Creșterea și reproducerea bacteriilor

Creșterea bacteriană are loc ca urmare a multor reacții biochimice interconectate care sintetizează materialul celular, ceea ce duce la o creștere a cantității tuturor componentelor chimice. În bacterii, se face o distincție între creșterea individuală a unei celule bacteriene și creșterea bacteriilor într-o populație.

Creșterea bacteriană individuală. Este judecat după creșterea dimensiunii indivizilor. Rata de creștere depinde de condițiile externe și de starea fiziologică a celulei în sine. În condiții constante, creșterea are loc într-un ritm constant. Bacteriile în formă de tijă cresc predominant în direcția axei lungi, astfel încât raportul dintre suprafața celulei și volumul acesteia nu se modifică semnificativ în timpul creșterii celulare și acest lucru creează condiții constante pentru furnizarea fiecărei părți a celulei cu nutrienți și oxigen. Cocii cresc uniform în toate direcțiile, crescând dimensiunea razei celulei, în timp ce dimensiunea relativă a suprafeței celulei scade, astfel încât condițiile de alimentare pentru fiecare parte a celulei devin din ce în ce mai nefavorabile. În intervalele dintre diviziunile celulare, bacteriile sunt mai mari decât imediat după diviziune.

Reproducerea bacteriilor. Cel mai adesea, bacteriile se reproduc prin fisiune binară, atunci când o celulă este formată în două, fiecare dintre acestea se împarte din nou. Procesul de divizare este întotdeauna precedat de replicarea ADN-ului. Există două tipuri de împărțire - împărțirea prin constricție (împărțire) și utilizarea unei partiții transversale (Figura 1.9).

Figura 1.9 – Diviziunea bacteriană

A - împărțirea prin constrângere; B - împărțirea printr-un despărțitor transversal; CS – peretele celular; CM – membrana citoplasmatica; N – nucleoid; P – constricție

Împărțirea prin constrângere(constricția) este însoțită de o îngustare a celulei la locul diviziunii sale și toate straturile de membrane celulare iau parte la acest proces. Proeminența membranelor din ambele părți în celulă o îngustează din ce în ce mai mult și, în cele din urmă, o împarte în două. Acesta este câte bacterii gram-negative se împart.

Diviziunea pentru a forma un sept transversal caracteristice bacteriilor gram-pozitive. Cu toate acestea, în unele grupuri de bacterii s-a observat o schimbare a metodelor de divizare (bacteriile tionice, micobacterii). La bacteriile sferice se pot forma mai multe septuri transversale (tetracoci, sarcina).

Se numește perioada de la împărțire la împărțire ciclul celulei(ontogeneza bacteriilor). Există mai multe tipuri de ciclu celular vegetativ: monomorfă– se formează un singur tip morfologic de celule (de exemplu, bacili), dimorfă– două tipuri morfologice, polimorfă– mai multe, fiecare dintre acestea fiind caracterizată de anumite caracteristici și constante ale ciclului celular (de exemplu, actinomicete). În ciclurile dimorfe și polimorfe, se disting celulele fiice și cele mamă.

Care înmugurește Ubacteria este un tip de fisiune binară. Această metodă de reproducere este caracteristică bacteriilor care au cicluri celulare dimorfe sau polimorfe. Bacteriile în devenire sunt caracterizate de polaritatea celulară. Unele bacterii se reproduc folosind exospori (dar nu endospori!), fragmente de hife (actinomicete). Există bacterii care au vilozități genitale sau F-a băut(ing. fertilit y–fertilitate, fecunditate), datorită prezenței factorului sexual.

Bacteriile se caracterizează printr-o rată ridicată de reproducere. De exemplu, în condiții favorabile, E. coli se divide la fiecare 20...30 de minute, iar dintr-o celulă pe zi sunt produse 2 72 (72 de generații). În condiții care exclud moartea, o astfel de biomasă va fi de 4720 de tone.Viteza de reproducere depinde de factorii de mediu (temperatură, condiții nutriționale, umiditate, reacția mediului etc.) și de caracteristicile speciilor bacteriilor. Rata mare de reproducere a bacteriilor asigură conservarea acestora pe Pământ chiar și în condiții de moarte în masă. Celulele individuale supraviețuitoare se înmulțesc și dau naștere din nou.

Creșterea bacteriilor într-o populație. O populație (populație franceză – populație) este o colecție de bacterii din aceeași specie (cultură pură) sau specii diferite (asociere mixtă), care se dezvoltă într-un spațiu limitat (de exemplu, într-un mediu nutritiv). Într-o populație bacteriană, celulele cresc, se reproduc și mor în mod constant. Cultivarea microorganismelor în condiții artificiale poate fi periodică, continuă și sincronă.

Cultivare discontinuă (staționară).. Această cultivare are loc fără intrarea și ieșirea mediului nutritiv. Se caracterizează prin clasic curba de creștere a microorganismelor,în care se disting faze separate de creștere a populației bacteriene, reflectând modelul general de creștere și reproducere celulară (Figura 1.10).

