Stadien der Vermehrung von Mikroorganismen. Wachstum und Vermehrung von Bakterien

Wachstum und Vermehrung von Bakterien. Mechanismus und Reproduktionsrate. Phasen der mikrobiellen Vermehrung.

1. Konzepte des Wachstums und der Vermehrung von Bakterien

2. Bakterienpopulation

3.Kolonien

1 . Für mikrobiologische Diagnostik, Untersuchung von Mikroorganismen und für biotechnologische Zwecke Mikroorganismen werden kultiviert auf künstlichen Nährböden.

Unter Bakterienwachstum verstehe Zunahme der Zellmasse, ohne ihre Anzahl in der Population zu ändern durch die koordinierte Reproduktion aller zellulären Komponenten und Strukturen.
Gehostet auf ref.rf
Erhöhung der Zellzahl in einer Population von Mikroorganismen mit dem Begriff bezeichnet "Reproduktion". Es ist gekennzeichnet Generationszeit(das Zeitintervall, in dem sich die Anzahl der Zellen verdoppelt) und ein solches Konzept wie Bakterienkonzentration(Anzahl der Zellen in 1 ml).

Im Gegensatz zum mitotischen Teilungszyklus bei Eukaryoten findet bei den meisten Prokaryoten (Bakterien) eine Vermehrung statt durch binäre Spaltung, und Actinomyceten Knospung. Gleichzeitig existieren alle Prokaryoten in haploidem Zustand da das DNA-Molekül in der Zelle im Singular dargestellt wird.

2. Bei der Untersuchung des Prozesses der bakteriellen Vermehrung ist es äußerst wichtig, dies zu berücksichtigen Bakterien existieren immer in mehr oder weniger zahlreichen Populationen, und Entwicklung Bakterienpopulation in flüssigem Nährmedium in Batch-Kultur als betrachtet werden geschlossenes System.

Es gibt 4 Phasen in diesem Prozess:

‣‣‣ 1 - Initial, oder Verzögerungsphase, oder Verzögerungsphase, - charakterisiert der Beginn intensiven Zellwachstums, aber die Rate ihrer Teilung bleibt niedrig;

‣‣‣ 2. - logarithmisch, oder Log-Phase, oder exponentielle Phase, - gekennzeichnet eine konstante maximale Zellteilungsrate und eine signifikante Zunahme der Zellzahl in der Population;

‣‣‣ 3. - stationäre Phase - kommt wann die Anzahl der Zellen in der Population hört auf zu steigen. Dies liegt daran, dass es ein Gleichgewicht zwischen der Anzahl neu gebildeter und absterbender Zellen gibt. Die Anzahl lebender Bakterienzellen in der Population pro Volumeneinheit des Nährmediums in der stationären Phase wird mit bezeichnet M-Konzentration. Dieser Indikator ist ein charakteristisches Merkmal für jede Bakterienart;

‣‣‣ 4. - Sterbephase (logarithmischer Tod) - charakterisiert das Vorherrschen der Anzahl toter Zellen in der Population und die fortschreitende Abnahme der Anzahl lebensfähiger Zellen in der Population. Die Beendigung des Wachstums der Anzahl (Reproduktion) der Population von Mikroorganismen erfolgt aufgrund der Erschöpfung des Nährmediums und / oder der Ansammlung von Stoffwechselprodukten mikrobieller Zellen darin. Aus diesem Grund kann man durch Entfernung von Stoffwechselprodukten und/oder Austausch des Nährmediums, durch Regulierung des Übergangs der mikrobiellen Population von der stationären Phase in die Absterbephase, schaffen Offenes biologisches System Streben, das dynamische Gleichgewicht auf einer bestimmten Ebene der Bevölkerungsentwicklung zu beseitigen.

Dieser Prozess des Wachstums von Mikroorganismen wird als Fließkultur (kontinuierliche Kultur). Das Wachstum in kontinuierlicher Kultur ermöglicht die Gewinnung großer Bakterienmassen während der Durchflusskultivierung in speziellen Geräten (Chemostaten und Turbidisten) und wird in der Herstellung von Impfstoffen sowie in der Biotechnologie zur Gewinnung verschiedener biologisch aktiver Substanzen verwendet, die von Mikroorganismen produziert werden.

Es ist auch möglich, Stoffwechselvorgänge während des gesamten Zellteilungszyklus zu untersuchen synchrone Kulturen - solche Bakterienkulturen, die alle Mitglieder der Population sind in einer Phase des Zyklus. Dies wird durch spezielle Anbautechniken erreicht.

Gleichzeitig schaltet die synchronisierte Zellsuspension nach mehreren gleichzeitigen Teilungen allmählich wieder auf asynchrone Teilung um, so dass die Zellzahl anschließend nicht stufenweise, sondern kontinuierlich zunimmt.

3. Bei der Kultivierung auf dichten Nährmedien bilden sich Bakterien Kolonien - eine mit bloßem Auge sichtbare Ansammlung von Bakterien der gleichen Art, das ist meistens der Nachkomme einer einzelnen Zelle.

Kolonien von Bakterien verschiedener Arten sind unterschiedlich:

‣‣‣ Form;

‣‣‣ Wert;

‣‣‣ Transparenz;

‣‣‣ Farbe;

‣‣‣ Höhe;

‣‣‣ die Beschaffenheit der Oberfläche und Kanten;

‣‣‣ Konsistenz.

Das Wesen der Kolonien eines der taxonomischen Merkmale von Bakterien.

44. Definition und Wesen der Begriffe "Biosphäre" und "Biozönose". Moderne Vorstellungen über die Evolution von Mikroben.

In der Natur bewohnen Mikroorganismen nahezu jede Umgebung (Boden, Wasser, Luft) und sind viel weiter verbreitet als andere Lebewesen. Dank vielfältiger Mechanismen zur Verwertung von Nahrungs- und Energiequellen sowie einer ausgeprägten Anpassung an äußere Einflüsse können Mikroorganismen dort leben, wo andere Lebensformen nicht überleben.

