Væksten af bakterieceller - Forklaret! (Med figur)
Cellulær vækst og reproduktion:
En individuel bakteriecelle vokser i størrelse, når miljøbetingelserne er gunstige for dens vækst. Hver celle vokser til omtrent det dobbelte af dens størrelse (figur 2.15).
I tilfælde af sfæriske bakterier fordobles cellens diameter, mens i andre forlænger cellen for at fordoble dens oprindelige længde.
En sådan vækst kaldes "cellulær vækst". Efter en bakteriecelle opnår næsten dobbelt størrelse, opdeles den i to celler ved en proces kaldet "binær fission". Således foregår reproduktion af bakterier gennem binær fission. Begrebet binære indebærer, at hver moderbakteriecelle opdeler (fission: division) til to (bi: to) datterbakterieceller.
Under delingen vokser cellemembranen og cellevæggen i midten af modercellen indad fra modsatte sider, indtil de møder hinanden og fra en skillevæg kaldet 'septum'.
Septum opdeler cellen i to lige halvdele, som senere knibes til for at danne to nye dattermoderceller, replikerer DNA-molekylet til to lignende DNA-molekyler, således at hver dattercelle modtager et DNA-molekyle. Andre cellulære stoffer er ligeledes opdelt lige mellem de to datterceller.
Vækst af bakterier:
Ved højere planter og dyr betyder vækst en stigning i individets størrelse. Selvom hver bakteriecelle også vokser ved forøget størrelse, er sådan cellulær vækst vanskeligt at opfattes som regel og har ringe betydning; Det er snarere antallet af celler, der produceres i slutningen af et bestemt tidsinterval, som kan opfattes og har afgørende betydning.
Det er derfor; "vækst af bakterier" defineres som en stigning i antallet af bakterieceller. "Væksthastighed" af bakterier defineres som stigningen i antallet af bakterieceller pr. Tidsenhed. Den tid, der kræves for en given population af bakterier til at blive fordoblet kaldes 'generationstid' eller 'fordoblingstid'. Det varierer mellem bakterier fra få minutter til få timer.
Eksponentiel eller logaritmisk vækst:
Da væksten af bakterier finder sted gennem binær fission vokser en enkelt bakterie (1) som 1, 2, 4, 8, 16 og så videre, hvilket også kan udtrykkes 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 type vækst, hvor antallet af celler fordobles i løbet af hver enheds tid (genereringstid), kaldes "eksponentiel vækst" eller "logaritmisk vækst". Logaritmisk vækst er meget hurtigere end aritmetisk vækst (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ....) Eller geometrisk vækst (1, 2, 4, 8, 16, 32 ......).
Selvom det tilsyneladende følger geometrisk vækst, vokser det efter få generationer som 1, 10, 100, 1000, 10000 .......... (10 0, 10 1, 10 2, 10 3, 10 4 ...... ..) Hvem logaritmiske værdier er 0, 1, 2, 3, 4 ...... .. respektivt?
Hvis det første antal bakterier er N 0 i stedet for 1, derefter efter 'n' antal generationer, vil det endelige antal bakterier (N) være N 0 x 2 n .
Således kan det endelige antal bakterier opnås under anvendelse af følgende ligning:
N = N 0 x 2 n
Hvor,
N: Endeligt antal bakterier,
N 0 : Indledende antal bakterier og
N: Antal generationer.
Ligningen for at finde ud af antallet af generationer (n) er afledt af ovenstående ligning som følger:
N = N 0 x 2 n
=> Log N = log (N 0 x 2 n ) (tager log på begge sider)
=> Log N = log N 0 + log 2 n (... log axb = log a + log b)
=> Log N = log N 0 + n log 2 (... log a x = x log a)
=> log N-log N 0 = n log 2
=> N log 2 = log N-log N 0
=> n = log N-log N 0 / log 2
n = 3, 3 (log N - log N 0 )
Vækstkurve:
Vækst af bakterier foregår i fire faser som angivet nedenfor. Et plot af log af bakterier tal versus tid giver en typisk kurve kaldet 'vækstkurve' (figur 2.16).
1. Lag fase:
Når et inokulum af bakterier inokuleres i et egnet frisk dyrkningsmedium, begynder normal logaritmisk vækst normalt ikke umiddelbart; Det starter snarere efter et bestemt tidsrum. Denne forældelse af tid mellem inokulationen og begyndelsen af den normale logaritmiske vækst af bakterier kaldes 'lagfase'.
I løbet af denne periode akklimatiseres bakterierne til det nye miljø i friskdyrkningsmediet, hvilket ikke er det samme som miljøet, hvorfra det er taget. I denne fase vokser bakterien meget langsomt gennem opdeling ved binær fission. I vækstkurven glider lagfasen derfor kun lidt opad.
En forsinkelsesfase forekommer sædvanligvis ikke, hvis inokulumerne tages fra en eksponentielt voksende kultur og inokuleres i et frisk dyrkningsmedium, der ligner det, fra hvilket det er taget og opretholdt under tilsvarende vækstbetingelser.
2. Logfase (eksponentiel fase):
I løbet af denne periode vokser bakterien hurtigst muligt på en logaritmisk (eksponentiel) måde. Maksimal vækst finder sted i denne fase. Generationstid og væksthastighed forbliver næsten konstant. Derfor viser logfasen i vækstkurven en stejl stigning fra slutningen af forsinkelsesfasen.
3. Stationær fase:
I den stationære fase forbliver antallet af celler i kulturen næsten konstant. En ubestemt eksponentiel vækst er umulig og kan sammenlignes med historien om, at en fattig tigger gør narre af en konge ved at bede om en simpel almisse; dobbelt matchen stikker hver dag i et år med en start. (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, ..................... .. kun på en måned).
Det er også blevet beregnet, at en bakterie, der vejer kun 10-12 gram og har en generationstid på 20 minutter, hvis den vokser eksponentielt i 48 timer, ville producere en population, der vejer omkring 4000 gange jordens vægt.
Eksponentiel vækst fortsætter ikke på ubestemt tid og ophører efter nogen tid på grund af to grunde: a) Kulturmediet bliver så overfyldt, at essentielle næringsstoffer, der er til stede i det, bliver brugt op og bliver utilgængelige efter engang og b) På grund af overbefolkningen, giftige affald metabolitter produceret af bakterierne akkumuleres til hæmmende niveauer.
Disse fører til bakteriens celler i begyndelsen af døden i kulturen. Selv om cellerne reproduceres ved binær fission, og væksten fortsætter uformindsket, er antallet af producerede celler næsten lig med antallet af celler, der dør. Dette fører til den stationære fase.
4. Afvis fase (dødsfase):
I denne fase falder antallet af bakterieceller i kulturen. Efterhånden som flere og flere toksiske metabolitter ophobes i mediet, begynder flere og flere celler at dø. Dette fører til, at flere celler dør end produceret. Som følge heraf falder antallet af celler. Dødsfasen forekommer også eksponentielt (logaritmisk), men i en langt langsommere hastighed end den for den eksponentielle vækstfase.
