može biti kratko (za E. coli 20 minuta) ili dugo (za Mycobacterium tuberculosais 6 sati). U ovoj fazi dolazi do maksimalnog nakupljanja bakterijskih metabolita (na primjer, toksina, bakteriocina) u mediju.

Stacionarna faza rasta bakterija. Tokom ovog perioda, dostupnost esencijalnih nutrijenata postaje ograničavajući faktor. Uspostavlja se ravnoteža između rasta i diobe ćelije i procesa ćelijske smrti. Bakterije koje stvaraju spore (na primjer, rodovi Bacillus i Clostridium) mogu ući u fazu sporulacije, koja se aktivira kada su bakterije u uvjetima ograničene ishrane. U određenom trenutku, odnos umirućih, novoformiranih i stanica u mirovanju postaje stabilan; takvo stanje je poznato kao maksimalna stacionarna faza. Biomasa bakterija u stacionarnoj fazi se naziva “prinos” ili “prinos biomase” (razlika između maksimalne i početne biomase); ili „ekonomski koeficijent“, ako je povećanje biomase povezano sa jedinicom supstrata koji ograničava rast.

Faza odumiranja (recesija, liza) uključuje period logaritamske smrti, koji se pretvara u period opadajuće stope smrti bakterija. Razlozi smrti bakterija u normalnim hranjivim podlogama nisu potpuno jasni. Razumljivo je da se kiseline akumuliraju u podlozi (tokom rasta Escherichia, Lactobacillus). Ponekad se bakterije uništavaju vlastitim enzimima (autoliza). Stopa smrti uveliko varira u zavisnosti od uslova života i karakteristika mikroorganizma (na primer, enterobakterije odumiru sporo, a bacili brzo).

Vitalnu aktivnost bakterija karakterizira rast- formiranje strukturnih i funkcionalnih komponenti ćelije i povećanje same bakterijske ćelije, kao i reprodukcija- samoreprodukcija, što dovodi do povećanja broja bakterijskih ćelija u populaciji.

Bakterije se razmnožavaju binarnom fisijom na pola, rjeđe pupanjem. Aktinomicete, poput gljiva, mogu se razmnožavati sporama. Aktinomicete, kao razgranate bakterije, razmnožavaju se fragmentacijom filamentoznih ćelija. Gram-pozitivne bakterije dijele se urastanjem sintetiziranih diobenih septa u ćeliju, a gram-negativne bakterije sužavanjem, kao rezultat formiranja figura u obliku bučice, od kojih se formiraju dvije identične stanice.

Ćelijskoj diobi prethodi replikacija bakterijskog hromozoma prema polukonzervativnom tipu (dvolančani lanac DNK se otvara i svaki lanac se završava komplementarnim lancem), što dovodi do udvostručavanja molekula DNK jezgre bakterije - nukleoida.

Replikacija DNK odvija se u tri faze: inicijacija, elongacija ili rast lanca i završetak.

Razmnožavanje bakterija u tekućem hranjivom mediju. Bakterije zasijane u određenom, nepromjenjivom volumenu hranljive podloge, množeći se, troše hranljive materije, što posledično dovodi do iscrpljivanja hranljivog medija i prestanka rasta bakterija. Uzgoj bakterija u takvom sistemu naziva se šaržna kultivacija, a kultura se naziva šaržna kultura. Ako se uslovi uzgoja održavaju neprekidnim dovodom svježeg hranljivog medija i istjecanjem iste zapremine tečnosti kulture, onda se takvo uzgajanje naziva kontinuirano, a kultura kontinuirano.

Kada se bakterije uzgajaju na tekućem hranjivom mediju, uočava se donji, difuzni ili površinski (u obliku filma) rast kulture. Rast periodične kulture bakterija uzgojenih na tekućem hranjivom mediju podijeljen je u nekoliko faza ili perioda:

1. faza kašnjenja;

2. logaritamska faza rasta;

3. stacionarna faza rasta ili maksimalna koncentracija

bakterije;

4. faza bakterijske smrti.

Ove faze se mogu grafički prikazati u obliku segmenata krivulje bakterijske reprodukcije, odražavajući ovisnost logaritma broja živih stanica o vremenu njihovog uzgoja.

Lag faza- period između sjetve bakterija i početka razmnožavanja. Trajanje lag faze je u prosjeku 4-5 sati. Istovremeno, bakterije se povećavaju i pripremaju se za podjelu. povećava se količina nukleinskih kiselina, proteina i drugih komponenti.

Logaritamska (eksponencijalna) faza rasta je period intenzivne podjele bakterija. Njegovo trajanje je oko 5-6 sati Pod optimalnim uslovima rasta, bakterije se mogu podijeliti svakih 20-40 minuta. U ovoj fazi bakterije su najranjivije, što se objašnjava visokom osjetljivošću metaboličkih komponenti ćelije koja intenzivno raste na inhibitore sinteze proteina, nukleinske kiseline itd.

Zatim dolazi faza stacionarnog rasta, pri čemu broj živih ćelija ostaje nepromijenjen, što predstavlja maksimalan nivo (M-koncentracija). Njegovo trajanje se izražava u satima i varira u zavisnosti od vrste bakterija, njihovih karakteristika i uzgoja.

Faza smrti završava proces rasta bakterija., karakteriziran smrću bakterija u uvjetima iscrpljivanja izvora hranjivog medija i akumulacije metaboličkih produkata bakterija u njemu. Njegovo trajanje se kreće od 10 sati do nekoliko sedmica. Intenzitet rasta i razmnožavanja bakterija zavisi od mnogih faktora, uključujući optimalan sastav hranljive podloge, redoks potencijal, pH, temperaturu itd.

Razmnožavanje bakterija na čvrstom hranljivom mediju. Bakterije koje rastu na gustim hranjivim podlogama formiraju izolirane kolonije okruglog oblika sa glatkim ili neravnim rubovima (S- i R-oblici), različite konzistencije i boje, ovisno o pigmentu bakterije.

Pigmenti rastvorljivi u vodi difunduju u hranljivi medij i boje ga. Druga grupa pigmenata je nerastvorljiva u vodi, ali rastvorljiva u organskim rastvaračima. I na kraju, postoje pigmenti koji nisu nerastvorljivi ni u vodi ni u organskim jedinjenjima.

Najčešći pigmenti među mikroorganizmima su karoteni, ksantofili i melanini. Melanini su netopivi crni, smeđi ili crveni pigmenti sintetizirani iz fenolnih spojeva. Melanini, zajedno s katalazom, superoksid mutazom i peroksidazama, štite mikroorganizme od djelovanja toksičnih radikala kisik peroksida. Mnogi pigmenti imaju antimikrobna dejstva slična antibioticima.