Стадии размножения микроорганизмов. Рост и размножение бактерий

Рост и размножение бактерий. Механизм и скорость размножения. Фазы размножения микробов.

1. Понятия роста и размножения бактерий

2.Бактериальная популяция

3.Колонии

1 . Для микробиологической диагностики, изучения микроорганизмов и в биотехнологических целях микроорганизмы культивируют на искусственных питательных средах .

Под ростом бактерий понимают увеличение массы клеток без изменения их числа в популяции как результат скоординирован­ного воспроизведения всœех клеточных компонентов и структур.
Размещено на реф.рф
Увеличение числа клеток в популяции микроорганизмов обозна­чают термином "размножение". Оно характеризуется временем генерации (интервал времени, за который число клеток удваи­вается) и таким понятием, как концентрация бактерий (число клеток в 1 мл).

В отличие от митотического цикла делœения у эукариотов раз­множение большинства прокариотов (бактерий) идет путем бинарного делœения, а актиномицетов - почкованием. При этом всœе прокариоты существуют в гаплоидном состоянии, поскольку молекула ДНК представлена в клетке в единствен­ном числе.

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

В этом процессе выделяют 4 фазы :

‣‣‣ 1-я - начальная, или лаг-фаза, или фаза задержки размноже­ния, - характеризуется началом интенсивного роста клеток, но скорость их делœения остается невысокой;

‣‣‣ 2-я - логарифмическая, или лог-фаза, или экспоненциальная фа­за, - характеризуется постоянной максимальной скоростью делœе­ния клеток и значительным увеличением числа клеток в популяции;

‣‣‣ 3-я - стационарная фаза - наступает тогда, когда число клеток в популяции перестает увеличиваться. Это связано с тем, что наступает равновесие между числом вновь образующихся и гибнущих клеток. Число живых бактериальных клеток в попу­ляции на единицу объёма питательной среды в стационарной фазе обозначается как М-концентрация. Этот показатель явля­ется характерным признаком для каждого вида бактерий;

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

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

Для изучения метаболических процессов на протяжении цикла клеточного делœения возможно также использование синхронных культур - таких культур бактерий, всœе члены популяции кото­рых находятся в одной фазе цикла. Это достигается с помощью специальных методов культивирования.

При этом через несколько одновременных делœений синхронизи­рованная клеточная суспензия постепенно снова переходит к асинхронному делœению, так что число клеток увеличивается в дальнейшем уже не ступенчато, а непрерывно.

3. При культивировании на плотных питательных средах бакте­рии образуют колонии - видимое невооруженным глазом скопле­ние бактерий одного вида, являющееся чаще всœего потомством одной клетки.

Колонии бактерий разных видов отличаются :

‣‣‣ формой;

‣‣‣ величиной;

‣‣‣ прозрачностью;

‣‣‣ цветом;

‣‣‣ высотой;

‣‣‣ характером поверхности и краев;

‣‣‣ консистенцией.

Характер колоний - один из таксономических признаков бактерий.

44. Определœение и сущность понятий "биосфера" и "биоценоз". Современные представления об эволюции микробов.

В природе микроорганизмы заселяют практически любую среду (почва, вода, воздух) и распространены гораздо шире, чем другие живые существа. Благодаря разнообразию механизмов утилизации ис­точников питания и энергии, а также выраженной адаптации к внеш­ним воздействиям, микроорганизмы могут обитать там, где другие формы жизни не выживают.

Естественные среды обитания боль­шей части организмов - вода, почва и воздух. Число микроорга­низмов, обитающих на растениях и в организмах животных, зна­чительно меньше. Широкое распространение микроорганизмов свя­зано с лёгкостью их распространения по воздуху и воде; в частности, поверхность и дно пресноводных и солёных водоёмов, а также не­сколько сантиметров верхнего слоя почвы изобилуют микроорганиз­мами, разрушающими органические вещества. Меньшее количество микроорганизмов колонизирует поверхность и некоторые внутрен­ние полости животных (к примеру, ЖКТ,. верхние отделы дыхатель­ных путей) и растений.

В зонах обитания микроорганизмы образуют биоценозы [от греч. bios, жизнь, + koinos, сообщество] - слож­ные ассоциации со специфическими и часто необычными взаимоот­ношениями. Каждое микробное \\сообщество в конкретном биоценозе образуют специфичныеаутохтонные микроорганизмы [от греч. autos, свой, + chthon, страна, местность], то есть микробы, прису­щие конкретной области.

