Рост и размножение бактерий

Под ростом клетки понимают координированное воспроизведение всех клеточных компонентов и структур, ведущее в конечном итоге к увеличению массы клетки. Термином «размножение» обозначают увеличение числа клеток в популяции. Большинство прокариот размножаются поперечным делением, некоторые почкованием. Грибы размножаются путем спорообразования. При размножении микробной клетки наиболее важные процессы происходят в ядре (нуклеоиде), содержащем всю генетическую информацию в двунитевой молекуле ДНК. Репликация ДНК происходит полуконсервативным способом, обеспечивающим равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками. Надежность процесса репликации и правильность расхождения (сегрегация) дочерних цепей обеспечивается связью ДНК с цитоплазматической мембраной.

Репликация начинается в определенной точке (локус) ДНК и происходит одновременно в двух противоположных направлениях. Синтез дочерних нитей ДНК идет ступенчато, короткими фрагментами, равными 1-2 тыс. нуклеотидов, которые «сшиваются» специальным ферментом лигазой.

Параллельно с репликацией ДНК начинается образование межклеточной (поперечной) перегородки. Вначале с обеих сторон клетки происходит врастание двух слоев цитоплазматической мембраны. Затем между ними синтезируется пептидогликан. Этот процесс чувствителен к действию некоторых антибиотиков (пенициллинов), ин-гибирующих синтез пептидогликана.

В период репликации ДНК и образования перегородки микробная клетка непрерывно растет. Наряду с пептидогликаном синтезируются биополимеры, входящие в состав цитоплазматической мембраны, рибосом и цитоплазмы. На последней стадии дочерние клетки отделяются друг от друга. В этом период у грамотрицательных бактерий синтезируется наружная мембрана, которая встраивается между двумя слоями пептидогликана межклеточной перегородки. В том случае, когда разделившиеся бактериальные клетки сохраняют межклеточные связи, образуются цепочки, состоящие из клеток шаровидных или палочковидных форм (стрептококки и стрептобактерии).

Подавляющее большинство актиномицет размножается путем фрагментации нитевидных клеток с образованием палочковидных или кокковидных форм.

Облигатные внутриклеточные паразиты риккетсии и хламидии размножаются неодинаковыми способами. Риккетсии размножаются так же, как и бактерии, путем бинарного деления. Хламидии проходят определенный цикл развития. Элементарные тельца, попадая в вакуоль чувствительной клетки, преобразуются в вегетативные формы - инициальные или ретикулярные тельца, которые способны к делению. После нескольких делений они преобразуются в промежуточные формы, из которых формируется новое поколение элементарных телец. После разрыва стенки вакуоли и разрушения клетки хозяина элементарные тельца освобождаются, и весь цикл повторяется в других клетках. Продолжительность цикла составляет 40-48 ч.

У микоплазм основными репродуцирующимися морфологическими единицами являются мелкие элементарные тела сферической или овоидной формы величиной 130-220 нм, которые размножаются путем фрагментации или почкования. У некоторых видов микоплазм отмечается образование сравнительно крупных шаровидных тел, от которых отпочковываются дочерние клетки. Клетки микоплазм могут размножаться также поперечным делением, если оно происходит синхронно с репликацией ДНК. При нарушении синхронности образуются мононуклеоидные нитевидные клетки, которые в последующем лелятся на кокки.

Размножение бактерий на жидких и плотных питательных средах. Фазы развития бактериальной популяции

Бактерии, как правило, характеризуются высокой скоростью размножения по сравнению с другими прокариотами. Скорость их размножения, помимо видовой принадлежности, зависит от состава питательной среды, рН, температуры, аэрации и других факторов. На плотных питательных средах бактерии образуют скопления клеток, называемые колониями. Внешний вид колоний у многих бактерий настолько характерен, что может служить одним из дифференциальных признаков для их идентификации. Колонии разных видов отличаются по своим размерам, форме, поверхности, окраске, прозрачности и др. Однако эти признаки могут изменяться в зависимости от условий культивирования.

На жидких средах рост бактерий характеризуется образованием пленки на поверхности питательной среды, равномерного помутнения, либо осадка.

Размножение бактерий определяется временем генерации, т.е. периодом в течение которого осуществляется деление клетки. Продолжительность генерации зависит от вида бактерий, возраста, популяции состава питательной среды, температуры и других факторов. В оптимальных условиях время генерации у разных бактерий колеблется довольно в широких пределах: от 20 мин. у кишечной палочки до 14 ч у микобактерий туберкулеза, в связи с чем их колонии образуются через 18-20 ч либо через 3-6 недель соответственно.

При выращивании бактерий в жидкой питательной среде наблюдается последовательная смена отдельных фаз в развитии популяции, отражающая общую закономерность роста и размножения бактериальных клеток.

Динамика развития бактериальной популяции

• I - исходная стационарная фаза начинается после внесения бак терий в питательную среду. В течение данной фазы число бактери альных клеток не увеличивается .
• II - лаг-фаза, или фаза задержки размножения, характеризуется началом интенсивного роста клеток, но скорость их деления остается невысокой. Две первые фазы можно назвать пери одом адаптации бактериальной популяции, продолжительность кото рого определяется возрастом культуры, а также количеством и каче ством питательной среды.
• III - лог-фаза, или логарифмическая (экспоненциальная) фаза, отличается максимальной скоростью размножения клеток и увеличением численности бактериальной популяции в геометрической прогрессии. Логарифмическая фаза у бактерий с коротким временем генерации продолжается несколько часов.
• IV - фаза отрицательного ускорения характеризуется меньшей активностью бактериальных клеток и удлинением периода генерации. Это происходит в результате истощения питательвой среды, накопления в ней продуктов метаболизма и дефицита кислорода.
• Максимальная стационарная фазахарактеризуется равновесием между количеством погибших, вновь образующихся и находящихся в состоянии покоя клеток. Графически максимальная стационарная фаза изображается в виде прямой линии, параллельной оси абсцисс. При этом количество живых бактерий в популяции обозначают как их максимальную (М) концентрацию в единице объема питательной среды. Данный признак является достаточно стабильным для определенного вида бактерий в стандартных условиях.
• VI - фаза логарифмической гибели бактерий происходит в постоянной скоростью и сменяется VII-VIII фазами уменьшения скорости отмирания клеток.