Фази на размножаване в течна хранителна среда. Растеж и размножаване на бактерии. Фази на размножаване. Пигментите са разделени на

Интензивните процеси на анаболизъм и катаболизъм в клетката водят до бърз клетъчен растеж.

Бактериалният растеж е последователно увеличаване на броя и размера на всички клетъчни компоненти, при условие че са необходими всички необходими химични елементи, което води до увеличаване на масата му. Хранителните субстрати трябва да съдържат тези елементи в метаболитно достъпна форма. Клетъчният растеж не е неограничен. След достигане на критичен размер, клетката се подлага на делене или размножаване.

Повечето бактерии се разделят чрез напречно сечение на двоично делене или цитокинеза. При повечето грам-положителни бактерии разделянето става чрез синтез на напречна преграда, която минава от периферията към центъра. Клетките на повечето грам-отрицателни бактерии се делят чрез свиване. Процесът на делене се повтаря на приблизително равни интервали от време (от няколко минути до няколко дни), което е индивидуална генетична характеристика на микробния вид. В резултат на размножаването броят на клетките в популацията рязко се увеличава.

Размножаването или размножаването в бактерии е разделянето на суперспирираната ДНК на нуклеоид на две дъщерни нишки, всяка от които допълнително се допълва от комплементарна нишка и едновременно се образува две дъщерни клетки (полуконсервативен метод).

Размножаването се характеризира с време на поколение(интервалът от време, за който броят на клетките се удвоява) и такова понятие като концентрация на бактерии(брой клетки в 1 ml).

Когато бактериите бъдат въведени в хранителна среда, те растат и се размножават, докато съдържанието на някой от необходимите компоненти на средата достигне минимум, след което растежът и размножаването спират. Ако през цялото това време не добавите хранителни вещества и не премахнете крайните продукти на метаболизма, тогава получаваме статична бактериална култура.Статичната (периодична) култура на бактерии се държи като многоклетъчен организъм, с ограничение на генетичния растеж. Ако изградим графика с времето по абсцисата и броя на клетките по ординатата, получаваме крива, описваща зависимостта на броя на образуваните клетки от времето на възпроизвеждане, която се нарича крива на растеж.

Крива на растеж на бактерии в хранителна среда.На тази крива могат да се разграничат няколко фази, които се заменят взаимно в определена последователност (фиг. 11):

1. Начална - фаза на изоставане(англ. закъснение- изоставане). Обхваща времето между инокулирането на бактерии и началото на размножаването. Продължителността му е средно 2-5 часа и зависи от състава на хранителната среда, от възрастта на засетата култура. По време на фазата на изоставане бактериалните клетки се адаптират към новите условия на отглеждане и се синтезират индуцируеми ензими.

2. Експоненциална (логаритмична) фаза.Характеризира се с постоянна максимална скорост на клетъчно делене, фаза на геометричен растеж с рязко увеличаване на популацията на микроорганизми (2 в етап n). Скоростта на размножаване зависи от вида бактерии и хранителната среда. Времето за удвояване на клетките се нарича време на поколение,което варира в зависимост от вида бактериална култура: при бактерии от рода Pseudomonasтой е равен на 14 минути, а при Микобактерии 18-24 ч. Размерът на клетките и съдържанието на протеин в тях през експоненциалната фаза остават постоянни. Бактериалната култура в тази фаза се състои от стандартни клетки.

Ориз. 11. Фази на размножаване на бактериите

3. Стационарна фаза(фаза на равновесие на размножаване и смърт на микробни клетки). Това се случва, когато броят на клетките спре да се увеличава. Тъй като скоростта на растеж зависи от концентрацията на хранителни вещества, тогава с намаляване на съдържанието на последните в хранителната среда, скоростта на растеж също намалява. Намаляване на скоростта на растеж се случва и поради високата плътност на бактериалните клетки, намаляването на парциалното налягане на кислорода и натрупването на токсични метаболитни продукти. Продължителността на стационарната фаза е няколко часа и зависи от вида бактерии и характеристиките на тяхното отглеждане.