Симбиоз [от греч. symbiosis , совместное проживание] - совместное долгое существова­ние микроорганизмов в долгоживущих сообществах. Взаимоотношения, при которых микроор­ганизм располагается вне клеток хозяина (более крупного организма), известны как эктосимбиоз: при локализации внутри клеток - как эндосимбиоз. Типичные эктосимбиотические микробы - Escherichia coli, бактерии родов Bacteroides и Bifidobacterium, Proteus vulgaris, а также другие представители кишечной микрофлоры. Как пример эндосимбиоза можно рассмат­ривать плазмиды, обеспечивающие, к примеру, резистентность бактерий к ЛС. Симбиотические отношения также разделяют по выгоде, получаемой каждым из партнёров.

Мутуализм [от лат. mutuus, взаимный] - взаимовыгодные симбиотические отношения. Так, микроорганизмы вырабатывают БАВ, необходимые организму хозяина (к примеру, витамины группы В). При этом обитающие в макроорганизмах эндо- и эктосимбионты защищены от неблагоприятных условий среды (высыхания и экстремальных температур) и имеют постоян­ный доступ к питательным веществам. Из всœех видов мутуализма наиболее удивительно куль­тивирование некоторых грибов насекомыми (жуками и термитами). С одной стороны, это способствует более широкому распространению грибов, с другой - о \

mjбеспечивает постоян­ный источник питательных веществ для личинок. Это напоминает выращивание человеком полезных растений и микроорганизмов.

Комменсализм - разновидность симбиоза, при которой выгоду извлекает только один парт­нер (не принося ʼʼвидимогоʼʼ вреда другому); микроорганизмы, участвующие в таких взаимо­отношениях, - комменсалы [от лат. сот-, с, + mensa, стол; буквально - сотрапезники]. Микроорганизмы-комменсалы колонизируют кожные покровы и полости организма человека (к примеру, ЖКТ), не причиняя ʼʼвидимогоʼʼ вреда; их совокупность - нормальная мик­робная флора (естественная микрофлора). Типичные эктосимбиотические организмы-комменсалы - кишечная палочка, бифидобактерии, стафилококки, лактобациллы. Многие бактерии-комменсалы принадлежат к условно-патогенной микрофлоре и способны при опреде­лённых обстоятельствах вызывать заболевания макроорганизма (к примеру, при внесении их I кровоток во время медицинских манипуляций).

Рост и размножение бактерий. Механизм и скорость размножения. Фазы размножения микробов. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Рост и размножение бактерий. Механизм и скорость размножения. Фазы размножения микробов." 2017, 2018.

Клетки, как любой живой организм, рождаются, живут и умирают. Рост и размножение бактерий происходит очень быстро, они могли бы захватить все жизненное пространство на планете, если бы не их хрупкость и сдерживающие факторы (температура, уровень кислотности среды, отсутствие пищи и т. д.). При благоприятных условиях удвоение клетки занимает в среднем около получаса. Однако в критических ситуациях некоторые виды микроорганизмов (спорообразующие бактерии) способны образовывать споры и «впадать в спячку» на довольно длительный период.

Быстрое размножение бактерий имеет свои плюсы и минусы. Использование микроорганизмов в биотехнологиях (дрожжи, молочнокислые, азотфиксирующие организмы, плесневые грибки и т. д.) направлено на улучшение качества жизни. Однако неконтролируемый рост болезнетворных (патогенных) микробов опасен для людей. Навредить здоровью может и собственная микрофлора человека. В медицине существует понятие синдрома избыточного бактериального роста, при котором количество условно-патогенных микробов в организме человека резко увеличивается, что представляет угрозу для здоровья.

Рост и размножение клетки – это два различных процесса. Под ростом понимают увеличение массы клетки вследствие формирования всех клеточных структур. Размножение – это увеличение количества клеток в колонии. Различают бинарное деление, почкование и генетическую рекомбинацию (процесс, напоминающий половое размножение).

Большинство прокариотических (безъядерных) клеток, к которым принадлежат все бактерии, размножается путем разделения надвое (бинарное деление). Таким способом размножаются, например, молочнокислые бактерии. Процесс начинается с удвоения бактериальной хромосомы (молекула ДНК, заменяющая ядро) и протекает в несколько этапов:

• клетка удлиняется;
• наружная оболочка «врастает» внутрь и образует поперечную перегородку (перетяжку);
• две новые (дочерние) клетки расходятся в разные стороны.

В результате получаются два идентичных организма.

