Bakterijos: bakterijų augimas ir ląstelių ciklas

Perskaitykite šį straipsnį, kad sužinotumėte apie bakterijų augimą ir ląstelių ciklą!

Bakterijų augimas:

Kai prokariotinė ląstelė yra inokuliuojama į (patalpintą arba į) terpę, kurioje yra visos pagrindinės augimo sudedamosios dalys, ląstelė: kaups maistines medžiagas; sintezuoti naujas ląstelių sudedamąsias dalis; augti; kartoti savo genetinę medžiagą; nustatyti naują ląstelių sienelę; ir galiausiai padalinkite į dvi dalis.

Todėl viena ląstelė tampa dviem, o po to po kito laiko šie suskirstymai tampa keturi. Šio tipo ląstelių dalijimasis vadinamas dvejetainiu dalijimu, ir toks dvigubas augimas vadinamas eksponentiniu augimu.

Prokariotų populiacija, auganti tokiu būdu, dvigubai padidės per tam tikrą laiką, vadinamą kartos ar dvigubinimo laiku.

Generavimo laikas (g) = laikas (t) / kartų skaičius (n)

Kartų skaičius gali būti apskaičiuojamas, jei žinomas ląstelių originalas (N ₀ ) ir galutinis skaičius (N), naudojant formulę n = 3.3 (log N - log N ₀ )

Gyventojų augimo greitis (kartų skaičius per laiko vienetą) išreiškiamas vidurkiu arba specifiniu augimo greičio konstantu, ir tai matuojama naudojant šią lygtį:

Vidutinis augimo greitis (μ) = 0, 69 / g

Iš šios formulės matyti, kad didėjant specifiniam augimo tempui, kartos laikas sumažės.

Bakterijų augimo ir pasiskirstymo greitis priklauso nuo mikrobiologijos pobūdžio, terpės, kurioje ji auginama, ir aplinkos sąlygų. Pavyzdžiui, E. coli, auginant turtingoje terpėje, su dideliu aeracija 37 ° C temperatūroje, gali dalytis kas 20 min.

Šis ląstelių greitis, dalijimasis mažėja, jei prokariotai yra dedami į minimalią terpę, kur jie reikalingi būtiniems makromolekuliniams pirmtakams, tokiems kaip aminorūgštys ir bazės, sintezei. Priešingai, Mycobacterium tuberculosis maksimalus dvigubinimo laikas yra apie 18 val. Ir užtruks ilgiau nei E. coli, pavyzdžiui, kolonijų formavimui ant agaro plokštės.

Bakterijų ląstelių ciklas:

Įvykių seka, pradedama nuo naujos ląstelės susidarymo iki kito padalijimo, vadinama ląstelių ciklu. Šiame cikle E. coli ląstelių ilgis išaugs, mažai keičiant skersmenį, kol jis pasiekia „kritinį dydį, du kartus vieneto ląstelių ilgį.

Pradedama ląstelių dalijimasis: ląstelės viduryje susidaro kontraktinis žiedas, septinimo baltymai sintezuoja naują ląstelių sienelę ir susidaro dvi naujos ląstelės, kurių kiekvienoje yra bent viena bakterinės DNR kopija. Todėl per šį laiką reikia sintezuoti chromosomos kopiją, o dvi - chromosomas, atskirtas į dvi palikuonių ląsteles.

DNR replikacija vyksta C (chromosomų replikacijos) fazės metu ir chromosomų segregacija vyksta G (tarpo) fazėje, kuri gali būti įvairaus ilgio. Vis dar neaiškus mechanizmas, kuriuo atskiriamos chromosomos. Galiausiai, tarp sienų (pertvaros) yra tarp dviejų chromosomų, o ląstelė suskirstoma į du (D fazė). Ląstelių dalijimasis ir DNR replikacija turi būti koordinuojami.

DNR replikacijos pradžia pradžioje (oriC), trumpoji adenino ir tymino turtinga seka, priklauso nuo to, ar ląstelė pasiekia kritinę masę (iniciacijos masę), ir reikalauja daug baltymų iniciacijos faktorių.

Tačiau DNR segregacija ir dalijimasis kontroliuojamas ląstelės ilgio, kuris turi pasiekti tam tikrą slenkstinio ilgį prieš skirstant chromosomas ir inicijuojant ląstelių dalijimąsi. Procesą kontroliuoja daugybė ląstelių ir aplinkos veiksnių.

Staigus augimas:

Kai augimo sąlygos yra palankios, E. coli gali augti maždaug 20 min. Tačiau laikas, reikalingas pilnai E. coli chromosomos kopijos sintezei, yra 40 min., Optimaliomis sąlygomis, ir DNR atskyrimas ir dalijimasis trunka dar 20 min.