Die natürlichen Lebensräume der meisten Organismen sind Wasser, Boden und Luft. Die Zahl der Mikroorganismen, die auf Pflanzen und in tierischen Organismen leben, ist viel geringer. Die weite Verbreitung von Mikroorganismen ist mit der Leichtigkeit ihrer Verbreitung durch Luft und Wasser verbunden; Insbesondere die Oberfläche und der Boden von Süß- und Salzwasserkörpern sowie mehrere Zentimeter des Oberbodens sind reich an Mikroorganismen, die organische Stoffe zerstören. Eine kleinere Anzahl von Mikroorganismen besiedelt die Oberfläche und einige innere Hohlräume von Tieren (z. B. Magen-Darm-Trakt, obere Atemwege) und Pflanzen.

In Lebensräumen bilden sich Mikroorganismen Biozönosen[aus dem Griechischen. bios, Leben + koinos, Gemeinschaft] - komplexe Assoziationen mit spezifischen und oft ungewöhnlichen Beziehungen. Jede mikrobielle\\Gemeinschaft in einer bestimmten Biozönose bildet spezifisch autochthone Mikroorganismen[aus dem Griechischen. Autos, besitzen, + chthon, Land, Ort], d. h. Mikroben, die einem bestimmten Gebiet eigen sind.

Symbiose[aus dem Griechischen. Symbiose, Zusammenleben] - die gemeinsame langfristige Existenz von Mikroorganismen in langlebigen Gemeinschaften. Die Beziehung, in der sich der Mikroorganismus außerhalb der Zellen des Wirts (größerer Organismus) befindet, wird als Ektosymbiose bezeichnet, wenn er sich innerhalb der Zellen befindet, als Endosymbiose. Typische ektosymbiotische Mikroben - Escherichia coli, Geburtsbakterien Bakteroide und Bifidobakterium, Proteus vulgaris, sowie andere Vertreter der Darmflora. Als Beispiel für Endosymbiose kann man Plasmide betrachten, die beispielsweise bakterielle Resistenz gegen Medikamente vermitteln. Symbiotische Beziehungen werden auch nach den Vorteilen aufgeteilt, die jeder der Partner erhält.

Mutualismus[von lat. Mutus, gegenseitig] - eine für beide Seiten vorteilhafte symbiotische Beziehung. Mikroorganismen produzieren also biologisch aktive Substanzen, die für den Wirtsorganismus notwendig sind (z. B. B-Vitamine). Gleichzeitig sind in Makroorganismen lebende Endo- und Ektosymbionten vor widrigen Umweltbedingungen (Austrocknung und extreme Temperaturen) geschützt und haben ständigen Zugang zu Nährstoffen. Die überraschendste aller Formen des Mutualismus ist die Kultivierung bestimmter Pilze durch Insekten (Käfer und Termiten). Einerseits trägt dies zu einer weiteren Ausbreitung von Pilzen bei, andererseits

mj bietet den Larven eine konstante Nährstoffquelle. Dies erinnert an die menschliche Kultivierung von Nutzpflanzen und Mikroorganismen.

Kommensalismus- eine Art Symbiose, bei der nur ein Partner profitiert (ohne dem anderen „sichtbaren“ Schaden zuzufügen); Mikroorganismen, die an solchen Beziehungen beteiligt sind, sind Kommensalen [von lat. Bienenwabe, mit, + Mensa, Tisch; wörtlich - Gefährten]. Kommensale Mikroorganismen besiedeln die Haut und Hohlräume des menschlichen Körpers (z. B. den Magen-Darm-Trakt), ohne "scheinbare" Schäden zu verursachen; ihre Gesamtheit ist die normale mikrobielle Flora (natürliche Mikroflora). Typische ektosymbiotische kommensale Organismen sind Escherichia coli, Bifidobakterien, Staphylokokken, Laktobazillen. Viele kommensale Bakterien gehören zur opportunistischen Mikroflora und können unter bestimmten Umständen (z. B. wenn sie während medizinischer Eingriffe in die Blutbahn gelangen) Krankheiten des Makroorganismus verursachen.

Wachstum und Vermehrung von Bakterien. Mechanismus und Reproduktionsrate. Phasen der mikrobiellen Vermehrung. - Konzept und Typen. Klassifizierung und Merkmale der Kategorie "Wachstum und Vermehrung von Bakterien. Mechanismus und Vermehrungsrate. Phasen der Vermehrung von Mikroben." 2017, 2018.

Zellen werden wie jeder lebende Organismus geboren, leben und sterben. Das Wachstum und die Vermehrung von Bakterien ist sehr schnell, sie könnten den gesamten Lebensraum auf dem Planeten erobern, wenn nicht ihre Zerbrechlichkeit und einschränkenden Faktoren (Temperatur, Säuregehalt, Nahrungsmangel usw.) wären. Unter günstigen Bedingungen dauert die Zellverdopplung durchschnittlich etwa eine halbe Stunde. In kritischen Situationen können jedoch einige Arten von Mikroorganismen (sporenbildende Bakterien) Sporen bilden und längere Zeit „überwintern“.

Die schnelle Vermehrung von Bakterien hat Vor- und Nachteile. Der Einsatz von Mikroorganismen in der Biotechnologie (Hefe, Milchsäure, stickstoffbindende Organismen, Schimmelpilze etc.) zielt auf die Verbesserung der Lebensqualität ab. Das unkontrollierte Wachstum von krankheitserregenden (pathogenen) Mikroben ist jedoch gefährlich für den Menschen. Auch die eigene Mikroflora eines Menschen kann der Gesundheit schaden. In der Medizin gibt es das Konzept des bakteriellen Überwucherungssyndroms, bei dem die Anzahl opportunistischer Mikroben im menschlichen Körper dramatisch ansteigt, was eine Bedrohung für die Gesundheit darstellt.

Zellwachstum und Reproduktion sind zwei unterschiedliche Prozesse. Unter Wachstum versteht man eine Zunahme der Zellmasse durch die Bildung aller zellulären Strukturen. Fortpflanzung ist die Zunahme der Anzahl von Zellen in einer Kolonie. Es gibt binäre Spaltung, Knospung und genetische Rekombination (ein Prozess, der der sexuellen Fortpflanzung ähnelt).