4. Фаза на изсъхванеили смърт - намаляване на размера на популацията поради намаляване и липса на условия за размножаване на микроорганизми. Възниква поради натрупване на кисели метаболитни продукти или в резултат на автолиза под въздействието на собствените му ензими. Продължителността на тази фаза варира от десет часа до няколко седмици.

Тази динамика е характерна за партидни култури с постепенно изчерпване на хранителните вещества и натрупване на метаболити. Постоянното присъствие на бактериалната популация във фазата на логаритмичен растеж се наблюдава при непрекъсната култура, което се постига чрез постепенно дозиране на приема на хранителни вещества, контрол на плътността на бактериалната суспензия и отстраняване на метаболитите. Този процес на отглеждане на микроорганизми се нарича поточно отглеждане (непрекъсната култура).Нарастването в непрекъсната култура дава възможност за получаване на големи маси бактерии по време на поточно отглеждане в специални устройства (хемостати и турбидистати) и се използва при производството на ваксини, както и в биотехнологиите за получаване на различни биологично активни вещества, произведени от микроорганизми.

Жизнената активност на бактериите се характеризира с растежа- образуването на структурни и функционални компоненти на клетката и увеличаване на самата бактериална клетка, както и възпроизвеждане- самовъзпроизвеждане, водещо до увеличаване на броя на бактериалните клетки в популацията.

Бактериите се размножаватчрез двоично разделяне наполовина, по -рядко чрез пъпкуване. Актиномицетите, подобно на гъбите, могат да се размножават със спори. Актиномицетите, като разклонени бактерии, се размножават чрез фрагментация на нишковидни клетки. Грам-положителните бактерии се делят, като врастват синтезирани разделящи се прегради в клетката, а грам-отрицателните бактерии се делят чрез свиване, в резултат на образуването на фигури с форма на гира, от които се образуват две еднакви клетки.

Делението на клетките се предхожда отрепликация на бактериална хромозома по полуконсервативен начин (двуверижна ДНК верига се отваря и всяка верига е завършена с комплементарна верига), което води до удвояване на ДНК молекулите на бактериалното ядро-нуклеоида.

ДНК репликацията протича на три етапа: иницииране, удължаване или растеж на веригата и прекратяване.

Размножаване на бактерии в течна хранителна среда.Инокулирани бактерии в определен, непроменен обем на хранителната среда, като се размножават, консумират хранителни вещества, което допълнително води до изчерпване на хранителната среда и спиране на бактериалния растеж. Култивирането на бактерии в такава система се нарича партидна култура, а културата се нарича партидна култура. Ако условията за отглеждане се поддържат чрез непрекъснато подаване на свежа хранителна среда и изтичане на същия обем културна течност, тогава такова отглеждане се нарича непрекъснато, а културата се нарича непрекъсната.

Когато бактериите се отглеждат върху течна хранителна среда, се наблюдава дънен, дифузен или повърхностен (под формата на филм) растеж на културата. Нарастването на партидна култура от бактерии, отглеждани върху течна хранителна среда, се подразделя на няколко фази или периоди:

1. фаза на изоставане;

2. фаза на логаритмичен растеж;

3. фаза на стационарен растеж или максимална концентрация

бактерии;

4. фаза на смърт на бактериите.

Тези фази могат да бъдат изобразени графично под формата на сегменти от кривата на бактериален растеж, отразяващи зависимостта на логаритъма на броя на живите клетки от времето на тяхното култивиране.

Фаза на изоставане- периодът между засяването на бактериите и началото на размножаването. Продължителността на фазата на изоставане е средно 4-5 ч. В същото време бактериите се увеличават по размер и се подготвят за разделяне; количеството нуклеинови киселини, протеини и други компоненти се увеличава.

