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Crescita e riproduzione

Il termine "crescita" indica un aumento della massa citoplasmatica di una singola cellula o di un gruppo di batteri come risultato della sintesi di materiale cellulare (es. proteine, RNA, DNA). Dopo aver raggiunto una certa dimensione, la cellula smette di crescere e inizia a moltiplicarsi.

La riproduzione dei microbi significa la loro capacità di auto-riprodursi, di aumentare il numero di individui per unità di volume. Altrimenti, possiamo dire: la riproduzione è un aumento del numero di individui di una popolazione microbica.

I batteri si riproducono principalmente per semplice divisione trasversale (riproduzione vegetativa), che avviene su piani diversi, con la formazione di diverse combinazioni di cellule (grappolo d'uva - stafilococchi, catene - streptococchi, coppie - diplococchi, balle, pacchi - sarcini, ecc.). Il processo di divisione consiste in una serie di fasi successive. Il primo stadio inizia con la formazione di un setto trasversale nella parte centrale della cellula (Fig. 6), che inizialmente è costituito da una membrana citoplasmatica che divide il citoplasma della cellula madre in due cellule figlie. Parallelamente a questo, viene sintetizzata una parete cellulare, che forma una partizione a tutti gli effetti tra due cellule figlie. Nel processo di divisione batterica, una condizione importante è la replicazione (raddoppio) del DNA, che viene effettuata dagli enzimi DNA polimerasi. Quando il DNA viene duplicato, i legami idrogeno si rompono e si formano due filamenti di DNA, ognuno dei quali si trova nelle cellule figlie. Inoltre, il DNA figlia a filamento singolo ripristina i legami idrogeno e forma nuovamente il DNA a doppio filamento.

La replicazione del DNA e la divisione cellulare avvengono a una certa velocità inerente a ciascun tipo di microbo, che dipende dall'età della coltura e dalla natura del mezzo nutritivo. Ad esempio, il tasso di crescita di Escherichia coli varia da 16 a 20 minuti; nel mycobacterium tuberculosis la divisione avviene solo dopo 18-20 ore; una cellula di coltura di tessuto di mammifero impiega 24 ore. Di conseguenza, i batteri della maggior parte delle specie si riproducono quasi 100 volte più velocemente delle cellule di coltura tissutale.

Il processo di riproduzione della coltura microbica su un mezzo non sostituibile procede in modo non uniforme. Definisce quattro fasi principali.

1. La fase iniziale (fase di ritardo) o fase di riposo. In questo momento, la cultura si adatta al mezzo nutritivo. Nella cellula microbica aumenta il contenuto di RNA e con il suo aiuto avviene la sintesi degli enzimi necessari.

2. Fase esponenziale (logaritmica). caratterizzato da un massimo aumento di cellule in coltura, va in modo esponenziale (1, 2,4, 8, 16, 256, ecc.). In questo momento, la maggior parte delle cellule giovani e biologicamente attive si trova nel mezzo. Alla fine della fase, quando il mezzo è esaurito, le sostanze necessarie per un dato microbo scompaiono, la quantità di ossigeno diminuisce, si verifica un aumento dei prodotti metabolici - la crescita della coltura rallenta. La curva assume gradualmente una direzione orizzontale.

3. fase stazionaria, o periodo di maturità, rappresenta graficamente una linea che corre parallela all'asse x. Arriva un equilibrio tra il numero di cellule appena formate e quelle morte. La quantità di mezzo diminuisce, aumenta la densità delle cellule nella popolazione, aumenta l'effetto tossico dei prodotti metabolici - tutto ciò provoca la morte cellulare.

4. Fase morente. In questa fase si osserva non solo una diminuzione, ma anche un cambiamento nelle cellule. Compaiono forme degradate e spore. Dopo poche settimane o mesi, la cultura muore. Ciò accade perché i prodotti di scarto tossici non solo inibiscono, ma uccidono anche le cellule microbiche.

Pertanto, grazie ai processi del metabolismo, viene mantenuta l'attività vitale della cellula microbica. Gli aerobi hanno bisogno di ossigeno per respirare, mentre gli anaerobi usano la respirazione e la fermentazione di nitrati e solfati. I microrganismi assimilano sostanze organiche e inorganiche dall'ambiente esterno, ossidando le quali ricevono l'energia necessaria e gli elementi plastici. Il risultato è la crescita cellulare. Raggiunto il necessario stadio di maturità, la cellula si riproduce per semplice divisione. Nel corso della loro attività vitale, i microrganismi consumano gradualmente sostanze nutritive, rilasciando i loro metaboliti nell'ambiente, modificando così la composizione dell'ambiente e rendendolo inadatto alla vita.

La riproduzione di batteri per fissione è il metodo più comune per aumentare le dimensioni della popolazione microbica. Dopo la divisione, i batteri crescono fino alla loro dimensione originale, il che richiede determinate sostanze (fattori di crescita).

I metodi di riproduzione dei batteri sono diversi, ma per la maggior parte delle loro specie, una forma di riproduzione asessuata è insita nel metodo di divisione. I batteri si riproducono raramente per gemmazione. La riproduzione sessuale dei batteri è presente in una forma primitiva.

Riso. 1. Nella foto, una cellula batterica è in fase di divisione.

L'apparato genetico dei batteri

L'apparato genetico dei batteri è rappresentato da un singolo DNA: il cromosoma. Il DNA è chiuso in un anello. Il cromosoma si trova in un nucleotide che non ha una membrana. La cellula batterica contiene plasmidi.

