Bakteriální růstová křivka, fáze, faktory

The Bakteriální růst je to složitý proces, který zahrnuje mnoho biochemických reakcí a vede k dělení bakteriálních buněk. Pokud bychom to měli přesněji definovat, řekli bychom, že se jedná o nárůst počtu bakterií v populaci, nikoli o velikost každé jednotlivé bakterie..

Bakterie jsou prokaryotické organismy, kterým chybí jádro nebo jakékoli jiné intracelulární membránové oddělení. Jsou to jednobuněčné, mikroskopické organismy, přirozeně distribuované ve všech ekosystémech biosféry: v půdách, vodních útvarech, zvířatech, rostlinách, houbách atd..

Ve srovnání s mnoha eukaryoty se bakterie obecně šíří mnohem rychleji, což může nastat jak v přirozeném kontextu každého druhu, tak v kontrolovaných experimentálních prostředích (in vitro).

Rejstřík článků

• 1 Jak probíhá dělení buněk v bakteriích?
• 2 Křivka bakteriálního růstu
  • 2.1 Co je křivka bakteriálního růstu?
• 3 Fáze růstu bakterií
  • 3.1 Fáze latence nebo fáze zpoždění
  • 3.2 Exponenciální nebo logaritmická fáze (log)
  • 3.3 Stacionární fáze
  • 3.4 Fáze úpadku nebo smrti
• 4 Faktory, které ovlivňují růst bakterií
• 5 Reference

Jak dochází k dělení buněk v bakteriích?

Stejně jako ve zbytku buněčných organismů je buněčné dělení v bakteriích proces, který probíhá pod přísnou kontrolou, prostorovou i časovou, který zahrnuje:

- replikace nebo duplikace DNA (genetického materiálu)

- jeho distribuce mezi dvěma budoucími dceřinými buňkami (protilehlé póly dělící buňky)

- oddělení dvou výsledných buněk díky vytvoření „septa“ nebo střední stěny v dělící se buňce

V těchto organismech je takové buněčné dělení známé jako binární štěpení a je to proces, který vede ke zvýšení počtu bakteriálních jedinců v populaci, tj. Bakteriálního růstu..

Protože každá buňka během dělení musí duplikovat svůj genetický materiál a následně zvětšit její velikost, znamená to, že binární štěpení je biochemicky aktivní událost, která vyžaduje investice do energie, tj. Syntézní reakce a degradační reakce..

Růst bakteriální populace lze vynést jako nárůst počtu buněk jako funkci času a tento graf vykresluje křivku zvanou „bakteriální růstová křivka“, ve které se rozlišuje několik fází, kde dochází k různým charakteristickým procesům..

Křivka bakteriálního růstu

Mnoho autorů popsalo růst bakteriální populace jako exponenciální nebo geometrický proces, protože každý dělící cyklus (známý také jako generace) způsobí, že 2 se objeví z 1 počáteční buňky, pak 4 se objeví z těchto dvou, poté 8, pak 16 atd. na.

Čas potřebný pro vytvoření každé z těchto generací je proto znám jako generační čas nebo čas zdvojnásobení, který lze snadno vypočítat, který je obecně konstantní a téměř vždy druhově specifický..

V následujících situacích E-coli, Například jeden z modelových organismů mezi prokaryoty je doba zdvojnásobení plus nebo mínus 20 minut, zatímco jiné druhy, jako je Clostridium perfringens nebo Mycobacterium tuberculosis mají doby zdvojnásobení 10 minut, respektive více než 12 hodin.

Je důležité zmínit, že generační čas, a tedy i růst bakterií, lze změnit v závislosti na různých faktorech, o kterých si povíme později..

Co je křivka bakteriálního růstu?

V průběhu let se vědcům podařilo popsat fenomén bakteriálního růstu pomocí grafických metod, a tak vyšlo najevo to, co dnes známe jako křivka bakteriálního růstu..

Tato křivka není nic jiného než graf ukazující nárůst počtu buněk v kultuře (vynesený v logaritmické stupnici) za jednotku času, ze kterého jsou získány cenné informace..

Obecně platí, že všechny experimentálně pěstované bakterie in vitro které jsou vybaveny všemi potřebnými živinami pro růst, vykazují podobný růstový vzorec, který lze snadno pozorovat, když je vynesena růstová křivka.

V této růstové křivce se rozlišuje několik fází nebo fází, které jsou velmi charakteristické a pro které mikrobiologové dosáhli věrohodného biologického vysvětlení..

Fáze bakteriálního růstu

Jak jsme již zmínili, populace bakterií roste exponenciálně, takže růstové křivky jsou vyneseny v logaritmickém měřítku..