Die meisten prokaryotischen (nicht-nuklearen) Zellen, zu denen alle Bakterien gehören, vermehren sich durch Teilung (binäre Spaltung). Auf diese Weise vermehren sich beispielsweise Milchsäurebakterien. Der Prozess beginnt mit der Vervielfältigung des bakteriellen Chromosoms (ein DNA-Molekül, das den Zellkern ersetzt) ​​und verläuft in mehreren Stufen:

• die Zelle verlängert sich;
• die äußere Hülle "wächst" nach innen und bildet eine Querwand (Einschnürung);
• zwei neue (Tochter-)Zellen divergieren in verschiedene Richtungen.

Das Ergebnis sind zwei identische Organismen.

Einzelne Mikroorganismen teilen sich durch Knospung, aber das ist eher eine Ausnahme von der allgemeinen Regel. Der Vorgang besteht in der Bildung eines kurzen Vorsprungs an einem der Pole der Zelle, in den eine der Hälften des abgetrennten Nukleoids (DNA-Moleküle mit genetischer Information) „driftet“. Dann wächst die Ausstülpung und trennt sich von der Mutterzelle.

Es gibt eine weitere Option, die der sexuellen Fortpflanzung ähnelt - die genetische Rekombination. In diesem Fall findet ein Austausch genetischer Informationen statt und das Ergebnis ist eine Zelle, die die Gene ihrer Eltern enthält. Es gibt drei Möglichkeiten, genetische Informationen zu übertragen:

• Konjugation - direkte Übertragung (kein Austausch) eines Teils der DNA beim Kontakt von einem Bakterium zum anderen (der Prozess geht nur in eine Richtung);
• Transduktion - die Übertragung eines DNA-Fragments mit einem Bakteriophagen (Bakterienvirus);
• Transformation ist die Aufnahme der genetischen Information toter oder zerstörter Zellen aus der Umwelt.

Somit werden untereinander identische Zellen nur als Ergebnis einer binären Spaltung und Knospung erhalten. Während der genetischen Rekombination erfährt die Zelle Veränderungen, entwickelt neue Eigenschaften und erhält andere Funktionen.

Geschwindigkeit und Phasen des Wachstums von Mikroorganismen

In Nährmedien laufen Wachstum und Vermehrung von Bakterien in mehreren Stufen ab, die sich in der Menge an verfügbarer Nahrung und der Ansammlung von Abfallprodukten unterscheiden:

1. Die erste Phase (latent) wird durch die Anpassungsfaktoren an das Nährmedium bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt gewöhnen sich Mikroorganismen gerade an neue Bedingungen. Bakterienwachstum wird nicht beobachtet.
2. Die zweite Phase (exponentiell) ist durch ein exponentielles Wachstum gekennzeichnet (Anstieg entlang der Exponentialkurve). Während dieser Zeit wachsen Bakterienzellen aktiv und nutzen dabei alle verfügbaren Nahrungsmittel (maximale Wachstumsrate). Ab einer bestimmten Größe beginnt sich das Bakterium zu teilen, und der Fortpflanzungsprozess läuft mit konstanter Geschwindigkeit ab, da die Nahrungsvorräte noch ausreichen. Durch die erhöhte Wachstums- und Vermehrungsrate reichern sich Abfallprodukte (Toxine) in der Umwelt an. Gegen Ende der Phase beginnt die Wachstumsrate abzunehmen.
3. Die dritte Phase ist durch stationäres Wachstum gekennzeichnet, d.h. die Zahl der „neugeborenen“ Zellen fällt mit der Zahl der abgestorbenen zusammen. Die Wachstums- und Reproduktionskurve in diesem Segment steigt nicht mehr an. Die Wachstumsrate verlangsamt sich. Für einige Zeit bleibt die Gesamtzahl der Bakterien im Nährmedium unverändert. Durch das Erscheinen neuer „Familienmitglieder“ werden jedoch die Nährstoffreserven reduziert und die Giftigkeit der Umwelt nimmt zu. Dieser Prozess verschlechtert die Lebensbedingungen der gesamten Kolonie.
4. Die vierte Phase - der Tod von Mikroorganismen - tritt als Folge einer katastrophalen Abnahme der Nahrung und einer Zunahme der Toxizität der Umwelt auf. Die Zahl der lebenden Organismen nimmt stetig ab, schließlich gibt es weniger lebensfähige Zellen als ihre toten Gegenstücke.

Die Geschwindigkeit des kinetischen Wachstums einer Bakterienkolonie hängt weitgehend von der Art der Bakterien, der Zusammensetzung der Nährmedien, der Anzahl der ausgesäten (in das Medium eingebrachten) Zellen, dem Alter der Kultur, der Atmungsmethode und einer Reihe von Faktoren ab andere Faktoren. Beispielsweise ist es für die Vermehrung von Milchsäurebakterien wichtig, die Temperaturen in einem ziemlich engen Bereich (25-30⁰С) und einen bestimmten Säuregehalt des Mediums (pH) aufrechtzuerhalten. Für die Vermehrung von aeroben und anaeroben Zellen wird das Vorhandensein oder Fehlen von Sauerstoff zur Atmung zu einem entscheidenden Faktor, und sporenbildende Zellen benötigen eine ausreichende Menge an Nahrung.

Bedingungen für das Wachstum von Mikroben in künstlichen Umgebungen

Für Studium (Medizin, Mikrobiologie) und Gebrauch (Industrie) werden Bakterienkulturen auf künstlichen Nährböden gezüchtet, die nach Konsistenz, Herkunft und Verwendungszweck eingeteilt werden:

• flüssige, halbflüssige und dichte (feste) künstliche Medien;
• tierische, pflanzliche oder synthetische Medien (chemisch reine Verbindungen in genau definierter Konzentration);
• konventionelle (universelle), differentielle (verschiedene Bakterienarten), spezielle, selektive oder Anreicherungsmedien (Unterdrückung des Wachstums unerwünschter Mikroben).