Nucleoide

Il nucleoide è analogo al nucleo. Si trova al centro della cella. Il DNA è localizzato in esso, il portatore di informazioni ereditarie in una forma piegata. Il DNA non attorcigliato raggiunge una lunghezza di 1 mm. La sostanza nucleare di una cellula batterica non ha una membrana, un nucleolo e un insieme di cromosomi e non è divisa per mitosi. Prima della divisione, il nucleotide è raddoppiato. Durante la divisione, il numero di nucleotidi aumenta a 4.

Riso. 2. Nella foto, una cellula batterica su un taglio. Un nucleotide è visibile nella parte centrale.

Plasmidi

I plasmidi sono molecole autonome ripiegate in un anello di DNA a doppio filamento. La loro massa è molto inferiore alla massa di un nucleotide. Nonostante il fatto che le informazioni ereditarie siano codificate nel DNA dei plasmidi, non sono vitali e necessarie per una cellula batterica.

Riso. 3. La foto mostra un plasmide batterico.

Fasi di divisione

Dopo aver raggiunto una certa dimensione insita in una cellula adulta, vengono lanciati i meccanismi di divisione.

replicazione del DNA

La replicazione del DNA precede la divisione cellulare. I mesosomi (piega della membrana citoplasmatica) trattengono il DNA fino al completamento del processo di divisione (replicazione).

La replicazione del DNA viene effettuata con l'aiuto degli enzimi DNA polimerasi. Durante la replicazione, i legami idrogeno nel DNA a 2 filamenti vengono rotti, a seguito della quale si formano due figli a filamento singolo da un DNA. Successivamente, quando il DNA della figlia ha preso il suo posto nelle cellule figlie separate, queste vengono ripristinate.

Non appena la replicazione del DNA è completata, una costrizione appare come risultato della sintesi, dividendo la cellula a metà. In primo luogo, il nucleotide subisce la divisione, quindi il citoplasma. La sintesi della parete cellulare completa la divisione.

Riso. 4. Schema di divisione cellulare batterica.

Scambio di segmenti di DNA

Nel bacillo del fieno, il processo di replicazione del DNA è completato dallo scambio di 2 segmenti di DNA.

Dopo la divisione cellulare, si forma un ponte lungo il quale il DNA di una cellula passa in un'altra. I due DNA poi si intrecciano. Alcuni tratti di entrambi i DNA si uniscono. Nei siti di adesione vengono scambiati i segmenti di DNA. Uno del DNA risale alla prima cella lungo il ponticello.

Riso. 5. Variante dello scambio di DNA nel bacillo di fieno.

Tipi di divisioni cellulari batteriche

Se la divisione cellulare è in anticipo rispetto al processo di divisione, si formano bastoncelli e cocchi multicellulari.

Con la divisione cellulare sincrona, si formano due cellule figlie a tutti gli effetti.

Se un nucleotide si divide più velocemente della cellula stessa, si formano batteri multinucleotidici.

Modi per separare i batteri

Divisione per rottura

La divisione per rottura è caratteristica dei bacilli dell'antrace. Come risultato di questa divisione, le cellule si rompono alle articolazioni, rompendo i ponti citoplasmatici. Quindi si respingono a vicenda, formando catene.

separazione scorrevole

Con separazione scorrevole dopo divisione, la cellula si separa e, per così dire, scivola sulla superficie di un'altra cellula. Questo metodo di separazione è tipico di alcune forme di Escherichia.

spaccare spaccare

Con una divisione divisa, una delle celle divise descrive un arco di cerchio con la sua estremità libera, il cui centro è il punto di contatto con un'altra cella, formando un cinque romano o cuneiforme (corynebacterium diphtheria, listeria).

Riso. 6. Nella foto, batteri a forma di bastoncino che formano catene (bastoncini di antrace).

Riso. 7. Nella foto, un metodo scorrevole per separare Escherichia coli.

Riso. 8. Metodo di divisione per separare i corinebatteri.

Vista dei cluster batterici dopo la divisione

Gli accumuli di cellule in divisione hanno una varietà di forme, che dipendono dalla direzione del piano di divisione.

batteri globulari disposti uno alla volta, due alla volta (diplococchi), in sacchi, in catene, o come grappoli d'uva. Batteri a forma di bastoncino - in catene.

Batteri a spirale- caotico.

Riso. 9. La foto mostra micrococchi. Sono rotondi, lisci, di colore bianco, giallo e rosso. I micrococchi sono ubiquitari in natura. Vivono in diverse cavità del corpo umano.

Riso. 10. Nella foto, batteri diplococcus - Streptococcus pneumoniae.

Riso. 11. Batteri Sarcina nella foto. I batteri coccoidi sono combinati in pacchetti.

Riso. 12. Nella foto, batteri streptococchi (dal greco "streptos" - una catena). Disposti in catene. Sono gli agenti causali di una serie di malattie.

Riso. 13. Nella foto, i batteri sono stafilococchi "d'oro". Disposto a "grappolo d'uva". I grappoli hanno un colore dorato. Sono gli agenti causali di una serie di malattie.

Riso. 14. Nella foto, i batteri contorti della leptospira sono gli agenti causali di molte malattie.

Riso. 15. Nella foto, batteri a forma di bastoncino del genere Vibrio.

velocità di divisione batterica

Il tasso di divisione dei batteri è estremamente elevato. In media, una cellula batterica si divide ogni 20 minuti. In un solo giorno, una cellula forma 72 generazioni di prole. Mycobacterium tuberculosis si divide lentamente. L'intero processo di divisione dura circa 14 ore.

