Микробиология

Рост и размножение микроорганизмов

Рост представляет собой увеличение количества химических компонентов микробной клетки. Для характеристики роста микроорганизмов используется понятие бактериальной массы, которое выражается плотностью бактерий (сухая масса на 1 мл). Размножение микробов описывается числом бактерий, отражающим концентрацию клеток в 1 мл.

Строгой пропорциональности между увеличением числа бактерий и бактериальной массы нет. Это объясняется тем, что в популяции бактерий не все клетки являются жизнеспособными - часть из них мертвые, некоторые находятся на разных этапах деструкции.

Участвуя в создании бактериальной массы, такие клетки не участвуют в дальнейшем размножении бактерий. Размножение бактерий происходит путем прямого деления. При этом образуется перетяжка или начинается врастание цитоплазматической мембраны внутрь, перпендикулярно продольной оси клетки с образованием диска - клеточной пластины. Эта пластина иногда может быть неполной и имеет отверстие, в центре которой соединяет обе сестринские клетки. В дальнейшем в клеточную пластину врастает боковая стенка, которая образует поперечную перегородку, делящую клеточную пластину на две части, каждая из которых отходит к одной из образовавшихся клеток.

Центральное отверстие, не разделенное поперечной перегородкой или пластиной, получило название плазмодесмоса. Плазмодесмос играет роль в соединении

клеток некоторых бактерий в длинные цепочки или группы. Помимо отмеченного, процесс деления бактериальных клеток может происходить путем перешнуровывания. Число бактериальных клеток в процессе размножения увеличивается в геометрической прогрессии. Для большинства бактерий время генерации составляет 20 - 30 минут.

Рост и размножение бактерий проявляются по-разному в зависимости от условий культивирования. На плотных питательных средах проявлением роста и размножения бактерий является появление колоний, представляющих собой визуально различимые скопления бактериальных клеток. Колонии характеризуются набором определенных признаков, на основании которых можно идентифицировать чистые культуры бактерий. К этим признакам относятся: размеры (крупные, средние, мелкие, микроскопические); форма (круглые, распластанные и др.); окраска, зависящая от образования бактериями пигментов; поверхность (выпуклая, плоская, матовая, блестящая и др.); характер краев (ровный, шероховатый и др.); консистенция (однородная, пастообразная, слизистая и др.); прозрачность (прозрачные, мутные).

При периодическом культивировании у бактерий наблюдается последовательная смена фаз роста, которую отражает кривая роста ().

Процесс роста начинается с фазы задержки роста, или лаг- фазы. В этот период происходит интенсивная метаболическая активность бактерий, результатом которой является подготовка клетки к быстрому размножению. Фаза начинается с момента внесения бактерий в среду. Продолжительность ее зависит от возраста засеянной культуры (она более длительная при внесении старой культуры), состава среды, температуры и других моментов.

В некоторых случаях у бактерий наблюдается двухфазная лаг- фаза. Так, E.coli при выращивании на среде, содержащей глюкозу и сорбит, используют вначале глюкозу, а синтез ферментов для усвоения сорбита подавляется. Лишь после израсходования глюкозы эти ферменты начинают функционировать. Описанное явление получило название диауксии.

Во второй фазе - ускоренного размножения - начинается размножение бактерий. Эта фаза сравнительно короткая и переходит в следующую фазу - логарифмическую, или экспоненциальную. В течение этой фазы бактерии характеризуются наиболее высокой физиологической активностью, они весьма устойчивы к воздействию факторов внешней среды и обладают высокой им- муногенностью. Для логарифмической фазы свойственно максимальное увеличение скорости роста бактериальных клеток. Бактерии размножаются в геометрической прогрессии, и кривая роста в этой фазе представляет собой экспоненту. Продолжительность данной фазы у большинства бактерий составляет 3-5 часов.

Логарифмическая фаза завершается фазой отрицательного ускорения роста, когда скорость размножения бактерий замедляется и в культуре начинают накапливаться отмирающие особи. Когда количество вновь образующихся и отмирающих клеток становится практически одинаковым, наступает стационарная фаза роста, или фаза максимальной концентрации (М-концентрации). В этой фазе бактерии отличаются активной жизнедеятельностью, для них характерен выраженный полиморфизм. Количество биомассы в стационарной фазе представляет собой урожай бактерий.

К концу стационарной фазы количество отмирающих клеток начинает превышать число вновь образующихся, и начинается период отмирания бактерий.

Он включает фазу ускоренной гибели, фазу логарифмической гибели и фазу уменьшения скорости отмирания. В это время в культуре появляется множество инволюционных форм, клетки плохо окрашиваются, содержат меньше воды, РНК. Количество бактериальных клеток в культуре в конце периода роста несколько превышает исходное число бактерий. Продолжительность такого цикла для большинства бактерий составляет 18 - 24 часа.

Культуры, в которых все клетки находятся в одинаковых фазах роста, получили название синхронны1х.