Логаритмична (експоненциална) фаза на растеже период на интензивно разделяне на бактерии. Продължителността му е около 5-6 ч. При оптимални условия на растеж бактериите могат да се разделят на всеки 20-40 минути. През тази фаза бактериите са най -уязвими, което се обяснява с високата чувствителност на метаболитните компоненти на интензивно растящата клетка към инхибиторите на протеиновия синтез, нуклеинова киселинаи т.н.

След това идва фазата на стационарен растеж., при който броят на жизнеспособните клетки остава непроменен, съставлявайки максималното ниво (М-концентрация). Продължителността му се изразява в часове и варира в зависимост от вида бактерии, техните характеристики и отглеждане.

Фазата на смъртта прекратява процеса на растеж на бактериитехарактеризиращ се със смъртта на бактерии в условия на изчерпване на източниците на хранителната среда и натрупване на продукти от бактериалния метаболизъм в нея. Продължителността му варира от 10 часа до няколко седмици. Интензивността на растежа и размножаването на бактериите зависи от много фактори, включително оптималния състав на хранителната среда, редокс потенциала, рН, температура и др.

Размножаване на бактерии върху плътна хранителна среда.Бактериите, растящи върху твърди хранителни среди, образуват изолирани колонии с кръгла форма с гладки или неравни ръбове (S- и R-форми), с различна консистенция и цвят, в зависимост от пигмента на бактериите.

Водоразтворимите пигменти се дифундират в хранителната среда и я оцветяват. Друга група пигменти е неразтворима във вода, но разтворима в органични разтворители. И накрая, има пигменти, които не са разтворими във вода или в органични съединения.

Най -често срещаните сред микроорганизмите са пигменти като каротени, ксантофили и меланини. Меланините са неразтворими черни, кафяви или червени пигменти, синтезирани от фенолни съединения. Меланините, заедно с каталазата, супероксид цисмутазата и пероксидазите, предпазват микроорганизмите от въздействието на токсични радикали на кислородния пероксид. Много пигменти имат антимикробни, подобни на антибиотици ефекти.

Отглеждането на бактерии е забавно и възнаграждаващо. За някои експериментатори такива експерименти позволяват да се гарантира, че има живот буквално на всеки милиметър от нестерилизирана повърхност; други, по -практични натуралисти преследват изключително утилитарни цели (използването на бактерии при приготвянето на храна, в производството на торове и дори в строителството има известна популярност). За да разберем как да установим процеса на култивиране на микроорганизми в специално създадени условия, трябва да имаме представа за фазите на растеж на бактериите и онези фактори, които влияят върху живота на бактериална популация, растяща върху хранителни среди, контролирани от хората.

Преди да заселят (инокулират) бактерии върху богата на хранителни вещества повърхност, селекционерът трябва да разполага с достатъчно информация за това какви бъдещи бактериални клетки могат да дишат и какво могат да ядат.

Дъх

Почти всички бактерии, които могат да се отглеждат у дома, са или аероби (дишат изключително кислород), или факултативни анаероби (в зависимост от условията на живот те могат да променят химията на дихателните процеси). Култури от облигатни (строги) анаеробни бактерии, които умират в присъствието на кислород, могат да се отглеждат само в среда без кислород.

Хранене

Съставът на всяка среда, в която е необходимо да се постигне възпроизводството на бактериалната популация, трябва да включва вещества, съдържащи въглерод и азот. Основните изисквания за необходимото хранене се поставят от автотрофията или хетеротрофията на бъдещото население. Автотрофите, хранещи се с неорганични вещества, изискват достатъчно наличие на въглероден диоксид и калциев карбонат (бикарбонат). Хетеротрофите, разлагайки органични вещества, получават собствена храна от органични киселини, алкохоли, въглехидрати и ароматни съединения. Нуждата от азот на бактериалната популация на хетеротрофи се задоволява от органични съединенияс амино групи - азотсъдържащи органични вещества.

Самото инокулиране на бактерии върху хранителни среди се извършва или чрез капчици (заедно с течно вещество), или чрез механично преместване на жива култура от повърхността на местообитанието към повърхността с приготвена храна. Можете да прокарате памучен тампон по повърхността на масата и да разклатите сухи прахови частици върху хранителния разтвор.