Figura 1.10 – Curba de creștere și dezvoltare a unei populații bacteriene

Faza de întârziere(lag în engleză - lag) începe din momentul în care bacteriile sunt inoculate într-un mediu nutritiv proaspăt. Celulele se adaptează la aceste condiții de cultură, cresc, dar nu se înmulțesc; ating o rată maximă de creștere. Ratele de creștere absolute și specifice cresc de la zero la valorile maxime posibile.

Rata de creștere absolută este determinată de relația:

V = dx/dt, (1,1)

unde V este creșterea biomasei sau a numărului de celule;.

x – biomasă sau număr de celule,

t – timp.

Rata de creștere specifică determinat de formula:

µ = (dx/dt) ∙ 1/x, (1,2)

unde µ este creșterea biomasei pe unitatea de timp pe unitatea de biomasă,

x – biomasa initiala.

Durata fazei de întârziere depinde de caracteristicile biologice ale bacteriilor, vârsta culturii, cantitatea de inocul, compoziția mediului nutritiv, temperatură, aerare, pH etc. Unele bacterii au o perioadă scurtă de întârziere a creșterii. , altele au o perioadă lungă. Cu cât cultura este mai tânără, cu atât perioada este mai scurtă. Cu cât compoziția mediului nutritiv este mai apropiată de cea în care au fost crescute microorganismele, cu atât faza de întârziere este mai scurtă. Modificările în mediul nutritiv duc la o modificare a fazei de întârziere, deoarece este nevoie de timp pentru a sintetiza enzimele sau a crește activitatea acestora. Astfel, factorii de pirozie pot fi împărțiți în extern(compoziție mediu, pH, temperatură etc.) și intern(vârsta culturii). Durata fazei poate fi de la câteva minute la câteva ore și chiar zile. În această fază μ = 0 .

Logaritmic, sau exponenţială, sau faza de jurnal, se caracterizează prin rata maximă de diviziune bacteriană. Creșterea exponențială a populației este descrisă de ecuația:

X = X o ∙ e μ max ∙ t , (1.3)

unde Chi X o este numărul de celule (sau biomasă) la sfârșitul și la începutul experimentului;

t – timpul experimentului;

e este baza logaritmului natural;

μ max – rata de creștere specifică maximă.

În timpul fazei logaritmice, majoritatea celulelor sunt tinere din punct de vedere fiziologic, active biochimic și, de asemenea, cele mai sensibile la factorii de mediu nefavorabili. În această fază, μ = max. Această fază este în mai multe etape, deoarece la începutul acesteia bacteriile cresc într-un mediu cu un exces de substrat, apoi concentrația sa scade, activitatea enzimelor se modifică și conținutul de metaboliți celulari. crește. În plus, creșterea bacteriilor este influențată de mulți factori: caracteristicile speciei ale bacteriilor, natura mediului nutritiv și concentrația componentelor sale individuale și temperatura de cultivare.

Faza de creștere lentă. Combină două faze - faza de crestere liniara(μ = const) și faza de accelerare negativă. Faza este caracterizată în timpul perioadei de creștere liniară printr-o rată constantă de creștere a biomasei (număr de celule). Apoi, la trecerea la faza de accelerare negativă, numărul de celule în diviziune scade. Debutul fazei se explică prin modificări cantitative ale compoziției mediului nutritiv (consum de nutrienți, acumulare de produse metabolice).

Faza stationara caracterizată printr-un echilibru între celulele moarte și cele nou formate. Factorii care limitează creșterea bacteriană în faza anterioară sunt cauza fazei staționare. Nu există o creștere a biomasei (μ = 0).În această fază se observă valoarea maximă a biomasei și numărul maxim total de celule. Aceste valori maxime sunt numite recolta, sau Ieșire. Unul dintre factorii limitanți este concentrația maximă de celule pe unitatea de volum a mediului nutritiv. Această valoare variază semnificativ între diferitele tipuri de bacterii. În faza staționară, celulele se caracterizează printr-o creștere dezechilibrată (componentele celulare sunt sintetizate la ritmuri diferite), o scădere a intensității proceselor metabolice și o rezistență mai mare la influențele fizice și chimice.

Faza de retragere (moartea celulară exponențială) se caracterizează printr-o scădere a numărului de celule vii, o creștere a eterogenității populației (apar celule care nu percep colorantul, cu dezvoltare slabă a stratului murein etc.). Procesul morții prevalează asupra diviziunii (μ< 0).

Faza de supraviețuire caracterizată prin prezența celulelor individuale care și-au păstrat viabilitatea mult timp în condiții de moarte a majorității celulelor din populație. Celulele supraviețuitoare se caracterizează prin activitate scăzută a proceselor metabolice, modificări ale ultrastructurii celulare (citoplasmă cu granulație fină, absența poliribozomilor etc.). Celulele sunt mai rezistente la condițiile de mediu nefavorabile.

