Stanice se, kao i svaki živi organizam, rađaju, žive i umiru. Rast i razmnožavanje bakterija odvija se vrlo brzo, mogle bi zauzeti cijeli životni prostor na planeti, da nije njihova krhkost i ograničavajući čimbenici (temperatura, kiselost okoliša, nedostatak hrane itd.). Pod povoljnim uvjetima umnožavanje stanica u prosjeku traje oko pola sata. Međutim, u kritičnim situacijama neke vrste mikroorganizama (bakterije koje stvaraju spore) mogu formirati spore i "hibernirati" prilično dugo.
Proliferacija bakterija ima svoje prednosti i nedostatke. Primjena mikroorganizama u biotehnologiji (kvasac, mliječna kiselina, organizmi koji fiksiraju dušik, plijesni itd.) usmjerena je na poboljšanje kvalitete života. Međutim, nekontrolirani rast patogenih (patogenih) mikroba opasan je za ljude. Vlastita mikroflora osobe također može štetiti zdravlju. U medicini postoji koncept sindroma bakterijskog prekomjernog rasta, u kojem se broj oportunističkih mikroba u ljudskom tijelu naglo povećava, što predstavlja prijetnju zdravlju.
Rast i reprodukcija stanica dva su različita procesa. Pod rastom se podrazumijeva povećanje stanične mase zbog stvaranja svih staničnih struktura. Reprodukcija je povećanje broja stanica u koloniji. Razlikovati binarnu fisiju, pupanje i genetsku rekombinaciju (proces koji nalikuje spolnoj reprodukciji).
Većina prokariotskih (nenuklearnih) stanica, kojima pripadaju sve bakterije, množe se cijepanjem na dva dijela (binarna fisija). Na taj se način, primjerice, razmnožavaju bakterije mliječne kiseline. Proces počinje umnožavanjem bakterijskog kromosoma (molekula DNK koja zamjenjuje jezgru) i odvija se u nekoliko faza:
Rezultat su dva identična organizma.
Pojedinačni mikroorganizmi dijele se pupanjem, ali to je prije iznimka od općeg pravila. Proces se sastoji u stvaranju kratke izbočine na jednom od polova stanice, u koju jedna od polovica odvojenog nukleoida (molekula DNA s genetskom informacijom) "odluta". Tada izbočina raste i odvaja se od matične stanice.
Postoji još jedna opcija koja nalikuje spolnoj reprodukciji - genetska rekombinacija. U ovom slučaju dolazi do razmjene genetskih informacija i rezultat je stanica koja sadrži gene svojih roditelja. Postoje tri načina za prijenos genetskih informacija:
Tako se samo kao rezultat binarne diobe i pupanja dobivaju međusobno identične stanice. Tijekom genetske rekombinacije, stanica se mijenja, razvija nova svojstva i dobiva druge funkcije.
U hranjivim podlogama rast i razmnožavanje bakterija odvija se u nekoliko faza koje se razlikuju po količini dostupne hrane i nakupljanju otpadnih tvari:
Brzina kinetičkog rasta bakterijske kolonije uvelike ovisi o vrsti bakterije, sastavu hranjivog medija, broju zasijanih (unesenih u medij) stanica, starosti kulture, načinu disanja i broju drugih čimbenika. Na primjer, za razmnožavanje bakterija mliječne kiseline važno je održavati temperaturu u prilično uskom rasponu (25-30⁰S) i određenu razinu kiselosti medija (pH). Za razmnožavanje aerobnih i anaerobnih stanica, prisutnost ili odsutnost kisika za disanje postaje odlučujući čimbenik, a stanicama koje stvaraju spore potrebna je dovoljna količina hrane.
Za proučavanje (medicina, mikrobiologija) i primjenu (industrija), bakterijske kulture uzgajaju se na umjetnim hranjivim podlogama koje se dijele prema konzistenciji, podrijetlu i namjeni:
Postoje bakterije koje zahtijevaju posebne uvjete. Na primjer, anaerobni mikroorganizmi (i koji stvaraju spore i koji ne tvore spore) uzgajaju se u anaerobnim uvjetima (bez kisika). Za aerobne stanice kisik postaje odlučujući čimbenik za reprodukciju. Fakultativni anaerobi mogu mijenjati način na koji dišu ovisno o uvjetima. Aerobni organizmi koji tvore spore koji se koriste za dobivanje probiotika vrlo su osjetljivi na iscrpljivanje nutritivnih vrijednosti i kvalitetu prehrane. Anaerobi koji tvore spore zahtijevaju potpunu odsutnost kisika. Glavni princip uzgoja mikroorganizama je stvaranje povoljnih uvjeta (prehrana, disanje, temperatura), što ponekad predstavlja određene poteškoće.
Dakle, za uzgoj anaeroba koristi se metoda duboke sjetve, odnosno kultura bakterija se unosi u dubinu gustog hranjivog medija, u atmosferu rasta se dodaju kemikalije koje apsorbiraju kisik ili se pumpa zrak. van, zamjenjujući ga inertnim plinom. Kod bakterija koje tvore spore, koristi se unošenje inhibitora sinteze proteina u hranjivi medij, čime se zaustavlja proces sporulacije.