Riso. 16. La foto mostra il processo di divisione cellulare dello streptococco.

Riproduzione sessuale dei batteri

Nel 1946, gli scienziati hanno scoperto la riproduzione sessuale in una forma primitiva. In questo caso non si formano gameti (cellule germinali maschili e femminili), tuttavia alcune cellule si scambiano materiale genetico ( ricombinazione genetica).

Il trasferimento genico si verifica a causa di coniugazioni— trasferimento unidirezionale di una parte dell'informazione genetica nella forma plasmide al contatto tra cellule batteriche.

I plasmidi sono piccole molecole di DNA. Non sono associati al genoma cromosomico e sono in grado di duplicarsi autonomamente. I plasmidi contengono geni che aumentano la resistenza delle cellule batteriche a condizioni ambientali avverse. I batteri spesso si trasmettono questi geni l'un l'altro. Si nota anche il trasferimento di informazioni genetiche a batteri di un'altra specie.

In assenza di un vero processo sessuale, è la coniugazione che svolge un ruolo enorme nello scambio di tratti utili. Questo trasferisce la capacità dei batteri di mostrare resistenza ai farmaci. Per l'umanità, la trasmissione della resistenza agli antibiotici tra popolazioni che causano malattie è particolarmente pericolosa.

Riso. 17. Nella foto, il momento della coniugazione di due Escherichia coli.

Fasi di sviluppo di una popolazione batterica

Quando si semina su un mezzo nutritivo, lo sviluppo della popolazione batterica attraversa diverse fasi.

Fase iniziale

La fase iniziale è il periodo dal momento della semina alla loro crescita. In media, la fase iniziale dura 1-2 ore.

Fase di ritardo riproduttivo

Questa è la fase della crescita intensiva dei batteri. La sua durata è di circa 2 ore. Dipende dall'età della cultura, dal periodo di adattamento, dalla qualità del mezzo nutritivo, ecc.

fase logaritmica

In questa fase si nota il picco del tasso di riproduzione e l'aumento della popolazione batterica. La sua durata è di 5 - 6 ore.

Fase di accelerazione negativa

In questa fase si nota una diminuzione del tasso di riproduzione, il numero di batteri in divisione diminuisce e aumenta il numero di batteri morti. La ragione dell'accelerazione negativa è l'esaurimento del mezzo nutritivo. La sua durata è di circa 2 ore.

Fase massima stazionaria

Nella fase stazionaria si nota un numero uguale di individui morti e neoformati. La sua durata è di circa 2 ore.

Fase di morte accelerata

In questa fase, il numero di cellule morte aumenta progressivamente. La sua durata è di circa 3 ore.

Fase della morte logaritmica

In questa fase, le cellule batteriche muoiono a un ritmo costante. La sua durata è di circa 5 ore.

Fase decrescente

In questa fase, le rimanenti cellule batteriche viventi entrano in uno stato dormiente.

Riso. 18. La figura mostra la curva di crescita di una popolazione batterica.

Riso. 19. La foto mostra colonie blu-verdi di Pseudomonas aeruginosa, colonie gialle di micrococchi, colonie rosso sangue di Bacterium prodigiosum e colonie nere di Bacteroides niger.

Riso. 20. La foto mostra una colonia di batteri. Ogni colonia è la progenie di una singola cellula. In una colonia, il numero di cellule è di milioni. una colonia cresce in 1-3 giorni.

Divisione di batteri magneticamente sensibili

Negli anni '70 furono scoperti batteri che vivevano nei mari che avevano un senso di magnetismo. Il magnetismo consente a queste incredibili creature di navigare lungo le linee del campo magnetico terrestre e trovare zolfo, ossigeno e altre sostanze che sono così necessarie per esso. La loro "bussola" è rappresentata dai magnetosomi, che consistono in un magnete. Quando si dividono, i batteri magneticamente sensibili dividono la loro bussola. In questo caso, la costrizione durante la divisione diventa chiaramente insufficiente, quindi la cellula batterica si piega e fa una frattura netta.

Riso. 21. La foto mostra il momento della divisione di un batterio magneticamente sensibile.

Crescita batterica

All'inizio della divisione cellulare batterica, due molecole di DNA divergono verso estremità diverse della cellula. Successivamente, la cella viene divisa in due parti uguali, che sono separate l'una dall'altra e aumentano fino alla dimensione originale. Il tasso di divisione di molti batteri è in media di 20-30 minuti. In un solo giorno, una cellula forma 72 generazioni di prole.

La massa di cellule nel processo di crescita e sviluppo assorbe rapidamente i nutrienti dall'ambiente. Ciò è facilitato da fattori ambientali favorevoli: temperatura, una quantità sufficiente di sostanze nutritive, il pH necessario dell'ambiente. Le cellule aerobiche richiedono ossigeno. Per gli anaerobi, è pericoloso. Tuttavia, la riproduzione illimitata dei batteri in natura non si verifica. La luce solare, l'aria secca, la mancanza di cibo, l'elevata temperatura ambiente e altri fattori hanno un effetto dannoso sulla cellula batterica.

Riso. 22. Nella foto, il momento della divisione cellulare.

Fattori di crescita

La crescita batterica richiede determinate sostanze (fattori di crescita), alcune delle quali sono sintetizzate dalla cellula stessa, altre provengono dall'ambiente. Tutti i batteri hanno requisiti diversi per i fattori di crescita.

