Рост и размножение микроорганизмов

Сложные процессы метаболизма, происходящие в клетке, отражаются такими явлениями, как рост и размножение микроорганизмов.
Термин «рост» означает увеличение массы клеток микроорганизмов в результате синтеза клеточного материала.

Интенсивность роста микроорганизмов можно определить делением их массы на численность особей в единице объема в отдельные промежутки времени. Рост индивидуальной клетки заканчивается размножением.

Под размножением микробов подразумевают способность их к самовоспроизведению, т. е. увеличению количества особей микробной популяции на единицу объема.
Отдельные группы микроорганизмов размножаются различными способами. У бактерий преобладает деление, может быть почкование. Грибы размножаются при помощи спор, вегетативным способом (участками мицелия), половым путем и почкованием (дрожжи). Вирусы размножаются путем репродукции вирусных частиц внутри клетки- хозяина.

Прокариотические клетки размножаются путем прямого (поперечного) деления. В процессе роста в клетках начинает нарастать количество общего азота, РНК и ДНК. Нуклеоид увеличивается в объеме, и в точках прикрепления к  цитоплазматической мембране двухцепочечная ДНК под действием ферментов разрывается по водородным связям. Происходят репликация ДНК и синтез комплементарных вторичных цепочек, которые расходятся по полюсам клетки. Они в дальнейшем станут нуклеоидами дочерних клеток.

После деления нуклеоида начинается образование поперечной двухслойной перегородки, которая формируется за счет цитоплазматической мембраны.

Различают изоморфное и гетероморфное деления клеток. При изоморфном делении перегородка формируется на середине клетки, в результате чего образуются две одинаковые по величине клетки. В некоторых случаях деление носит асимметричный характер, при котором дочерняя клетка отделяется от одного из концов бактерии и новые клетки имеют неодинаковую величину. Такое деление называют гетероморфным. Оно может наблюдаться в старых культурах, после обработки микроорганизмов малыми дозами пенициллина, некоторыми химическими веществами, при ультрафиолетовом облучении и воздействии других факторов. В результате такого воздействия происходит нарушение координации между ростом и делением клетки, в результате чего бактерия увеличивается, а деление ее не осуществляется.

Разделившиеся клетки могут отделяться одна от другой или оставаться рядом, формируя дипло- или стрептобактерии, стрептококки, стафилококки и сарцины. Это зависит от характера распределения слизистого слоя вокруг разделившейся клетки, от свойств питательной среды и др.

У большинства бактерий делящая перегородка располагается, как правило, перпендикулярно длине, у кокков - в любой плоскости. У спирохет в редких случаях перегородка может располагаться и вдоль клетки.

Бактерии характеризуются высоким темпом размножения, который обусловлен небольшим временем генерации, т. е. периодом, в течение которого осуществляется деление клетки. Например, время генерации кишечных палочек в оптимальных условиях составляет около 20 мин. Продолжительность периода зависит от вида бактерии, ее возраста, характера среды, условий культивирования и т. п.

Теоретически вычислено, что при делении клетки через каждые 20-30 мин количество бактерий за 24 ч составило бы 10-15 млрд. клеток, а через 5 сут. размножения одна клетка дала бы такую живую массу потомства, которая заполнила бы собой бассейны морей и океанов нашей планеты.

Однако в действительности такого быстрого размножения микробов не происходит, так как в естественных условиях отрицательно влияют на размножение накапливающиеся продукты метаболизма, ультрафиолетовые лучи, низкая и высокая температуры внешней среды и др.

Размножение бактерий в ограниченном объеме жидкой питательной среды (в пробирке, колбе) происходит в определенной закономерности, изображаемой в виде типичной кривой размножения (рис. 16). Эта кривая косвенно характеризует также и отмирание клеток, параллельно идущее с размножением.

На кривой размножения различают четыре основные фазы роста культуры, сменяющие друг друга в определенной последовательности: начальная фаза (лаг-фаза), экспоненциальная, или логарифмическая (лог- фаза), стационарная фаза и фаза отмирания.

Лаг-фаза - период задержки роста микроорганизмов, в течение которого внесенные в питательную среду бактерии адаптируются к новым условиям обитания и начинают размножаться с нарастающей скоростью. В этой фазе размеры клеток в 3-5 раз больше обычных, имеют большую биохимическую и энергетическую активность и повышенную чувствительность к различным бактерицидным факторам. Продолжительность лагфазы зависит от видовых особенностей микроорганизмов, количества засеваемого материала, питательных веществ и др. Для молочнокислых бактерий этот период составляет от 1 до 4 ч.