Pod uzgojem se podrazumijeva umjetni rast stanica u kontroliranim uvjetima. Konačni cilj je dobiti biološki proizvod iz bakterija ili uz pomoć bakterija. Takvi lijekovi mogu biti terapeutski, dijagnostički, profilaktički. Postoji nekoliko metoda uzgoja:
Jedan od najvažnijih industrijskih pripravaka je kultura bakterija mliječne kiseline, koje se koriste za pripremu kulture mliječne kiseline, kiselog kupusa, siliranja stočne hrane i proizvodnje nadomjestaka krvne plazme. Za postizanje zajamčenog konačnog rezultata potrebno je strogo kontrolirati kvalitetu dobivenih bakterija mliječne kiseline.
Potreban nam je odgovarajući hranjivi medij i pripravak s čistom kulturom bakterija mliječne kiseline uzgojene u laboratorijskim uvjetima. Nadalje, proces uzgoja se ostavlja do početka treće faze (ravnoteže), nakon čega se može započeti s žetvom bakterija mliječne kiseline.
Rast bakterijskih stanica nije uvijek koristan; prekomjerno povećanje populacija bakterija u ljudskom tijelu može biti opasno za zdravlje. Povreda kvalitativnog i kvantitativnog sastava crijevne mikroflore naziva se klinički sindrom prekomjernog rasta bakterija. Liječnici tvrde da nije sasvim ispravno koristiti izraz "disbioza" za opisivanje ovog procesa. Činjenica je da se broj anaerobnih bakterija (bifidobakterija) korisnih za tijelo doista smanjuje, ali se broj oportunističkih stanica (na primjer, aerobne E. coli) povećava.
Različite bakterije žive u različitim dijelovima gastrointestinalnog trakta. U tankom crijevu, dok se krećete, postupno se mijenja sastav mikroflore i broj mikroorganizama. Aerobne (rastuće u okolišu s kisikom) bakterije postupno ustupaju mjesto anaerobnim (anoksično okruženje). S kliničkim sindromom prekomjernog rasta, bakterijski spektar se pomiče prema gram-negativnim (najviše patogenim), fakultativnim aerobnim i anaerobnim organizmima.
Kako se približavate debelom crijevu, povećava se broj anaerobnih bakterija (bifidobakterija i bakteroida). Glavni predstavnici anaerobne mikroflore - bifidobakterije - odgovorni su za sintezu proteina, vitamina B, raznih kiselina i drugih tvari potrebnih za život. Aerobni mikroorganizmi (E. coli) proizvode razne vitamine i kiseline koji sudjeluju u probavi i podržavaju imunitet.
Bakterije mliječne kiseline su još jedan predstavnik crijevne mikroflore. Pripadaju mikroaerofilnim organizmima, odnosno jedan od čimbenika rasta i razmnožavanja bakterija mliječne kiseline je kisik, ali u vrlo malim količinama. Ovi mikroorganizmi su odgovorni za regulaciju kiselosti gastrointestinalnog trakta, čime inhibiraju rast truležnih bakterija.
Svaka vrsta bakterija obavlja svoju jasno definiranu funkciju. Kod sindroma pretjeranog rasta, fekalna mikroflora koja inače živi u debelom crijevu (E. coli ili anaerobne stanice) ulazi u tanko crijevo. Kvantitativni i kvalitativni sastav bakterijske mikroflore se mijenja, izvođenje nekih funkcija usporava ili postaje nemoguće. Pojavljuju se uvjeti za rast i razmnožavanje patogenih bakterija.
Kriterij za nastanak sindroma bakterijskog prekomjernog rasta može biti:
Kliničke manifestacije sindroma prekomjernog rasta bakterija lako se mogu pomiješati s drugim bolestima, često se preklapaju, potpuno iskrivljujući sliku. U takvim slučajevima, dijagnoza se može postaviti samo uz pomoć posebnih testova usmjerenih na prepoznavanje sindroma prekomjernog rasta, koji određuju ne samo broj, već i vrstu bakterija. Ovaj pristup će vam omogućiti da odaberete potrebne lijekove za ispravljanje sastava mikroflore.
Klinički simptomi bolesti:
Za liječenje sindroma pretjeranog rasta koriste se antibakterijski lijekovi. U budućnosti će biti potrebni probiotički i prebiotički pripravci za obnavljanje mikroflore.
Raznolikost bakterijskih stanica (autotrofi i heterotrofi, aerobne i anaerobne, sporotvorne i nesporene itd.) diktira određene uvjete za njihovu reprodukciju. Osnovno načelo industrijskog uzgoja je stroga kontrola uvjeta okoliša i brzine rasta. U prirodi rijetko postoje idealna okruženja za razvoj mikroorganizama. Inače bi bakterije davno ispunile sav raspoloživi prostor.
Bakterije se, kao i svi živi organizmi, množe. To se najčešće događa jednostavnom poprečnom podjelom u različitim ravninama. U tom slučaju nastaju različite kombinacije stanica: upareni spojevi, pojedinačne stanice, klasteri, lanci, paketi itd.
Neki mikroorganizmi se razmnožavaju sporulacijom (aktinomicete i gljive) i pupanjem (kvasac), neki se razmnožavaju spolno, ali većina ih se razmnožava aseksualno (vegetativno). U povoljnim uvjetima razmnožavanje se odvija iznimnom brzinom - svakih 20-30 minuta matična bakterijska stanica dijeli se na dvije stanice kćeri. Ćerka stanica na kraju postaje matična stanica i također se dijeli. Dakle, bakterije se dijele eksponencijalno. Kad bi se takva podjela odvijala nesmetano, tada bi za 48 sati jedna bakterija mogla roditi stotine milijardi stanica, a za pet dana takvu masu koja bi ispunila bazene svih mora i oceana. Međutim, to se ne događa jer na mikroorganizme djeluju različiti čimbenici okoliša.