La necessità di fattori di crescita è una caratteristica costante, che consente di utilizzarla per l'identificazione di batteri, la preparazione di terreni nutritivi e l'uso in biotecnologia.

I fattori di crescita batterici (vitamine batteriche) sono elementi chimici, la maggior parte dei quali sono vitamine idrosolubili del gruppo B. Questo gruppo comprende anche basi di emina, colina, purina e pirimidina e altri amminoacidi. In assenza di fattori di crescita, si verifica la batteriostasi.

I batteri utilizzano i fattori di crescita in quantità minime e invariate. Un certo numero di sostanze chimiche in questo gruppo fanno parte degli enzimi cellulari.

Riso. 23. Nella foto, il momento della divisione di un batterio a forma di bastoncino.

I più importanti fattori di crescita batterica

• Vitamina B1 (tiamina). Partecipa al metabolismo dei carboidrati.
• Vitamina B2 (riboflavina). Partecipa alle reazioni redox.
• Acido pantotenicoè parte integrante del coenzima A.
• Vitamina B6 (piridossina). Partecipa al metabolismo degli amminoacidi.
• Vitamine B12(le cobalamine sono sostanze contenenti cobalto). Prendono parte attiva alla sintesi dei nucleotidi.
• Acido folico. Alcuni suoi derivati ​​fanno parte di enzimi che catalizzano la sintesi di basi puriniche e pirimidiniche, oltre che di alcuni amminoacidi.
• Biotina. Partecipa al metabolismo dell'azoto e catalizza anche la sintesi degli acidi grassi insaturi.
• Vitamina PP(un acido nicotinico). Partecipa alle reazioni redox, alla formazione di enzimi e al metabolismo dei lipidi e dei carboidrati.
• Vitamina H(acido paraamminobenzoico). È un fattore di crescita per molti batteri, compresi quelli che abitano l'intestino umano. L'acido folico è sintetizzato dall'acido para-aminobenzoico.
• Gemin. È parte integrante di alcuni enzimi che prendono parte alle reazioni di ossidazione.
• Colina. Partecipa alle reazioni di sintesi lipidica della parete cellulare. È un fornitore del gruppo metilico nella sintesi degli amminoacidi.
• Basi puriniche e pirimidiniche(adenina, guanina, xantina, ipoxantina, citosina, timina e uracile). Le sostanze sono necessarie principalmente come componenti degli acidi nucleici.
• Aminoacidi. Queste sostanze sono i costituenti delle proteine ​​cellulari.

Necessità di fattori di crescita di alcuni batteri

Auxotrofi per garantire la vita, hanno bisogno della fornitura di sostanze chimiche dall'esterno. Ad esempio, i clostridi non sono in grado di sintetizzare lecitina e tirosina. Gli stafilococchi necessitano dell'assunzione di lecitina e arginina. Gli streptococchi necessitano dell'assunzione di acidi grassi - componenti dei fosfolipidi. Corinebatteri e Shigella necessitano di assunzione di acido nicotinico. Staphylococcus aureus, pneumococco e brucella necessitano di assunzione di vitamina B1. Streptococchi e bacilli del tetano - in acido pantotenico.

Prototrofi sintetizzare autonomamente le sostanze necessarie.

Riso. 24. Diverse condizioni ambientali influenzano la crescita delle colonie batteriche in modi diversi. A sinistra - crescita stabile sotto forma di un cerchio che si espande lentamente. A destra - rapida crescita sotto forma di "germogli".

Lo studio della necessità di batteri per i fattori di crescita consente agli scienziati di ottenere una grande massa microbica, che è così necessaria nella produzione di antimicrobici, sieri e vaccini.

Maggiori informazioni sui batteri negli articoli:

La riproduzione dei batteri è un meccanismo per aumentare il numero di popolazioni microbiche. La divisione batterica è la principale modalità di riproduzione. Dopo la divisione, i batteri dovrebbero raggiungere le dimensioni degli adulti. I batteri crescono assorbendo rapidamente i nutrienti dal loro ambiente. La crescita richiede determinate sostanze (fattori di crescita), alcune delle quali sono sintetizzate dalla cellula batterica stessa, altre provengono dall'ambiente.

Studiando la crescita e la riproduzione dei batteri, gli scienziati scoprono costantemente le proprietà benefiche dei microrganismi, il cui uso nella vita quotidiana e nella produzione è limitato solo dalle loro proprietà.

L'attività batterica è caratterizzata dalla crescita- la formazione di componenti strutturali e funzionali della cellula e l'aumento della cellula batterica stessa, così come la riproduzione- auto-riproduzione, che porta ad un aumento del numero di cellule batteriche nella popolazione.

i batteri si moltiplicano per scissione binaria a metà, meno spesso per gemmazione. Gli actinomiceti, come i funghi, possono riprodursi per spore. Gli actinomiceti, essendo batteri ramificati, si riproducono per frammentazione di cellule filamentose. I batteri gram-positivi si dividono per crescita interna delle partizioni di divisione sintetizzate nella cellula e i batteri gram-negativi si dividono per costrizione, come risultato della formazione di figure a forma di manubrio, da cui si formano due cellule identiche.

Divisione cellulare preceduta replicazione del cromosoma batterico secondo un tipo semiconservativo (si apre la catena del DNA a doppio filamento e ogni filamento è completato da un filamento complementare), portando al raddoppio delle molecole di DNA del nucleo batterico - il nucleoide.