Es gibt Bakterien, die besondere Bedingungen erfordern. Beispielsweise werden anaerobe Mikroorganismen (sowohl sporenbildende als auch nicht sporenbildende) unter anaeroben Bedingungen (ohne Sauerstoff) kultiviert. Für aerobe Zellen wird Sauerstoff zu einem entscheidenden Faktor bei der Fortpflanzung. Fakultative Anaerobier sind in der Lage, ihre Atmung abhängig von den Bedingungen zu verändern. Die sporenbildenden aeroben Organismen, die zur Herstellung von Probiotika verwendet werden, reagieren sehr empfindlich auf reduzierte Ernährung und Qualität. Sporenbildende Anaerobier benötigen die vollständige Abwesenheit von Sauerstoff. Das Grundprinzip der Kultivierung von Mikroorganismen ist die Schaffung günstiger Bedingungen (Ernährung, Atmung, Temperatur), was manchmal gewisse Schwierigkeiten mit sich bringt.

Für die Kultivierung von Anaerobiern wird also die Methode der tiefen Aussaat verwendet, d. H. Eine Bakterienkultur wird in die Tiefe eines dichten Nährmediums eingebracht, der Wachstumsatmosphäre werden Sauerstoff absorbierende Chemikalien zugesetzt oder Luft wird abgepumpt und ersetzt es mit einem Inertgas. Bei sporenbildenden Bakterien wird ein Inhibitor der Proteinsynthese in das Nährmedium eingebracht, wodurch der Prozess der Sporenbildung gestoppt wird.

Kultivierung von Mikroorganismen

Kultivierung bezeichnet die künstliche Kultivierung von Zellen unter kontrollierten Bedingungen. Oberstes Ziel ist es, aus Bakterien oder mit Hilfe von Bakterien ein biologisches Produkt zu gewinnen. Solche Medikamente können therapeutisch, diagnostisch, prophylaktisch sein. Es gibt mehrere Anbaumethoden:

1. Das stationäre Verfahren zeichnet sich durch die Konstanz der Umgebung aus, es erfolgt kein Eingriff in den Prozess. Bei dieser Kultivierungsmethode in flüssigen Nährmedien liefern anaerobe Organismen jedoch einen unbedeutenden Ertrag.
2. Die Submerskulturmethode wird in der Industrie verwendet, um bakterielle Biomasse zu züchten. Zu diesem Zweck werden spezielle Behälter verwendet. Wachstumsfaktoren halten die Temperatur aufrecht und versorgen flüssige Medien mit Nährstoffen. Zusätzlich erfolgt bei Bedarf eine Durchmischung oder Sauerstoffzufuhr (zur Beatmung aerober Bakterien).
3. Die Flow-Media-Methode (industrielle Kultivierung) basiert auf der ständigen Aufrechterhaltung der Kultur in der exponentiellen Wachstumsphase. Dies wird durch die kontinuierliche Zufuhr von Nährstoffen und den Abtransport von toxischen Abfallprodukten aus den Zellen erreicht. Diese Technologie ermöglicht es, die maximale Ausbeute verschiedener biologisch aktiver Substanzen (Antibiotikapräparate, Vitamine usw.) zu erreichen.

Eines der wichtigsten industriellen Präparate ist die Kultur von Milchsäurebakterien, die zur Herstellung von Milchferment, Sauerkraut, Futtersilierung und zur Herstellung eines Blutplasma-Ersatzes verwendet werden. Um ein garantiertes Endergebnis zu erhalten, muss die resultierende Qualität der Milchsäurebakterien streng kontrolliert werden.

Sie benötigen ein geeignetes Nährmedium und ein Präparat mit einer im Labor gezüchteten Reinkultur von Milchsäurebakterien. Außerdem wird der Kultivierungsprozess bis zum Einsetzen der dritten Phase (Gleichgewicht) ausgesetzt, wonach Sie mit dem Sammeln der "Ernte" von Milchsäurebakterien beginnen können.

bakterielles Überwucherungssyndrom

Nicht immer ist das Wachstum von Bakterienzellen vorteilhaft, eine übermäßige Zunahme der Bakterienpopulation im menschlichen Körper kann gesundheitsschädlich sein. Die Verletzung der qualitativen und quantitativen Zusammensetzung der Darmflora wird als klinisches Syndrom der bakteriellen Überwucherung bezeichnet. Ärzte sagen, dass es nicht ganz richtig ist, den Begriff "Dysbakteriose" zu verwenden, um diesen Prozess zu beschreiben. Tatsache ist, dass die Anzahl der für den Körper nützlichen anaeroben Bakterien (Bifidobakterien) wirklich abnimmt, aber die Anzahl der bedingt pathogenen Zellen (z. B. aerobe Escherichia coli) zunimmt.

Verschiedene Bakterien leben in verschiedenen Teilen des Magen-Darm-Trakts. Im Dünndarm ändert sich bei Bewegung allmählich die Zusammensetzung der Mikroflora und die Anzahl der Mikroorganismen. Aerobe (in einer Sauerstoffumgebung wachsende) Bakterienarten weichen allmählich anaeroben (sauerstofffreien Umgebungen). Beim klinischen Syndrom der Überwucherung verschiebt sich das Bakterienspektrum hin zu gramnegativen (am pathogensten), fakultativ aeroben und anaeroben Organismen.

Wenn Sie sich dem Dickdarm nähern, nimmt die Anzahl der anaeroben Bakterien (Bifidobakterien und Bakteroide) zu. Die Hauptvertreter der anaeroben Mikroflora - Bifidobakterien - sind für die Synthese von Proteinen, B-Vitaminen, verschiedenen Säuren und anderen lebensnotwendigen Substanzen verantwortlich. Aerobe Mikroorganismen (E. coli) produzieren eine Reihe von Vitaminen und Säuren, die an der Verdauung und Unterstützung der Immunität beteiligt sind.

Milchsäurebakterien sind ein weiterer Vertreter der Darmflora. Sie gehören zu den mikroaerophilen Organismen, d.h. einer der Faktoren für das Wachstum und die Vermehrung von Milchsäurebakterien ist Sauerstoff, jedoch in sehr geringen Mengen. Diese Mikroorganismen sind für die Regulierung des Säuregehalts des Magen-Darm-Trakts verantwortlich und hemmen dadurch das Wachstum von Fäulnisbakterien.

