Рост и размножение бактерий

1. Рост и размножение бактерий

2.

Для микробиологической диагностики,
изучения микроорганизмов и в
биотехнологических целях микроорганизмы
культивируют на искусственных питательных
средах.
Под ростом бактерий понимают
увеличение массы клеток без изменения их
числа в популяции как результат
скоординированного воспроизведения всех
клеточных компонентов и структур

3.

Увеличение числа клеток в популяции
микроорганизмов обозначают термином
«размножение». Оно характеризуется
временем генерации (интервал времени, за
который число клеток удваивается) и таким
понятием, как концентрация бактерий (число
клеток в 1 мл).

4.

Соотношение поверхность/объем у бактериальных
клеток очень велико, что способствует быстрому
поглощению питательных веществ из окружающей
среды за счет диффузии и активного транспорта.
Поэтому в благоприятных условиях бактерии
способны расти очень быстро. Рост бактериальных
клеток в большой степени зависит от таких
факторов среды, как температура, наличие
питательных веществ, рН среды и концентрация
ионов. Кроме того, облигатным аэробам необходим
кислород, а облигатным анаэробам необходимо,
чтобы его не было.

5.

Размножению обычно предшествуют рост и
изменения внутреннего содержимого клетки перегруппировка ядерного вещества, цитоплазмы,
включений и вакуолей.При росте микробной клетки
объем ее возрастает значительно быстрее, чем
поверхность, поэтому распределение питательных
веществ в цитоплазме клетки становится менее
эффективным и клетка делится. Перед делением ее
происходит удвоение молекул ДНК. Каждая дочерняя
клетка получает копию материнской ДНК.

6.

В отличие от митотического цикла деления у
эукариотов размножение большинства
прокариотов (бактерий) идет путем бинарного
деления, а актиномицетов — почкованием. При
этом все прокариоты существуют в гаплоидном
состоянии, поскольку молекула ДНК
представлена в клетке в единственном числе.
Быстрота размножения разных микробов,
выращиваемых в одинаковых условиях,
различна. Для большинства бактерий период
генерации в среднем равен 15—30 мин;

7. Период генерации

для кишечной палочки —15—17 мин
возбудителей брюшного тифа — 23 мин

8.

коринебактерий дифтерии — 34 мин.
Микобактерии туберкулеза делятся
медленнее — один раз за 18 ч,
спирохеты — за 10 ч.

9.

Способы размножения у различных
групп микроорганизмов неодинаковы:
бактерии, риккетсии, спирохеты
размножаются путем поперечного
деления на две равноценные особи.

10.

Грамположительные бактерии делятся
путем образования перегородки,
врастающей от периферии к центру.

11.

У микобактерий туберкулеза поперечная
перегородка образуется внутри клетки, затем
она расщепляется на два слоя и клетка
делится на две части, В образовании
перегородки принимает участие как
цитоплазматическая мембрана, так и
клеточная стенка. . По-видимому, в процессе
деления бактерий активное участие
принимает мезосома, тесно связанная с
цитоплазматической мембраной.

12.

Клеточному
делению предшествует
репликация ДНК, причем до
тех пор, пока процесс
репликации не завершится,
мезосомы могут удерживать
ДНК в определенном
положении. Мезосомы могут
прикрепляться и к новым
перегородкам,
образующимся между
дочерними клетками,
участвуя каким-то образом в
синтезе материала
клеточной стенки.

13.

Рост бактерий и спирохет не всегда
сопровождается их делением. Соли
желчных кислот, мыла, пенициллин,
ультрафиолетовые лучи задерживают
деление клетки, в результате чего
образуются длинные нити значительно
большего размера, чем исходные
клетки.

14. Половое размножение бактерий

В 1946 г. у бактерий было обнаружено половое размножение,
но в самой примитивной форме. Гамет в данном случае не
образуется, однако наиважнейшее событие полового
размножения, а именно обмен генетическим материалом,
происходит и в этом случае. Этот процесс называется
генетической рекомбинацией. Генетическая рекомбинация
впервые была обнаружена при изучении E.coli.
В норме при наличии в среде достаточного количества глюкозы
и неорганических солей E.coli сама синтезирует все
необходимые ей аминокислоты. В результате облучения этих
бактерий у них иногда возникают случайные мутации. Были
выделены два типа мутантов: один, не способный
синтезировать биотин (витамин) и аминокислоту метионин, и
другой — не способный синтезировать аминокислоты треонин и
лейцин.

15.

В среду, не содержавшую всех четырех факторов роста,
помешали по 108 клеток каждого мутантного
штамма. Теоретически клетки не должны были расти на этой
среде. Однако все же было получено несколько сотен колоний
(каждая колония возникает из одной исходной клетки), причем
оказалось, что в таких клетках имеются все гены, необходимые
для образования этих четырех факторов роста. Следовательно,
в клетках каким-то образом произошел обмен генетической
информацией, но выделить вещество, ответственное за этот
процесс, в то время не удалось.
В конце концов было установлено (при помощи электронного
микроскопа), что клетки E.coli могут непосредственно
контактировать друг с другом, т. е. у них может
происходит конъюгация.
Таким образом, при конъюгации происходит перенос ДНК между
клетками в результате прямого контакта.

16.

Большинство бактерий размножаются
путем деления клетки на 2 части
(амитоз) посредством перетяжки или в
результате образования делящейся

17.

При изучении процесса размножения
бактерий необходимо учитывать, что
бактерии всегда существуют в виде более
или менее многочисленных популяций, и
развитие бактериальной популяции в
жидкой питательной среде в
периодической культуре можно
рассматривать как замкнутую систему.

18.

В этом процессе выделяют 4 фазы:
• 1-я — начальная, или лаг-фаза, или фаза задержки размножения, —
характеризуется началом интенсивного роста клеток, но скорость их
деления остается невысокой;
• 2-я — логарифмическая, или лог-фаза, или экспоненциальная фаза, —
характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток и
значительным увеличением числа клеток в популяции;
• 3-я — стационарная фаза — наступает тогда, когда число клеток в
популяции перестает увеличиваться. Это связано с тем, что наступает
равновесие между числом вновь образующихся и гибнущих клеток. Число
живых бактериальных клеток в популяции на единицу объема питательной
среды в стационарной фазе обозначается как М-концентрация. Этот
показатель является характерным признаком для каждого вида бактерий;

19.

• 4-я — фаза отмирания (логарифмической гибели) — характеризуется
преобладанием в популяции числа погибших клеток и прогрессивным
снижением числа жизнеспособных клеток популяции. Прекращение роста
численности (размножения) популяции микроорганизмов наступает в связи
с истощением питательной среды и/или накоплением в ней продуктов
метаболизма микробных клеток. Поэтому, удаляя продукты метаболизма
и/или заменяя питательную среду, регулируя переход микробной
популяции из стационарной фазы в фазу отмирания, можно создать
открытую биологическую систему, стремящуюся к устранению
динамического равновесия на определенном уровне развития популяции.

20.

Такой процесс выращивания микроорганизмов
называется проточным культивированием
(непрерывная культура). Рост в непрерывной культуре
позволяет получать большие массы бактерий при
проточном культивировании в специальных
устройствах (хемостатах и турбидистатах) и
используется при производстве вакцин, а также в
биотехнологии для получения различных
биологически активных веществ, продуцируемых
микроорганизмами.