Понятие роста, размножения прокариот (чистая культура, популяция микроорганизмов, колонии, биопленки, зооглеи).

Под ростом бактерий понимают увеличение массы клеток без изменения их числа в популяции как результат скоординированного воспроизведения всех клеточных компонентов и структур. Увеличение числа клеток в популяции микроорганизмов обозначают термином «размножение». Оно характеризуется временем генерации (интервал времени, за который число клеток удваивается) и таким понятием, как концентрация бактерий (число клеток в 1 мл).

В отличие от митотического цикла деления у эукариотов размножение большинства прокариотов (бактерий) идет путем бинарного деления, а актиномицетов — почкованием. При этом все прокариоты существуют в гаплоидном состоянии, поскольку молекула ДНК представлена в клетке в единственном числе. При изучении процесса размножения бактерий необходимо учитывать, что бактерии всегда существуют в виде более или менее многочисленных популяций, и развитие бактериальной популяции в жидкой питательной среде в периодической культуре можно рассматривать как замкнутую систему. В этом процессе выделяют 4 фазы:

• 1-я — начальная— характеризуется началом интенсивного роста клеток, но скорость их деления остается невысокой;

• 2-я — логарифмическая— характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток и значительным увеличением числа клеток в популяции;

• 3-я — стационарная фаза — наступает тогда, когда число клеток в популяции перестает увеличиваться. Это связано с тем, что наступает равновесие между числом вновь образующихся и гибнущих клеток.

• 4-я — фаза отмирания — характеризуется преобладанием в популяции числа погибших клеток и прогрессивным снижением числа жизнеспособных клеток популяции. Прекращение роста численности (размножения) популяции микроорганизмов наступает в связи с истощением питательной среды и/или накоплением в ней продуктов метаболизма микробных клеток.

Чистая культура-совокупность микробов одного вида или варианта, полученная из одного образца материала и содержащаяся в определенном объеме среды (напр., в пробирке). Ч.к. из колонии обладает высокой однородностью св-в, поскольку она обычно происходит из одной особи. Ч.к., полученная путем селективной обработки материала, содержащего смесь микробов, менее однородна.

Популяции микроорганизмов-совокупность особей одного вида, относительно длительно обитающих на определенной территории (в биотопе).

КОЛОНИИ микроорганизмов -видимые невооружённым глазом скопления клеток или мицелия, образуемые в процессе роста и размножения микроорганизмов на (или в) плотном питат. субстрате. Могут различаться у разных видов величиной, характером поверхности, консистенцией, пигментацией и др. признаками. Различия обусловлены размерами клеток, наличием (или отсутствием) жгутиков, спор, капсулы. В естеств. условиях К. м. возникают на поверхности пищевых продуктов, в почве, грунте водоёмов и т. п. В лабораторных условиях К. м. получают при посеве микробов на агаризованные и др. твёрдые питат. среды. Характеристика колоний обычно учитывается при определении вида микроорганизма.

Биоплёнка — множество (конгломерат) микроорганизмов, расположенных на какой-либо поверхности, клетки которых прикреплены друг к другу. Обычно клетки погружены в выделяемое ими внеклеточное полимерное вещество (внеклеточный матрикс) — слизь. Развитие биоплёнки, а иногда и саму биоплёнку также называют биообрастанием. Термин «биоплёнка» определяется по-разному, но в целом можно сказать, что биоплёнка — обладающее пространственной и метаболической структурой сообщество (колония) микроорганизмов, расположенных на поверхности раздела сред (англ.)русск. и погружённых во внеклеточный полимерный матрикс. Обычно биоплёнки образуются в контакте с жидкостями при наличии необходимых для роста веществ. Поверхность, к которой прикреплена биоплёнка, может быть как неживой (камни), так и поверхностью живого организма (стенки кишечника, зубы). Считается, что 95-99% всех микроорганизмов в естественной среде существует в виде биоплёнки.Микроорганизмы образуют биоплёнку под влиянием ряда факторов, включая клеточное распознавание мест прикрепления к поверхности и наличие питательных или агрессивных веществ, кислорода и т. д. В режиме образования биоплёнки клетка меняет своё поведение, что обуславливается регуляцией экспрессии генов.

Зооглея— слизистые образования, образующиеся при жизнедеятельности бактерий, имеющих слизистые капсулы или выделяющих слизь. Образование характерно для некоторых, преимущественно водных, бактерий, например, для рода Zoogloea. Возникновение зооглеи, по-видимому, носит приспособительный характер: благодаря консистенции слизи легко осуществляется адсорбция из воды питательных веществ, необходимых для существования бактерий. Различают пальцевидную, коралловидную, брыжеечную и другие формы. В химический состав зооглеи входят полисахариды и азотистые соединения. К наиболее распространённым видам зооглеи относятся чайный гриб, кефирный тибетский гриб и индийский морской рис.

Закономерности роста бактерий в периодической культуре. Кривая роста, фазы роста бактериальной популяции. Непрерывные и синхронные культуры. Культивирование иммобилизованных клеток.

Непрерывные культуры

В 50-е годы 20 века был разработан метод непрерывного культивирования микроорганизмов (метод проточных культур). Сущность метода состоит в том, что в культиватор, где производится выращивание бактерий, все время поступает свежая питательная среда и одновременно с такой же скоростью выводится культуральная жидкость. В результате для микроорганизмов создаются неизменные условия в отношении наличия питательных веществ и фактически отсутствия продуктов обмена. Регулируя скорость проточной среды, можно управлять развитием бактериальной популяции, например, задержать культуру в логарифмической фазе роста на любое длительное время.Проточное культивирование микроорганизмов используется в изучении физиологии микроорганизмов, т.к. позволяет их культивировать в контролируемых условиях. Кроме того, этот метод нашел широкое применение в микробиологической промышленности, т.к. дает возможность управлять биосинтетическими процессами микроорганизмов.

Синхронные культуры

Синхронные культуры – это бактериальные культуры или популяции, в которой все клетки находятся на одинаковой стадии клеточного цикла. Синхронное факторами, например, пониженной или повышенной температурой. Считается, что неблагоприятные температуры больше сказываются на развитии делящихся клеток, более чувствительных к действию различных факторов. В результате происходит торможение развития. За это время к делению подготовятся другие клетки культуры. Следующее за ним воздействие оптимальной температуры постепенно вызывает синхронное деление клеток. Для получения синхронных культур используют метод вынужденного голодания. Клетки помещают на неполноценную среду, культивируют, затем переносят на полноценную.

Синхронные культуры используют для изучения синтеза отдельных клеточных компонентов в процессе деления клетки.

Системы культивирования иммобилизованных клеток

Существует 2 типа систем культивирования иммобилизованных клеток:

1. Система культуры с плоской основой, клетки выращиваются в горизонтально расположенном сосуде.

2. Система колоночной культуры, где клетки выращиваются в вертикальном сосуде.

В обеих системах жидкая среда циркулирует вокруг физически неподвижных клеток.