Bakterie: wzrost i cykl komórkowy bakterii

Przeczytaj ten artykuł, aby poznać wzrost i cykl komórkowy bakterii!

Wzrost bakterii:

Kiedy komórka prokariotowa zostaje zaszczepiona na (umieszczoną na lub w środku) pożywkę, zawierającą wszystkie niezbędne składniki do wzrostu, komórka będzie: gromadzić składniki odżywcze; syntezować nowe składniki komórek; rosną w rozmiarze; powtórzyć jego materiał genetyczny; położyć nową ścianę komórkową; i ostatecznie podzielić na dwie części.

W konsekwencji jedna komórka staje się dwie, a następnie, po kolejnym okresie czasu, dzielą się na cztery. Ten typ podziału komórkowego nazywa się rozszczepieniem binarnym, a ten rodzaj podwojenia wzrostu nazywa się wzrostem wykładniczym.

Populacja prokariontów wzrastająca w ten sposób podwoi się w czasie w określonym czasie nazywanym czasem generacji lub podwojenia.

Czas generacji (g) = czas (t) / liczba pokoleń (n)

Liczbę generacji można obliczyć, jeśli znana jest oryginalna (N ₀ ) i ostateczna liczba (N) komórek, przy użyciu wzoru n = 3.3 (log N - log N ₀ )

Szybkość przyrostu populacji (liczba generacji na jednostkę czasu) jest wyrażana jako średnia lub stała stała szybkości wzrostu i mierzy się ją za pomocą następującego równania:

Średnia szybkość wzrostu (μ) = 0, 69 / g

Z tej formuły można zauważyć, że wraz ze wzrostem określonej szybkości wzrostu, czas generowania będzie się zmniejszał.

Stopień wzrostu i podziału bakterii zależy od rodzaju drobnoustroju, składników pożywki, w której jest hodowany, oraz warunków środowiskowych. Na przykład, E. coli, gdy hoduje się ją na bogatym podłożu, z dużą ilością napowietrzenia w temperaturze 37 ° C, może dzielić co 20 minut.

Ta szybkość komórek, podział maleje, jeśli prokarioty są umieszczone w minimalnej pożywce, gdzie są wymagane do syntezy niezbędnych prekursorów makrocząsteczek, takich jak aminokwasy i zasady. Natomiast Mycobacterium tuberculosis ma maksymalny czas podwojenia około 18 godzin i na przykład zajmuje dużo dłużej niż E. coli, aby utworzyć kolonie na płytce z agarem.

Bakteryjny cykl komórkowy:

Sekwencja zdarzeń rozciągających się od utworzenia nowej komórki do następnego podziału nazywana jest cyklem komórkowym. W tym cyklu komórka E. coli będzie rosnąć na długości, z małą zmianą średnicy, aż osiągnie "krytyczny rozmiar, dwukrotność długości komórki elementarnej.

Rozpoczyna się podział komórki: w środku komórki powstaje kurczliwy pierścień, białka septacyjne syntetyzują nową ścianę komórkową i tworzą się dwie nowe komórki, z których każda zawiera co najmniej jedną kopię bakteryjnego DNA. W związku z tym w tym czasie należy zsyntetyzować kopię chromosomu, a dwa chromosomy posegregować do dwóch komórek potomnych.

Replikacja DNA zachodzi podczas fazy replikacji chromosomu (C), a segregacja chromosomu zachodzi w fazie G (luki), która może mieć różną długość. Mechanizm, według którego chromosomy segregują, wciąż pozostaje niejasny. W końcu, przez ścianę (przegrodę) układa się pomiędzy dwoma chromosomami, a komórka dzieli się na dwie (faza D). Podział komórek i replikacja DNA muszą być skoordynowane.

Inicjacja replikacji DNA w miejscu pochodzenia (oriC), krótkiej sekwencji o krótkiej adeninie i tyminie, zależy od osiągnięcia przez komórkę masy krytycznej (masa inicjacji) i wymaga wielu czynników inicjujących białko.

Segregacja i podział DNA są jednak kontrolowane przez długość komórki, która musi osiągnąć określoną długość progową, zanim chromosomy zostaną podzielone i rozpocznie się podział komórek. Mnogość czynników komórkowych i środowiskowych kontroluje proces.

Szybki wzrost:

Gdy warunki wzrostu są korzystne, E. coli mogą rosnąć z czasem generacji około 20 minut. Jednakże czas potrzebny do zsyntetyzowania kompletnej kopii chromosomu E. coli wynosi 40 minut, w optymalnych warunkach, a segregacja DNA i podział zajmuje kolejne 20 minut.