Astfel, în timpul cultivării staționare, celulele microbiene sunt în permanență în condiții de schimbare: la început toți nutrienții sunt în exces, apoi deficiența lor apare treptat, apoi celulele sunt otrăvite de produse metabolice.

Influența factorilor limitatori asupra ratei de creștere. Pentru cresterea si dezvoltarea normala a microorganismelor, mediul trebuie sa contina nutrientii necesari, sa aiba pH-ul, temperatura corespunzatoare etc. Factorii care limitează creșterea unei culturi sunt numiți limitare. O trăsătură caracteristică a creșterii unei populații de microorganisme este dependența ratei specifice de creștere de concentrația substratului. Această dependență este exprimată Ecuația lui Monod, care este o funcție hiperbolică:

μ = μ max ∙ S/(S + K S), (1,4)

unde μ este rata de creștere specifică;

μ max - rata de creștere specifică maximă;

S – concentrația substratului;

K S este constanta de saturație, numeric egală cu concentrația substratului care asigură o rată de creștere corespunzătoare la jumătate din valoarea lui μ max.

Pe măsură ce se consumă nutrienți, mediul este îmbogățit cu produse metabolice, care limitează și creșterea culturii. Cel mai general caz de influență a concentrației de substrat și a produselor metabolice asupra ratei de creștere a unei populații de microorganisme este reflectat în modelul lui N.D. Ierusalimsky:

μ = μ max ∙ S/(S + K S) ∙ К Р / (К Р / + Р), (1,5)

unde P este concentrația produselor metabolice;

KP este o constantă numeric egală cu concentrația de produse metabolice la care rata de creștere încetinește la jumătate.

Analiza acestei ecuații arată că în condiția K P >> P, când valoarea lui P poate fi neglijată. rata de crestere este limitata doar de concentratia substratului. Dacă S >> K S , atunci ritmul de creștere este limitat de acumularea de produse metabolice

Cultivare continuă. Dacă un mediu nutritiv proaspăt este furnizat continuu în recipientul în care se află populația bacteriană și, în același timp, un lichid de cultură care conține celule bacteriene și produse metabolice este îndepărtat în același ritm, atunci se obține cultivarea continuă. Prin ajustarea vitezei mediului de curgere, este posibil să se controleze creșterea populației bacteriene, de exemplu, extinzând faza logaritmică sau staționară pentru orice timp necesar. Cultivarea continuă se realizează în dispozitive speciale - chemostate și turbidostate.

Chemostate. Creșterea bacteriană este reglată de concentrația substratului. Menținând o concentrație constantă a unuia dintre substraturile necesare (o sursă de azot sau carbon), prin reglarea debitului mediului, se poate echilibra rata de creștere a culturii. Rata de modificare a biomasei celulare în chemostat este egală cu diferența dintre rata de creștere a biomasei și rata de îndepărtare a acesteia din cultivator. Densitatea populației rămâne constantă dacă μ=D (rata de creștere specifică este egală cu factorul de diluție), adică. pierderea celulelor ca urmare a leșierii și câștigul lor ca urmare a reproducerii este echilibrată.

Turbistat Principiul de funcționare se bazează pe reglarea debitului mediului în funcție de densitatea populației. Densitatea populației este controlată de o fotocelulă conectată la un releu care reglează alimentarea cu mediu. Când densitatea populației atinge un nivel prestabilit, releul este activat și mediu proaspăt intră în cultivator. Ca rezultat, concentrația celulară este redusă la un anumit nivel și apoi alimentarea cu mediu este oprită automat.

Controlul turbistatic se poate baza pe alte metode de determinare a biomasei sau a produselor formate în timpul creșterii bacteriilor (de exemplu, metoda statistică de pH de control al debitului, utilizarea oxistaticului - controlul debitului în funcție de rata consumului de oxigen , etc.).

Cultivarea continuă a microorganismelor este folosită pentru studiul fiziologiei, biochimiei, geneticii, etc. și este utilizată pe scară largă în industria microbiologică.

Cultivare sincronă . Culturile sincrone sunt culturi în care de ceva timp toate celulele se divid simultan (sincron) datorită pregătirii egale pentru diviziunea tuturor indivizilor. Sincronizarea se realizează prin metode fizico-chimico-biologice. Metodele fizice sunt expunerea la temperatură, centrifugarea diferențială sau filtrarea diferențială etc. Metode chimice și biologice: înfometarea forțată a bacteriilor, creșterea bacteriilor pe medii inferioare și apoi transferarea lor în medii complete. Culturile sincrone sunt folosite pentru studii genetice și citologice, pentru a studia sinteza componentelor celulare individuale în timpul diviziunii bacteriene.

Celulele, ca orice organism viu, se nasc, trăiesc și mor. Creșterea și reproducerea bacteriilor are loc foarte rapid; acestea ar putea ocupa tot spațiul de viață de pe planetă dacă nu pentru fragilitatea lor și factorii limitativi (temperatură, nivel de aciditate, lipsă de hrană etc.). În condiții favorabile, dublarea celulelor durează în medie aproximativ o jumătate de oră. Cu toate acestea, în situații critice, unele tipuri de microorganisme (bacteriile formatoare de spori) sunt capabile să formeze spori și să „hiberneze” pentru o perioadă destul de lungă.