La replicazione del DNA avviene in tre fasi: inizio, allungamento o crescita della catena e terminazione.

Riproduzione di batteri in un mezzo nutritivo liquido. I batteri seminati in un certo volume immutabile del mezzo nutritivo, moltiplicandosi, consumano sostanze nutritive, che successivamente portano all'esaurimento del mezzo nutritivo e alla cessazione della crescita batterica. La coltivazione di batteri in un tale sistema è chiamata coltivazione periodica e la coltura è chiamata periodica. Se le condizioni di coltivazione sono mantenute dalla fornitura continua di mezzo nutritivo fresco e dal deflusso dello stesso volume di fluido di coltura, allora tale coltivazione è chiamata continua e la coltura è chiamata continua.

Quando si coltivano batteri su un mezzo nutritivo liquido, si osserva una crescita della coltura vicino al fondo, diffusa o superficiale (sotto forma di un film). La crescita di una coltura periodica di batteri cresciuti su un mezzo nutritivo liquido è suddivisa in più fasi o periodi:

1. fase di latenza;

2. fase di crescita logaritmica;

3. fase di crescita stazionaria o massima concentrazione

batteri;

4. fase di morte batterica.

Queste fasi possono essere rappresentate graficamente come segmenti della curva di riproduzione batterica, che riflette la dipendenza del logaritmo del numero di cellule viventi dal momento della loro coltivazione.

Fase di latenza- il periodo tra la semina dei batteri e l'inizio della riproduzione. La durata della fase di latenza è in media di 4-5 ore, allo stesso tempo i batteri aumentano di dimensioni e si preparano alla divisione; aumenta la quantità di acidi nucleici, proteine ​​​​e altri componenti.

Fase di crescita logaritmica (esponenziale).è un periodo di divisione intensiva dei batteri. La sua durata è di circa 5-6 ore In condizioni ottimali di crescita i batteri possono dividersi ogni 20-40 minuti. Durante questa fase, i batteri sono i più vulnerabili, il che si spiega con l'elevata sensibilità dei componenti metabolici di una cellula in rapida crescita agli inibitori della sintesi proteica, degli acidi nucleici, ecc.

Poi arriva la fase di crescita stazionaria., al quale il numero di cellule vitali rimane invariato, costituendo il livello massimo (concentrazione M). La sua durata è espressa in ore e varia a seconda del tipo di batteri, delle loro caratteristiche e della coltivazione.

La fase di morte completa il processo di crescita batterica, caratterizzato dalla morte dei batteri in condizioni di esaurimento delle fonti del mezzo nutritivo e dall'accumulo di prodotti metabolici dei batteri in esso. La sua durata varia da 10 ore a diverse settimane. L'intensità della crescita e della riproduzione dei batteri dipende da molti fattori, tra cui la composizione ottimale del mezzo nutritivo, il potenziale redox, il pH, la temperatura, ecc.

Riproduzione di batteri su un mezzo nutritivo denso. I batteri che crescono su terreni densi di nutrienti formano colonie arrotondate isolate con bordi regolari o irregolari (forme S e R), di diversa consistenza e colore, a seconda del pigmento batterico.

I pigmenti idrosolubili si diffondono nel mezzo nutritivo e lo colorano. Un altro gruppo di pigmenti è insolubile in acqua ma solubile in solventi organici. E, infine, ci sono pigmenti insolubili né in acqua né in composti organici.

I pigmenti più comuni tra i microrganismi sono caroteni, xantofille e melanine. Le melanine sono pigmenti insolubili neri, marroni o rossi sintetizzati da composti fenolici. Le melanine, insieme a catalasi, superossido cismutasi e perossidasi, proteggono i microrganismi dagli effetti dei radicali tossici del perossido di ossigeno. Molti pigmenti hanno effetti antimicrobici, simili agli antibiotici.

La curva di crescita caratterizza la crescita e la riproduzione dei batteri in determinate condizioni ambientali. La curva di crescita è ottenuta da uno studio di coltura discontinua.

cultura periodica Questa è una popolazione di microrganismi che si sviluppa in un volume limitato dell'ambiente senza l'apporto di nutrienti.

Fase 1 - iniziale - i batteri crescono ma non si moltiplicano

Fase 2 - fase di crescita lg - i batteri si moltiplicano intensamente

3 fase - stazionaria - riproduzione - pari alla mortalità

Fase 4 - morte - i prodotti metabolici si accumulano, il mezzo nutritivo si esaurisce, i batteri muoiono.

I fattori esterni possono avere

• Azione batteriostatica- inibire la riproduzione e la crescita dei batteri
• Azione battericida- uccidere i batteri

enzimi batterici

- Enzimi- proteine ​​specifiche che catalizzano le reazioni chimiche. Gli enzimi causano una ridistribuzione delle densità elettroniche e una certa deformazione della molecola del substrato. Ciò porta ad un indebolimento dei legami intramolecolari, l'energia di attivazione diminuisce e la reazione accelera.

Classificazione degli enzimi -

1. Secondo il tipo di reazione catalizzata - ossidoreduttasi, liasi, transferasi, idrolasi, ecc.
2. Per localizzazione - endoenzimi - catalizzano le reazioni all'interno della cellula. Gli esoenzimi - secreti dalla cellula batterica, catalizzano la disgregazione
3. Controllo genetico della formazione - costitutivo (durante l'intero ciclo di vita, la presenza di un substrato non influisce), inducibile - si formano in risposta alla presenza di un substrato
4. Secondo il substrato - proteolitico - scompone le proteine, saccarolitico - scompone i carboidrati, lipolitico - scompone i grassi.

