Bakterier: Vækst og cellecyklus af bakterier

Læs denne artikel for at lære om bakteriernes vækst og cellecyklus!

Vækst af bakterier:

Når en prokaryotcelle inokuleres i (placeret på eller i) medium, der indeholder alle de væsentlige ingredienser til vækst, vil cellen: akkumulere næringsstoffer; syntetisere nye cellebestanddele vokse i størrelse; replikere dens genetiske materiale lægge ny cellevæg og til sidst deles i to.

Følgelig bliver en celle to og derefter fordeles de efter en anden tidsperiode for fire. Denne type celledeling kaldes binær fission, og denne type fordoblingsvækst kaldes eksponentiel vækst.

En population af prokaryoter, der vokser ind, vil således fordobles i antal i en bestemt tidsperiode kaldet generering eller fordoblingstid.

Generationstid (g) = tid (t) / antal generationer (n)

Antallet af generationer kan beregnes, hvis det originale (N ₀ ) og det endelige antal (N) af celler er kendt ved hjælp af formlen n = 3.3 (log N - log N ₀ )

Den hastighed, hvormed en befolkning vokser (antallet af generationer pr. Tidsenhed) udtrykkes som middel eller specifik væksthastighedskonstant, og dette måles under anvendelse af følgende ligning:

Gennemsnitlig væksthastighed (μ) = 0, 69 / g

Fra denne formel kan det ses, at som den specifikke væksthastighed stiger, vil generationstiden falde.

Den hastighed, hvormed bakterier vokser og opdeles afhænger af mikrobens natur, ingredienserne i det medie, hvor det dyrkes, og miljøforholdene. For eksempel er E. coli, når den dyrkes i et rigt medium, med masser af beluftning ved 37 ° C i stand til at dividere hvert 20. minut.

Denne cellefrekvens divideres, hvis prokaryoter placeres i et minimalt medium, hvor de skal syntetisere essentielle makromolekylære precursorer, såsom aminosyrer og baser. I modsætning hertil har Mycobacterium tuberculosis en maksimal fordoblingstid på ca. 18 timer og vil tage meget længere tid end E. coli, for eksempel for at danne kolonier på en agarplade.

Bakterielcellecyklus:

Sekvensen af ​​hændelser, der strækker sig fra dannelsen af ​​en ny celle til den næste division kaldes cellecyklussen. I denne cyklus vil en E. coli-celle vokse i længden med lille ændring i diameter, indtil den når en "kritisk størrelse, to gange en enhedscellelængde.

Celleopdeling påbegyndes: en kontraktil ring dannes i midten af ​​cellen, septationsproteiner syntetiserer ny cellevæg og to nye celler dannes, hver med mindst en kopi af det bakterielle DNA. Derfor skal en kopi af kromosomet syntetiseres i løbet af denne tid, og de to kromosomer adskilles i de to afkomceller.

DNA-replikation finder sted under C (kromosomreplikationsfasen), og chromosomsegregation forekommer i G (mellemrumsfasen), som kan være af variabel længde. Mekanismen, hvorom kromosomer adskilles, er stadig uklar. Endelig lægges tværs over væggen (septum) mellem de to kromosomer og cellen deler sig i to (D-fase). Celleopdeling og DNA-replikation skal koordineres.

Initiering af DNA-replikation ved oprindelsen (oriC), en kort adenin- og thyminrik sekvens, er afhængig af, at cellen når en kritisk masse (initierings masse) og kræver et antal proteininitieringsfaktorer.

DNA-segregering og division styres imidlertid af cellens længde, som skal nå en bestemt tærskelængde, før kromosomerne deles og celledeling initieres. En lang række cellulære og miljømæssige faktorer styrer processen.

Hurtig vækst:

Når betingelserne for vækst er gunstige, kan E. coli vokse med en 'generationstid på ca. 20 min. Den tid det tager at syntetisere en fuldstændig kopi af E. coli-kromosomet er imidlertid 40 minutter under optimale betingelser, og segregering af DNA'et og divisionen tager yderligere 20 minutter.

Den korteste cellecyklus og dermed genereringstiden for E. coli bør således være 60 minutter. Dette er naturligvis ikke tilfældet. For at cellerne skal splitte hurtigere end hver 60 min, skal DNA-replikation begynde i en cyklus og slutte i en anden

Når cellerne vokser hurtigt (frembringelsestid <60 min), opstår replikation som normalt, hvilket producerer to replikationsgafler, som bevæger sig to gange rundt om kromosomet til termineringspunktet.

Oprindelsen på disse nye tråde initierer derefter yderligere replikationsrunder før den foregående runde DNA-replikation er afsluttet. Således, når celledeling opstår, er DNA'et i dattercellerne allerede replikerende. Jo hurtigere cellevæksthastigheden er, jo flere replikationsgafler dannes således, at DNA'et i nye celler kan have multiple replikationsgafler.

Vækst i Batch Culture:

Den bedste måde at producere et stort antal mikrober på er at dyrke dem i et flydende medium. Den teknik, vi brugte, kaldes batchkultur, hvori cellerne inokuleres i flasker af et egnet medium og dyrkes ved en passende temperatur og grad af beluftning. Prokaryoter dyrket på denne måde viser et bestemt vækstmønster, der betegnes som den bakterielle vækstkurve.

Antallet af levedygtige bakterieceller måles over tid og er tegnet som en graf af de log- ₁₀ levedygtige celle tal imod tiden. Dette kaldes en semi-logaritmisk plot. En logaritmisk skala bruges til at plotte prokaryote vækst på grund af det store antal producerede celler og for at afsløre den eksponentielle karakter af mikrobiell vækst.

Hvis en aritmetisk skala bruges til at plotte »stigningen i antallet af celler, vil en kurve med stigende gradient ses. Dette omdannes til en lige linje, når en logaritmisk skala anvendes. Generationstiden for prokaryoten kan læses direkte fra grafen. Prokaryotvækstkurven afslører fire faser af vækst.

jeg. Lag fase:

Når bakterier først inokuleres i et medium, er der en periode, hvor der ikke forekommer vækst. I løbet af denne fase tilpasser cellerne sig til det nye miljø, syntetiserer nye enzymer efter behov og øger cellestørrelsen klar til celledeling.

Længden af ​​denne tid afhænger af inokulumets natur. Hvis dette kommer fra en frisk kultur i samme medium, vil lagfasen være kort, men hvis inokulumet er gammelt eller mediet er blevet ændret (især bevægende bakterier fra et rig medium til en fattig), vil lagfasen være længere .

ii. Eksponentiel (logaritmisk) fase:

Når prokaryoterne begynder at opdele, stiger tallene med en konstant hastighed, der afspejler generationens (fordoblingstid) af prokaryoten. Dette ses som en lige linje i denne del af grafen.

iii. Stationær fase:

Da prokaryoter øges i antal, bruger de alle de tilgængelige næringsstoffer op og akkumulerer væksthæmmere. Til sidst nås et punkt, hvor der ikke er nogen nettoforøgelse af celle tal, set som en aftagning af vækstkurven. Under denne tilstand af ligevægt virker cellerne stadig. Der er en del celledød, som afbalanceres af nogle små mængder kontrolleret celledeling.

iv. Dødsfase:

Efter et stykke tid bliver celledødeligheden højere end celledeling, og antallet af levedygtige celler falder. Celler lyse og kulturen bliver mindre uklar.

Lock et al. (1965) har foreslået forskellige terminologier for disse vækststadier. De brugte 'tropophase' til logfasen og 'idiophase' til den stationære fase af batchkultur. Denne typiske vækstkurve er kendt som 'sigmoidal vækstkurve'.