Proliferarea rapidă a bacteriilor are avantaje și dezavantaje. Utilizarea microorganismelor în biotehnologie (drojdie, acid lactic, organisme fixatoare de azot, mucegaiuri etc.) are ca scop îmbunătățirea calității vieții. Cu toate acestea, creșterea necontrolată a microbilor (patogeni) care cauzează boli este periculoasă pentru oameni. Microflora proprie a unei persoane poate dăuna, de asemenea, sănătății. În medicină, există conceptul de sindrom de creștere excesivă bacteriană, în care numărul de microbi oportuniști din corpul uman crește brusc, ceea ce reprezintă o amenințare pentru sănătate.

Unde începe totul

Creșterea și reproducerea celulelor sunt două procese diferite. Creșterea se referă la o creștere a masei celulare datorită formării tuturor structurilor celulare. Reproducerea este o creștere a numărului de celule dintr-o colonie. Există fisiune binară, înmugurire și recombinare genetică (un proces care amintește de reproducerea sexuală).

Majoritatea celulelor procariote (nenucleare), cărora le aparțin toate bacteriile, se reproduc prin împărțirea în două (fisiune binară). În acest fel, de exemplu, bacteriile de acid lactic se reproduc. Procesul începe cu dublarea cromozomului bacterian (o moleculă de ADN care înlocuiește nucleul) și continuă în mai multe etape:

• celula se alungește;
• carcasa exterioară „crește” spre interior și formează o despărțire transversală (constricție);
• două celule noi (fiice) se mișcă în direcții diferite.

Rezultatul sunt două organisme identice.

Microorganismele individuale se divid prin înmugurire, dar aceasta este mai degrabă o excepție de la regula generală. Procesul constă în formarea unei proeminențe scurte la unul dintre polii celulei, în care una dintre jumătățile nucleoidului divizat (molecule de ADN cu informații genetice) „derive”. Apoi, proeminența crește și se separă de celula mamă.

Există o altă opțiune care seamănă cu reproducerea sexuală - recombinarea genetică. În acest caz, se face schimb de informații genetice și rezultatul este o celulă care conține genele părinților săi. Există trei moduri de a transfera informații genetice:

• conjugare – transfer direct (nu schimb) al unei părți a ADN-ului la contactul de la o bacterie la alta (procesul are loc într-o singură direcție);
• transducție – transferul unui fragment de ADN folosind un bacteriofag (virus bacterian);
• transformare – absorbția informațiilor genetice ale celulelor moarte sau distruse din mediu.

Astfel, numai ca urmare a fisiunii binare și a înmuguririi se obțin celule identice între ele. În timpul recombinării genetice, celula suferă modificări, dezvoltând noi proprietăți și dobândind alte funcții.

Viteza și fazele de creștere ale microorganismelor

În mediile nutritive, creșterea și reproducerea bacteriilor are loc în mai multe etape, variind în cantitatea de hrană disponibilă și acumularea de deșeuri:

1. Prima fază (latentă) este determinată de factori de adaptare la mediul nutritiv. În acest moment, microorganismele tocmai se obișnuiesc cu noile condiții. Nu se observă creșterea bacteriană.
2. A doua fază (exponențială) se caracterizează prin creștere în progresie geometrică (creștere de-a lungul unei curbe exponențiale). În această perioadă, celulele bacteriene cresc activ, folosind toate alimentele disponibile (rata maximă de creștere). După ce a atins o anumită dimensiune, bacteria începe să se dividă, iar procesul de reproducere se desfășoară cu o viteză constantă, deoarece există încă suficiente rezerve de hrană. Ca urmare a ritmului crescut de creștere și reproducere, în mediu se acumulează deșeuri (toxine). Spre sfârșitul fazei, rata de creștere începe să scadă.
3. A treia fază este caracterizată de creștere staționară, adică numărul de celule „nou-născute” coincide cu numărul de celule moarte. Curba de creștere și reproducere nu mai crește în acest segment. Rata de creștere încetinește. De ceva timp, numărul total de bacterii din mediul nutritiv rămâne neschimbat. Cu toate acestea, datorită apariției de noi „membri ai familiei”, rezervele de nutrienți scad și toxicitatea mediului crește. Acest proces înrăutățește condițiile de viață ale întregii colonii.
4. A patra fază - moartea microorganismelor - are loc ca urmare a scăderii catastrofale a alimentelor și a creșterii toxicității mediului. Numărul de organisme vii este în scădere constantă; în cele din urmă, există mai puține celule viabile decât omologii lor morți.