Importanza degli enzimi.

1. Viene determinata la sintesi degli enzimi, pertanto la determinazione delle proprietà enzimatiche serve a identificare gli organismi

2. Gli enzimi dei batteri determinano la loro patogenicità

3. Le proprietà enzimatiche sono utilizzate nell'industria microbiologica

Determinazione degli enzimi batterici

Le proteasi scompongono le proteine ​​in amminoacidi, urea, indolo, idrogeno solforato, ammoniaca. Su terreni con proteine, le proteasi vengono rilevate isolando questi prodotti. Usa gelatina, liquefazione del mezzo. Sul siero cagliato secondo la sua liquefazione e sul latte secondo la sua chiarifica. Caseina: si romperà, la proteina si coagulerà. Al BCH per il rilascio di gas indolo e idrogeno solforato, che vengono rilevati utilizzando cartine indicatrici

Determinazione degli enzimi che scompongono i carboidrati - saccarolitico. Questi enzimi scompongono i carboidrati in aldeidi, acidi, anidride carbonica e H2. Per determinarli, utilizzare l'MPB o l'MPA, aggiungere un indicatore di formazione di acido + carboidrati + galleggiante per la formazione di gas. Secondo questo principio vengono creati gli ambienti di Gis e Pestrel. Se la luce dell'ambiente cambia, il gas viene rilasciato, quindi i carboidrati vengono divisi. Vengono utilizzati monosaccaridi. Su questo principio vengono creati pannelli, tavolette, sistemi di indicatori di carta, NIB - sistemi di fogli indicatori, un tubo di energia e dispositivi per la registrazione dell'attività enzimatica (si forma l'acido carbonico => sono necessari indicatori con Ph)

Gli enzimi lipolitici - lipasi - sono rilevati su JSA - agar tuorlo-sale, che contiene tuorlo, in cui sono presenti molti lipidi e la distruzione dei lipidi è accompagnata dall'illuminazione del mezzo

Coltivazione di microrganismi.

Questo sta ottenendo un gran numero di batteri su un mezzo nutritivo. Finalità della coltivazione. La coltivazione è effettuata per

1. Studio delle proprietà microbiologiche

2. Per diagnosticare le infezioni

3. Per ottenere un prodotto biologico - da batteri o ottenuto utilizzando batteri.

Tali farmaci possono essere terapeutici, diagnostici, profilattici. Condizioni per la coltivazione dei batteri

1. La presenza di un mezzo nutritivo completo.
2. Temperatura ottimale
3. L'atmosfera di coltivazione è o ossigeno o la sua assenza.
4. Tempo di coltivazione - crescita visibile dopo 18-48 ore, ma alcuni - tubercolosi per esempio - 3-4 settimane
5. Luce Alcuni cresceranno solo in presenza di luce.

Metodi per la coltivazione di aerobi

1. Stazionario - sulla superficie dell'agar
2. Metodo di coltivazione profonda con aerazione media. L'aerazione viene effettuata per dissolvere l'ossigeno nell'ambiente.
3. Coltivazione continua - utilizzare mezzi di coltura fluenti.

Proprietà colturali dei microrganismi. Queste sono le caratteristiche della crescita batterica sui terreni nutritivi.

Su terreni nutritivi liquidi, i batteri causano torbidità del terreno, possono formare sedimenti - vicino al fondo, parietali e possono formare un film sulla superficie del terreno. Le colonie si formano su densi terreni nutritivi.

La colonia- un accumulo isolato di microrganismi della stessa specie su un denso mezzo nutritivo. Ha una certa dimensione, superficie, bordo, forma, consistenza, struttura, colore.

Tipi di colonia

S-liscia - forma rotonda, bordi lisci, superficie liscia.

Colonie R: bordi ruvidi e irregolari, superficie striata

Colony SR 0 intermedio - bordi e superficie leggermente irregolari.

Caratteristiche di coltivazione di anaerobes. Per la coltivazione di anaerobi vengono create condizioni prive di ossigeno. Questo è raggiunto

1. Rigenerazione del mezzo nutritivo - il mezzo nutritivo viene bollito e l'ossigeno disciolto lascia il mezzo.
2. uso di dispositivi speciali - anaerostati ed essiccatori. In essi, l'ossigeno viene assorbito da assorbitori chimici o viene pompato fuori dal dispositivo.
3. Aggiunta di sostanze riducenti al mezzo - sostanze facilmente e rapidamente ossidabili - carboidrati, cisteina, pezzi di organi parenchimali, acido ascorbico. Su questo principio è stato creato un ambiente per anaerobi - Keith-Tarozzi - un ambiente per anaerobi. Contiene BCH, carboidrati e pezzi di fegato che contengono cisteina.
4. Metodi di semina speciali. Semina sott'olio, semina nel tubo Veyon-Venyan, semina secondo Fortner. Gli aerobi e gli anaerobi sono popolati su una tazza - Gli aerobi assorbono l'ossigeno e si ottiene un ambiente anaerobico.

Isolamento di colture pure.

pura cultura- una popolazione di microrganismi della stessa specie, isolati su un mezzo nutritivo liquido o solido in grandi quantità.

Obiettivi di selezione.