Растеж, размножаване и смърт

Фазите на растеж на бактериалната популация имат модел, потвърден от микробиолози. Графиката на растеж може да бъде разделена на четири основни фази, които ясно демонстрират основните етапи от развитието на бактериите върху хранителни среди.

Първа стъпка

Първата фаза на нарастване на населението се нарича фаза на изоставане. Тя започва от момента, в който бактериалната култура се колонизира в хранителен разтвор, и завършва с момента, в който преселената популация се адаптира към новите условия. По време на фазата на изоставане, клетките се адаптират към новите условия на живот.В тази фаза има забавяне в растежа на културата и липса на размножаване (разделяне) на бактерии.

Продължителността на фазата на изоставане зависи от възрастта на културата (колкото по -стара е, толкова по -дълго отнема адаптацията) и от това колко различни са източниците на хранителни вещества за бактериалната клетка в първоначалната среда и в средата, където е популацията култивиран. Колкото по -голяма е тази разлика, толкова по -дълъг е процесът на адаптация.

Втора фаза

Следващата фаза в растежа на живата култура е експоненциално или експоненциално развитие. След като се адаптират към условията на дишане и хранене в новата среда, клетките започват активно да се делят. В тази фаза те имат най -висока реактивност и се отличават с най -висока жизненост. По време на експоненциалната фаза на растеж, клетките синтезират най -голямо количество РНК - протеин, който е отговорен за създаването на нова ДНК от информацията, която е криптирана в ДНК на майката.

Трети етап

С постигането на максимален брой жизнеспособни клетки, които съществуващият хранителен разтвор е в състояние да „захрани“, се записва следващият етап от растежа на жива култура - стагнация или стационарна фаза. Липсата на достатъчно хранене забавя цялата химия, която се случва вътре в клетката, скоростта на размножаване намалява и РНК практически не се синтезира.

По време на тази фаза на нарастване на популацията микробиолозите наблюдават такова явление в бактериалната общност като апоптоза. Апоптозата е алтруистично поведение на част от бактериите, които престават да поддържат жизнени реакции в себе си (всъщност се самоубиват), като по този начин ще хранят оцелелата част от бактериалната популация. Апоптозата дава възможност на населението да се размножава по време на фазата на застой.

Краен етап

Завършването на жизнения цикъл на бактериална клетка зависи по -скоро от вътрешни фактори... Намирайки се в условия на ограничено хранене, след фазите на активен период на растеж, размножаване и застой, клетките натрупват в местообитанията си продуктите на собствената си жизнена дейност: органични киселини, автолиза, антибиотици, получени в резултат на метаболизма на бактериалните клетки.

Домашни условия

У дома колониите бактерии са най -лесни за отглеждане или в течна среда (бульонът е подходящ за това), или върху зеленчуков желатин - агар. От двата възможни метода за отглеждане на популации (стационарни и непрекъснати) у дома, могат да се установят само стационарни (например в чаши Петри).

Непрекъснатото предполага постоянно подаване на хранителен разтвор и изпомпване на жива култура. Този процес може да бъде подкрепен само с наличието на специално лабораторно оборудване, с помощта на което се следи необходимото количество от необходимия субстрат и нивото на вземане на проби от жива култура от съществуващия бактериален инкубатор.

Работя като ветеринарен лекар. Обичам балните танци, спорта и йога. Давам приоритет на личностното развитие и овладяването на духовни практики. Любими теми: ветеринарна медицина, биология, строителство, ремонт, пътувания. Табу: юриспруденция, политика, ИТ технологии и компютърни игри.

Височина- това е координирано увеличение на всички компоненти на клетката, резултатът от растежа е възпроизводството.

Размножаване на бактерии- увеличаване на броя на клетките в популацията.

В процеса на растеж бактериалната клетка се увеличава 2-3 пъти, тя интензивно оцветява и натрупва РНК. При благоприятни условия растежът завършва с размножаване. При бактериите размножаването става чрез разделяне наполовина - бинарното делене е основният начин за размножаване.