Viteza de creștere cinetică a unei colonii bacteriene depinde în mare măsură de tipul de bacterie, de compoziția mediului nutritiv, de numărul de celule însămânțate (introduse în mediu), de vârsta culturii, de metoda de respirație și de un număr de alti factori. De exemplu, pentru reproducerea bacteriilor lactice, este important să se mențină temperaturile într-un interval destul de îngust (25-30⁰C) și un anumit nivel de aciditate a mediului (pH). Pentru reproducerea celulelor aerobe și anaerobe, factorul decisiv este prezența sau absența oxigenului pentru respirație, iar celulele care formează spori au nevoie de o cantitate suficientă de hrană.

Condiții pentru creșterea microbilor în medii artificiale

Pentru studiu (medicină, microbiologie) și utilizare (industrie), culturile bacteriene sunt cultivate pe medii nutritive artificiale, care sunt împărțite în funcție de consistență, origine și scop:

• medii artificiale lichide, semi-lichide și dense (solide);
• medii de origine animală, vegetală sau sintetică (compuși chimic puri într-o concentrație strict definită);
• medii convenționale (universale), diferențiale (diferă după tipul de bacterii), medii speciale, selective sau de îmbogățire (suprimând creșterea microbilor nedoriți).

Există bacterii care necesită condiții speciale. De exemplu, microorganismele anaerobe (atât care formează spori, cât și care nu formează spori) sunt cultivate în condiții anaerobe (fără oxigen). Pentru celulele aerobe, oxigenul devine factorul decisiv pentru reproducere. Anaerobii facultativi sunt capabili să schimbe modul în care respiră în funcție de condiții. Organismele aerobe care formează spori utilizate pentru a produce probiotice sunt foarte sensibile la nutriția redusă și la calitatea acesteia. Anaerobii care formează spori necesită absența completă a oxigenului. Principiul de bază al cultivării microorganismelor este crearea unor condiții favorabile (nutriție, respirație, temperatură), care prezintă uneori anumite dificultăți.

Astfel, pentru creșterea anaerobilor se folosește metoda de însămânțare adâncă, adică se introduce o cultură bacteriană în adâncurile unui mediu nutritiv dens, se adaugă substanțe chimice care absorb oxigenul în atmosfera de creștere sau se pompează aerul, înlocuindu-l cu un gaz inert. În cazul bacteriilor care formează spori, în mediul nutritiv se adaugă un inhibitor al sintezei proteinelor, oprind astfel procesul de sporulare.

Cultivarea microorganismelor

Cultivarea se referă la creșterea artificială a celulelor în condiții controlate. Scopul final este obținerea unui produs biologic din bacterii sau cu ajutorul bacteriilor. Astfel de medicamente pot fi terapeutice, diagnostice sau profilactice. Există mai multe metode de cultivare:

1. Metoda staționară se caracterizează printr-un mediu constant; nu există interferențe în proces. Cu toate acestea, cu această metodă de cultivare în medii nutritive lichide, organismele anaerobe dau un randament nesemnificativ.
2. Metoda de cultivare în adâncime este utilizată în industrie pentru a crește biomasa bacteriană. În acest scop, se folosesc recipiente speciale. Factorii de creștere sunt menținerea temperaturii și furnizarea de nutrienți în mediile lichide. În plus, dacă este necesar, se efectuează agitarea sau alimentarea cu oxigen (pentru respirația bacteriilor aerobe).
3. Metoda mediilor în flux (cultivarea industrială) se bazează pe menținerea constantă a culturii în faza de creștere exponențială. Acest lucru se realizează prin introducerea continuă de nutrienți și eliminarea deșeurilor toxice din celule. Această tehnologie face posibilă obținerea unui randament maxim al diferitelor substanțe biologic active (antibiotice, vitamine etc.).

Unul dintre cele mai importante preparate industriale este cultura bacteriilor de acid lactic, care sunt folosite pentru prepararea starterului de lactate, varza murata, insilozarea furajelor si producerea unui substitut al plasma sanguina. Pentru a obține un rezultat final garantat, este necesar să se controleze cu strictețe calitatea rezultată a bacteriilor lactice.

Aveți nevoie de un mediu nutritiv adecvat și de un preparat cu o cultură pură de bacterii lactice crescute în condiții de laborator. În continuare, procesul de cultivare este lăsat până când apare a treia fază (echilibru), după care „recolta” bacteriilor lactice poate începe să fie recoltată.

Sindromul de creștere excesivă bacteriană

Creșterea celulelor bacteriene nu este întotdeauna benefică; o creștere excesivă a populațiilor bacteriene din corpul uman poate fi periculoasă pentru sănătate. Încălcarea compoziției calitative și cantitative a microflorei intestinale se numește sindrom clinic de creștere excesivă bacteriană. Medicii spun că utilizarea termenului „disbacterioză” pentru a descrie acest proces nu este în întregime corectă. Cert este că numărul de bacterii anaerobe benefice organismului (bifidobacterii) chiar scade, dar numărul de celule oportuniste (de exemplu, E. coli aerobă) crește.

