Рост бактерий увеличение массы клеток без изменения их числа в популяции как результат скоординирован­ного воспроизведения всех клеточных компонентов и структур. Увеличение числа клеток в популяции микроорганизмов обозна­чают термином «размножение». Оно характеризуется временем генерации (интервал времени, за который число клеток удваи­вается) и таким понятием, как концентрация бактерий (число клеток в 1 мл).

В отличие от митотического цикла деления у эукариотов раз­множение большинства прокариотов (бактерий) идет путем бинарного деления, а актиномицетов — почкованием. При этом все прокариоты существуют в гаплоидном состоянии, поскольку молекула ДНК представлена в клетке в единствен­ном числе.

Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам, реже путем почкования. Актиномицеты, как и грибы, могут раз­множаться спорами. Актиномицеты, являясь ветвящимися бактериями, размножаются путем фрагментации нитевидных клеток. Грамположительные бактерии делятся путем врастания синтези­рующихся перегородок деления внутрь клетки, а грамотрицательные — путем перетяжки, в результате образования гантелевид-ных фигур, из которых образуются две одинаковые клетки.

Делению клеток предшествует репликация бактериальной хро­мосомы по полуконсервативному типу (двуспиральная цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной ни­тью), приводящая к удвоению молекул ДНК бактериального ядра — нуклеоида.

Репликация ДНК происходит в три этапа: инициация, элон­гация, или рост цепи, и терминация.

Размножение бактерий в жидкой питательной среде. Бактерии, засеянные в определенный, не изменяющийся объем питатель­ной среды, размножаясь, потребляют питательные элементы, что приводит в дальнейшем к истощению питательной среды и пре­кращению роста бактерий. Культивирование бактерий в такой си­стеме называют периодическим культивированием, а культуру — периодической. Если же условия культивирования поддерживаются путем непрерывной подачи свежей питательной среды и оттока такого же объема культуральной жидкости, то такое культивиро­вание называется непрерывным, а культура — непрерывной.

При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается придонный, диффузный или поверхностный (в виде пленки) рост культуры.

При изучении процесса размножения бактерий необходимо учитывать, что бактерии всегда существуют в виде более или менее многочисленных популяций, и развитие бактериальной по­пуляции в жидкой питательной среде можно рассматривать как замкнутую систему.

В этом процессе выделяют 4 фазы:

• 1-я — начальная, или лаг-фаза, или фаза задержки размноже­ния, характеризуется началом интенсивного роста клеток, но скорость их деления остается невысокой;

• 2-я — логарифмическая, или лог-фаза, или экспоненциальная фа­за, — характеризуется постоянной максимальной скоростью деле­ния клеток и значительным увеличением числа клеток в популяции;

• 3-я — стационарная фаза наступает тогда, когда число клеток в популяции перестает увеличиваться.Это связано с тем, что наступает равновесие между числом вновь образующихся и гибнущих клеток. Число живых бактериальных клеток в попу­ляции на единицу объема питательной среды в стационарной фазе обозначается как М-концентрация. Этот показатель явля­ется характерным признаком для каждого вида бактерий;

• 4-я — фаза отмирания (логарифмической гибели) характери­зуется преобладанием в популяции числа погибших клеток и про­грессивным снижением числа жизнеспособных клеток популяции. Прекращение роста численности популяции микроорганизмов наступает в связи с истощением питательной среды и накоплением в ней продуктов метаболизма мик­робных клеток. 2.Выделяют 5 классов иммуноглобулинов (АТ): A, E, G, M и D. Иммуноглобулины вступают с антигеном в специфическое взаимодействие и образуют иммунный комплекс «антиген-антитело». Основная масса синтезируемых плазматическими кл. иммуноглобулинов принадлежит к классу Ig G. Они содержатся в крови в кол-ве 12-15г/л, что составляет 70-75% всего объёма антител и рассматриваются в качестве главного фактора гуморального иммунитета, защищающего организм от большинства возбудителей. Ig G-класса способен активировать комплемент, принимает активное участие в р-циях фагоцитоза, нейтрализует токсины. Ig G-класса обеспечивают вторичный иммунный ответ. Только они могут проникать через плацентарный барьер и обеспечивать защиту ребёнка от инфекционных заболеваний, к-и болела мать. Ig M – низкоспецифические АТ, к-е вырабатываются первыми в ответ на АГ. Ig M находятся в сыворотке крови в кол-ве 1,4-2,0г/л и называются сывороточными АТ. Они прочно связывают АГ и явл. самыми распространёнными АТ против антигенной угрозы, их называют АТ первичного иммунного ответа. Ig D-классане относятся к секреторным продуктам В-лимфоцитов. Они выполняют ф-цию АГ распознающих структур на поверхности этих кл. По этой причине их содержание в сыворотке крови крайне низкое – 0,01%. Ig Aсекретируется слизистыми оболочки носа, дыхательных путей, кишечника и урогенитальной системы. Они называются секреторными антителами и играют роль «первой линии обороны» в местах внедрения АГ. Последний Ig E синтезируется преимущественно в лимфоидной ткани слизистых оболочек и лимфатических узлов кишечника и бронхов. Они обладают высокой гомоцитотропностью (сродством к кл. собственного организма) и поэтому могут выступать в качестве соучастника аллергических реакций.