Jede Bakterienart erfüllt ihre eigene, klar definierte Funktion. Beim Überwucherungssyndrom dringt die fäkale Mikroflora, die normalerweise im Dickdarm lebt (E. coli oder anaerobe Zellen), in den Dünndarm ein. Die quantitative und qualitative Zusammensetzung der bakteriellen Mikroflora ändert sich, die Ausführung bestimmter Funktionen verlangsamt sich oder wird unmöglich. Es gibt Bedingungen für das Wachstum und die Vermehrung von pathogenen Bakterien.

Klinische Kriterien für die Krankheit

Das Kriterium für die Entwicklung des bakteriellen Überwucherungssyndroms kann sein:

• Verdauungsstörungen, verminderte Immunität, Veränderungen des Säuregehalts des Magens;
• Verletzung der Integrität des Darmtraktes;
• Folgen eines chirurgischen Eingriffs;
• Erkrankungen des Gastrointestinaltrakts;
• betonen;
• unkontrollierte Einnahme von Antibiotika.

Klinische Manifestationen des bakteriellen Überwucherungssyndroms sind leicht mit anderen Krankheiten zu verwechseln, oft überlappen sie sich und verzerren das Bild vollständig. In solchen Fällen ist eine Diagnose nur mit Hilfe spezieller Tests zur Identifizierung des Überwucherungssyndroms möglich, die nicht nur die Anzahl, sondern auch die Bakterienart bestimmen. Mit diesem Ansatz können Sie die erforderlichen Medikamente auswählen, um die Zusammensetzung der Mikroflora zu korrigieren.

Klinische Symptome der Krankheit:

• Durchfall und Blähungen treten in einem frühen Stadium der Krankheit auf;
• Blähungen und krampfartige Schmerzen;
• Müdigkeit, Schwäche;
• schneller Gewichtsverlust.

Antibakterielle Medikamente werden zur Behandlung des Überwucherungssyndroms eingesetzt. Um die Mikroflora wiederherzustellen, werden in Zukunft probiotische und präbiotische Präparate benötigt.

Eine große Vielfalt von Bakterienzellen (autotrophe und heterotrophe, aerobe und anaerobe, sporenbildende und nicht sporenbildende usw.) diktiert bestimmte Bedingungen für ihre Vermehrung. Das Grundprinzip des Anbaus im industriellen Maßstab ist die strenge Kontrolle der Umweltbedingungen und Wachstumsraten. In der Natur gibt es selten ideale Umgebungen für die Entwicklung von Mikroorganismen. Andernfalls hätten Bakterien längst den gesamten verfügbaren Raum ausgefüllt.

Der Begriff "Wachstum" bedeutet eine Zunahme der zytoplasmatischen Masse einer einzelnen Zelle oder Bakteriengruppe als Ergebnis der Synthese von Zellmaterial. Ab einer bestimmten Größe hört die Zelle auf zu wachsen und beginnt sich zu vermehren. Unter Reproduktion versteht man die Fähigkeit von Mikroorganismen, sich selbst zu reproduzieren, d.h. Erhöhung der Anzahl von Individuen pro Volumeneinheit. Reproduktion ist also eine Zunahme der Anzahl von Individuen einer mikrobiellen Population.

Bakterien vermehren sich hauptsächlich durch einfache Querteilung (vegetative Vermehrung) in verschiedenen Ebenen. Der Teilungsprozess beginnt mit der Bildung eines Querseptums, das das Zytoplasma der Mutterzelle in zwei Tochterzellen teilt. Bei der Teilung findet eine DNA-Replikation statt, sodass jede Tochterzelle ihre Erbinformation von der Mutterzelle erhält.

Bei Pilzen gibt es drei Arten der Fortpflanzung: vegetativ, asexuell und sexuell.

Während der vegetativen Vermehrung werden Teile des Myzels vom Myzel getrennt, die sich entwickeln und ein neues Myzel bilden.

Die asexuelle Fortpflanzung erfolgt mit Hilfe von Sporen, die in speziellen Sporulationsorganen heranreifen. Reife Sporen werden in die Umgebung freigesetzt und keimen unter günstigen Bedingungen, wodurch neue Hyphen entstehen. Eine Art asexueller Fortpflanzung keimt auf. Dieser Vorgang ist typisch für Hefepilze.

Bei der sexuellen Fortpflanzung geht der Sporulation die Verschmelzung haploider männlicher und weiblicher Gameten voraus. Dadurch entsteht eine Zygote und die diploide Phase beginnt mit einem gepaarten Chromosomensatz. Der sexuelle Prozess bei verschiedenen Pilzarten verläuft unterschiedlich und hat seine eigenen Merkmale.

DNA-Replikation und Zellteilung erfolgen mit einer bestimmten Geschwindigkeit, die von der Art des Mikroorganismus, dem Alter der Kultur, der Zusammensetzung des Nährmediums, der Temperatur, der Anwesenheit oder Abwesenheit von Sauerstoff und einigen anderen Faktoren abhängt. So bildet sich bei Escherichia coli nach 15 ... 30 Minuten eine neue Generation, bei nitrifizierenden Bakterien - nach 5 ... 10 Stunden und bei Mycobacterium tuberculosis - nach 18 ... 24 Stunden Je optimaler die Bedingungen sind, desto schneller erfolgt die mikrobielle Zellteilung. Bei demselben Escherichia coli erfolgt die Teilung bei Kultivierung in Peptonwasser nach 33 Minuten und bei Kultivierung in Fleisch-Pepton-Brühe nach 23 Minuten. Auch die Umgebungstemperatur hat einen großen Einfluss auf die Spaltrate. So erfolgt bei pathogenen Mikroorganismen, die an die Körpertemperatur von Tieren und Menschen angepasst sind, die Reproduktion bei einer Temperatur von 37 ... 39 0 C um ein Vielfaches schneller als bei einer Temperatur von 18 ... 20 0 C.