Diferite bacterii trăiesc în diferite părți ale tractului gastrointestinal. În intestinul subțire, pe măsură ce progresezi, compoziția microflorei și numărul de microorganisme se schimbă treptat. Speciile de bacterii aerobe (care cresc în oxigen) trec treptat locul anaerobei (mediu fără oxigen). În sindromul clinic de creștere excesivă, spectrul bacterian se deplasează către organisme gram-negative (cele mai patogene), aerobe facultative și anaerobe.

Pe măsură ce te apropii de colon, numărul bacteriilor anaerobe (bifidobacterii și bacteroides) crește. Principalii reprezentanți ai microflorei anaerobe - bifidobacteriile - sunt responsabili de sinteza proteinelor, vitaminelor B, a diverșilor acizi și a altor substanțe necesare vieții. Microorganismele aerobe (Escherichia coli) produc o serie de vitamine și acizi care participă la digestie și susțin imunitatea.

Bacteriile lactice sunt un alt reprezentant al microflorei intestinale. Ele aparțin organismelor microaerofile, adică unul dintre factorii de creștere și reproducere ai bacteriilor lactice este oxigenul, dar în cantități foarte mici. Aceste microorganisme sunt responsabile pentru reglarea acidității tractului gastrointestinal, inhibând astfel creșterea bacteriilor putrefactive.

Fiecare tip de bacterie își îndeplinește funcția proprie, clar definită. În sindromul de creștere excesivă, microflora fecală care trăiește în mod normal în intestinul gros (E. coli sau celule anaerobe) pătrunde în intestinul subțire. Compoziția cantitativă și calitativă a microflorei bacteriene se modifică, îndeplinirea anumitor funcții încetinește sau devine imposibilă. Apar condiții pentru creșterea și reproducerea bacteriilor patogene.

Criteriile clinice ale bolii

Criteriile pentru dezvoltarea sindromului de supra-creștere bacteriană pot fi:

• indigestie, scăderea imunității, modificări ale acidității stomacului;
• încălcarea integrității tractului intestinal;
• consecințele intervenției chirurgicale;
• boli ale tractului gastro-intestinal;
• stres;
• utilizarea necontrolată a antibioticelor.

Manifestările clinice ale sindromului de supra-creștere bacteriană sunt ușor confundate cu alte boli; adesea se suprapun, deformând complet imaginea. Un diagnostic în astfel de cazuri poate fi pus doar cu ajutorul unor teste speciale care vizează identificarea sindromului de creștere excesivă, determinând nu numai numărul, ci și speciile de bacterii. Această abordare vă va permite să selectați medicamentele necesare pentru a corecta compoziția microflorei.

Simptomele clinice ale bolii:

• într-un stadiu incipient al bolii, apar diaree și flatulență;
• dureri de balonare și crampe;
• oboseală, slăbiciune;
• pierdere rapidă în greutate.

Medicamentele antibacteriene sunt utilizate pentru a trata sindromul de creștere excesivă. În viitor, vor fi necesare preparate probiotice și prebiotice pentru a restabili microflora.

O mare varietate de celule bacteriene (autotrofe și heterotrofe, aerobe și anaerobe, care formează și nu formează spori etc.) dictează anumite condiții pentru reproducerea lor. Principiul de bază al cultivării la scară industrială este controlul strict al condițiilor de mediu și al ritmului de creștere. În natură, rareori există medii ideale pentru dezvoltarea microorganismelor. Altfel, bacteriile ar fi umplut cu mult timp în urmă tot spațiul disponibil.

Bacteriile, ca toate organismele vii, se reproduc. Acest lucru se întâmplă cel mai adesea prin simpla divizare transversală în planuri diferite. În acest caz, se formează diverse combinații de celule: compuși perechi, celule unice, clustere, lanțuri, pachete etc.

Unele microorganisme se reproduc prin sporulare (actinomicete și ciuperci) și înmugurire (drojdie); unele microorganisme se reproduc sexual, dar majoritatea se reproduc asexuat (vegetativ). În condiții favorabile, reproducerea se desfășoară cu o viteză extraordinară - la fiecare 20-30 de minute, celula bacteriană mamă se împarte în două celule fiice. Celula fiică devine în cele din urmă celula mamă și, de asemenea, se împarte. Astfel, divizarea bacteriilor are loc în progresie geometrică. Dacă o astfel de diviziune a continuat nestingherită, atunci după 48 de ore o bacterie ar putea produce descendenți a sute de miliarde de celule și, după cinci zile, o astfel de masă care ar umple bazinele tuturor mărilor și oceanelor. Cu toate acestea, acest lucru nu se întâmplă, deoarece microorganismele sunt afectate de diverși factori de mediu.

Diviziunea celulară este precedată de o creștere uniformă a azotului total, ARN și proteine ​​în citoplasmă. Apoi are loc replicarea (dublarea) ADN-ului. Într-o celulă care se divide, legăturile de hidrogen sunt rupte între elicele ADN și se formează elice de ADN fiice unice (Fig. 25).