1. Diagnosi delle infezioni. L'isolamento delle colture pure è alla base del metodo batteriologico. Basato sull'isolamento della cultura pura e sulla sua identificazione. L'identificazione è la definizione di una specie.
2. Ottenere prodotti biologici
3. Lo studio delle proprietà biologiche dei batteri
4. Ricerca sanitaria e igienica

Fasi di isolamento di una coltura pura di aerobi.

1. Esaminando la miscela - striscio macchia di Gram.
2. Separazione della miscela e ottenimento delle colonie. La dissociazione viene eseguita 1) Secondo Drygalsky - colpi sulla superficie dell'agar. Loop prendere il materiale e inoculare su agar. Spatola per semina su diverse coppe. 2) Metodo di diluizione seriale. 3) Koch - metodo di diluizioni seriali in agar fuso.
3. Controllo della frequenza delle colonie, striscio, colorazione di Gram
4. Materiale di subcoltura dalle colonie su agar inclinato per accumulare una coltura pura. La cultura pura selezionata è identificata da proprietà: morfologiche, tintorie, culturali, enzimatiche e altre.

Isolamento di coltura pura di anaerobi

1. Accumulo di anaerobi. La miscela viene inoculata sul terreno Kittarocy e riscaldata ad una temperatura di 80 gradi per 10 minuti. Gli anaerobi che formano le spore vengono preservati, mentre altri - le forme vegetative muoiono. Quindi il mezzo nutritivo viene coltivato, le spore germinano e si accumulano

2. Ottenimento di colonie secondo Zeisler, si ottengono colonie anaerobiche sulla superficie dell'agar nell'Anaerostat, secondo Weinberg, si ottengono colonie in provette Veyon-Vignal.

3. Controllo della frequenza delle colonie - striscio, colorazione di Gram

4. Risemina di colonie su terreno Kittarocy, accumulo da anaerobi, coltura pura.

5. Identificazione, determinazione del tipo di anaerobio.

Altri modi per isolare le colture pure.

1. È possibile utilizzare temperature ottimali
2. Isolamento delle spore quando la miscela viene riscaldata per 10 minuti a 80 gradi
3. Utilizzando il fenomeno dello sciame - diffondendosi oltre l'area di semina.
4. Il metodo Shukevich è l'isolamento di una coltura pura di microrganismi con crescita strisciante.
5. Filtrabilità dei batteri: la capacità di passare attraverso filtri con una certa dimensione di spore. Trattamento della miscela con raggi ultravioletti, ultrasuoni, antisieri, ottenendo una coltura pura di microrganismi resistenti a questi fattori.
6. Mediante elettroforesi della miscela. Gli organismi con una certa carica si accumuleranno all'anodo o al catodo.
7. Usa un micromanipolatore. Al microscopio, prendi una cellula e ottieni una coltura pura - un clone - la progenie di una cellula microbica. L'uso di mezzi nutritivi elettivi.
8. Bile, sali di tiurite, cloruro di sodio, antibiotici vengono aggiunti ai terreni nutritivi e viene isolata una coltura pura di microrganismi resistenti.
9. È possibile utilizzare ambienti diagnostici differenziali.
10. Puoi usare il metodo biologico. I topi bianchi vengono infettati per via intraperitoneale con una miscela di batteri e, a causa del tropismo, i batteri si accumulano in un organo specifico.

pigmenti batterici.

Questi sono coloranti secreti da una cellula batterica, la loro sintesi è determinata geneticamente. Secondo la struttura chimica, i pigmenti possono essere carotenoidi - rosso-giallo, pirroli - verdi, coloranti fenosina - blu-verde e melanina - enzimi neri.

Giallo - stafilococco dorato, blu-verde - Pseudomonas aeruginosa

I pigmenti sono divisi in

1. Pigmenti insolubili - colorano solo le colonie
2. Pigmenti solubili - possono essere solubili in alcoli, acqua

I pigmenti si formano, di regola, nei batteri che si trovano nella microflora aerea, nei microrganismi resistenti agli antibiotici, perché. sono metaboliti secondari e i pigmenti si formano spesso in presenza di luce.

Funzione dei pigmenti

1. I pigmenti sono coinvolti nel metabolismo
2. Aumentare la resistenza agli antibiotici
3. Aumenta la resistenza ai raggi UV proteggendo le aree sensibili alla fotoossidazione

l-forme di batteri.

Inaugurato nel 1935 Questi sono microrganismi che mancano di una parete cellulare, ma conservano la capacità di crescere e moltiplicarsi. Le forme L si formano nella maggior parte degli eterotrofi e dei funghi. Fattori che inducono la trasformazione L -

1. Antibiotici

2. Aminoacidi: glicina, metionina, leucina e alcuni altri.

3. Enzimi - lisozima.

4. Fattori di macroorganismo - macrocorpi, complimenti

Questi fattori distruggono la parete cellulare o agiscono sul genoma cellulare e la sintesi dei componenti della parete cellulare non si verifica.

Proprietàlforme.

1. Le forme L assicurano la sopravvivenza dei batteri in condizioni ambientali mutevoli.
2. Morfologicamente simili in alcuni tipi di batteri. Sono polimorfici - sferici, gram-negativi. Formano colonie di tipo A - piccole colonie sulla superficie del terreno e colonie di tipo B - un centro scuro e bordi rialzati, le colonie crescono nel terreno nutritivo.
3. Anaerobi o microaerofili
4. Le forme L hanno molti modi di riproduzione: fissione binaria, gemmazione, frammentazione, combinata.
5. Hanno una virulenza ridotta, mancano di adesione e hanno proprietà antigeniche alterate.
6. Sono in grado di invertire - tornare alla loro forma batterica originale

E causare infezioni difficili da trattare.