Крива на растежхарактеризира растежа и размножаването на бактерии при определени условия на околната среда. Кривата на растеж се получава от изследването на периодичната култура.

Периодична култура- Това е популация от m / s, която се развива в ограничен обем от околната среда без доставка на хранителни вещества.

Фаза 1 - начална - бактериите растат, но не се размножават

Фаза 2 - фазата на логаритмичен растеж - бактериите се размножават интензивно, броят им се увеличава с логаритмична прогресия.

3 фаза - стационарна - репродукция - равна на смъртността

Фаза 4 - изсъхване - метаболитни продукти се натрупват, хранителните вещества се изчерпват и бактериите умират.

Външните фактори могат да имат:

бактериостатично действие - потискат размножаването и растежа на бактериите

бактерициден ефект - причиняват смъртта на бактерии

Размножаване на бактерии.

Той започва с репликация (дублиране) на генома и след това настъпва разделяне.

Бактериите имат вегетативна репликация - информацията се предава от родителската клетка към дъщерната.

При бактериите репликацията се саморегулира - геномът има гени, отговорни за репликацията.

Репликацията е полуконсервативна - дъщерните клетки получават равномерно разпределен генетичен материал (една верига ДНК на майката, другата ново синтезирана).

Репликацията започва от определена точка, от която ДНК се размотава, образува се репликационна вилка и се синтезира SSB протеин, който предотвратява повторното усукване на нишките. Процесът се осъществява чрез ДНК полимераза, която е в състояние да прикрепи комплементарни нуклеотиди към свободния 3 "край.

Синтезът на комплементарни сайтове се задейства чрез грундиране с грунд. Тази област на РНК е допълваща към матричната ДНК и праймерът има свободен 3 "край. Грундирането с грунд започва синтеза на ДНК, фрагментите на Okazaki са изградени върху матрицата, които са зашити в една верига от ДНК лигази. В бактериалната клетка, Образуват се 2 идентични нишки на ДНК, които са опънати по полюсните клетки и след репликацията бактериалното делене започва.

Разделянето започва с удължаване на цитоплазмената мембрана, по екватора се образува междуклетъчна преграда, по която бактерията се разделя на двоични и се образуват 2 идентични дъщерни клетки.

Показатели за растеж и размножаване на бактерии:

Увеличаване на размера на клетката

Бактериална концентрация - брой клетки в 1 ml

Плътност на бактериите - масата на бактериите в mg на ml

Време за генериране - времето, необходимо за удвояване на броя на клетките.

22. Отглеждане и методи за изолиране на чиста култура от аероби и анаероби.

Отглеждане m / o- Това е производството на голям брой бактерии върху хранителна среда.

Цел на отглеждане:Изследване на микробиологични свойства, За диагностика на инфекции и За получаване на биологичен продукт от бактерии или получен с помощта на бактерии.

Условия за отглеждане на бактерии:

Наличието на пълноценна хранителна среда.

Оптимално t (≈37 0 C)

Култивационна атмосфера (със или без O 2).

Време за култивиране-видим растеж за 18-48 часа или за около 3-4 седмици (tbc)

Осветяване на хранителната среда за фотосинтеза (расте само при наличие на светлина).

Възпроизвеждане

n Бактериите се размножават бинарно делене, по -рядко чрез пъпкуване, актиномицети - чрез спори и фрагментация.

н Грам-отрицателни бактерииса разделени по стеснение.

н Грам-положителни бактерииразделяне чрез вграждане на синтезирани разделителни дялове в клетката

След като бъдат въведени в околната среда, бактериите се адаптират към нейните условия и се размножават сравнително бавно (фаза на изоставане). След това идва фазата на експоненциален растеж (експоненциална фаза). Освен това околната среда се изчерпва, в нея се натрупват токсични метаболитни продукти, което се проявява чрез намаляване на скоростта на размножаване и преустановяване на увеличаването на броя на клетките (стационарна фаза).