Отдельные микроорганизмы делятся почкованием, но это скорее исключение из общего правила. Процесс заключается в образовании на одном из полюсов клетки короткого выступа, в который «дрейфует» одна из половин разделившегося нуклеоида (молекулы ДНК с генетической информацией). Затем выступ разрастается и отделяется от материнской клетки.

Есть еще вариант, напоминающий половое размножение, – генетическая рекомбинация. В этом случает происходит обмен генетической информацией и в результате получается клетка, содержащая гены своих родителей. Существуют три способа передачи генетической информации:

• конъюгация – прямая передача (не обмен) части ДНК при контакте от одной бактерии к другой (процесс идет только в одном направлении);
• трансдукция – перенос фрагмента ДНК с помощью бактериофага (вируса бактерий);
• трансформация – поглощение генетической информации отмерших или уничтоженных клеток из окружающей среды.

Таким образом, только в результате бинарного деления и почкования получаются идентичные друг другу клетки. При генетической рекомбинации клетка претерпевает изменения, вырабатывая новые свойства и получая другие функции.

Скорость и фазы роста микроорганизмов

В питательных средах рост и размножение бактерий проходят в несколько стадий, различных по количеству доступной пищи и накоплению отходов жизнедеятельности:

1. Первая фаза (латентная) определяется факторами адаптации к питательной среде. В это время микроорганизмы только осваиваются с новыми условиями. Рост бактерий не наблюдается.
2. Вторая фаза (экспоненциальная) характеризуется ростом в геометрической прогрессии (увеличение по экспоненциальной кривой). В этот период бактериальные клетки активно растут, используя всю доступную пищу (максимальная скорость роста). Достигнув определенного размера, бактерия начинает делиться, причем процесс размножения протекает с постоянной скоростью, так как запасов пищи пока достаточно. В результате увеличившейся скорости роста и размножения происходит накопление в среде отходов жизнедеятельности (токсинов). К концу фазы скорость роста начинает уменьшаться.
3. Третья фаза характеризуется стационарным ростом, т. е. количество «новорожденных» клеток совпадает с числом отмерших. Кривая роста и размножения на этом отрезке больше не поднимается. Скорость роста замедляется. Какое-то время общая численность бактерий в питательной среде остается неизменной. Однако за счет появления новых «членов семьи» запасы питательных веществ уменьшаются, а токсичность среды увеличивается. Этот процесс ухудшает условия жизни всей колонии.
4. Четвертая фаза – отмирание микроорганизмов – возникает в результате катастрофического уменьшения пищи и увеличения токсичности среды. Количество живых организмов неуклонно уменьшается, в конце концов, жизнеспособных клеток становится меньше, чем их отмерших собратьев.

Скорость кинетического роста бактериальной колонии во многом зависит от вида бактерий, состава питательных сред, количества посеянных (внесенных в среду) клеток, возраста культуры, способа дыхания и еще ряда факторов. Например, для размножения молочнокислых бактерий важно поддержание температур в довольно узком диапазоне (25-30⁰С) и определенный уровень кислотности среды (рН). Для размножения аэробных и анаэробных клеток решающим фактором становится наличие или отсутствие кислорода для дыхания, а спорообразующим клеткам необходимо достаточное количество пищи.

Условия выращивания микробов в искусственных средах

Для изучения (медицина, микробиология) и использования (промышленность) выращивают бактериальные культуры на искусственных питательных средах, которые разделяются по консистенции, происхождению и назначению:

• жидкие, полужидкие и плотные (твердые) искусственные среды;
• среды животного, растительного происхождения или синтетические (химически чистые соединения в строго определенной концентрации);
• обычные (универсальные), дифференциальные (различаются по видам бактерий), специальные, избирательные или среды обогащения (подавляющие рост нежелательных микробов).

Существуют бактерии, которым требуются особые условия. Например, анаэробные микроорганизмы (как спорообразующие, так и не спорообразующие) культивируют в анаэробных условиях (без кислорода). Для аэробных клеток решающим фактором размножения становится кислород. Факультативные анаэробы способны менять способ дыхания в зависимости от условий. Спорообразующие аэробные организмы, используемые для получения пробиотиков, очень чувствительны к уменьшению питания и его качеству. Спорообразующие анаэробы требуют полного отсутствия кислорода. Основной принцип культивирования микроорганизмов – создание благоприятных условий (питание, дыхание, температура), что иногда представляет определенные трудности.