Zatem najkrótszy cykl komórkowy, a zatem i czas generowania dla E. coli, powinien wynosić 60 min. Oczywiście tak nie jest. Aby komórki dzieliły się szybciej niż co 60 minut, replikacja DNA musi rozpocząć się w jednym cyklu, a zakończyć w innym

Kiedy komórki szybko rosną (czas generacji <60 min), inicjacja replikacji zachodzi normalnie, tworząc dwa widełki replikacyjne, które poruszają się dwukierunkowo wokół chromosomu do punktu końcowego.

Jednak początki tych nowych pasm rozpoczynają kolejne rundy replikacji, zanim zakończy się poprzednia runda replikacji DNA. Tak więc, gdy dochodzi do podziału komórki, DNA w komórkach potomnych już się replikuje. Im szybciej tempo wzrostu komórek, tym więcej widełek replikacyjnych jest uformowanych tak, że DNA w nowych komórkach może mieć wiele wideł replikacyjnych.

Wzrost w hodowli wsadowej:

Najlepszym sposobem wytwarzania dużej liczby drobnoustrojów jest hodowanie ich w ciekłym ośrodku, którego używamy w technice hodowli okresowej, w której komórki są inokulowane do kolb odpowiedniej pożywki i hodowane w odpowiedniej temperaturze i stopniu napowietrzania. Tak hodowane prokarioty wykazują określony wzorzec wzrostu nazywany krzywą wzrostu bakterii.

Liczba żywotnych komórek bakterii jest mierzona w czasie i jest wykreślana jako wykres liczby żywotnych komórek log _{10 w funkcji} czasu. Nazywa się to działką semi-logarytmiczną. Skala logarytmiczna jest używana do wykreślenia wzrostu prokariotycznego z powodu dużej liczby produkowanych komórek i ujawnienia wykładniczej natury wzrostu drobnoustrojów.

Jeśli do obliczenia "wzrostu liczby komórek użyta zostanie skala arytmetyczna, zostanie wyświetlona krzywa wzrastającego gradientu. Jest on przekształcany na linię prostą, gdy używana jest skala logarytmiczna. Czas generowania prokarionta można odczytać bezpośrednio z wykresu. Krzywa wzrostu prokariotycznego ujawnia cztery fazy wzrostu.

ja. Faza lagi:

Gdy bakterie są po raz pierwszy zaszczepione w pożywce, następuje okres, w którym nie następuje wzrost. Podczas tej fazy komórki adaptują się do nowego środowiska, syntetyzując nowe enzymy zgodnie z wymaganiami i zwiększając rozmiar komórki gotowy do podziału komórki.

Długość tego czasu zależy od rodzaju inokulum. Jeśli pochodzi ona ze świeżej kultury w tym samym medium, faza opóźnienia będzie krótka, ale jeśli inokulum jest stare lub zmieniło się podłoże (szczególnie przenoszenie bakterii z bogatego ośrodka do słabego) faza opóźnienia będzie dłuższa .

ii. Faza wykładnicza (logarytmiczna):

Gdy prokarioty zaczynają się dzielić, liczby rosną ze stałą szybkością, która odzwierciedla czas generacji (podwojenia) prokariota. Jest to postrzegane jako prosta w tej części wykresu.

iii. Faza stacjonarna:

Gdy liczba prokariotów wzrasta, zużywają wszystkie dostępne składniki odżywcze i "akumulują inhibitory wzrostu". Ostatecznie osiąga się punkt, w którym nie ma wzrostu liczby komórek, co jest spłaszczeniem krzywej wzrostu. Podczas tego stanu równowagi komórki nadal funkcjonują. Istnieje pewna śmierć komórki, która jest zrównoważona przez pewne małe ilości kontrolowanego podziału komórek.

iv. Faza śmierci:

Po pewnym czasie szybkość śmierci komórki staje się większa niż podział komórek i spada liczba żywych komórek. Komórki ulegają lizie, a hodowla staje się mniej mętna.

Lock et al. (1965) zaproponował inną terminologię dla tych etapów wzrostu. Zastosowano "tropofazę" dla fazy logarytmicznej i "idiofazę" dla stacjonarnej fazy hodowli okresowej. Ta typowa krzywa wzrostu jest znana jako "sigmoidalna krzywa wzrostu".