Die Vermehrung von Mikroorganismen erfolgt zwar schnell, aber nicht grenzenlos. Unter natürlichen Bedingungen gibt es viele Faktoren, die das Wachstum mikrobieller Populationen begrenzen. Dazu gehören: Erschöpfung des Nährmediums, ungünstige Temperatur, Licht, Abfallprodukte der Mikroorganismen selbst, die sich im Nährmedium anreichern. Der Entwicklungsprozess einer Bakterienpopulation auf einem nicht austauschbaren Medium verläuft ungleichmäßig, hat jedoch seine eigenen Muster und eine bestimmte Reihenfolge. Dabei ist es üblich, mehrere Phasen zu unterscheiden. Die Phasen der Entwicklung einer Bakterienpopulation unterscheiden sich in Zeit und Anzahl lebender und sterbender Mikroorganismen. Die Entwicklungsgeschichte jeder einzelnen Population wird sich erheblich unterscheiden, die Reihenfolge, in der eine Phase die andere ablöst, bleibt unverändert.

ICH.Anfangsphase (stationäre, latente, Ruhephase). Repräsentiert den Zeitraum vom Aussäen von Bakterien auf einem Nährboden bis zum Beginn ihres Wachstums. In dieser Phase nimmt die Anzahl der Bakterien nicht zu und kann sogar abnehmen.

II.Fortpflanzungsverzögerungsphase. Während dieser Zeit wachsen Bakterienzellen intensiv, vermehren sich aber schwach. Die Dauer beträgt etwa zwei Stunden und hängt von einer Reihe von Bedingungen ab: dem Alter der Kultur, den biologischen Eigenschaften der Mikroorganismen, der Brauchbarkeit des Nährmediums, der Temperatur usw.

III.logarithmische Phase. Während dieser Zeit sind die Zellreproduktionsrate und die Bevölkerungszunahme maximal.

IV.Phase der negativen Beschleunigung. Es entsteht durch Erschöpfung des Nährmediums, d.h. die spezifischen Nährstoffe, die für die Lebensfähigkeit dieser Art notwendig sind, gehen zur Neige. Die Vermehrungsrate von Bakterien nimmt ab, die Zahl der sich teilenden Individuen nimmt ab und die Zahl der Todesopfer steigt.

v.Stationäre Phase des Maximums. Die Zahl der neuen Bakterien ist fast gleich der Zahl der toten, d.h. Es besteht ein Gleichgewicht zwischen den absterbenden Zellen und den neu gebildeten.

VI.Beschleunigungsphase des Todes. Die Überlegenheit der Anzahl toter Zellen gegenüber neu gebildeten schreitet voran.

VII.Phase des logarithmischen Todes. Der Zelltod tritt mit konstanter Geschwindigkeit auf.

Reproduktion

n Bakterien vermehren sich Zellteilung, seltener durch Knospen, Actinomyceten - durch Sporen und Fragmentierung.

n Gramnegative Bakterien werden durch Einschnürung geteilt.

n Grampositive Bakterien teilen sich durch Einwachsen synthetisierter Trennwände in die Zelle

Nach dem Einbringen in das Medium passen sich die Bakterien an dessen Bedingungen an und vermehren sich relativ langsam (Lag-Phase). Dann kommt die exponentielle Wachstumsphase (exponentielle Phase). Außerdem ist die Umwelt erschöpft, toxische Stoffwechselprodukte sammeln sich darin an, was sich in einer Abnahme der Reproduktionsrate und einem Ende der Zunahme der Zellzahl (stationäre Phase) äußert.

Das Wachstum in einer periodischen Kultur gehorcht also Gesetzmäßigkeiten, die nicht nur für Einzeller, sondern auch für Mehrzeller gelten. Anschließend kann die Bakterienkultur absterben oder stark reduziert werden (Todphase). Sporenbildner gehen in das Stadium der Sporulation über, bei sporenbildenden Arten ist die Bildung anabiotischer Formen möglich (su). Teilweise werden zusätzlich die Wachstumsbeschleunigungsphase (Beginn der exponentiellen Phase) und die Wachstumsverzögerungsphase (Übergang in die stationäre Phase) unterschieden.

Verzögerungsphase Das Wachstum von Bakterien entspricht einer Periode der physiologischen Anpassung, einschließlich der Induktion von Enzymen, der Synthese und des Zusammenbaus von Ribosomen. Die Dauer der Phase hängt hauptsächlich vom Alter des Bakterieninokulums und den vorherigen Kulturbedingungen ab.Wenn das Inokulum aus einer alten Kultur (in der stationären Wachstumsphase) entnommen wird, brauchen die Bakterien Zeit, um sich an die neuen Bedingungen anzupassen. Wenn die Energie- und Kohlenstoffquellen in der neuen Umgebung sich von denen in der vorherigen Kultur unterscheiden, kann die Anpassung an neue Bedingungen die Synthese neuer Enzyme erfordern, die zuvor nicht benötigt wurden.

Exponentielle Phase Das Bakterienwachstum (logarithmisch) ist durch die maximale Zellteilungsrate gekennzeichnet. Für eine bestimmte Bakterienart unter bestimmten Wachstumsbedingungen ist die Generationszeit (d. h. die Zeit, die benötigt wird, um die Anzahl der Bakterien zu verdoppeln) während der gesamten logarithmischen Phase konstant, variiert jedoch zwischen Arten und Stämmen und hängt auch von der Zusammensetzung des Mediums ab Anbaubedingungen. Die Generationszeit auf dem optimalen Medium kann kurz (für Escherichia coli 20 min) oder lang (für Mycobacterium tuberculosais 6 h) sein. In dieser Phase erfolgt die maximale Akkumulation von bakteriellen Metaboliten (z. B. Toxinen, Bacteriocinen) im Medium.

Stationäre Phase Bakterienwachstum. Während dieser Zeit wird die Verfügbarkeit essentieller Nährstoffe zum limitierenden Faktor. Zwischen Zellwachstum und -teilung und dem Prozess des Zelltods wird ein Gleichgewicht hergestellt. Sporenbildende Bakterien (z. B. die Gattungen Bacillus und Clostridium) können in die Sporulationsphase eintreten, die aktiviert wird, wenn sich die Bakterien unter Bedingungen eingeschränkter Ernährung befinden. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird das Verhältnis von sterbenden, neu gebildeten und ruhenden Zellen stabil; ein solcher Zustand ist als maximale stationäre Phase bekannt. Die Biomasse von Bakterien in der stationären Phase wird als "Ertrag" oder "Biomasseertrag" (Differenz zwischen maximaler und anfänglicher Biomasse) bezeichnet; oder "Wirtschaftskoeffizient", wenn das Biomassewachstum auf eine Einheit wachstumsbegrenzendes Substrat bezogen wird.