Staničnoj diobi prethodi jednoliko povećanje ukupnog dušika, RNK i proteina u citoplazmi. Tada dolazi do replikacije DNK (udvostručavanja). U stanici koja se dijeli vodikove veze se prekidaju između lanaca DNA i nastaju jednostruki lanci DNA kćeri (slika 25).
Riža. 25. Proces binarne fisije štapićastih prokariota
1 - formiranje pojedinačnih spirala DNK;
2 - umnožavanje (replikacija) DNK;
3 - produljenje stanice;
Formiranje septuma;
4 - završetak formiranja septuma i formiranje konveksne stanične stijenke;
5-podjela stanica.
Neposredno nakon replikacije DNK počinje produljenje stanice i stvaranje poprečnog septuma zbog dva sloja citoplazmatske membrane koji strše jedan prema drugome. Najčešće se septum formira u sredini matične stanice, zbog čega su stanice kćeri približno iste veličine. Između slojeva septuma formira se stanična stijenka.
Jedna spirala DNA u novim stanicama služi kao predložak za stvaranje druge spirale, uslijed čega nastaje dvostruka spirala DNA sa smanjenim vodikovim vezama i nastaje novi nukleoid.
U procesu razmnožavanja, jedna od polovica stanice stalno zadržava flagele. U završnoj fazi razmnožavanja bakterija, flagele rastu u drugoj polovici.
Rast i razmnožavanje mikroorganizama ovisi o različitim čimbenicima okoliša i obilježjima vrste. Promatranje razvoja mikroorganizama uzgojenih u tekućem hranjivom mediju u zatvorenim spremnicima pokazuje da je za rast biomase potrebna prisutnost izvora energije, prisutnost komponenti potrebnih za sintezu biomase, odsutnost inhibitora u mediju koji potiskuju stanicu. rast, te održavanje potrebnih fizikalno-kemijskih uvjeta u mediju... U tim uvjetima rast mikroorganizama može se uvjetno podijeliti u nekoliko uzastopnih faza ili razdoblja (slika 26):
Riža. 26. Tipična krivulja rasta populacije mikroorganizama 1 - lag-faza;
2 - faza ubrzanog rasta; 3 - faza logaritamskog (eksponencijalnog) rasta;
4 - faza usporavanja rasta; 5 - faza stacionarnog rasta; 6 - faza starenja i odumiranja.
1. lag-phase (engleski lag - zaostajanje) - razdoblje između sjetve bakterija i početka razmnožavanja. Tijekom tog razdoblja odvija se prilagodba bakterijske kulture na hranjivi medij. Očituje se u nakupljanju optimalne količine potrebnih enzima, u inaktivaciji nekog inhibitora prisutnog u mediju, u klijanju spora itd. U povoljnim uvjetima bakterije se povećavaju i pripremaju za diobu. Lag faza može trajati od 10 minuta do nekoliko sati, ali u prosjeku iznosi 4-5 sati.
2. Faza ubrzanog rasta opaža se nakon lag faze i karakterizira je povećanje brzine diobe mikroorganizama i nakupljanje biomase.
3. Faza logaritamskog ili eksponencijalnog rasta je razdoblje najintenzivnije diobe bakterija. Bakterije se dijele svakih 20-40 minuta. Tijekom ove faze bakterije su posebno ranjive, zbog visoke osjetljivosti stanica koje rastu na čimbenike okoliša. Trajanje eksponencijalnog rasta ovisi o koncentraciji hranjivih tvari u supstratu i u prosjeku iznosi 5-6 sati.
4. Faza usporavanja rasta je prijelazno razdoblje iz eksponencijalnog rasta u fazu stacionarnog rasta. Tijekom ove faze uočava se iscrpljivanje hranjivih tvari supstrata i nakupljanje metaboličkih proizvoda u njemu, što smanjuje intenzitet razmnožavanja mikroorganizama.
5. Faza stacionarnog rasta uzrokovana je postupnim iscrpljivanjem medija, nakupljanjem litičkih enzima u njemu i kemijskom inhibicijom rasta mikrobne stanice metaboličkim produktima. Ova se faza razlikuje od prethodne po povećanju otpornosti bakterija na mnoge kemijske i fizikalne čimbenike. Do početka ove faze broj živih stanica dostiže maksimalnu razinu i ostaje na tom maksimumu nekoliko sati, ovisno o vrsti mikroorganizama i karakteristikama njihova uzgoja. Na kraju ove faze uočava se proces sporulacije kod nekih mikroorganizama.
6. Završnu fazu procesa razmnožavanja – fazu starenja i umiranja – karakterizira odumiranje bakterija uslijed iscrpljivanja hranjivog medija i nakupljanja metaboličkih produkata u njemu. Autoliza mikroorganizama promatra se kao ekstremna manifestacija stanične nestabilnosti nakon prestanka rasta. Trajanje ove faze može biti od nekoliko sati do nekoliko tjedana.