По този начин растежът в периодичната култура се подчинява на закони, които са валидни не само за едноклетъчните, но и за многоклетъчните организми. Впоследствие бактериалната култура може да умре или да бъде значително намалена (фаза на отмиране). Спорообразуващите видове преминават в стадий на спороношение; при спорообразуващи видове е възможно образуването на анабиотични форми (виж по-долу). В някои случаи фазата на ускоряване на растежа (началото на експоненциалната фаза) и фазата на забавяне на растежа (преход към стационарна фаза) се разграничават допълнително.

Фаза на изоставанебактериалният растеж съответства на периода на физиологична адаптация, включително индуциране на ензими, синтез и сглобяване на рибозоми. Продължителността на фазата зависи главно от възрастта на инокулума (инокулума) на бактериите и предишните условия на култура. нови условия. Ако източниците на енергия и въглерод в новата среда се различават от тези, налични в предишната култура, тогава адаптирането към нови условия може да изисква синтез на нови ензими, които преди това не са били необходими.

Експоненциална фазабактериалният растеж (логаритмичен) се характеризира с максималната скорост на клетъчно делене. За конкретен вид бактерии при специфични условия на растеж времето на генериране (тоест времето, необходимо за удвояване на броя на бактериите) е постоянно през цялата логаритмична фаза, но е променливо за различните видове и щамове и също зависи от състав на средата и условия на отглеждане. Времето за генериране на оптималната среда може да бъде кратко (при E. coli, 20 минути) или дълго (при Mycobacterium tuberculosais, 6 часа). В тази фаза се наблюдава максимално натрупване на бактериални метаболити (например токсини, бактериоцини) в околната среда.

Стационарна фазарастеж на бактерии. През този период наличността на основни хранителни вещества се превръща в ограничаващ фактор. Установява се баланс между клетъчния растеж и делене и процеса на клетъчна смърт. Спорообразуващите бактерии (например от родовете Bacillus и Clostridium) могат да навлязат във фазата на спорообразуване, която се активира, когато бактериите са в условия на ограничено хранене. В определен момент съотношението на умиращи, новообразувани и спящи клетки става стабилно; такова състояние е известно като максималната стационарна фаза. Биомасата на бактериите в стационарна фаза се нарича "добив" или "добив на биомаса" (разликата между максималната и началната биомаса); или „икономически коефициент“, ако растежът на биомасата е свързан с единицата на субстрата, ограничаващ растежа.

Фаза на изсъхване(разпад, лизис) включва период на логаритмична смърт, преминаващ в период на намаляване на скоростта на смъртта на бактериите. Причините за смъртта на бактериите в нормалните хранителни среди не са напълно ясни. Случаите, когато киселините се натрупват в средата (по време на растежа на Escherichia, Lactobacillus) са разбираеми. Понякога бактериите се унищожават от собствените си ензими (автолиза). Смъртността варира в широки граници в зависимост от местообитанието и характеристиките на микроорганизма (например ентеробактериите умират бавно, а бацилите - бързо).

Метод на отглеждане под водабактериите се използват при промишленото отглеждане на бактериална биомаса, за което използват специални котли-реактори. Те са оборудвани със системи за поддържане на температурата, подаване на различни хранителни вещества към бульона, смесване на биомаса и постоянно подаване на кислород. Създаването на аеробни условия по цялата дебелина на околната среда насърчава протичането на енергийните процеси по аеробната пътека, което допринася за максималното оползотворяване на енергийния потенциал на глюкозата и съответно за максималния добив на биомаса.

Метод на течаща среда(индустриален метод на отглеждане) ви позволява постоянно да поддържате бактериална култура в експоненциална фаза на растеж, което се постига чрез постоянно въвеждане на хранителни вещества и отстраняване на определен брой бактериални клетки. Престоят на бактериите в експоненциалния стадий на растеж осигурява максимален добив на различни биологично активни вещества (витамини, антибиотици и др.).