Источник: vk.com

Под ростом понимают согласованное увеличение количества всех химических компонентов, формирующих клеточные структуры. Рост клеток обычно сопровождается увеличением их массы и размеров. Однако эта закономерность наблюдается не всегда, так как в некоторых условиях клетки способны просто накапливать запасные или резервные вещества, т. е. масса может увеличиваться, но роста при этом не наблюдается. В подходящей же среде, к которой бактерии полностью адаптированы, они находятся в состоянии сбалансированного роста. В период

сбалансированного роста удвоение биомассы сопровождается удвоением всех других учитываемых параметров популяции, например количества белка, ДНК, РНК и внутриклеточной воды. Иными словами, культуры, растущие сбалансированно, сохраняют постоянный химический состав. В культуре, растущей сбалансированно, скорость прироста вещества клеток в любой данный момент пропорциональна числу или массе имеющихся в это время бактерий. Коэффициент пропорциональности называют удельной скоростью роста (μ).

В лабораторных и промышленных условиях используют два основных способа культивирования микроорганизмов: периодическое (статическое) и непрерывное (проточное).

Рост бактерий в периодической культуре происходит до тех пор, пока содержание какого-нибудь из необходимых им компонентов питательной среды не достигнет минимума, после чего рост прекращается.

Лаг-фаза, или фаза задержанного роста, охватывает промежуток времени между посевом бактерий и достижением ими максимальной скорости деления. В клетках бактерий в этот период идут в основном процессы, связанные с приспособлением их к условиям культивирования

(составу среды, температуре, рН и т. п.). происходит быстрое увеличение количества РНК (в 8–12 раз).

деления клеток не происходит, отмечаются лишь процессы, подготавливающие клетку к размножению.

Начальная фаза размножения, или фаза ускорения роста, когда клетки начинают делиться с постепенно увеличивающейся скоростью.

Фаза экспоненциального (логарифмического) роста характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток и скоростью роста. Для различных видов бактерий эти величины могут варьировать в значительных пределах. Например, бактерии E. coli при 37 ºС делятся примерно каждые 20 мин, а бактерии родов Nitrosomonas и Nitrobacter –5–10 ч. Культуры бактерии E. coli вступают в стационарную фазу при концентрации клеток 2–5 . 109/мл.

Во время экспонециальной фазы все клетки в популяции имеют приблизительно одинаковый размер, содержат максимальное количество РНК, количество белка в них также максимально и постоянно. Во время экспоненциальной фазы клетки наиболее жизнеспособны и обладают

высокой биохимической активностью.

Стационарная фаза наступает тогда, когда число жизнеспособных клеток достигает максимума и не увеличивается, так как скорость размножения бактерий равна скорости их отмирания.

период несбалансированного роста, когда компоненты клеток синтезируются с различными скоростями, соответственно и содержание отдельных химических веществ в клетках на разных стадиях отличается.

Клетки в стационарной фазе меньше по размеру, содержат меньше РНК, более устойчивы к различного рода воздействиям (физи-ческим и химическим), чем в экспоненциальной фазе роста культур. В этот период в клетках или в среде культивирования нередко накапливаются продукты

вторичного метаболизма (антибиотики, пигменты, бактериоцины и др.).

при исчерпании питательного субстрата голодающая популяция бактерий разделяется на две субпопуляции, одна из которых погибает и подвергается автолизу, клетки же другой популяции, используя продукты автолиза как субстрат, продолжают размножаться. Установлен механизм генетического контроля апоптоза у бактерий E. coli.

В фазе отмирания происходит экспоненциальное снижение числа живых клеток

Энтеробактерии отмирают медленно в отличие от некоторых видов бактерий рода Bacillus, скорость гибели которых происходит быстро. Причины отмирания клеток могут быть разными. Это и накопление органических кислот (Escherichia, Lactobacillus), автолиз (лизис над действием собственных ферментов), накопление антибиотиков, бактериоцинов и др.