Так, для выращивания анаэробов применяют метод глубокого посева, т. е. культуру бактерий вносят в глубину плотной питательной среды, добавляют в атмосферу роста химические вещества, поглощающие кислород, или откачивают воздух, замещая его инертным газом. В случае со спорообразующими бактериями используют внесение в питательную среду ингибитора белкового синтеза, тем самым останавливая процесс спорообразования.

Культивирование микроорганизмов

Под культивированием понимают искусственное выращивание клеток в контролируемых условиях. Конечная цель – получение биопрепарата из бактерий или с помощью бактерий. Такие препараты могут быть лечебными, диагностическими, профилактическими. Существует несколько методов культивирования:

1. Стационарный способ характеризуется постоянством среды, какое-либо вмешательство в процесс отсутствует. Однако при таком методе культивирования в жидких питательных средах анаэробные организмы дают незначительный выход.
2. Метод глубинного культивирования используют в промышленности для выращивания бактериальной биомассы. Для этой цели применяют специальные емкости. Факторами роста являются поддержание температуры и подача в жидкие среды питательных веществ. Кроме того, при необходимости проводят перемешивание или подачу кислорода (для дыхания аэробных бактерий).
3. Метод проточных сред (промышленное культивирование) основан на постоянном поддержании культуры в экспонентной фазе роста. Это достигается непрерывным внесением питательных веществ и выведением токсичных отходов жизнедеятельности клеток. Такая технология позволяет достичь максимального выхода различных биологически активных веществ (антибиотические препараты, витамины и т. д.).

Одним из важнейших промышленных препаратов является культура молочнокислых бактерий, которые используются для приготовления молочной закваски, квашения капусты, силосования кормов, производства заменителя плазмы крови. Для получения гарантированного конечного результата нужно строго контролировать получаемое качество молочнокислых бактерий.

Нужны соответствующая питательная среда и препарат с чистой культурой молочнокислых бактерий, выращенной в лабораторных условиях. Далее процесс культивирования оставляют до момента наступления третьей фазы (равновесия), после чего можно приступать к сбору «урожая» молочнокислых бактерий.

Синдром избыточного бактериального роста

Не всегда рост бактериальных клеток приносит пользу, излишнее увеличение популяций бактерий в организме человека может быть опасным для здоровья. Нарушение качественного и количественного состава микрофлоры кишечника называют клиническим синдромом избыточного роста бактерий. Медики утверждают, что использовать для описания этого процесса термин «дисбактериоз» не совсем корректно. Дело в том, что количество полезных для организма анаэробных бактерий (бифидобактерии) действительно уменьшается, но число условно-патогенных клеток (например, аэробной кишечной палочки) увеличивается.

На разных участках желудочно-кишечного тракта обитают различные бактерии. В тонком кишечнике по мере продвижения постепенно меняется состав микрофлоры и количество микроорганизмов. Аэробные (растущие в кислородной среде) виды бактерий постепенно уступают место анаэробным (бескислородная среда). При клиническом синдроме избыточного роста бактериальный спектр смещается в сторону грамотрицательных (большинство патогенных), факультативно-аэробных и анаэробных организмов.

По мере приближения к толстой кишке увеличивается количество анаэробных бактерий (бифидобактерии и бактероиды). Основные представители анаэробной микрофлоры – бифидобактерии – отвечают за синтез белков, витаминов группы В, различных кислот и других необходимых для жизни веществ. Аэробные микроорганизмы (кишечная палочка) вырабатывают целый ряд витаминов и кислот, участвующих в пищеварении и поддерживающих иммунитет.

Молочнокислые бактерии – еще один представитель кишечной микрофлоры. Они относятся к микроаэрофильным организмам, т. е. одним из факторов роста и размножения молочнокислых бактерий является кислород, но в очень небольших количествах. Эти микроорганизмы отвечают за регулирование кислотности желудочно-кишечного тракта, благодаря чему тормозится рост гнилостных бактерий.

Каждый вид бактерий выполняет свою, четко обозначенную функцию. При синдроме избыточного роста фекальная микрофлора, в нормальных условиях обитающая в толстом кишечнике (кишечная палочка или анаэробные клетки), попадает в тонкую кишку. Меняется количественный и качественный состав бактериальной микрофлоры, выполнение некоторых функций замедляется или становится невозможным. Появляются условия для роста и размножения патогенных бактерий.

Клинические критерии заболевания

Критерием развития синдрома избыточного бактериального роста могут служить:

• нарушение пищеварения, снижение иммунитета, изменение кислотности желудка;
• нарушение целостности кишечного тракта;
• последствия оперативного вмешательства;
• заболевания желудочно-кишечного тракта;
• стрессы;
• неконтролируемый прием антибиотических препаратов.