Orez. 25. Procesul de fisiune binară a procariotelor în formă de tijă

1 - formarea unor elice unice de ADN;

2 - dublarea (replicarea) ADN-ului;

3 - întinderea celulei;

Formarea septului;

4 - finalizarea formării septului și formarea unui perete celular convex;

5 - separarea celulelor.

Imediat după replicarea ADN-ului, încep alungirea celulelor și formarea unui sept transversal datorită a două straturi ale membranei citoplasmatice care ies unul spre celălalt. Cel mai adesea, în mijlocul celulei mamă se formează un sept, în urma căruia celulele fiice au aproximativ aceeași dimensiune. Între straturile septului se formează un perete celular.

Helixul unic de ADN din celulele noi servește ca șablon pentru crearea unei a doua helix, rezultând o dublă helix ADN cu legături de hidrogen restaurate și formarea unui nou nucleoid.

În timpul procesului de reproducere, una dintre jumătățile celulei reține în mod constant flagelii. În stadiul final al reproducerii bacteriene, flagelii cresc și în cealaltă jumătate.

Creșterea și reproducerea microorganismelor depind de diverși factori de mediu și de caracteristicile speciilor. Observarea dezvoltării microorganismelor cultivate într-un mediu nutritiv lichid în rezervoare închise arată că pentru creșterea biomasei, prezența unei surse de energie, prezența componentelor necesare sintezei biomasei, absența inhibitorilor în mediu care suprimă. creșterea celulară și menținerea condițiilor fizico-chimice necesare în mediu sunt necesare. În aceste condiții, creșterea microorganismelor poate fi împărțită în mai multe faze sau perioade succesive (Fig. 26):

Orez. 26. Curba tipică de creștere a populației microbiene 1 - faza de întârziere;

2 - faza de crestere accelerata; 3 - faza de crestere logaritmica (exponentiala);

4 - faza de decelerare a creșterii; 5 - faza de creștere staționară; 6 - faza de îmbătrânire și moarte.

1. faza de întârziere (lag în engleză - întârziere) - perioada dintre însămânțarea bacteriilor și începutul reproducerii. În această perioadă, cultura bacteriană se adaptează la mediul nutritiv. Se manifestă prin acumularea cantității optime de enzime necesare, prin inactivarea unui inhibitor prezent în mediu, în germinarea sporilor etc. În condiții favorabile, bacteriile cresc în dimensiune și se pregătesc să se divizeze. Faza de întârziere poate dura de la 10 minute la câteva ore, dar în medie este de 4-5 ore.

2. Faza de creștere accelerată se observă după faza de întârziere și se caracterizează printr-o creștere a ratei de diviziune a microorganismelor și acumulare de biomasă.

3. Faza de creștere logaritmică sau exponențială este perioada celei mai intense diviziuni a bacteriilor. Bacteriile se împart la fiecare 20-40 de minute. În această fază, bacteriile sunt deosebit de vulnerabile, ceea ce se explică prin sensibilitatea ridicată a celulelor în creștere la factorii de mediu. Durata creșterii exponențiale depinde de concentrația de nutrienți din substrat și este în medie de 5-6 ore.

4. Faza de decelerare a creșterii este o perioadă de tranziție de la creșterea exponențială la faza de creștere staționară. În această fază, substanțele nutritive ale substratului sunt epuizate și se acumulează produse metabolice în acesta, ceea ce reduce intensitatea reproducerii microorganismelor.

5. Faza de creștere staționară este cauzată de epuizarea treptată a mediului, acumularea de enzime litice în acesta și inhibarea chimică a creșterii celulelor microbiene de către produsele metabolice. Această fază diferă de cea anterioară prin rezistența crescută a bacteriilor la mulți factori chimici și fizici. Până la începutul acestei faze, numărul de celule viabile atinge un nivel maxim și rămâne la acest maxim câteva ore, în funcție de tipul de microorganisme și de caracteristicile cultivării lor. La sfârșitul acestei faze, unele microorganisme experimentează procesul de sporulare.

6. Faza finală a procesului de reproducere - faza de îmbătrânire și moarte - se caracterizează prin moartea bacteriilor din cauza epuizării mediului nutritiv și acumulării de produse metabolice în acesta. Autoliza microorganismelor este observată ca o manifestare extremă a instabilității celulare după încetarea creșterii. Durata acestei faze poate varia de la câteva ore la câteva săptămâni.