Vzhledem k tomu, že chování během růstu bakterií není jednotné, to znamená, že nepopisuje přímku, která se vždy zvyšuje, v typické růstové křivce jsou pozorovány čtyři fáze, které jsou známé jako:

- zpožďovací fáze (zpoždění)

- exponenciální nebo logaritmická fáze (log)

- Stacionární fáze

- fáze úpadku nebo smrti

Fáze latence nebo fáze zpoždění

Ke spuštění bakteriální kultury se zahájí malobuněčné inokulum. Když se toto inokulum zavede do kompletního čerstvého kultivačního média, to znamená se všemi nezbytnými živinami pro růst daného bakteriálního druhu, zpočátku nejsou pozorovány žádné změny v počtu jedinců..

Ukázalo se, že během této fáze „latence“, kdy se zdá, že nedochází k buněčnému růstu, bakterie zvětšují svou velikost a jsou metabolicky velmi aktivní, protože syntetizují nukleové kyseliny, proteiny a enzymy atd..

Doba trvání této fáze závisí na některých vnitřních faktorech populace a některých faktorech prostředí. Například:

- počáteční velikosti inokula

- předchozích podmínek prostředí inokula

- času syntetizovat prvky nezbytné pro rozdělení

Exponenciální nebo logaritmická fáze (log)

Když jsou bakterie připraveny začít se dělit, je pozorován exponenciální nárůst počtu buněk na jednotku objemu za jednotku času. Jsou tedy v exponenciální nebo logaritmické fázi křivky.

Během této fáze se většina bakterií považuje za osobu, která prochází událostmi binárního štěpení konstantní rychlostí, a právě v této fázi počítají vědci čas zdvojnásobení..

Stejně jako všechny fáze růstu bakterií závisí exponenciální nebo logaritmická fáze a doba zdvojnásobení populace nejen na druhu, ale také na tom, zda bakterie v kultivačním médiu najdou všechny potřebné živiny a správné podmínky pro svůj růst.

Stacionární fáze

Exponenciální růst bakterií není nekonečný, a to proto, že v kultivačním médiu, které je uzavřeným růstovým systémem, dříve nebo později dojdou živiny (bakterie spotřebují vše).

Kromě živin je zvýšení počtu buněk ve stálém objemu (zvýšení buněčné koncentrace) také synonymem pro zvýšení koncentrace metabolitů nebo odpadních produktů, které mohou mít inhibiční účinky na růst..

Větší počet buněk v konečném prostoru také znamená, že nakonec nebude dostatek prostoru pro více buněk, což má za následek inhibici růstu..

V této fázi, která se nazývá stacionární fáze, se některé buňky nadále dělí, ale jiné začnou odumírat podobnou rychlostí, takže křivka se vyrovná..

Fáze úpadku nebo smrti

Po stacionární fázi je pozorováno jako a jídlo Na růstové křivce pokračuje fáze smrti nebo poklesu, kde bakterie začínají umírat a křivka klesá.

Během fáze smrti bakterie umírají exponenciálně, takže je to považováno za „obrácenou“ fázi než fáze exponenciální.

Faktory ovlivňující růst bakterií

Existuje mnoho faktorů, které ovlivňují růst bakterií, mnoho z nich souvisí s prostředím, kde rostou.

Stejně jako všechny živé organismy, i bakterie potřebují k přežití určité „základní“ podmínky, které jdou nad rámec potravy. Můžeme tedy uvést některé z hlavních faktorů, které mohou změnit nebo ovlivnit vzhled bakteriální růstové křivky:

- složení pěstebního média: z hlediska zdrojů uhlíku a z hlediska základních prvků

- pH

- teplota média

- koncentrace iontů a minerálů

- koncentrace plynu

- dostupnost vody

- počet buněk

- přítomnost metabolitů

- přítomnost antibiotik a dalších potenciálně baktericidních látek

Reference

1. Bramhill, D. (1997). Bakteriální buněčné dělení. Roční přehled buněčné a vývojové biologie, 13 (1), 395-424.
2. Monod, J. (1949). Růst bakteriálních kultur. Roční přehled mikrobiologie, 3 (1), 371-394.
3. Pepper, I.L., Gerba, C.P., Gentry, T.J., & Maier, R.M. (Eds.). (2011). Mikrobiologie prostředí. Akademický tisk.
4. Vedyaykin, A. D., Ponomareva, E. V., Khodorkovskii, M. A., Borchsenius, S. N., & Vishnyakov, I. E. (2019). Mechanismy dělení bakteriálních buněk. Microbiology, 88 (3), 245-260.
5. Widdel, F. (2007). Teorie a měření růstu bakterií. Di dalam Grundpraktikum Mikrobiologie, 4 (11), 1-11.
6. Willey, J. M., Sherwood, L., & Woolverton, C. J. (2011). Prescottova mikrobiologie (svazek 7). New York: McGraw-Hill.