Клинические проявления синдрома избыточного роста бактерий легко спутать с другими заболеваниями, зачастую они наслаиваются друг на друга, полностью искажая картину. Поставить диагноз в таких случаях можно только с помощью специальных тестов, направленных на выявление синдрома избыточного роста, определяющих не только количество, но и видовую принадлежность бактерий. Такой подход позволит подобрать необходимые медикаментозные препараты для коррекции состава микрофлоры.

Клинические симптомы заболевания:

• на ранней стадии болезни появляется диарея и метеоризм;
• вздутие живота и спазматические боли;
• утомляемость, слабость;
• быстрое похудение.

Для лечения синдрома избыточного роста применяют антибактериальные препараты. В дальнейшем для восстановления микрофлоры понадобятся пробиотические и пребиотические препараты.

Большое разнообразие бактериальных клеток (автотрофы и гетеротрофы, аэробные и анаэробные, спорообразующие и неспорообразующие и т. д.) диктует определенные условия для их размножения. Основной принцип культивирования в промышленных масштабах – строгий контроль условий среды и скорости роста. В природе редко существуют идеальные среды для развития микроорганизмов. В противном случае бактерии давно заполонили бы все доступное пространство.

Термин «рост» означает увеличение цитоплазматической массы отдельной клетки или группы бактерий в результате синтеза клеточного материала. Достигнув определенных размеров, клетка прекращает рост и начинает размножаться. Под размножением понимают способность микроорганизмов к самовоспроизведению, т.е. увеличению числа особей на единицу объема. Таким образом, размножение – это увеличение числа особей микробной популяции.

Бактерии размножаются преимущественно простым поперечным делением (вегетативное размножение) в различных плоскостях. Процесс деления начинается с формирования поперечной перегородки, которая делит цитоплазму материнской клетки на две дочерние. В процессе деления происходит репликация ДНК, таким образом, каждая дочерняя клетка получает свою наследственную информацию от материнской клетки.

У грибов различают три типа размножения: вегетативное, бесполое и половое.

При вегетативном размножении происходит отделение от мицелия его частей, которые, развиваясь, образуют новую грибницу.

Бесполое размножение осуществляется при помощи спор, которые созревают в специальных органах спороношения. Созревшие споры выходят в окружающую среду и, при наличии благоприятных условий, прорастают, давая начало новым гифам. Разновидностью бесполого размножения является почкование. Такой процесс характерен для дрожжевых грибов.

При половом размножении спорообразованию предшествует слияние гаплоидных мужских и женских гамет. В результате возникает зигота и наступает диплоидная фаза и парным набором хромосом. Половой процесс у разных видов грибов протекает различно и имеет свои особенности.

Репликация ДНК и деление клеток происходит определенной скоростью, которая зависит от вида микроорганизма, возраста культуры, состава питательной среды, температуры, наличия или отсутствия кислороды и некоторых других факторов. Так, у кишечной палочки новое поколение образуется через 15…30 минут, у нитрифицирующих бактерий – через 5…10 часов, а у микобактерий туберкулеза – через 18…24 ч. Чем оптимальнее условия, тем быстрее происходит деление микробной клетки. У той же кишечной палочки при культивировании на пептонной воде деление происходит через 33 мин, а при культивировании на мясопептонном бульоне – через 23 мин. На скорость деления большое влияние оказывает и температура окружающей среды. Так у патогенных микроорганизмов, адаптированных к температуре тела животных и человека, размножение при температуре 37…39 0 С происходит в несколько раз быстрее, чем при температуре 18…20 0 С.

Размножение микроорганизмов происходит хотя и быстро, но не безгранично. В естественных условиях имеется много факторов, которые лимитируют рост микробной популяции. К ним относятся: истощение питательной среды, неблагоприятная температура, свет, продукты жизнедеятельности самих микроорганизмов, накапливающиеся в питательной среде. Процесс развития бактериальной популяции на несменяемой среде протекает неравномерно, но имеет свои закономерности и определенную последовательность. В этом процессе принято различать несколько фаз. Фазы развития бактериальной популяции различаются по времени и численности живых и погибающих микроорганизмов. История развития каждой отдельной популяции будет существенно различаться, неизменной остается последовательность, с которой одна фаза сменяет другую.

I. Исходная фаза (стационарная, латентная, фаза покоя). Представляет собой период от момента посева бактерий на питательную среду до начала их роста. В этой фазе число бактерий не увеличивается, а может даже уменьшиться.