Reproducerea microorganismelor Reproducerea microorganismelor

procesul de reproducere a indivizilor asemănători (auto-reproducere), asigurând existența continuă a speciei. Cea mai importantă caracteristică a microorganismelor este ratele lor excepțional de ridicate de regenerare în condiții favorabile. (exploziv tip R.)şi capacitatea lor de a se descurca fără R. foarte mult timp în condiţii nefavorabile. Metodele și viteza de regenerare sunt determinate de natura (genomul) microbilor și de corespondența condițiilor de viață cu nevoile sale genetice (surse de carbon, azot, elemente de cenușă, factori de creștere, umiditate suficientă pentru difuzie, anumiți indicatori de pH, presiune osmotică, presiune parțială a oxigenului, temperatură). Dacă una sau mai multe condiții sunt absente, R. se oprește și microbul moare sau intră într-un stadiu latent. Metodele microbilor R. sunt diverse. Ele pot fi împărțite în sexual- conjugare(cm.), copulaţie(cm.); parasexual- transducție(cm.), transformare(mass media asexuat. Acesta din urmă, la rândul său, este împărțit în vegetativ- fisiune simplă, înmugurire și fisiune multiplă, sau schizogonie(mass media sporulare. Principala metodă de creștere a bacteriilor și a multor specii de ciuperci și protozoare este diviziunea simplă (binară, izomorfă). Cu diviziunea simplă dintr-o bacterie. celulele sunt formate în 2 celule fiice echivalente fără un schimb prealabil de informații genetice. Acest proces, numit amitoza, include faze creştere(vezi), cariokineza (dublarea unui nucleoid), citokineza (separarea unui individ) și divergența indivizilor fiice. În timpul fazei de creștere, există o creștere constantă a conținutului de RNA® protein® ADN cu o creștere a dimensiunii totale a celulei. După atingerea unei anumite faze de creștere, are loc activarea regulatorului genei care, cu ajutorul proteinei inițiatoare controlate de acesta, înlătură represiunea genei replicatoare. Consecința acestui lucru este sinteza ADN polimerazei, desfășurarea și divergența catenelor ADN și completarea catenelor complementare cu formarea a 2 nucleoizi. Citokineza are loc printr-o constricție (în bacterii gram) sau un sept (în bacterii gram+) în centrul celulei. După separare, celulele fiice se dispersează sau formează un organism colonial sub formă de lanțuri, grămezi, pachete etc. R., ca și creșterea, se află sub controlul genomului, care îl reglează cu ajutorul permeazelor, oxireductazelor și al sistemul de sinteză a proteinelor și NK. În mod normal, creșterea și R. sunt strict echilibrate și consistente. În condiții nefavorabile, aceste procese pot deveni deconectate, atunci când creșterea continuă, dar creșterea nu are loc (creștere dezechilibrată). Aceasta duce la formare forme involutive ale microorganismelor(cm.)

(Sursa: Dicționarul de termeni de microbiologie)

Vedeți ce înseamnă „Reproducția microorganismelor” în alte dicționare:

Substanțe biologic active (un număr de aminoacizi, vitamine, baze purinice și pirimidinice, steroli etc.), în lipsa cărora multe microorganisme nu cresc nici măcar pe medii nutritive care conțin sursele de energie necesare,... ...

Dizolvarea lor cauzată din diverse motive. L. m. poate apărea ca urmare a autolizei, în care celulele microorganismelor, separate de mediul nutritiv și depozitate la 35-40°C, sunt lizate (dizolvate) sub influența... ... Marea Enciclopedie Sovietică

Forme adaptative sau degenerative de bacterii, ciuperci și protozoare care apar în timpul îmbătrânirii sau unei schimbări bruște a mediului, de exemplu, când apar în mediu un concurent, fag, antibiotice, antiseptice, dezinfectanți, acumularea de produse... ... Dicţionar de microbiologie

Din cele mai vechi timpuri, ei au început să înțeleagă marea importanță a apei nu numai pentru oameni și toate tipurile de organisme animale și vegetale, ci și pentru întreaga viață de pe Pământ. Unii dintre primii filozofi greci au plasat apa chiar pe primul loc în înțelegerea lucrurilor din natură și... ...

I Infecția (infecția în latină tardivă intectio) este un proces fiziopatologic complex de interacțiune între macro și microorganism, care are o gamă largă de manifestări de la transport asimptomatic până la forme severe de boală infecțioasă. Termenul „infecție” ...... Enciclopedie medicală

Conținutul articolului: I. Esența lui D.; II. Metode D.: A fizică, B chimică, În concluzie. I. Conceptul corect de dezinfecție este determinat de etimologia acestui cuvânt. Infecție (infectio) înseamnă infecție în rusă. D. (dezinfectio) înseamnă dezinfecție… … Dicţionar Enciclopedic F.A. Brockhaus și I.A. Efron

Substraturi formate din componente care asigură condițiile necesare pentru cultivarea microorganismelor sau acumularea produselor metabolice ale acestora. Mediile nutritive variază ca scop, consistență și compoziție. Conform scopului lor...... Enciclopedie medicală

Acest articol nu are link-uri către surse de informații. Informațiile trebuie să fie verificabile, altfel pot fi puse sub semnul întrebării și șterse. Poți... Wikipedia

Un pahar cu lapte de vacă Laptele este un lichid nutritiv produs de glandele mamare ale mamiferelor femele. Scopul natural al laptelui este de a hrăni bebelușii care nu sunt încă capabili să digere alte alimente. În prezent lapte... ... Wikipedia