Rast je povećanje količine kemijskih komponenti mikrobne stanice. Za karakterizaciju rasta mikroorganizama koristi se pojam bakterijske mase koja se izražava gustoćom bakterija (suha masa po ml). Mikrobna reprodukcija opisuje se brojem bakterija, što odražava koncentraciju stanica u 1 ml. Ne postoji stroga proporcionalnost između povećanja broja bakterija i bakterijske mase. To je zbog činjenice da u populaciji bakterija nisu sve stanice održive - neke od njih su mrtve, neke su u različitim fazama uništenja. Sudjelujući u stvaranju bakterijske mase, takve stanice ne sudjeluju u daljnjem razmnožavanju bakterija. Bakterije se razmnožavaju izravnom dijeljenjem. U tom slučaju nastaje suženje ili urastanje citoplazmatske membrane počinje prema unutra, okomito na uzdužnu os stanice, s formiranjem disk-stanične ploče.
Ova ploča ponekad može biti nepotpuna i ima rupu u čijem središtu se spajaju obje sestrinske stanice. Nakon toga, bočna stijenka urasta u staničnu ploču, koja tvori poprečni septum, dijeleći staničnu ploču na dva dijela, od kojih se svaki proteže do jedne od formiranih stanica. Središnja rupa, koja nije podijeljena poprečnom pregradom ili pločom, naziva se plazmodesmos. Plasmodesmos igra ulogu u povezivanju stanica određenih bakterija u duge lance ili skupine. Osim navedenog, proces diobe bakterijskih stanica može se dogoditi i vezivanjem. Broj bakterijskih stanica u procesu razmnožavanja raste eksponencijalno. Za većinu bakterija vrijeme generiranja je 20 - 30 minuta.
Rast i razmnožavanje bakterija očituje se na različite načine ovisno o uvjetima uzgoja. Na čvrstim hranjivim podlogama, manifestacija rasta i razmnožavanja bakterija je pojava kolonija, koje su vizualno prepoznatljive nakupine bakterijskih stanica. Kolonije karakterizira skup specifičnih osobina na temelju kojih se mogu identificirati čiste kulture bakterija. Ove značajke uključuju: veličinu (velika, srednja, mala, mikroskopska); oblik (okrugla, spljoštena, itd.); boja, ovisno o stvaranju pigmenata bakterijama; površina (konveksna, ravna, mat, sjajna, itd.); priroda rubova (ravnomjerni, grubi, itd.); konzistencija (homogena, pastozna, sluzava, itd.); prozirnost (proziran, mutan).
Uz periodičnu kultivaciju, bakterije primjećuju sekvencijalnu promjenu faza rasta, što se odražava krivuljom rasta (slika 54.).
Proces rasta započinje fazom usporavanja rasta ili kašnjenja. U tom razdoblju dolazi do intenzivne metaboličke aktivnosti bakterija, čiji je rezultat priprema stanice za brzu reprodukciju. Faza počinje unošenjem bakterija u okoliš. Njegovo trajanje ovisi o starosti zasijane kulture (duže je kada se unese stara kultura), sastavu okoliša, temperaturi i drugim točkama.
Rast bakterijskih stanica. Povećanje biomase stanične protoplazme, koje nastaje sintezom plastičnog materijala tijekom prehrane, naziva se rast. Mikrobi rastu brzo, dostižući granicu svoje fiziološke zrelosti u kratkom vremenu.
Dijeljenje stanica. Stanica koja je dosegnula određenu zrelu dob počinje se dijeliti, a istovremeno se u hranjivom mediju opaža rast bakterijske populacije ¯ kulture.
Dijeli stanice prethodi stvaranje citoplazmatske membrane, koja se obično formira u sredini bakterijske stanice. U procesu diobe stanice dolazi do replikacije (udvostručavanja) DNK. U tom slučaju se prekidaju vodikove veze i stvaraju se dva lanca (spirale) DNK, od kojih je svaki prisutan u stanicama kćerima. Tada je jednolančana DNK vezana vodikovom vezom i ponovno se pojavljuje dvolančana DNK s genetskim informacijama.
Podjela stanica smatra se završenom kada su novonastale stanice odvojene citoplazmatskim septumom.
Reprodukcija Í binarna dioba bakterija, rikecija, protozoa itd. U tom slučaju nastaju dvije nove jedinke, obdarene genetskom informacijom matične stanice. Ova metoda reprodukcije naziva se integralna, a virusi se razmnožavaju disjunktivno, odnosno odvojenom sintezom njihovih komponenti ¯ nukleinske kiseline i proteina u stanici domaćinu.
Bakterijske stanice se brže dijele u početnim fazama rasta populacije. U kasnijim fazama dioba se odvija sporije, neke od matičnih stanica odumiru, a u određenim vrstama bakterija pojavljuju se razne inkluzije.
U povoljnim uvjetima, stopa razmnožavanja bakterija je vrlo visoka. Svakih 15-20 minuta od jedne jedinke dobiju se dvije. Prema izračunima nekih istraživača, ako samo u jednom satu mikrob proizvede dvije jedinke, onda u danu broj mikrobnih stanica doseže 16,5 milijuna. Prema figurativnoj definiciji V.L., koji mogu ispuniti bazene svih mora i oceana.
