Bakterier: Tillväxt och cellcykel av bakterier

Läs den här artikeln för att lära dig om bakteriernas tillväxt och cellcykel!

Tillväxt av bakterier:

När en prokaryotcell inokuleras i (placerad på eller i) medium, innehållande alla väsentliga ingredienser för tillväxt, kommer cellen att: ackumulera näringsämnen; syntetisera nya cellkomponenter växa i storlek; replikera dess genetiska material; lägga ner ny cellvägg; och dela i så småningom i två.

Följaktligen blir en cell två och sedan delas de efter en annan tidsperiod till fyra. Denna typ av celldelning kallas binär fission och denna typ av fördubblingstillväxt kallas exponentiell tillväxt.

En population av prokaryoter som växer in på detta sätt kommer att fördubblas i antal under en viss tid som kallas generering eller fördubblingstid.

Generationstid (g) = tid (t) / antal generationer (n)

Antalet generationer kan beräknas om det ursprungliga (N ₀ ) och slutliga talet (N) av celler är känt, med formeln n = 3.3 (log N - log N ₀ )

Den hastighet vid vilken en befolkning växer (antalet generationer per tidsenhet) uttrycks som medel eller specifik tillväxthastighetskonstant, och detta mäts med användning av följande ekvation:

Genomsnittlig tillväxt (μ) = 0, 69 / g

Från denna formel kan man se att när den specifika tillväxttakten ökar kommer generationstiden att minska.

Den takt som bakterier växer och delar upp beror på naturen hos mikroben, ingredienserna i mediet där den odlas och miljöförhållandena. Till exempel kan E. coli, när den odlas i en rik medium, med mycket luftning vid 37 ° C kunna dela var 20: e minut.

Denna cellhastighet, delning minskar om prokaryoter placeras i ett minimalt medium där de erfordras att syntetisera väsentliga makromolekylära prekursorer, såsom aminosyror och baser. Däremot har Mycobacterium tuberculosis en maximal dubbleringstid på ca 18 h och kommer att ta mycket längre tid än E. coli, till exempel för att bilda kolonier på en agarplatta.

Bakteriecellscykel:

Sekvensen av händelser som sträcker sig från bildandet av en ny cell till nästa division kallas cellcykeln. I denna cykel kommer en E. coli-cell att växa i längd, med liten förändring i diameter tills den når en "kritisk storlek, två gånger en cellcellslängd.

Celldelning initieras: en kontraktilring bildas i mitten av cellen, septationsproteiner syntetiserar ny cellvägg och två nya celler bildas, var och en innehåller minst en kopia av bakterie-DNA. Följaktligen måste under denna tid en kopia av kromosomen syntetiseras och de två kromosomerna segregeras i de två avkommanscellerna.

DNA-replikation sker under fas C (kromosomreplikationsfasen) och kromosomsegregation förekommer i G (gap) -fasen, vilken kan vara av variabel längd. Mekanismen genom vilken kromosomer segregerar är fortfarande oklart. Slutligen läggs över väggen (septum) mellan de två kromosomerna och cellen delar sig i två (D-fas). Celldelning och DNA-replikation måste samordnas.

Initiering av DNA-replikation vid ursprunget (oriC), en kort adenin- och tyminrik sekvens, beror på att cellen når en kritisk massa (initieringsmassa) och kräver ett antal proteininitieringsfaktorer.

DNA segregering och delning styrs emellertid av cellens längd som måste nå en viss tröskelängd innan kromosomerna delas upp och celldelning initieras. En mängd cell- och miljöfaktorer styr processen.

Snabb tillväxt:

När förhållandena för tillväxt är gynnsamma, kan E. coli växa med en "generationstid på ca 20 min. Den tid som krävs för att syntetisera en fullständig kopia av E. coli-kromosomen är emellertid 40 min under optimala betingelser och segregering av DNA och delning tar ytterligare 20 min.

Sålunda bör den kortaste cellcykeln och därför genereringstiden för E. coli vara 60 min. Detta är uppenbarligen inte fallet. För att celler ska delas snabbare än var 60: e minut måste DNA-replikering börja i en cykel och sluta i en annan

När celler växer snabbt (genereringstid <60 min) inträffar replikation, som normalt, som producerar två replikationsgafflar som rör sig dubbelriktat runt kromosomen till slutpunkten.

Ursprunget på dessa nya strängar initierar sedan ytterligare replikationsrundor innan den tidigare omgången av DNA-replikering har slutförts. Således, när celldelning uppstår, replikerar DNA-värdet i dottercellerna redan. Ju snabbare celltillväxthastigheten är, desto mer replikationsgafflar bildas så att DNA i nya celler kan ha multipla replikationsgafflar.

Tillväxt i satskultur:

Det bästa sättet att producera ett stort antal mikrober är att växa dem i ett flytande medium. Den teknik vi använde kallas satskultur där cellerna ympas i kolvar av ett lämpligt medium och odlas vid lämplig temperatur och luftningsgrad. Prokaryoter som odlas på detta sätt visar ett visst tillväxtmönster som kallas bakteriell tillväxtkurva.

Antalet livsdugliga bakterieceller mäts över tiden och är ritad som ett diagram över loggen ₁₀ livsdugliga cellantal mot tiden. Detta kallas en semi-logaritmisk plot. En logaritmisk skala används för att plotta prokaryotillväxt på grund av det stora antalet celler som produceras och för att avslöja den exponentiella naturen hos mikrobiell tillväxt.

Om en aritmetisk skala används för att plotta "ökningen av antalet celler, skulle en kurva med ökande gradient ses. Detta omvandlas till en rak linje när en logaritmisk skala används. Generationstiden för prokaryot kan läsas direkt från grafen. Prokaryot tillväxtkurvan avslöjar fyra faser av tillväxt.

jag. Fördröjningsfas:

När bakterier först inokuleras i ett medium föreligger en period där ingen tillväxt uppstår. Under denna fas anpassar cellerna sig till den nya miljön, syntetiserar nya enzymer efter behov och ökar cellstorlekarna redo för celldelning.

Längden av denna tid beror på inokulatets natur. Om det här kommer från en frisk kultur i samma medium kommer lagfasen att vara kort, men om inokulatet är gammalt eller mediet har förändrats (speciellt rörliga bakterier från en rik medium till en fattig) kommer lagfasen att vara längre .

ii. Exponentiell (logaritmisk) fas:

När prokaryoterna börjar dela, ökar siffrorna i en konstant takt som återspeglar generationens (dubbleringstid) av prokaryoten. Detta ses som en rak linje i den här delen av grafen.

III. Stationär fas:

När prokaryoter ökar i antal använder de alla tillgängliga näringsämnen och ackumulerar tillväxthämmare. Så småningom uppnås en punkt där det inte finns någon nettoökning i cellnummer, sett som en utplattning av tillväxtkurvan. Under detta jämviktsläge fungerar celler fortfarande. Det finns en viss celldöd som balanseras av några små mängder kontrollerad celldelning.

iv. Dödsfas:

Efter ett tag blir frekvensen av celldöd större än celldelning och antalet livskraftiga celler sjunker. Cellerna lyser och kulturen blir mindre grumlig.

Lock et al. (1965) har föreslagit olika terminologier för dessa tillväxtsteg. De använde "tropofas" för logfasen och "idiophas" för den stationära fasen av satskulturen. Denna typiska tillväxtkurva är känd som "sigmoidal tillväxtkurva".