Wzrost komórek bakterii - wyjaśniono! (Z rysunkiem)

Wzrost i reprodukcja komórek:

Poszczególne komórki bakterii powiększają się, gdy warunki środowiskowe sprzyjają ich wzrostowi. Każda komórka powiększa się w przybliżeniu dwukrotnie dwukrotnie (rysunek 2.15).

W przypadku bakterii sferycznych średnica komórki ulega podwojeniu, podczas gdy w innych komórka wydłuża się do dwukrotności swojej pierwotnej długości.

Taki wzrost nazywa się "wzrostem komórkowym". Gdy komórka bakterii osiąga prawie dwukrotny rozmiar, dzieli się na dwie komórki w procesie zwanym "rozszczepieniem binarnym". Tak więc rozmnażanie bakterii odbywa się poprzez rozszczepienie binarne. Termin binarny oznacza, że ​​każda z komórek macierzystych bakterii dzieli się (rozszczepienie: podział) na dwie (bi: dwie) komórki bakterii potomnych.

Podczas podziału błonę komórkową i ścianę komórkową w środku komórki macierzystej rosną do wewnątrz z przeciwnych stron, dopóki nie spotkają się ze sobą i ze ścianki działowej zwanej "przegrody".

Przegroda dzieli komórkę na dwie równe części, które później zaciskają się, tworząc dwie nowe komórki macierzyste matki, jej cząsteczka DNA replikuje się do dwóch podobnych cząsteczek DNA, tak że każda z komórek potomnych otrzymuje jedną cząsteczkę DNA. Inne substancje komórkowe są również dzielone równo pomiędzy dwie komórki potomne.

Wzrost bakterii:

W przypadku wyższych roślin i zwierząt wzrost oznacza wzrost wielkości osobnika. Chociaż każda komórka bakteryjna również rośnie wraz ze wzrostem jej wielkości, taki wzrost komórek jest zwykle trudny do zauważenia i ma niewielkie znaczenie; jest to raczej liczba komórek wyprodukowanych pod koniec pewnego przedziału czasu, które mogą być postrzegane i mają określone znaczenie.

Dlatego; "wzrost bakterii" określa się jako wzrost liczby komórek bakterii. "Szybkość wzrostu" bakterii definiuje się jako wzrost liczby komórek bakterii w jednostce czasu. Czas wymagany do podwójnej populacji bakterii nazywa się "czasem generowania" lub "czasem podwojenia". Różni się między bakteriami od kilku minut do kilku godzin.

Wykładniczy lub logarytmiczny wzrost:

Ponieważ wzrost bakterii odbywa się poprzez rozszczepienie podwójne, jedna bakteria (1) rośnie jako 1, 2, 4, 8, 16 itd., Co można również wyrazić jako 1 x 2 ⁰, 1 x 2 ¹, 1 x 2 ², 1 x 2 ³, 1 x 2 ⁴, .................. .. 1 x 2 ^n, odpowiednio. Ten rodzaj wzrostu, w którym liczba komórek podwaja się podczas każdego czasu jednostkowego (czasu generacji), nazywany jest "wzrostem wykładniczym" lub "wzrostem logarytmicznym". Logarytmiczny wzrost jest znacznie szybszy niż wzrost arytmetyczny (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ....) Lub wzrost geometryczny (1, 2, 4, 8, 16, 32 ......).

Choć, jak widać, następuje geometryczny wzrost, po kilku pokoleniach rośnie on 1, 10, 100, 1000, 10000 .......... (10 ⁰, 10 ¹, 10 ², 10 ³, 10 ⁴ ...... ..) Czyj wartości logarytmiczne wynoszą 0, 1, 2, 3, 4 ...... .. niezależnie?

Jeśli początkowa liczba bakterii wynosi N ₀ zamiast 1, to po "n" liczbie generacji końcowa liczba bakterii (N) będzie wynosić N ₀ x 2 ⁿ .

Tak więc ostateczną liczbę bakterii można uzyskać, stosując następujące równanie:

N = N ₀ x 2 _n

Gdzie,

N: Ostateczna liczba bakterii,

N ₀ : Początkowa liczba bakterii i

N: Liczba pokoleń.