Takvom reprodukcijom mikrobne stanice mogle bi prekriti cijelu površinu ne samo mora, oceana, već i kontinenata. Stoga bi život ljudi na našoj planeti bio nemoguć. Međutim, u reprodukciji mikroba ne postoji apsolutni zakon geometrijske progresije. Na njihov rast i razmnožavanje negativno utječu antagonistički odnosi mikroorganizama, iscrpljivanje hranjivog medija, nedostatak kisika i nakupljanje toksičnih mikrobnih otpadnih produkata. Ovi čimbenici ometaju kontinuiranu diobu stanica.
Dugoročne Beilove studije i opažanja utvrdile su da u tekućem hranjivom mediju, u određenom volumenu, dolazi do maksimalnog razvoja stanica s ograničenim brojem. Unutar 24 sata pod istim uvjetima utvrđuje se koncentracija stanica u 1 ml tekućeg medija: za bakteriju Escherichia coli i paratifus B - 1,5 milijardi, Grigorijevu bakteriju dizenterije - Shiga i stafilokoke - 300 milijardi, štapiće trbušnog tifusa - 800 milijardi .pozovite M-k o centriranju (M Í maksimum) mikroba. U normalnim uvjetima njihova uzgoja, M-koncentracija stanica je granica za nakupljanje mikroba. Zanimljivo je primijetiti da ako se broj mikroba jednak M-koncentraciji inokulira u svježi hranjivi medij, tada se broj stanica ne povećava, a ako broj kultiviranih mikroba prelazi M-koncentraciju, višak umrijeti.
Razmnožavanje bakterija u populaciji. Kako bi se razumjeli obrasci razmnožavanja mikroba u populaciji, proučavaju se čiste kulture. Međutim, mikrobi se u prirodnim i umjetnim uvjetima javljaju u udrugama. Bakterijska populacija je skup bakterija koje se razmnožavaju u određenom volumenu tekućeg medija u epruveti, tikvici itd. Uz kontinuirani rast bakterija na površini gustog hranjivog medija u epruveti, ukupnost svih stanica u njemu se smatra jednom populacijom. U slučaju rasta izoliranih kolonija, svaka se od njih može smatrati zasebnom populacijom, jer međusobno ne komuniciraju.
Kada se mikrobi uzgajaju na čvrstim hranjivim podlogama, otkrivaju se neke značajke njihovog rasta, odnosno pojavljuju se kolonije koje predstavljaju potomstvo jedne ili više stanica. Izgled kolonija, njihov oblik, boja, prozirnost, veličina i druga svojstva obilježja su svake vrste bakterija. Brojne vrste bakterija s flagelama na agaru daju kontinuirani rast koji pokriva cijelu površinu posude (Proteus vulgaris). Sporogene vrste razlikuju se po prirodi kolonija, tvoreći neprozirne kolonije s mat površinom.
Rast bakterijskih stanica u tekućim hranjivim podlogama karakterizira ujednačenost, što nije slučaj na čvrstim hranjivim podlogama. Međutim, čak i ovom metodom mogu se uočiti neke značajke rasta bakterija. Vrste koje stvaraju suhe kolonije na čvrstim podlogama proizvode različite taloge u bistroj juhi. Vrste koje tvore meke i vlažne kolonije općenito proizvode homogen rast, jednoliko zamućujući hranjivi medij.
Za kulturu koja raste u tekućem mediju, prozračivanje je od velike važnosti. Poznato je da u epruvetama ili tikvicama samo gornji slojevi tekućine dolaze u dodir s atmosferskim zrakom, te se zbog toga na površini nakupljaju neki obvezni aerobi, na primjer Mycobacterium tuberculosis, Vibrio cholerae itd. delikatan film.
Faze rasta bakterijske populacije. Godine 1918. Buckenen, proučavajući karakteristike razmnožavanja bakterija, predložio je krivulju koja pokazuje broj stanica u svakom vremenskom intervalu. Dinamiku razmnožavanja bakterija karakteriziraju sljedeće faze označene rimskim brojevima.
U početnoj fazi (segment I) bakterije se prilagođavaju novim uvjetima staništa od trenutka kada su posijane na hranjivi medij. U ovoj fazi bakterije se ne razmnožavaju. Trajanje početne faze je 1-2 sata.
Početnu fazu reprodukcije (segment II) karakteriziraju pojačani metabolički procesi, brzina rasta i dioba stanica. Međutim, bakterije rastu sporo. Trajanje ove faze je 2 sata.
U logaritamskoj fazi (segment III) uočava se ubrzani rast i dioba stanica. U ovoj fazi maksimalne reprodukcije formiraju se morfološka, kulturološka, biokemijska, antigena i virulentna svojstva tipična za svaku vrstu bakterija. Trajanje faze je Í 5Í6 sati.
Faza usporavanja (segment IV) počinje nakon aktivnog rasta i razmnožavanja bakterijskih stanica. Do tog vremena, uvjeti u okolišu su se promijenili; nakupljaju se toksični metabolički produkti, smanjuje se opskrba hranjivim tvarima, pH medija ne odgovara individualnim potrebama pojedinih mikroba, troše se akceptori vodika, - usporava se oslobađanje energije i brzina diobe stanice, vrijeme generiranja se smanjuje , povećava se broj umirućih stanica. Trajanje faze je 2 sata.
