Tillväxten av bakterieceller - Förklarad! (Med figur)
Celliv tillväxt och reproduktion:
En enskild bakteriecell växer i storlek när miljöförhållandena är gynnsamma för tillväxten. Varje cell växer till ungefär dubbelt så stor som den (Figur 2.15).
Vid sfäriska bakterier fördubblas cellens diameter, medan i andra celler förlängs för att dubbla sin ursprungliga längd.
Sådan tillväxt kallas "cellulär tillväxt". Efter att en bakteriecell har uppnått nästan dubbla storlekar, delas den i två celler genom en process som kallas binär fission. Således sker reproduktion av bakterier genom binär fission. Uttrycket binära innebär att varje moder bakteriecell delar upp (fission: uppdelning) till två (bi: två) dotterbakterieceller.
Under delningen växer cellmembranet och cellväggen i mitten av modercellen inåt från motsatta sidor tills de möter varandra och från en skiljevägg som kallas "septum".
Septum delar cellen i två lika stora halvor, som senare kläms av för att bilda två nya dottermoderceller, replikerar DNA-molekylen till två liknande DNA-molekyler, så att varje dottercell får en DNA-molekyl. Andra cellulära ämnen är också uppdelade lika mellan de två dottercellerna.
Tillväxt av bakterier:
Vid högre växter och djur innebär tillväxten en ökning av individens storlek. Även om varje bakteriecell växer också med ökad storlek, är sådan celltillväxt svår att uppfattas som vanligt och har liten betydelse. snarare är det antalet celler som produceras i slutet av ett visst tidsintervall, vilket kan uppfattas och har bestämd betydelse.
Det är därför "tillväxt av bakterier" definieras som en ökning av antalet bakterieceller. "Växthastighet" för bakterier definieras som ökningen av antalet bakterieceller per tidsenhet. Den tid som krävs för att en given population av bakterier ska fördubblas kallas "generationstid" eller "fördubblingstid". Det varierar mellan bakterier från några minuter till några timmar.
Exponentiell eller logaritmisk tillväxt:
Eftersom tillväxt av bakterier sker genom binär klyvning växer en enda bakterie (1) som 1, 2, 4, 8, 16 och så vidare, vilket också kan uttryckas som 1 x 2 0, 1 x 2 1, 1 x 2 2, 1 x 2 3, 1 x 2 4, .................. .. 1 x 2 n . Denna typ av tillväxt, där antalet celler fördubblas under varje tidsenhet (genereringstid), kallas exponentiell tillväxt eller logaritmisk tillväxt. Logaritmisk tillväxt är mycket snabbare än aritmetisk tillväxt (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ....) Eller geometrisk tillväxt (1, 2, 4, 8, 16, 32 ......).
Fast det tydligen följer den geometriska tillväxten, efter några generationer växer den som 1, 10, 100, 1000, 10000 .......... (10 0, 10 1, 10 2, 10 3, 10 4 ...... ..) Vilka logaritmiska värden är 0, 1, 2, 3, 4 ...... .. respektive?
Om det ursprungliga antalet bakterier är N 0 istället för 1, därefter efter n 'antal generationer, kommer det slutliga antalet bakterier (N) att vara N 0 x 2 n .
Således kan det slutliga antalet bakterier erhållas med användning av följande ekvation:
N = N 0 x 2 n
Var,
N: Slutligt antal bakterier,
N 0 : Initialt antal bakterier och
N: Antal generationer.
Ekvationen för att ta reda på antalet generationer (n) är härledd från ovanstående ekvation enligt följande:
N = N 0 x 2 n
=> Log N = logg (N 0 x 2 n ) (loggar på båda sidorna)
=> Log N = log N 0 + log 2 n (... log axb = log a + log b)
=> Log N = logg N 0 + n log 2 (... log a x = x log a)
=> logg N-logg N 0 = n log 2
=> N log 2 = logg N-log N 0
=> n = logg N-log N 0 / log 2
n = 3, 3 (log N - log N 0 )
Tillväxtkurva:
Tillväxten av bakterier sker i fyra faser enligt nedan. En plot av logg av bakterier tal mot tid ger en typisk kurva som kallas "tillväxtkurva" (Figur 2.16).
1. Lagfas:
När ett inokulum av bakterier ympas i ett lämpligt friskt odlingsmedium, börjar normalt logaritmisk tillväxt vanligtvis inte omedelbart; snarare börjar det efter viss tid. Denna tidsfördröjning mellan inokuleringen och början av den normala logaritmiska tillväxten av bakterier kallas "lagfas".
Under denna period acclimatiserar bakterierna till den nya miljön i färskt odlingsmedium, vilket inte är detsamma som miljön, från vilken det har tagits. I denna fas växer bakterien väldigt långsamt genom splittring genom binär fission. Därför lutar lagfasen i tillväxtkurvan uppåt endast något.
En fördröjningsfas uppträder vanligen inte, om inokulumerna tas från en exponentiellt odlad odling och inokuleras i ett nytt odlingsmedium liknande det, från vilket det har tagits och bibehållits under liknande tillväxtbetingelser.
2. Logfas (Exponentiell fas):
Under denna period växer bakterien i snabbaste takt på ett logaritmiskt (exponentiellt) sätt. Maximal tillväxt sker under denna fas. Generationstid och tillväxthastighet är nästan konstanta. Därför visar logfasen i tillväxtkurvan en brant stigning från slutet av lagfasen.
3. Stationär fas:
I den stationära fasen är antalet celler i kulturen nästan konstant. En obestämd exponentiell tillväxt är omöjlig och kan jämföras med historien om en fattig tiggare som gör narr av en kung genom att be om en enkel allmosa; dubbla matchstickorna varje dag i ett år med början på en. (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768, 65536, 131072, 262144, 5 24288, 1048576, 2097152, 4194304, 8388608, 16777216, 3354432, 6708864, 13417728, 26835456, 53670912, ..................... .. endast om en månad).
Det har också beräknats att en bakterie som väger endast 10-12 gram och har en generationstid på 20 minuter, om den växer exponentiellt i 48 timmar, skulle ge en befolkning som väger ungefär 4000 gånger jordens vikt.
Exponentiell tillväxt fortsätter inte på obestämd tid och upphör efter en tid på grund av två anledningar: a) Odlingsmediet blir så överbefolket att de väsentliga näringsämnena i den används och blir otillgängliga efter en gång och b) På grund av överbefolkningen, toxiska metaboliter som produceras av bakterierna ackumuleras till hämmande nivåer.
Dessa leder till bakteriens celler i början av döden i kulturen. Även om cellerna reproduceras genom binär fission och tillväxten fortsätter oaberad, motsvarar antalet celler som produceras nästan lika med antalet celler som dör. Detta leder till den stationära fasen.
4. Avsluta fas (Dödsfas):
I denna fas minskar antalet bakterieceller i kulturen. När allt fler giftiga metaboliter ackumuleras i mediet börjar mer och mer celler att dö. Detta leder till att fler celler dör än produceras. Som ett resultat minskar antalet celler. Dödsfasen sker också exponentiellt (logaritmiskt), men i en mycket långsammare takt än den för exponentiella tillväxtfasen.
