Veksten av bakterieceller - forklart! (Med figur)
Cellulær vekst og reproduksjon:
En individuell bakteriecelle vokser i størrelse, når miljøforholdene er gunstige for veksten. Hver celle vokser til omtrent dobbelt så stor som den (figur 2.15).
Ved sfæriske bakterier fordobles cellens diameter, mens den i andre forlenger cellen for å doble sin opprinnelige lengde.
En slik vekst kalles "mobil vekst". Etter at en bakteriecelle har nådd nesten dobbelt størrelse, deles den i to celler ved en prosess som kalles binær fisjon. Således foregår reproduksjon av bakterier gjennom binær fisjon. Begrepet binære innebærer at hver mors bakteriecelle deler (fisjon: divisjon) til to (bi: to) datterbakterieceller.
Under divisjonen vokser cellemembranen og celleveggen i midten av modercellen innover fra motsatte sider til de møter hverandre og fra en skillevegg som kalles 'septum'.
Septumet deler cellen i to like halvdeler, som senere knytter seg til å danne to nye modermorceller, replikerer DNA-molekylet til to lignende DNA-molekyler, slik at hver dattercelle mottar ett DNA-molekyl. Andre cellulære stoffer deles også like mellom de to dattercellene.
Vekst av bakterier:
Ved høyere planter og dyr betyr vekst en økning i størrelsen på et individ. Selv om hver bakteriecelle også vokser ved økning i sin størrelse, er en slik cellulær vekst vanskelig å oppfattes som vanlig og har liten betydning; heller er det antall celler som produseres på slutten av et bestemt tidsintervall, som kan oppfattes og har en viss betydning.
Det er hvorfor; "vekst av bakterier" er definert som en økning i antall bakterieceller. "Vekstrate" av bakterier er definert som økningen i antall bakterieceller per tidsenhet. Tiden som kreves for en gitt populasjon av bakterier til å bli doblet kalles "generasjonstid" eller "doblingstid". Det varierer mellom bakterier fra få minutter til få timer.
Eksponentiell eller logaritmisk vekst:
Ettersom bakterienes vekst foregår gjennom binær fisjon, vokser en enkelt bakterie (1) som 1, 2, 4, 8, 16 og så videre, som også kan uttrykkes 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 . Denne typen vekst, hvor antall celler dobler i løpet av hver tidsenhet (generasjonstid), kalles "eksponentiell vekst" eller "logaritmisk vekst". Logaritmisk vekst er mye raskere enn aritmetisk vekst (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ....) Eller geometrisk vekst (1, 2, 4, 8, 16, 32 ......).
Selv om det tilsynelatende følger geometrisk vekst, vokser det etter få generasjoner som 1, 10, 100, 1000, 10000 .......... (10 0, 10 1, 10 2, 10 3, 10 4 ...... ..) Hvilke logaritmiske verdier er 0, 1, 2, 3, 4 ...... .. respektivt?
Hvis det første antall bakterier er N 0 i stedet for 1, deretter etter 'n' antall generasjoner, vil det endelige antall bakterier (N) være N 0 x 2 n .
Dermed kan det endelige antall bakterier oppnås ved å bruke følgende ligning:
N = N 0 x 2 n
Hvor,
N: Endelig antall bakterier,
N 0 : Initialt antall bakterier og
N: Antall generasjoner.
Ligningen for å finne ut antall generasjoner (n) er avledet fra ligningen ovenfor som følger:
N = N 0 x 2 n
=> Logg N = logg (N 0 x 2 n ) (tar logg på begge sidene)
=> Log N = logg N 0 + log 2 n (... log aksb = logg a + log b)
=> Log N = logg N 0 + n log 2 (... logg a x = x logg 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 )
Vekstkurve:
Vekst av bakterier foregår i fire faser som angitt nedenfor. En tegning av logg av bakterier tallet versus tid gir en typisk kurve kalt vekstkurve (figur 2.16).
1. Lagfase:
Når et inokulum av bakterier inokuleres i et egnet friskt dyrkingsmedium, begynner normal logaritmisk vekst vanligvis ikke umiddelbart; snarere begynner det etter en viss tidshorisont. Denne tidsforløpet mellom inokuleringen og begynnelsen av den normale logaritmiske veksten av bakterier kalles lagfase.
I løpet av denne perioden akklimatiserer bakteriene til det nye miljøet i det friske kultursmediet, som ikke er det samme som miljøet, hvorfra det er tatt. I denne fasen vokser bakterien veldig sakte gjennom deling av binær fisjon. Derfor, i vekstkurven, går lagfasen oppover bare litt.
En forsinkelsesfase forekommer vanligvis ikke hvis inokulumene tas fra en eksponentielt voksende kultur og inokuleres i et nytt dyrkningsmedium som ligner det, hvorfra det er tatt og opprettholdt under lignende vekstbetingelser.
2. Logfase (eksponentiell fase):
I løpet av denne perioden vokser bakterien raskest på logaritmisk (eksponensiell) måte. Maksimal vekst foregår i denne fasen. Generasjonstid og veksthastighet forblir nesten konstant. Derfor, i vekstkurven, viser logfasen en bratt stigning fra slutten av lagfasen.
3. Stasjonær fase:
I den stasjonære fasen forblir antall celler i kulturen nesten konstant. En ubestemt eksponentiell vekst er umulig og kan sammenlignes med historien om en fattig tigger som gjør narr av en konge ved å be om enkle alms; doble matchpinner hver dag i et år som begynner med 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, ..................... .. bare på en måned).
Det har også blitt beregnet at en bakterie som veier bare 10-12 gram og har en generasjonstid på 20 minutter, hvis den vokser eksponentielt i 48 timer, vil produsere en befolkning som veier ca. 4000 ganger jordens vekt.
Eksponentiell vekst fortsetter ikke på ubestemt tid og opphører etter en tid på grunn av to grunner: a) Kulturmediet blir så overfylt at essensielle næringsstoffer som er tilstede i det blir brukt og blir utilgjengelige etter en gang, og b) På grunn av overbefolkning, giftige avfall metabolitter produsert av bakteriene akkumuleres til hemmende nivåer.
Disse fører til begynnelsen av døden av bakteriecellene i kulturen. Selv om cellene reproduserer ved binær fisjon og veksten fortsetter uforminsket, blir antallet produserte celler nesten like som antall celler som dør. Dette fører til den stasjonære fasen.
4. Avfall fase (dødsfase):
I denne fasen reduseres antall bakterieceller i kulturen. Etter hvert som flere og flere giftige metabolitter samler seg i mediet, begynner flere og flere celler å dø. Dette fører til at flere celler dør enn produsert. Som et resultat reduseres antall celler. Dødsfasen forekommer også eksponentielt (logaritmisk), men i en mye langsommere hastighet enn den for eksponentielle vekstfasen.