Stacionarnu fazu (segment V) karakterizira konstantna koncentracija živih stanica u hranjivom mediju. Umjerena proliferacija stanica ne dovodi do povećanja mikrobne mase. U ovoj fazi uspostavlja se ravnoteža između broja umirućih i stanica u nastajanju. Trajanje faze Í 2 sata.
Fazu ubrzane smrti (segment VI) karakterizira neravnoteža između reprodukcije i ubrzane stanične smrti. Ova faza traje 4-5 sati.
U fazi logaritamske smrti (segment VII), masovna smrt stanica događa se konstantnom brzinom. Trajanje faze je oko 5 sati.
Fazu smanjenja brzine odumiranja (segment VIII) karakterizira činjenica da preostale bakterije prelaze u stanje mirovanja.
Faze razmnožavanja bakterija u vremenu ovise o vrsti bakterije, kvaliteti hranjivog medija, njegovoj koncentraciji, temperaturi i prozračnosti. Stoga je trajanje svake faze indikativno. U optimalnim uvjetima, dioba stanica kod većeg broja jedinki događa se u različito vrijeme, na primjer, Escherichia coli se dijeli nakon 15-20 minuta, bakterije tifusa - 20-25 minuta, streptokoke - 25-30 minuta, Mycobacterium tuberculosis - 18-20 sati. .
Trajanje faze stanične smrti povezano je s vrstama bakterija. Razdoblje smrti pneumokoka traje 2°
3 dana, a Escherichia coli Í̈ mjeseci. U fazi smrti, stanice su slabo obojene, a neke od njih ne percipiraju boju. Osim toga, mijenjaju se oblici bakterija, njihova biokemijska aktivnost i antigena svojstva.
Izraz "rast" u primjeni na mikroorganizme znači povećanje veličine pojedinca, a "razmnožavanje" znači povećanje broja jedinki u populaciji. S rastom mikrobne stanice, njezin se volumen povećava mnogo brže od površine, stoga raspodjela hranjivih tvari u citoplazmi stanice postaje manje učinkovita i stanica se dijeli. Prije podjele dolazi do udvostručavanja molekula DNK. Svaka stanica kćer dobiva kopiju DNK majke.
Brzina reprodukcije različitih mikroba uzgojenih u istim uvjetima je različita. Za većinu bakterija razdoblje generiranja (vrijeme proteklo od roorganizama može koristiti veliki skup oksidirajućih organskih spojeva, najčešće glukoze. Energija se dobiva iz tih spojeva kao rezultat njihove oksidacije ili, točnije, otpuštanja elektrona od njih .
Skup biokemijskih procesa, uslijed kojih se oslobađa energija potrebna za vitalnu aktivnost stanice, naziva se disanje ili biološka oksidacija. Što se tiče mikroorganizama, govore o anaerobnom i aerobnom tipu disanja.
Između dvije uzastopne stanične diobe) je u prosjeku 15-30 minuta; na primjer, za Escherichia coli - 15-17 minuta, uzročnici trbušnog tifusa - 23 minute, corynebacteria difterije - 34 minute. Mycobacterium tuberculosis se dijeli sporije - jednom u 18 sati, spirohete - za 10 sati.
Metode razmnožavanja za različite skupine mikroorganizama nisu iste: bakterije, rikecije, spirohete se razmnožavaju poprečnom podjelom na dvije ekvivalentne jedinke. Gram-pozitivne bakterije se dijele formiranjem septuma koji raste od periferije prema središtu. Kod mycobacterium tuberculosis unutar stanice nastaje poprečni septum, zatim se dijeli na dva sloja i stanica se dijeli na dva dijela.U stvaranju pregrade sudjeluju i citoplazmatska membrana i stanična stijenka. Očigledno, mezosom, usko povezan s citoplazmatskom membranom, aktivno sudjeluje u procesu podjele bakterija. Gram-negativne bakterije i rikecije se stanjuju u sredini i dijele se suženjem na dvije jedinke. Razmnožavanje kvržičnih bakterija i fraiciela događa se stvaranjem bubrega, koji je manji od izvorne stanice. Kod bakterija postoji i proces konjugacije – privremenog povezivanja dviju jedinki.
Rast bakterija i spiroheta nije uvijek popraćen njihovom diobom. Žučne soli, sapuni, penicilin, ultraljubičaste zrake usporavaju diobu stanica, što rezultira stvaranjem dugih filamenata mnogo većih od izvornih stanica.
Kada se bakterije unose u hranjivi medij, razlikuju se faze njihova rasta i razmnožavanja koje su određene dostupnošću dostupnih izvora hrane i nakupljanjem toksičnih metaboličkih produkata (slika 21.).
Prva faza - latentna (lag-faza) - odgovara prilagodbi bakterija novim uvjetima postojanja. Tijekom tog razdoblja, bakterije se prilagođavaju hranjivom mediju, njihov rast se ne opaža.
Druga faza je logaritamski rast (eksponencijalni), kada bakterije snažno rastu, povećavaju se, a kada dosegnu određenu veličinu, počinju se dijeliti na dvije stanice kćeri. Fisija se tijekom tog razdoblja događa konstantnom brzinom. Prosječno vrijeme generiranja (ili udvostručenja) za svaku vrstu bakterija je različito. U ovom trenutku bakterije izvlače hranjive tvari iz okoliša, zbog čega se u njemu počinju nakupljati metabolički proizvodi.