Ciò è dovuto al fatto che le forme L sono resistenti agli antibiotici e sono resistenti ai fattori protettivi del macroorganismo, agli anticorpi, alla fagocitosi, al complimento.

Forme incolte di batteri NFB

Si tratta di batteri che hanno attività metabolica, ma non crescono su terreni nutritivi, il passaggio a una forma non coltivabile può essere osservato in molti microrganismi se esposti a condizioni sfavorevoli. Questa transizione è geneticamente controllata. La transizione viene effettuata sotto l'influenza di fattori

1. Temperatura, particolarmente bassa
2. Concentrazione di sale
3. Aerazione dell'ambiente
4. Quantità di nutrienti

Il valore delle forme incolte. In questa forma vengono immagazzinate nell'ambiente esterno tra le epidemie e, se entrano nel macroorganismo, possono essere ricoltivate - ravvivate - questo spiega la presenza di malattie naturalmente focali.

Identificazione -

1. Conteggio diretto delle cellule

2. Rilevazione dell'attività del DNA

3. Metodi di ricerca genetica.

Concetti di crescita e riproduzione dei batteri

Per la diagnostica microbiologica, lo studio dei microrganismi e per scopi biotecnologici, i microrganismi vengono coltivati ​​su terreni nutritivi artificiali.

Sotto crescita batterica comprendere l'aumento della massa delle cellule senza modificarne il numero nella popolazione come risultato della riproduzione coordinata di tutti i componenti e le strutture cellulari. Un aumento del numero di cellule in una popolazione di microrganismi è indicato con il termine "riproduzione".È caratterizzato dal tempo di generazione (l'intervallo di tempo durante il quale il numero di cellule raddoppia) e da un concetto come la concentrazione di batteri (il numero di cellule in 1 ml).

In contrasto con il ciclo mitotico di divisione negli eucarioti, la riproduzione della maggior parte dei procarioti (batteri) procede per fissione binaria e degli actinomiceti per gemmazione. Inoltre, tutti i procarioti esistono allo stato aploide, poiché la molecola del DNA è rappresentata nella cellula al singolare.

Popolazione batterica

Quando si studia il processo di riproduzione batterica, si deve tener conto del fatto che i batteri esistono sempre sotto forma di popolazioni più o meno numerose e lo sviluppo popolazione batterica in un mezzo nutritivo liquido in coltura discontinua può essere considerato un sistema chiuso. Ci sono 4 fasi in questo processo:

• 1° - iniziale, o fase di latenza, o fase di ritardo,- caratterizzato dall'inizio della crescita cellulare intensiva, ma il tasso della loro divisione rimane basso;
• 2° - logaritmico, o fase logaritmica, o fase esponenziale,- caratterizzato da un tasso massimo costante di divisione cellulare e da un aumento significativo del numero di cellule nella popolazione;
• 3° - fase stazionaria- si verifica quando il numero di cellule nella popolazione cessa di aumentare. Ciò è dovuto al fatto che esiste un equilibrio tra il numero di cellule appena formate e quelle morenti. Il numero di cellule batteriche viventi nella popolazione per unità di volume del mezzo nutritivo nella fase stazionaria è indicato come concentrazione M. Questo indicatore è una caratteristica per ogni tipo di batterio;
• 4° - fase morente (morte logaritmica)- caratterizzato da una predominanza del numero di cellule morte nella popolazione e da una progressiva diminuzione del numero di cellule vitali nella popolazione. La cessazione della crescita del numero (riproduzione) della popolazione di microrganismi si verifica a causa dell'esaurimento del mezzo nutritivo e / o dell'accumulo di prodotti metabolici delle cellule microbiche in esso. Pertanto, rimuovendo i prodotti metabolici e/o sostituendo il mezzo nutritivo, regolando la transizione della popolazione microbica dalla fase stazionaria alla fase morente, è possibile creare un sistema biologico aperto che cerca di eliminare l'equilibrio dinamico a un certo livello dello sviluppo della popolazione.

Questo processo di crescita dei microrganismi è chiamato cultura del flusso (cultura continua). La crescita in coltura continua consente di ottenere grandi masse di batteri durante la coltivazione in flusso in appositi dispositivi (chemostatici e torbidistatici) e viene utilizzata nella produzione di vaccini, nonché in biotecnologia per ottenere varie sostanze biologicamente attive prodotte da microrganismi.

Per studiare i processi metabolici durante il ciclo di divisione cellulare, è anche possibile utilizzare colture sincrone- tali colture di batteri, i cui membri della popolazione si trovano tutti nella stessa fase del ciclo. Ciò si ottiene attraverso speciali tecniche di coltivazione.

Tuttavia, dopo diverse divisioni simultanee, la sospensione cellulare sincronizzata torna gradualmente alla divisione asincrona, in modo che il numero di cellule aumenti ulteriormente, non più gradualmente, ma continuamente.

Colonie

Se coltivato su densi terreni nutritivi, si formano i batteri colonie- visibile ad occhio nudo, l'accumulo di batteri della stessa specie, che molto spesso è la progenie di una cellula.

Le colonie di batteri di diverse specie sono diverse:

• modulo;
• taglia;
• trasparenza;
• colore;
• altezza;
• la natura della superficie e dei bordi;
• consistenza.

La natura delle colonie è una delle caratteristiche tassonomiche dei batteri.