В условиях непрерывного (проточного) культивирования в сосуд, содержащий популяцию бактерий, подается свежая питательная среда и из него одновременно удаляется часть среды с клетками микроорганизмов. Это позволяет на длительное время задержать культуру в состоянии

экспоненциального роста.

Источник: students-library.com

Рост и размножение

Термин «рост» означает увеличение цитоплазматической массы отдельной клетки или группы бактерий в результате синтеза клеточного материала (например, белка, РНК, ДНК). Достигнув определенных размеров, клетка прекращает рост и начинает размножаться.

Под размножением микробов подразумевают способность их к самовоспроизведению, увеличению количества особей на единицу объема. Иначе можно сказать: размножение — это повышение числа особей микробной популяции.

Бактерии размножаются преимущественно простым поперечным делением (вегетативное размножение), которое происходит в раз­личных плоскостях, с образованием многообразных сочетаний клеток (кисть винограда — стафилококки, цепочки — стрептокок­ки, соединения по парам — диплококки, тюки, пакеты — сарцины и др.). Процесс деления состоит из ряда последовательных этапов. Первый этап начинается формированием в средней части клетки поперечной перегородки (рис. 6), состоящей вначале из цитоплаз­матической мембраны, которая делит цитоплазму материнской клетки на две дочерние. Параллельно с этим синтезируется клеточная стенка, образующая полноценную перегородку между двумя дочерними. В процессе деления бактерий важным условием является репликация (удвоение) ДНК, которая осуществляется ферментами ДНК-полимеразами. При удвоении ДНК происходит разрыв водородных связей и образование двух спиралей ДНК, каждая из которых находится в дочерних клетках. Далее дочерние односпиральные ДНК восстанавливают водородные связи и вновь образуют двуспиральные ДНК.

Репликация ДНК и деление клеток происходит с определенной скоростью, присущей каждому виду микроба, что зависит от возраста культуры и характера питательной среды. Например, скорость роста кишечной палочки колеблется от 16 до 20 мин; у микобактерий туберкулеза деление наступает лишь через 18—20 ч; для клетки культуры тканей млекопитающих требуются сутки. Следовательно, бактерии большинства видов размножаются почти II 100 раз быстрее, чем клетки культуры тканей.

Процесс размножения культуры микробов на несменяемой среде протекает не­равномерно. В нем определяют четыре основные фазы.

1. Начальная фаза (лаг-фаза), или фаза покоя. В это время культура приспосабливается к питательной среде. В микробной клетке увеличивается содержание РНК ис ее помощью происходит синтез необходимых фермен­тов.

2. Экспоненциальная (логарифмическая) фаза ха­рактеризуется максимальным увеличением клеток в культуре, оно идет в геометрической прогрессии (1, 2,4, 8, 16, 256 и т. д.). В это время в среде большинство молодых и биологически активных клеток. В конце фа­зы, когда среда истощается, исчезают необходимые для данного микроба вещества, уменьшается количество кис­лорода, происходит увеличение продуктов обмена — рост культуры замедляется. Кривая постепенно принимает горизонтальное направление.



3. Стационарная фаза, или период зрелости, гра­фически представляет линию, идущую параллельно оси абсцисс. Наступает равновесие между числом вновь об­разованных и погибших клеток. Уменьшается количе­ство среды, увеличивается плотность клеток в попу­ляции, усиливается токсическое действие продуктов об­мена — все это обусловливает гибель клеток.

4. Фаза отмирания. В этой фазе наблюдается не только уменьшение, но и изменение клеток. Появляют­ся деградированные формы, а также споры. Через не­сколько недель или месяцев культура погибает. Так происходит потому, что ядовитые продукты жизнедея­тельности не только тормозят, но и убивают микробные клетки.

Таким образом, благодаря процессам метаболизма, поддерживается жизнедеятельность микробной клетки. Для дыхания аэробом необходим кислород, анаэробы используют нитратное, сульфатное дыхание и брожение. Микроорганизмы усваивают органические и неорганические вещества из внешней среды, окисляя которые получают необходимую энергию и пластические элементы. В результате происходит рост клетки. Достигнув необходимой стадии зрелости происходит размножение клетки простым делением. В процессе своей жизнедеятельности микроорганизмы постепенно расходуют питательные вещества, выделяя в окружающую среду свои метаболиты, изменяя тем самым состав среды и делая ее непригодной для жизни.

 

Источник: studopedia.su

Фазы развития бактериальной популяции

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.