Treća faza je stacionarni rast, tijekom kojega broj organizama u kulturi ostaje konstantan cijelo vrijeme. Tijekom tog razdoblja, količina hranjivih tvari u hranjivom mediju značajno se smanjuje, a nakupljanje metaboličkih proizvoda povećava. Uvjeti za život mikroorganizama postaju sve nepovoljniji. Trajanje stacionarne faze je različito za različite bakterije.
Četvrta faza je smrt, kada bakterijskih stanica postaje sve manje i one umiru. Na kraju ove faze, broj umirućih bakterija počinje prevladavati nad brojem živih stanica. Potpuna smrt mikroba u kulturi može nastupiti za nekoliko tjedana ili mjeseci, ovisno o vrsti mikroba, reakciji okoline i drugim čimbenicima.
Protozoe se mogu razmnožavati poprečnom diobom, sužavanjem na dvije ekvivalentne jedinke - amebu i uzdužnu diobu - tripanosome, lambliju, balantidiju. Prije podjele na dvije jedinke, balantidija može izmijeniti svoje jezgre - mikronukleuse (proces konjugacije), malarični plazmodij ima aseksualni i spolni ciklus razvoja.
Virusi se razmnožavaju (razmnožavaju) samo unutar žive stanice organizma domaćina.
Proces razmnožavanja virusa sastoji se od nekoliko faza:
1) prodor virusa u stanicu;
2) unutarstanična reprodukcija;
3) sazrijevanje virusa i stvaranje vanjskih membrana kod nekih virusa; 4) izolacija virusa iz stanice.
Proces prodiranja virusa u osjetljivu stanicu započinje njegovom adsorpcijom na površini stanice koja ima specifične virusne receptore. Proces oslobađanja nukleinske kiseline iz kapside i vanjskih membrana počinje već u citoplazmatskoj membrani stanice, a završava u citoplazmi (virus gripe, vakcinija).
Faza unutarstanične reprodukcije virusa, odnosno njegove reprodukcije, obično počinje procesima supresije stanične makromolekularne sinteze. Svi energetski sustavi stanice, njezini enzimi, RNA, ribosomi počinju raditi na reprodukciji virusa. Zahvaćena stanica opskrbljuje virus nukleotidima za izgradnju nukleinskih kiselina, aminokiselinama za proteine. Replikacija (engleski replicate - kopirati, ponoviti) virusne RNK provodi se pomoću enzima - polimeraza, a sam matriks je RNA molekula virusa. U virusima koji sadrže DNA, specifična RNA se sintetizira na matrici DNA u jezgri stanice, koja zatim određuje sintezu virusne DNA i proteina. Virusni proteini se sintetiziraju u ribosomima stanice.
Sazrijevanje virusne čestice, zaključak virusne nukleinske kiseline u kapsidi, događa se u jezgri zahvaćene stanice (herpes virusi, adenovirusi) ili u citoplazmi (virusi malih boginja, rabdovirusi, pikornavirusi). Formiranje vanjskih membrana kod miksovirusa, togavirusa događa se pri prolasku kroz citoplazmatsku membranu stanice domaćina. Herpes virus prima dio svoje vanjske ovojnice prolazeći kroz membranu stanične jezgre.
Izolacija virusa iz stanice može se odvijati na različite načine. Kako sazrijevaju, miksoviruse i togaviruse stanica može lučiti satima bez oštećenja. Virus poliomijelitisa (koji nema vanjsku ljusku) se brzo formira u stanici, dugo ostaje u njoj i oslobađa se trenutno, u obliku izbijanja. Krajnji rezultat interakcije između virusa i stanice domaćina može biti brzo uništenje i smrt stanice. Ponekad virusi mogu biti prisutni u stanici dulje vrijeme, a da ne uzrokuju njezinu smrt, a opstaju u beskonačnom broju staničnih generacija – latentnih virusa. U nekim slučajevima, virus može uništiti stanica bez vidljivih posljedica za nju (abortivna virusna infekcija).
Pojam "rast" označava povećanje citoplazmatske mase pojedine stanice ili skupine bakterija kao rezultat sinteze staničnog materijala (npr. proteina, RNA, DNA). Postigavši određenu veličinu, stanica prestaje rasti i počinje se razmnožavati.
Reprodukcija mikroba znači njihovu sposobnost da se sami razmnožavaju, da povećaju broj jedinki po jedinici volumena. Drugim riječima, reprodukcija je povećanje broja jedinki mikrobne populacije.
Bakterije se razmnožavaju uglavnom jednostavnom poprečnom diobom (vegetativno razmnožavanje), koja se događa u različitim ravninama, uz stvaranje raznolikih kombinacija stanica (grožđe - stafilokoki, lanci - streptokoki, veze u paru - diplokoki, bale, vrećice - sarcini, itd.). Proces podjele sastoji se od niza uzastopnih faza. Prva faza počinje stvaranjem poprečnog septuma u srednjem dijelu stanice (slika 6.), koji se u početku sastoji od citoplazmatske membrane koja dijeli citoplazmu matične stanice na dvije stanice kćeri. Paralelno s tim, sintetizira se stanična stijenka koja tvori punopravnu pregradu između dvije kćeri. U procesu diobe bakterija važan uvjet je replikacija (udvostručavanje) DNA koju provode enzimi DNA polimeraze. Kad se DNK udvostruči, vodikove veze se raskidaju i nastaju dvije spirale DNK, od kojih se svaka nalazi u stanicama kćerima. Nadalje, kćeri jednolančane DNK obnavljaju vodikove veze i ponovno tvore dvolančanu DNK.
