Bakterier: Vekst og cellesyklus av bakterier

Les denne artikkelen for å lære om bakteriers vekst og celle syklus!

Vekst av bakterier:

Når en prokaryotcelle inokuleres i (plassert på eller i) medium, som inneholder alle de essensielle ingrediensene for vekst, vil cellen: akkumulere næringsstoffer; syntetisere nye cellebestanddeler; vokse i størrelse; kopiere sitt genetiske materiale; legge ned ny cellevegg; og til slutt dele seg i to.

Følgelig blir en celle to og deretter, etter en annen tidsperiode, deler disse seg til å bli fire. Denne typen celledeling kalles binær fisjon, og denne typen fordoblingsvekst kalles eksponentiell vekst.

En befolkning av prokaryoter som vokser i, vil doble i antall i en bestemt tidsperiode kalt generasjon eller doblingstid.

Generasjonstid (g) = tid (t) / antall generasjoner (n)

Antall generasjoner kan beregnes, hvis det opprinnelige (N ₀ ) og sluttnummer (N) av celler er kjent, ved hjelp av formelen n = 3.3 (log N - log N ₀ )

Hastigheten som en befolkning vokser på (antall generasjoner per tidsenhet) uttrykkes som gjennomsnittlig eller spesifikk veksthastighetskonstant, og dette måles ved å bruke følgende ligning:

Gjennomsnittlig veksthastighet (μ) = 0, 69 / g

Fra denne formelen kan det ses at når den spesifikke veksten øker, vil generasjonstiden reduseres.

Graden av bakterier som vokser og deler, avhenger av mikrobens natur, ingrediensene i mediet der den er vokst, og miljøforholdene. For eksempel kan E. coli, når den vokser i et rikt medium, med rikelig lufting ved 37 ° C, dele seg hvert 20. minutt.

Denne frekvensen av celle, divisjon reduseres dersom prokaryotene plasseres i et minimalt medium hvor de må syntetisere essensielle makromolekylære forløpere som aminosyrer og baser. Mycobacterium tuberculosis har derimot en maksimal doblingstid på ca. 18 timer og vil ta mye lengre tid enn E. coli, for eksempel for å danne kolonier på en agarplate.

Bakteriell celle syklus:

Sekvensen av hendelser som strekker seg fra dannelsen av en ny celle til neste divisjon kalles cellesyklusen. I denne syklusen vil en E. coli-celle vokse i lengde, med liten endring i diameter, til den når en "kritisk størrelse, to ganger en enhedscellelengde.

Celledeling er initiert: en kontraktil ring dannes i midten av cellen, septasjonsproteiner syntetiserer ny cellevegg og to nye celler dannes, hver som inneholder minst en kopi av det bakterielle DNA. Følgelig, i løpet av denne tiden, må en kopi av kromosomet syntetiseres og de to kromosomene segregeres i de to avkomceller.

DNA-replikasjon skjer under C-kromosom-replikasjonsfasen, og kromosomsegregasjon forekommer i G (gap) -fasen, som kan være av variabel lengde. Mekanismen som kromosomer segregerer fremdeles er uklart. Til slutt legges over veggen (septum) mellom de to kromosomene og cellen deler seg i to (D-fase). Cell divisjon og DNA replikering må koordineres.

Initiering av DNA-replikasjon ved opprinnelsen (oriC), en kort adenin- og tyminrik sekvens, er avhengig av at cellen når en kritisk masse (initiasjonsmasse) og krever et antall proteininitieringsfaktorer.

DNA-segregering og divisjon styres imidlertid av cellens lengde som må nå en bestemt terskellengde før kromosomene deles opp og celledeling initieres. En rekke cellulære og miljømessige faktorer styrer prosessen.

Hurtig vekst:

Når forholdene for vekst er gunstige, kan E. coli vokse med en "generasjonstid på ca 20 min. Den tid det tar å syntetisere en komplett kopi av E. coli kromosomet er imidlertid 40 minutter under optimale forhold, og segregering av DNA og deling tar ytterligere 20 minutter.

Dermed bør den korteste cellesyklusen og derfor generasjonstiden for E. coli være 60 min. Dette er åpenbart ikke tilfelle. For celler å dele raskere enn hver 60 min, må DNA-replikering starte i en syklus og slutte i en annen

Når celler vokser raskt (generasjonstid <60 min), oppstår initiering av replikasjon som normalt, produserer to replikasjonsgafler som beveger toveis omkrom kromosomet til sluttpunktet.

Opprinnelsen på disse nye strengene initierer da ytterligere replikasjonsrunder før den forrige runden med DNA-replikasjon er ferdig. Således, når celledeling oppstår, er DNA-en i dattercellene allerede replikerende. Jo raskere celleveksthastigheten er, desto flere replikasjonsgaffler dannes slik at DNA i nye celler kan ha multiple replikasjonsgafler.

Vekst i batchkultur:

Den beste måten å produsere et stort antall mikrober er å dyrke dem i et flytende medium, den teknikken vi brukte kalles batchkultur der cellene inokuleres i flasker av et passende medium og dyrkes ved en passende temperatur og luftningsgrad. Prokaryoter som vokser på denne måten, viser et bestemt vekstmønster som kalles bakterievækstkurven.

Antallet levedyktige bakterieceller måles over tid og er plottet som en graf av loggen ₁₀ levedyktige celle tall over tid. Dette kalles en semi-logaritmisk tomt. En logaritmisk skala brukes til å plotte prokaryotvekst på grunn av det store antall produserte celler og for å avsløre den eksponentielle naturen av mikrobiell vekst.

Hvis en aritmetisk skala brukes til å plotte økningen i antall celler, vil en kurve med økende gradient bli sett. Dette konverteres til en rett linje når en logaritmisk skala brukes. Generasjonstiden for prokaryoten kan leses direkte fra grafen. Prokaryot vekstkurven avslører fire faser av vekst.

Jeg. Lagfase:

Når bakterier først inokuleres i et medium, er det en periode hvor det ikke oppstår vekst. I løpet av denne fasen tilpasser cellene seg til det nye miljøet, syntetiserer nye enzymer etter behov og øker cellestørrelsen klar for celledeling.

Lengden på denne tiden avhenger av innholdet av inokulumet. Hvis dette kommer fra en frisk kultur i samme medium, vil lagfasen være kort, men hvis inokulumet er gammelt eller mediet har blitt forandret (spesielt bevegelige bakterier fra et rikt medium til en fattig), vil lagfasen være lengre .

ii. Eksponensiell (logaritmisk) fase:

Når prokaryotene begynner å dele, øker tallene med en konstant hastighet som gjenspeiler generasjon (dobling) tid for prokaryoten. Dette ses som en rett linje i denne delen av grafen.

iii. Stasjoner fase:

Da prokaryotene øker i antall, bruker de alle tilgjengelige næringsstoffene og 'akkumulerer veksthemmere. Til slutt nås et punkt der det ikke er noe økning i celle tall, sett som en flatering av vekstkurven. Under denne tilstanden av likevekt fungerer celler fortsatt. Det er noen celledød som er balansert av noen små mengder kontrollert celledeling.

iv. Dødsfase:

Etter en stund blir frekvensen av celledød større enn celledeling, og antallet levedyktige celler faller. Celler lyser og kulturen blir mindre uklar.

Lock et al. (1965) har foreslått forskjellig terminologi for disse vekststadiene. De brukte 'tropofase' for loggfasen og 'idiophase' for den stasjonære fasen av batchkultur. Denne typiske vekstkurven er kjent som 'sigmoidal vekstkurve'.