Jlor-фаза характеризуется быстрым и постоянным (через равные промежутки времени) размножением бактерий логарифмическим ростом их популяции, т. е. количество клеток увеличивается в геометрической прогрессии: за время равное одной генерации - в 2 раза, за два срока - в 4 раза, за три генерации - в 8 раз и т. д. В этот период морфологические свойства типичны для данного вида, вся популяция однородна, устойчивость клеток к неблагоприятным факторам возрастает. Продолжительность этой фазы 5-8 ч.

Для того чтобы клетки длительное время находились в экспоненциальной фазе роста, микроорганизмы выращивают в так называемой непрерывной культуре.

При этом в сосуд, содержащий популяцию растущих клеток, непрерывно вводят новые порции питательной среды в определенных количествах и одновременно удаляют из него соответствующее количество бактериальной суспензии вместе с продуктами метаболизма.

Непрерывное культивирование осуществляют в специальных сосудах-культиваторах (хемостатах и турбидостатах).

Стационарная фаза завершает период роста культуры и продолжается 4-5 ч. Она характеризуется сбалансированным (уравновешенным) размножением и отмиранием (под действием продуктов обмена) бактерий. Вследствие этого в каждую единицу времени в среде имеется определенное количество живых и столько же мертвых микроорганизмов. При этом кривая роста, достигнув своего максимума, становится параллельной оси абсцисс. В этой стадии наряду с типичными клетками встречаются дегенеративные и инволюционные формы. Эти изменения обусловлены ограничением количества питательного субстрата, большой концентрацией клеток и накоплением токсических продуктов обмена.

Фаза отмирания (старения культуры) характеризуется превосходством количества погибающих бактерий над количеством образующихся.

Кривая роста приобретает наклонное положение, она соответствует фазе отмирания микроорганизмов, т. е. гибели с постоянной скоростью через равные промежутки времени.

Причиной отмирания клеток являются истощение питательной среды, накопление ядовитых продуктов обмена, изменение физико- химических свойств среды, автолиз, т. е. лизис клеток под действием собственных ферментов. В этой фазе бактерии изменяют свою морфологию - появляются шаровидные, нитевидные, ветвящиеся и другие формы. У спорообразующих видов наряду с отмиранием вегетативных клеток происходит образование спор. Микроорганизмы
могут утрачивать подвижность, способность воспринимать окраску, становятся грамвариабельными (изменяют окраску по Граму), утрачивают часть биохимической активности, вирулентности, антигенных свойств и др.

Продолжительность фазы у разных видов бактерий неодинакова. Для большинства сапрофитных и молочнокислых бактерий она составляет 2-3 сут. Некоторые виды молочнокислых бактерий погибают через 7-10 дней.

Описанные закономерности развития популяции будут правильными при выращивании ее в оптимальных условиях. Так, если поместить посевы в ледяную воду, культура прекратит рост и кривая роста не только не поднимется вверх, но после некоторой протяженности по горизонтали опустится вниз.

Рост микроорганизмов в жидкой питательной среде может проявляться помутнением и изменением цвета среды, наличием или отсутствием пристеночного кольца и поверхностной пленки различного характера, наличием или отсутствием осадка. При выращивании на обезжиренном молоке молочнокислые бактерии вызывают в первые сутки культивирования свертывание молока с образованием однородного плотного сгустка без обильного выделения молочной сыворотки и газа, с кисломолочными вкусом и запахом.

При размножении на плотных питательных средах микроорганизмы образуют колонии (от nar.colonia - поселение), которые представляют собой видимые скопления особей одного вида и формирующиеся в результате размножения, как правило, одной клетки.

Они бывают круглой, розеткообразной, звездчатой,
древовидной формы, могут иметь поверхность гладкую, выпуклую, плоскую, куполообразную, вдавленную. Колонии отмечаются также по строению края, который, может быть ровным (S-форма) и
шероховатым (R-форма). По величине колонии подразделяют на крупные (свыше 4 мм) в диаметре, средние (2-4 мм), мелкие (1-2 мм) и карликовые (меньше 1мм).
Колонии отличаются также по консистенции, плотности, прозрачности, цвету. Они бывают слизистыми, сметанообразными, влажными, сухими, прозрачными, полупрозрачными и непрозрачными, окрашенными и бесцветными.

Различные виды микроорганизмов образуют специфические колонии на плотных питательных средах и дают характерный рост на жидких средах. Особенности роста микробов на питательных средах называют культуральными свойствами. Их учитывают при определении видов микроорганизмов.

Владимир Заниздра

Основатель сайта Baker-Group.net. Более 25-ти лет опыта в кондитерском производстве. Более 20-ти лет опыта управления. Опыт в организации и проектирования производства с нуля. Сайт: baker-group.net/contacts.html Эл. почта Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Оставить комментарий

Календарь

« Декабрь 2016 »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
      1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31  

Рекомендуемые материалы