Replikacija DNA i dioba stanica događa se određenom brzinom svojstvenom svakoj vrsti mikroba, koja ovisi o starosti kulture i prirodi hranjivog medija. Na primjer, brzina rasta Escherichia coli kreće se od 16 do 20 minuta; kod mycobacterium tuberculosis do podjele dolazi tek nakon 18-20 sati; stanica kulture tkiva sisavaca traje jedan dan. Posljedično, bakterije većine vrsta razmnožavaju se gotovo 100 puta brže od stanica kulture tkiva.
Vrste diobe bakterijskih stanica. 1. Ispred diobe je dioba stanica, što dovodi do stvaranja "višestaničnih" štapića i kokica. 2. Sinkrona dioba stanica, u kojoj diobu i diobu nukleoida prati nastanak jednostaničnih organizama. 3. Podjela nukleoida je ispred stanične diobe, što uzrokuje stvaranje polinukleoidnih bakterija.
Odvajanje bakterija se pak događa na tri načina: 1) prekidno razdvajanje, kada dvije pojedinačne stanice, više puta lomeći se na spoju, razbijaju citoplazmatski most i međusobno se odbijaju, stvarajući tako lance (bacili antraksa); 2) klizna separacija, pri kojoj se nakon diobe stanice odvajaju i jedna od njih klizi preko površine druge (zasebni oblici Escherichia); 3) sekantna podjela, kada jedna od podijeljenih stanica svojim slobodnim krajem opisuje luk kružnice, čije je središte točka njezina kontakta s drugom stanicom, tvoreći rimsku peticu ili klinasto pismo (corynebacterium diphtheria, l hysteria).
Faze razvoja bakterijske populacije. Teoretski se pretpostavlja da ako se bakterijama stvore uvjeti za kontinuirani dotok i progresivno povećanje mase svježeg hranjivog medija i odljev produkata izlučivanja, tada će se razmnožavanje povećati logaritamski, a smrt aritmetički.
Opći obrazac rasta i razmnožavanja bakterijske populacije obično se grafički prikazuje u obliku krivulje koja odražava ovisnost logaritma broja živih stanica o vremenu. Tipična krivulja rasta je u obliku slova S i omogućuje vam razlikovanje između nekoliko faza rasta, zamjenjujući jedna drugu u određenom slijedu:
1. Početna (stacionarna, latentna ili faza mirovanja). To je vrijeme od trenutka kada su bakterije posijane na hranjivi medij do njihovog rasta. U ovoj fazi se broj živih bakterija ne povećava, već se može čak i smanjiti. Trajanje početne faze je 1-2 sata.
2. Faza odgođene reprodukcije. Tijekom ove faze bakterijske stanice intenzivno rastu, ali se slabo razmnožavaju. Razdoblje ove faze traje oko 2 sata i ovisi o nizu uvjeta: starosti kulture (mlade kulture se brže prilagođavaju od starih); biološke karakteristike mikrobnih stanica (bakterije crijevne skupine karakterizira kratko razdoblje prilagodbe, za mycobacterium tuberculosis - dugo razdoblje); korisnost hranjivog medija, temperatura uzgoja, koncentracija CO2, pH, stupanj prozračnosti medija, oksidacijsko-redukcioni potencijal itd. Često se obje faze kombiniraju pojmom "lag-phase" (engleski lag - lag, lag) .
3. Logaritamska faza. U ovoj fazi, brzina stanične proliferacije i porast bakterijske populacije su maksimalni. Razdoblje generiranja (latinski generatio - rođenje, razmnožavanje), odnosno vrijeme koje je proteklo između dvije uzastopne diobe bakterija, u ovoj će fazi biti konstantno za određenu vrstu, a broj bakterija će se eksponencijalno udvostručiti. To znači da na kraju prve generacije iz jedne stanice nastaju dvije, na kraju druge generacije obje bakterije dijeleći se formiraju četiri, od četiri dobivene nastaje osam itd. Posljedično, nakon n generacije, broj stanica u kulturi bit će jednak 2n. Trajanje logaritamske faze je 5-6 sati.
4. Faza negativnog ubrzanja. Stopa razmnožavanja bakterija prestaje biti maksimalna, smanjuje se broj jedinki koje se dijele, a broj umrlih se povećava (trajanje je oko 2 sata). Jedan od mogućih razloga usporavanja razmnožavanja bakterija je iscrpljivanje hranjivog medija, odnosno nestanak tvari specifičnih za danu bakterijsku vrstu iz njega.
5. Stacionarna faza maksimuma. U njemu je broj novih bakterija gotovo jednak broju mrtvih, odnosno dolazi do ravnoteže između mrtvih i novonastalih stanica. Ova faza traje 2 sata.
6. Faza ubrzanja smrti. Karakterizira ga progresivna superiornost broja mrtvih stanica u odnosu na broj novorođenih stanica. Traje oko 3 sata.
7. Faza logaritamske smrti. Stanična smrt se događa konstantnom brzinom (trajanje je oko 5 sati).
8. Faza smanjenja stope odumiranja. Stanice koje ostanu žive prelaze u stanje mirovanja.