Sterbephase(Abnahme, Lyse) umfasst eine Periode des logarithmischen Todes, die sich in eine Periode der Abnahme der Todesrate von Bakterien verwandelt. Die Gründe für das Absterben von Bakterien in normalen Nährmedien sind nicht vollständig geklärt. Es gibt klare Fälle, in denen sich Säuren im Medium ansammeln (während des Wachstums von Escherichia, Lactobacillus). Manchmal werden Bakterien durch ihre eigenen Enzyme zerstört (Autolyse). Die Sterblichkeitsrate variiert stark in Abhängigkeit von den Lebensraumbedingungen und den Eigenschaften des Mikroorganismus (z. B. sterben Enterobakterien langsam und Bazillen sterben schnell ab).

Deep-Culture-Methode Bakterien werden bei der industriellen Kultivierung von bakterieller Biomasse verwendet, für die spezielle Kesselreaktoren verwendet werden. Sie sind mit Systemen ausgestattet, um die Temperatur zu halten, der Brühe verschiedene Nährstoffe zuzuführen, die Biomasse zu mischen und ständig Sauerstoff zuzuführen. Die Schaffung aerober Bedingungen über die gesamte Dicke des Mediums trägt zum Fluss von Energieprozessen entlang des aeroben Wegs bei, was zur maximalen Ausnutzung des Energiepotentials von Glucose und folglich zum maximalen Biomasseertrag beiträgt.

Flow-Media-Methode(industrielle Kultivierungsmethode) ermöglicht es Ihnen, die Bakterienkultur ständig in der exponentiellen Wachstumsphase zu halten, was durch die ständige Zufuhr von Nährstoffen und die Entfernung einer bestimmten Anzahl von Bakterienzellen erreicht wird. Das Vorhandensein von Bakterien in der Phase des exponentiellen Wachstums gewährleistet die maximale Ausbeute verschiedener biologisch aktiver Substanzen (Vitamine, Antibiotika usw.).

Das Wachstum einer Bakterienzelle sollte als Zunahme der Masse ihres Zytoplasmas verstanden werden, die als Ergebnis der Synthese von Zellmaterial im Ernährungsprozess auftritt. Das Wachstum einer Bakterienpopulation durchläuft 4 Phasen: 1) Verzögerungsphase, 2) exponentielle oder logarithmische Phase, 3) stationäre Phase, 4) Absterbephase.

LAG-PHASE (4–5 Stunden) Tritt auf, nachdem der Samen in das Medium eingeführt wurde. Dies ist die Phase der Anpassung von Bakterien an ein Nährmedium, in der eine unterschiedliche Aktivierung von Exo- und Endoenzymen zur anschließenden Durchführung einer Enzym-Substrat-Reaktion erfolgt. Bei einem stabilen DNA-Gehalt steigt das bakterielle Protein und die RNA stark an.

LAG-PHASE (4-5 Stunden) Die Dauer der lag-Phase ist in der Regel kurz, wird in Stunden gemessen und hängt von der Art der Bakterien, der Aussaatmenge auf einem gegebenen Medium, dem Zustand der Kultur, die zum Wachsen verwendete Temperatur und die Zusammensetzung des Nährmediums. In Ermangelung sichtbarer Wachstumserscheinungen in der Verzögerungsphase kommt es zu einer Zunahme der Biomasse, wodurch die Größe der Bakterienzelle um ein Vielfaches zunimmt.

LAG-PHASE (4-5 Stunden) Nach Erreichen einer bestimmten Größe, „Anhäufung“ der erforderlichen Menge an Protein, RNA und DNA, Aktivierung von Exo- und Endoenzymen, beginnt die Bakterienzelle sich aktiv zu teilen. Die Vermehrung von Bakterien erfolgt durch transversale Zellteilung.

LOGARITHMISCHE WACHSTUMSPHASE (5 - 6 Stunden) Dies ist die Reproduktionsphase, die durch die binäre Teilung der Mutterzelle in zwei Tochterzellen erfolgt. „Eine Kettenreaktion aus fortschreitend beschleunigter binärer Spaltung von Bakterienzellen führt zu einer schnellen Zunahme der Bakterienmasse im Nährmedium, einem intensiven Verbrauch ihres Energiesubstrats und einer Anhäufung von bakteriellen Stoffwechselprodukten.

STATIONÄRE WACHSTUMSPHASE Dadurch wird das Umfeld für das weitere Wachstum und die Vermehrung von Bakterien immer ungünstiger. Während der stationären Phase bleibt die Reproduktionsrate konstant. Je nach Art der kultivierten Bakterien kann es lange dauern, danach beginnt die vierte Stufe -

DIE PHASE Die Todesphase ist durch den fortschreitenden Tod von Bakterienzellen in logarithmischer Weise gekennzeichnet. Die Dauer dieser Phase beträgt 48 Stunden bis zu mehreren Wochen.

Die Art des Bakterienwachstums auf flüssigen Nährmedien ist unterschiedlich - diffuse Trübung des Nährmediums, - Film- oder Sedimentbildung (bodennahes Wachstum), - Wachstum in Form eines "Watteknäuels". Das Wachstumsmuster auf einem flüssigen Nährmedium dient zur Unterscheidung von Bakterien.

Nährmedien Für die Kultivierung von Bakterien unter Laborbedingungen werden künstliche Nährmedien unterschiedlicher Zusammensetzung verwendet. Für die Anzucht (primary) werden gewöhnliche oder einfache Nährmedien (Fleisch-Pepton-Agar, Fleisch-Pepton-Bouillon) verwendet. Komplexe umfassen elektive und differenzialdiagnostische Nährmedien.

Nährmedien Wahlmedien sorgen für das Wachstum nur einer bestimmten Art von Mikroorganismen, während die begleitende Mikroflora durch spezielle Zusätze unterdrückt wird. Differenzialdiagnostische Nährmedien dienen der Untersuchung der biochemischen Eigenschaften von Mikroorganismen und ermöglichen die Unterscheidung von Bakterien nach enzymatischer Aktivität.