II. Фаза задержки размножения. В этот период бактериальные клетки интенсивно растут, но слабо размножаются. Продолжительность около двух часов и зависит от ряда условий: возраста культуры, биологических особенностей микроорганизмов, полноценности питательной среды, температуры и др.

III. Логарифмическая фаза. В этот период скорость размножения клеток и увеличение численности популяции максимальны.

IV. Фаза отрицательного ускорения. Наступает по причине истощения питательной среды, т.е. заканчиваются специфические питательные вещества, необходимые для жизнеспособности данного вида. Скорость размножения бактерий снижается, число делящихся особей снижается, а число погибших увеличивается.

V. Стационарная фаза максимума. Число новых бактерий почти равно числу отмерших, т.е. наступает равновесие между погибающими клетками и вновь образующимися.

VI. Фаза ускорения гибели. Прогрессирует превосходство числа погибших клеток над вновь образующимися.

VII. Фаза логарифмической гибели. Отмирание клеток происходит с постоянной скоростью.

Размножение

n Бактерии размножаются бинарным делением , реже почкованием, актиномицеты – спорами и фрагментацией.

n Грамотрицательные бактерии делятся путем перетяжки.

n Грамположительные бактерии делятся путем врастания синтезирующихся перегородок деления внутрь клетки

После внесения в среду бактерии адаптируются к её условиям и размножаются сравнительно медленно (лаг-фаза). Затем наступает фаза экспоненциального роста (экспоненциальная фаза). Далее среда истощается, в ней аккумулируются токсические продукты метаболизма, что проявляется снижением темпов размножения и прекращением увеличения числа клеток (стационарная фаза).

Таким образом, рост в периодической культуре подчиняется закономерностям, действительным не только для одноклеточных, но и для многоклеточных организмов. В последующем бактериальная культура может погибнуть либо значительно сократиться (фаза отмирания). Спорообразующие виды переходят в стадию споруляции, у споронеобразующих видов возможно образование анабиотических форм (см. ниже). В некоторых случаях дополнительно выделяют фазу ускорения роста (начало экспоненциальной фазы) и фазу замедления роста (переход к стационарной фазе).

Лаг-фаза роста бактерий соответствует периоду физиологического приспособления, включающего индукцию ферментов, синтез и сборку рибосом. Продолжительность фазы зависит главным образом от возраста посевного материала (инокулята) бактерий и предшествовавших условий культивирования Если инокулят взят из старой культуры (в стационарной фазе роста), то бактериям необходимо время для адаптации к новым условиям. Если источники энергии и углерода в новой среде отличаются от имевшихся в предшествующей культуре, то адаптация к новым условиям может потребовать синтеза новых ферментов, в которых ранее не было необходимости.

Экспоненциальная фаза роста бактерий (логарифмическая) характеризуется максимальной скоростью клеточного деления. Для конкретного вида бактерий в конкретных условиях роста время генерации (то есть время, необходимое для удвоения количества бактерий) постоянно в течение всей логарифмической фазы, но вариабельно у различных видов и штаммов, а также зависит oт состава среды и условий культивирования. Время генерации на оптимальной среде может был коротким (у кишечной палочки 20 мин), либо продолжительным (у Mycobacterium tuberculosais 6 ч). В этой фазе в среде происходит максимальное накопление метаболитов бактерий (например, токсинов, бактериоцинов).

Стационарная фаза роста бактерий. В течение этого периода доступность важнейших питательных веществ становится лимитирующим фактором. Устанавливается равновесие между клеточным ростом и делением и процессом отмирания клеток. Спорообразующие бактерии (например родов Bacillus и Clostridium) способны переходить в фазу споруляции, активирующуюся при нахождении бактерий в условия ограниченного питания. В определённый момент соотношение отмирающих, вновь образующихся и покоящихся клеток становится стабильным; подобное состояние известно как максимальная стационарная фаза. Биомасса бактерий в стационарной фазе обозначают как «урожай», или «выход биомассы» (разница между максимальной и исходной биомассой); или «экономический коэффициент», если прирост биомассы отнесён к единице лимитирующего рост субстрата.

Фаза отмирания (спада, лизиса) включает период логарифмической гибели, переходящий в период уменьшения скорости отмирания бактерий. Причины гибели бактерий в нормальных питательных средах до конца не ясны. Понятны случаи, когда в среде накапливаются кислоты (при росте Escherichia, Lactobacillus). Иногда бактерии разрушаются под действием собственных ферментов (аутолиз). Скорость отмирания широко варьирует в зависимости от условий обитания и особенностей микроорганизма (например, энтеробактерии отмирают медленно, а бациллы - быстро).

