Кинетические закономерности роста периодических микробных культур
Кривая роста (рисунок — Кривая роста бактериальной культуры) — это логарифмическая зависимость количества живых клеток от времени культивирования. Она имеет S-образную форму и содержит несколько фаз роста: начальное — лагфаза (эмбриональная), экспоненциальная (период роста), стационарная (период зрелости), стадия отмирания и выживания (период старения).
Бактерии размножаются путем поперечного деления. Процессы происходящие в цитоплазме и в ядре, предшествующих распределения бактериальной клетки, несмотря на многочисленные исследования, остаются еще невыясненными. Непосредственно перед делением клетки в ней образуется поперечная перегородка, конечно посередине ее делителя и в плоскости, перпендикулярной ему. В шаровидных форм распределение возможен в любом направлении. Новые лица, образовавшихся в результате деления, отделяются друг от друга. Во многих случаях и после распределения новые лице остаются соединенными между собой, образуя цепочку или бактерий кокков (стрептобактерии, стрептококки) и другие скопления (стафилококки, сарцины и др.).
Размножение бактерий в природе сильно ограничивается многочисленными вредными факторами внешней среды. Распределение бактерий в благоприятных условиях происходит исключительно каждые 20-З0 минут. При такой интенсивности размножения количество поколений одной микробной клетки в течение суток может достичь астрономических величин. Установлено, что на скорость размножения кишечной палочки влияет питательную среду: на МПБ палочка дает вторичное поколение через 23 минуты, на лептонной воде — на 10 минут позже. Рост микробных культур в жидких средах характеризуется определенными закономерностями, и знать их необходимо для того, чтобы управлять этим ростом. В процессе роста различают четыре фазы, точение которых отмечают различия в темпе размножения, а также морфологической и физиологической смены бактериальных клеток: их размеры, способность окрашиваться щелочными красками, ферментативная активность, устойчивость к различным физическим и химическим факторам. В приведенной схеме (рисунок Кривая роста) по оси абсцисс отложены отрезки времени, а по оси ординат — логарифмы чисел бактериальных клеток.
I фаза-«лаг-фаза», т.е. фаза задержки. Это обычно непродолжительное скрытый период, в точение которого бактериальные клетки, внесенные при засел в жидкое питательную среду приспосабливаются к новым условиям, причем часть из них может даже погибнуть. По мере перестройки бактерии начинают размножаться в нарастающем темпе. В этой фазе они обычно приобретают более крупные размеры (в 3-5 раз больше обычных), цитоплазма их становится более базофильной (лучше окрашивается основными красками) микробы в этом периоде проявляют большую биохимическую и энергетическую активность, повышенную чувствительность к дезинфицирующего и других вредных веществ. Эта фаза считается непроизводственной так как в настоящее время не идет накопление биомассы и на предприятиях ее стараются свести к минимуму, но лаг-фаза важна для самих микроорганизмов. Потому что в эту фазу в клетках идет метаболическая активность, идет синтез адаптивных ферментов, с помощью которых микроорганизмов способен усваивать определенные питательные вещества, находящиеся в среду.
II фаза-экспоненциальная. В настоящее время темпы размножения бактерий оказываются максимальными, а средняя продолжительность развития генерации резко сокращается. Однако темпы роста культуры в начальной стадии этого периода относительно невелики, но по мере роста числа микробных клеток они бурно нарастают. Увеличение числа происходит в геометрической прогрессии, что в схеме соответствует резко поднимается прямой логарифмов. В период логарифмического роста нарастает оксифильность бактериальных клеток (обычно имеют типовые размеры), т.е. способность их окрашиваться кислыми красками, возрастает их устойчивость к неблагоприятным физических и химических факторов.
III фаза-стационарная, или период зрелости, завершает предварительную фазу. В этом периоде кривая роста достигает своего максимума и затем становится почти параллельной оси абсцисс. Причинами наступления стационарной фазы являются: накопление токсичных метаболитов продуцентов, истощение питательных веществ в среде. Число новых особей примерно соответствует числу отмирают. В культуре накапливается максимальное количество клеток, в этом же периоде отмечается максимальная жизнедеятельность микробной популяции. Морфологически культуры в период зрелости характеризуются неоднородностью. Продолжительность III фазы длится от нескольких часов до многих дней.
IV фаза-период старости, когда кривая роста микробной культуры резко падает. Новых особей появляется значительно меньше, чем отмирают, в результате чего численность клеток в культуре постепенно снижается. В морфологической картине преобладают деградированные «инволюционные» формы. В конечном итоге культура погибает. Продолжительность этой фазы у разных видов бактерий неодинакова. Такой тип кривой роста бактериальной культуры следует рассматривать лишь как схему. Даже у того же штамма микроба кривая роста заметно варьирует в зависимости от условий культивирования (питательная среда аэрация, температурный режим и др.).
Колонии микроорганизмов и культуральные признаки
Бактерии при росте на плотных питательных (средах мясопептонного агара, мясопептонного желатина, свернувшейся кровяная сыворотка, ломтики картофеля, моркови и др.). Образуют макроскопические видимые скопления колонии. Размер, форма, окраска, структура и время образования колонии при строго определенных условиях выращивания культур на плотных средах характерные для каждого вида микроорганизмов. Отдельные колонии на плотных средах, например на агаре, рассматривают как результат размножения одной или нескольких микробных клеток. Величина колоний различных видов бактерий колеблется от десятых долей до 5 мм (редко более). Мелкие колонии (диаметром менее 1 мм) образуют стрептококки, пастерелл. Поверхность колоний может быть плоской, выпуклой, вогнутой, складчатой, зернистой, иногда с отдельными поднятыми узелками («дочерние колонии»). Колонии на плотной среде могут лежать или сверху врастать в глубь ее. При определении вида микроба учитывают также кайма колоний. Различают края уровне, волнистые, лучистые, зубчатые изъеденные, локонообразные и др. Характерна также консистенция микробной массы в колонии; последняя может быть слизистой, рыхлой, крошковатой, иногда даже роговидной плотности. Колонии бывают матовыми просвечивающими. В старых агаровых культурах колонии бактерий нередко становятся прозрачными, как стекло. Пигментные микроорганизмы (стафилококки, синегнойная палочка, чудесная палочка, грибы-дерматофиты и др.). Формируют колонии различной окраски.
Ростовые характеристики микроорганизмов
Циклы роста и деления клеток — это цикл, который включает серию индивидуальных событий, которые завершаются делением клеток на дочерние. Клеточный цикл отдельной клетки — период τ с момента образования данной клетки, в результате деления материнской и до следующего деления самой дочерней клетки.
Цикл деления прокариотической клетки
т. Д, т. А — деление и начало синтеза ДНК, точка отсчета 0 — момент деления клетки. В клеточных циклах величина возраста клетки изменяется от 0 (момент появления дочерней клетки) до времени Tд (момент деления клетки) — это период удвоения отдельной клетки.