Równanie umożliwiające określenie liczby generacji (n) wyprowadza się z powyższego równania w następujący sposób:

N = N ₀ x 2 ⁿ

=> Log N = log (N ₀ x 2 ⁿ ) (rejestracja obu stron)

=> Log N = log N ₀ + log 2 ⁿ (... log axb = log a + log b)

=> Log N = log N ₀ + n log 2 (... log a ^x = x log a)

=> log N-log N ₀ = n log 2

=> N log 2 = log N-log N ₀

=> n = log N-log N ₀ / log 2

n = 3, 3 (log N - log N ₀ )

Krzywa wzrostu:

Wzrost bakterii odbywa się w czterech fazach podanych poniżej. Wykres liczby bakterii w funkcji czasu podaje typową krzywą zwaną "krzywą wzrostu" (rysunek 2.16).

1. Faza opóźnienia:

Gdy inokulum bakterii zaszczepia się w odpowiedniej świeżej pożywce hodowlanej, normalny wzrost logarytmiczny zwykle nie rozpoczyna się natychmiast; raczej zaczyna się po pewnym czasie. Upływ czasu między inokulacją a początkiem normalnego wzrostu logarytmicznego bakterii nazywany jest "fazą opóźnienia".

W tym okresie bakterie aklimatyzują się do nowego środowiska świeżej pożywki hodowlanej, która nie jest taka sama jak środowisko, z którego została pobrana. W tej fazie bakteria rozwija się bardzo powoli, dzieląc przez rozszczepienie binarne. W związku z tym na krzywej wzrostu faza opóźnienia lekko się podnosi.

Faza opóźnienia zwykle nie występuje, jeśli inokulację pobiera się z hodowli wykładniczej i inokuluje się ją do świeżej pożywki hodowlanej podobnej do tej, z której została pobrana i utrzymana w podobnych warunkach wzrostu.

2. Log Phase (wykładnicza faza):

W tym czasie bakteria rośnie najszybciej w sposób logarytmiczny (wykładniczy). Maksymalny wzrost ma miejsce podczas tej fazy. Czas generowania i tempo wzrostu pozostają prawie stałe. Dlatego na krzywej wzrostu faza logarytmiczna wykazuje gwałtowny wzrost od końca fazy opóźnienia.

3. Faza stacjonarna:

W fazie stacjonarnej liczba komórek w hodowli pozostaje prawie stała. Nieokreślony wzrost wykładniczy jest niemożliwy i można go porównać z historią biednego żebraka, który czyni głupca króla, prosząc o proste jałmużny; podwajaj liczbę pasków każdego dnia przez rok, zaczynając od jednego. (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768, 65536, 131072, 262144, 5 24288, 1048576, 2097152, 4194304, 8388608, 16777216, 3354432, 6708864, 13417728, 26835456, 53670912, ..................... .. tylko w jednym miesiącu).

Obliczono również, że bakteria ważąca zaledwie 10 ^-12 gramów i mająca czas generowania wynoszący 20 minut, jeżeli rośnie wykładniczo przez 48 godzin, wytworzyłaby populację o masie około 4000 razy większej od masy ziemi.

Wykładniczy wzrost nie trwa w nieskończoność i ustaje po pewnym czasie z dwóch powodów: a) Pożywka hodowlana staje się tak przepełniona, że ​​niezbędne składniki odżywcze w niej obecne są zużyte i stają się niedostępne po pewnym czasie ib) Z powodu przeludnienia, Metabolity odpadów toksycznych wytwarzane przez bakterie gromadzą się do poziomów hamujących.

Prowadzą one do początku śmierci komórek bakterii w kulturze. Chociaż komórki rozmnażają się przez rozszczepienie binarne i wzrost nie ustępuje, liczba wytworzonych komórek jest prawie równa liczbie komórek umierających. Prowadzi to do fazy stacjonarnej.

4. Faza zwyrodnienia (Faza śmierci):

W tej fazie liczba komórek bakterii w hodowli maleje. W miarę gromadzenia się coraz większej ilości toksycznych metabolitów w medium, coraz więcej komórek zaczyna umierać. Prowadzi to do śmierci większej liczby komórek niż wyprodukowanych. W rezultacie liczba komórek maleje. Faza śmierci występuje również wykładniczo (logarytmicznie), ale z dużo mniejszą szybkością niż wykładnicza faza wzrostu.