Способ глубинного культивирования бактерий применяют при промышленном выращивании бактериальной биомассы, для чего используют специальные котлы-реакторы. Они снабжены системами поддержания температуры, подачи в бульон различных питательных веществ, перемешивания биомассы и постоянной подачи кислорода. Создание аэробных условий по всей толще среды способствует протеканию энергетических процессов по аэробному пути, что способствует максимальной утилизации энергетического потенциала глюкозы и, следовательно, максимальному выходу биомассы.

Метод проточных сред (промышленный способ культивирования) позволяет постоянно поддерживать бактериальную культуру в экспоненциальной фазе роста, что достигают постоянным внесением питательных веществ и удалением определённого числа бактериальных клеток. Пребывание бактерий в экспоненциальной стадии роста обеспечивает максимальный выход различных БАВ (витамины, антибиотики и др.).

Под ростом бактериальной клетки следует понимать увеличение массы ее цитоплазмы, которое происходит в результате синтеза клеточного материала в процессе питания. Рост популяции бактерий проходит 4 стадии: 1) лаг-фаза, 2) экспоненциальная или логарифмическая фаза, 3) стационарная фаза, 4) фаза отмирания.

ЛАГ-ФАЗА (4 -5 часов) Наступает после того, как в среду внесен посевной материал. Это период адаптации бактерий к питательной среде, когда происходит дифференциальная активация экзо- и эндоферментов для последующего осуществления ферментсубстратной реакции. При стабильном содержании ДНК отмечается резкое повышение бактериального белка и РНК.

ЛАГ-ФАЗА (4 -5 часов) Длительность лаг-фазы, как правило, непродолжительное, измеряется часами и зависит от вида бактерий, кратности посева на данную среду, состояния культуры, температуры, используемой для выращивания, состава питательной среды. При отсутствии видимых проявлений роста в лаг-фазе происходит увеличение биомассы, в результате чего размер бактериальной клетки возрастает в несколько раз.

ЛАГ-ФАЗА (4 -5 часов) Достигнув определенного размера, «накопив» нужное количество белка, РНК и ДНК, активировав экзо- и эндоферменты, бактериальная клетка начинает активно делиться. Размножение бактерий происходит путем поперечного деления клетки.

ФАЗА ЛОГАРИФМИЧЕСКОГО РОСТА (5 - 6 часов) Это фаза размножения, осуществляемая посредством бинарного деления материнской клетки на две дочерние. «Цепная реакция прогрессивно ускоряющегося бинарного деления бактериальных клеток приводит к быстрому нарастанию бактериальной массы в питательной среде, интенсивному расходованию ее энергетического субстрата и накоплению продуктов бактериального метаболизма.

СТАЦИОНАРНАЯ ФАЗА РОСТА В результате среда становится все более неблагоприятной для дальнейшего роста и размножения бактерий. Во время стационарной фазы скорость размножения остается постоянной. В зависимости от вида культивируемых бактерий может длится долго, после чего наступает четвертая стадия –

ФАЗА ОТМИРАНИЯ Фаза отмирания характеризуется прогрессивным отмиранием бактериальных клеток по логарифмическому типу. Продолжительность этой фазы – от 48 часов до нескольких недель.

Характер роста бактерий на жидких питательных средах различен - диффузное помутнение питательной среды, - образование пленки или осадка (придонный рост), - рост в виде «комочка ваты» . Характер роста на жидкой питательной среде используется для дифференциации бактерий.

Питательные среды Для культивирования бактерий в лабораторных условиях применяются искусственные питательные среды различного состава. Обычные или простые питательные среды (мясо-пептонный агар, мясопептонный бульон) используются для начальных посевов (первичных). К сложным относятся элективные и дифференциально - диагностические питательные среды.

Питательные среды Элективные среды обеспечивают рост только определенного вида микроорганизмов, при этом сопутствующая микрофлора подавляется специальными добавками. Дифференциально-диагностические питательные среды используют для изучения биохимических свойств микроорганизмов и дают возможность дифференцировать бактерии по ферментативной активности.

КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ По мере изучения и выделения новых видов бактерий, каждая вновь создаваемая классификаций отражала уровень развития науки. Классификация микроорганизмов, то есть систематизация всех известных видов, основывалась на ряде признаков:

Последовательность определения микроорганизма I. К какому царству принадлежит – прокариот или эукариот II. К какой из основных категорий относится: 1. Грамотрицательные эубактерии, имеющие клеточные стенки. 2. Грамположительные эубактерии, имеющие клеточные стенки. 3. Эубактерии, лишенные клеточных стенок. 4. Архебактерии.

Всего известно 35 групп микроорганизмов III. К какой группе внутри 4 -х категорий принадлежит микроорганизм: 1. Спирохеты 2. Аэробные /микроаэрофильные, подвижные, спиралевидные/, виброидные, грамотрицательные бактерии. 3. Неподвижные грамотрицательные, изогнутые бактерии. 4. Грамотрицательные, анаэробные, микроаэрофильные палочки и кокки.

I. грамотрицательные эубактерии, имеющие клеточную стенку 5. Факультативные анаэробные, грамотрицательные палочки. 6. Грамотрицательные, анаэробные, прямые, изогнутые и спиралевидные палочки. 7. Бактерии, осуществляющие диссимиляционное восстановление сульфата или серы. 8. Анаэробные грамотрицательные кокки. 9. Риккетсии и хламидии.

I. грамотрицательные эубактерии, имеющие клеточную стенку 10. Аноксигенные фототрофные бактерии. 11. Оксигенные фототрофные бактерии. 12. Аэробные хемолитотрофные бактерии. 13. Почкующиеся и/или образующие выросты бактерии. 14. Бактерии, имеющие чехлы. 15. Нефотосинтезирующие скользящие бактерии, не образующие плодовых тел. 16. Скользящие бактерии, образующие плодовые тела.

II. Грамположительные эубактерии, имеющие клеточные стенки. 1. Грамположительные кокки. 2. Образующие эндоспоры грамположительные палочки и кокки. 3. Не образующие спор грамположительные палочки правильной формы. 4. Не образующие спор грамположительные палочки неправильной формы. 5. Микобактерии. 6. Актиномицеты.

IV. Архебактерии. 1. Метаногены. 2. Сульфатредуцирующие археи. 3. Экстремально галофильные архебактерии. 4. Архебактерии, лишенные клеточной стенки. 5. Экстремальные термофилы и гипертермофилы, метаболирующие S

Последовательность определения микроорганизма IV. К какому роду относится микроорганизм. V. К какому семейству относится микроорганизм. VI. К какому виду относится микроорганизм.

Построение таксономического названия микроорганизма. 1. ЦАРСТВО 2. КАТЕГОРИЯ. 3. ГРУППА. 4. РОД. 5. СЕМЕЙСТВО. 6. ВИД

Достоинства современной классификации микроорганизмов Созданная на сегодняшний день филогенетическая систематизация имеет все достоинства и недостатки классификации, построенной на одном признаке. К достоинствам следует отнести почти полную идентичность результатов, получаемых в различных лабораториях мира. Для установления видовой принадлежности еще и дополнительно стали оценивать степень гомологии ДНК-ДНК, используя типовые штаммы.

Недостатки имеющейся классификации микроорганизмов. Недостаток имеющейся классификации в том, что она не дает представление о функциях бактерий. Поэтому сейчас большое значение для практических микробиологов имеет создание фенотипической или функциональной классификации. Для быстрого определения таксономического положения микроорганизмов используют «Определитель Берджи» . Это справочное издание постоянно пополняется новыми группами изолятов и периодически переиздается. Сейчас актуально 11 издание.

Формирование современной классификации микроорганизмов. На современном этапе идентификация филогенетического положения прокариот, в том числе некультивируемых, развивается на основе нуклеотидных последовательностей 16 S-р РНК. Усовершенствованная методика секвенирования и обработки данных сделала этот подход практически безальтернативным при определении родовой принадлежности новых организмов. Описание новых таксонов бактерий в последние 50 лет проходит очень быстрыми темпами, благодаря успехам в изучении анаэробов.

Отличие классификации от идентификации Кроме классификаций, в микробиологии существуют схемы идентификации выделенных культур бактерий. Для построения схемы идентификации выбирают такие признаки микроорганизмов, которые легко определить, а для классификации, часто требуют применения сложные методы. При этом схема идентификации должна включать малое число признаков, а для таксономического определения в классификации используют как можно большее число признаков.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ. ВЫ ПРОСЛУШАЛИ ЛЕКЦИЮ № 3 ПО МИКРОБИОЛОГИИ НА ТЕМУ: «РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ. ЭВОЛЮЦИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ» .