KLASSIFIZIERUNG VON MIKROORGANISMEN Als neue Arten von Bakterien untersucht und isoliert wurden, spiegelte jede neu geschaffene Klassifikation den Entwicklungsstand der Wissenschaft wider. Die Klassifizierung von Mikroorganismen, dh die Systematisierung aller bekannten Arten, basierte auf einer Reihe von Merkmalen:

Die Reihenfolge der Bestimmung des Mikroorganismus I. Zu welchem ​​Reich gehört er - Prokaryot oder Eukaryot II. Welche der Hauptkategorien hat: 1. Gram-negative Eubakterien mit Zellwänden. 2. Gram-positive Eubakterien mit Zellwänden. 3. Eubakterien ohne Zellwände. 4. Archaebakterien.

Insgesamt sind 35 Gruppen von Mikroorganismen III bekannt. Zu welcher Gruppe innerhalb von 4 Kategorien gehört der Mikroorganismus: 1. Spirochäten 2. Aerobe / mikroaerophile, mobile, spiralförmige /, vibroide, gramnegative Bakterien. 3. Unbewegliche gramnegative, gekrümmte Bakterien. 4. Gramnegative, anaerobe, mikroaerophile Stäbchen und Kokken.

I. Gramnegative Eubakterien mit Zellwand 5. Fakultativ anaerobe, gramnegative Stäbchen. 6. Gramnegative, anaerobe, gerade, gebogene und spiralförmige Stäbchen. 7. Bakterien, die die Dissimilationsreduktion von Sulfat oder Schwefel durchführen. 8. Anaerobe gramnegative Kokken. 9. Rickettsien und Chlamydien.

I. Gramnegative Eubakterien mit einer Zellwand 10. Anoxygene phototrophe Bakterien. 11. Sauerstoffhaltige phototrophe Bakterien. 12. Aerobe chemolithotrophe Bakterien. 13. Keimende und/oder auswuchsbildende Bakterien. 14. Bakterien mit Hüllen. 15. Nicht-photosynthetische Gleitbakterien, die keine Fruchtkörper bilden. 16. Fruchtkörper bildende Gleitbakterien.

II. Gram-positive Eubakterien mit Zellwänden. 1. Grampositive Kokken. 2. Gram-positive Stäbchen und Kokken, die Endosporen bilden. 3. Regelmäßig geformte, keine Sporen bildende grampositive Stäbchen. 4. Unregelmäßig geformte grampositive Stäbchen, die keine Sporen bilden. 5. Mykobakterien. 6. Actinomyceten.

IV. Archaebakterien. 1. Methanogene. 2. Sulfat-reduzierende Archaea. 3. Extrem halophile Archaebakterien. 4. Archaebakterien ohne Zellwand. 5. Extreme Thermophile und Hyperthermophile, die S. metabolisieren

Die Reihenfolge der Bestimmung des Mikroorganismus IV. Zu welcher Gattung gehört der Mikroorganismus? V. Zu welcher Familie gehört der Mikroorganismus. VI. Um welche Art von Mikroorganismus handelt es sich?

Konstruktion des taxonomischen Namens des Mikroorganismus. 1. KÖNIGREICH 2. KATEGORIE. 3. GRUPPE. 4. STANGE. 5. FAMILIE. 6. ANSICHT

Vorteile der modernen Klassifikation von Mikroorganismen Die bisher geschaffene phylogenetische Systematisierung hat alle Vor- und Nachteile einer Klassifikation nach einem einzigen Merkmal. Zu den Vorteilen gehört die fast vollständige Identität der Ergebnisse, die in verschiedenen Labors auf der ganzen Welt erzielt wurden. Um die Art zu etablieren, begannen sie auch, den Grad der DNA-DNA-Homologie anhand von Typusstämmen zusätzlich zu bewerten.

Nachteile der bestehenden Klassifizierung von Mikroorganismen. Der Nachteil der bestehenden Klassifizierung ist, dass sie keine Vorstellung von den Funktionen von Bakterien gibt. Daher ist die Erstellung einer phänotypischen oder funktionellen Klassifikation heute von großer Bedeutung für praktische Mikrobiologen. Um die taxonomische Position von Mikroorganismen schnell zu bestimmen, verwenden Sie den Burgee's Key. Dieses Nachschlagewerk wird ständig mit neuen Isolatgruppen aktualisiert und regelmäßig neu aufgelegt. Aktuell ist die 11. Auflage aktuell.

Bildung der modernen Klassifikation von Mikroorganismen. Gegenwärtig wird die Identifizierung der phylogenetischen Position von Prokaryoten, einschließlich nicht kultivierter, auf der Grundlage von 16 S-p-RNA-Nukleotidsequenzen entwickelt. Die verbesserte Technik der Sequenzierung und Datenverarbeitung hat diesen Ansatz bei der Bestimmung der generischen Zugehörigkeit neuer Organismen praktisch unbestritten gemacht. Die Beschreibung neuer Bakterientaxa in den letzten 50 Jahren war dank der Fortschritte in der Erforschung von Anaerobiern sehr schnell.

Der Unterschied zwischen Klassifikation und Identifizierung Neben Klassifikationen gibt es in der Mikrobiologie Schemata zur Identifizierung isolierter Bakterienkulturen. Um ein Identifizierungsschema zu erstellen, werden solche Merkmale von Mikroorganismen ausgewählt, die leicht zu bestimmen sind, und zur Klassifizierung erfordern häufig komplexe Methoden den Einsatz. In diesem Fall sollte das Identifikationsschema eine kleine Anzahl von Zeichen umfassen, und für die taxonomische Definition verwendet die Klassifizierung so viele Zeichen wie möglich.

VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT. SIE HABEN VORTRAG Nr. 3 ÜBER MIKROBIOLOGIE MIT DEM THEMA „WACHSTUM UND REPRODUKTION VON MIKROORGANISMEN“ BESUCHT. EVOLUTION UND KLASSIFIZIERUNG VON MIKROORGANISMEN".