Taigi, trumpiausias ląstelių ciklas ir todėl E. coli generavimo laikas turėtų būti 60 min. Akivaizdu, kad taip nėra. Kad ląstelės pasiskirstytų greičiau nei kas 60 min., DNR replikacija turi prasidėti vienu ciklu ir baigti kitą

Kai ląstelės sparčiai auga (generavimo laikas <60 min.), Replikacijos pradžia, kaip įprasta, pasireiškia dviem replikacijos šakėmis, kurios dvigubai sukasi aplink chromosomą iki galinio taško.

Tačiau šių naujų sričių kilmė pradeda tolesnius replikacijos etapus, kol baigsis ankstesnis DNR replikacijos etapas. Taigi, kai ląstelių pasiskirstymas vyksta, DNR dukterinėse ląstelėse jau yra dauginanti. Kuo greičiau ląstelių augimo greitis, tuo daugiau formavimo šakių yra suformuotos taip, kad DNR naujosiose ląstelėse gali turėti daug replikacijos šakių.

Augimas partijos kultūroje:

Geriausias būdas gaminti daug mikroorganizmų yra jų auginimas skystoje terpėje, kurią mes naudojame, vadinama partijos kultūra, kurioje ląstelės inokuliuojamos į tinkamos terpės kolbas ir auginamos tinkama temperatūra ir aeravimo laipsniu. Tokiu būdu auginami prokariotai rodo tam tikrą augimo modelį, vadinamą bakterijų augimo kreive.

Gyvybingų bakterinių ląstelių skaičius matuojamas laikui bėgant ir yra pavaizduotas kaip log ₁₀ gyvybingų ląstelių skaičiaus grafikas pagal laiką. Tai vadinama pusiau logaritminiu grafiku. Logaritminė skalė naudojama prokarioto augimui skleisti dėl didelės gaminamų ląstelių skaičiaus ir atskleisti mikrobų augimo eksponentinį pobūdį.

Jei „ląstelių skaičiaus padidėjimui“ naudojama aritmetinė skalė, būtų matoma didėjančio gradiento kreivė. Kai logaritminė skalė yra naudojama, ji paverčiama tiesia linija. Prokarioto generavimo laikas gali būti skaitomas tiesiai iš grafiko. Prokarioto augimo kreivė atskleidžia keturis augimo etapus.

i. „Lag“ fazė:

Kai bakterijos pirmą kartą inokuliuojamos į terpę, yra laikotarpis, per kurį augimas nėra. Šio etapo metu ląstelės prisitaiko prie naujos aplinkos, pagal poreikį sintezuoja naujus fermentus ir padidina ląstelių dydį, skirtą ląstelių dalijimui.

Šio laiko trukmė priklauso nuo inokulio pobūdžio. Jei tai atsiranda iš šviežios tos pačios terpės kultūros, atsilikimo fazė bus trumpa, bet jei inokuliatas yra senas arba pasikeitė terpė (ypač judančios bakterijos nuo turtingos terpės iki prastos), vėlavimo fazė bus ilgesnė .

ii. Eksponentinė (logaritminė) fazė:

Kai prokariotai pradeda padalinti, skaičiai didėja pastoviu greičiu, kuris atspindi prokarioto generavimo (dvigubinimo) laiką. Tai matoma tiesia linija šioje grafiko dalyje.

iii. Stacionari fazė:

Kaip prokariotų skaičius padidėja, jie naudoja visas turimas maistines medžiagas ir „kaupia augimo inhibitorius. Galiausiai pasiekiamas taškas, kuriame nėra grynojo ląstelių skaičiaus padidėjimo, kuris laikomas augimo kreivės atlenkimu. Šios pusiausvyros būsenos metu ląstelės vis dar veikia. Yra tam tikra ląstelių mirtis, kurią subalansuoja nedideli kontroliuojamų ląstelių dalijimai.

iv. Mirties fazė:

Po kurio laiko ląstelių mirties greitis tampa didesnis nei ląstelių dalijimasis, o gyvybingų ląstelių skaičius sumažėja. Ląstelės lizuojasi ir kultūra tampa mažiau drumsta.

Lock et al. (1965) pasiūlė skirtingas terminologijas šiems augimo etapams. Jie panaudojo „tropofazę“ log fazei ir „idiofazei“ stacionariai partijos kultūros fazei. Ši tipiška augimo kreivė vadinama „sigmoidinio augimo kreive“.