Рост и размножение бактерий. Фазы размножения бактерий в замкнутой среде (периодическая культура)

Рост – это согласованное увеличение всех компонентов клетки, результат роста – размножение.

Размножение бактерий – увеличение числа клеток в популяции.

В процессе роста бактериальная клетка увеличивается в 2-3 раза, она интенсивно окрашивается и накапливается РНК. В благоприятных условиях рост заканчивается размножением. У бактерий размножение происходит делением пополам – бинарное деление – основной способ размножения.

Кривая роста характеризует рост и размножение бактерий в определенных условиях среды. Кривую роста получают при изучении периодической культуры.

Периодическая культура – это популяция м/о которая развивается в ограниченном объеме среды без поступления питательны веществ.

1фаза – начальная – бактерии растут, но не размножаются

2 фаза – фаза логарифмического роста – бактерии интенсивно размножаются, их число увеличиваемся в логарифмической прогрессии.

3 фаза – стационарная – размножение – равно смертности

4 фаза – отмирания – накапливаются продукты метаболизма, истощается питательные вещества и бактерии погибают.

Внешние факторы могут оказывать:

бактериостатическое действие – подавлять размножение и рост бактерий

бактерицидное действие – вызывать гибель бактерий

Размножение бактерий.

Начинается с репликации (удвоения) генома, а затем происходит деление.

У бактерий вегетативная репликация – информация передается от родительской клетки к дочерней.

У бактерий репликация саморегулируемая – геноме есть гены, ответственные за репликацию.

Репликация носит полуконсервативный характер – дочерние клетки получают равномерно распределяющийся генетический материал (одна нитка ДНК материнская, вторая – новосинтезированная).

Репликация начинается с определенной точки, от которой происходит раскручивание ДНК, образуется репликационная вилка, синтезируется SSBбелок, который препятствует повторному скручиванию нитей. Процесс осуществляется ДНК полимеразой, которая способна присоединять комплиментарные нуклеотиды к свободному 3" концу.

Синтез комплиментарных участков запускается заправкой праймером. Это участок РНК, комплиментарен матричной ДНК и у праймера имеется свободный 3" конец. Заправка праймером запускает синтез ДНК, на матрице строятся фрагменты Оказаки, которые сшиваются в единую нить ДНК-лигазами. В бактериальной клетке образуются 2 идентичные нити ДНК, которые растаскиваются по полюсам клетки и после репликации запускается деление бактерий.

Деление начинается с удлинения цитоплазматической мембраны, формируется межклеточная перегородка по экватору, по которому бактерия бинарно делится и образуются 2 идентичные дочерние клетки.

Показатели роста и размножения бактерий:

Увеличение размеров клетки

Концентрация бактерий – число клеток в 1 мл

Плотность бактерий – масса бактерий в мг на мл

Время генерации – время, за которое число клеток удваивается.

22. Культивирование и методы выделения чистой культуры аэробов и анаэробов.

Культивирование м/о – это получение большого числа бактерий на питательной среде.

Цель культивирования: Изучение микробиологических свойств, Для диагностики инфекций и Для получения биопрепарата из бактерий или полученные с помощью бактерий.

Условия культивирования бактерии:

Наличие полноценной питательной среды.

Оптимальная t (≈37 0 C)

Атмосфера культивирования (есть O 2 или без него).

Время культивирования – видимый рост через 18-48 часов, или для некоторых 3-4 недели (tbc)

Освещенность питательной среды для фотосинтезирующих (растут только в присутствии света).

Кривая роста характеризует рост и размножение бактерий в определенных условиях среды. Кривую роста получают при изучении периодической культуры.

Периодическая культура это популяция микроорганизмов которая развивается в ограниченном объеме среды без поступления питательны веществ.

1 фаза - начальная - бактерии растут но не размножаются

2 фаза - фаза lg роста - бактерии интенсивно размножаются

3 фаза - стационарная - размножение - равно смертности

4 фаза - отмирания - накапливаются продукты метаболизмы, истощается питательная среда, бактерии погибают.

Внешние факторы могут оказывать

• Бактериостатическое действие - подавлять размножение и рост бактерий
• Бактерицидное действие - вызывать гибель бактерий

Ферменты бактерий

- Энзимы - специфические белки, которые катализируют химические реакции. Ферменты, вызывают перераспределение электронных плотностей и некоторую деформацию молекулы субстрата. Это приводит к ослаблению внутримолекулярных связей, снижается энергия активации и ускоряется реакция.

Классификация ферментов -

1. По типу катализируемой реакции - оксиредуктазы, лиазы, трасферазы, гидролазы и тд.
2. По локализации - эндоферменты - катализируют реакции внутри клетки. Экзоферменты - выделяются из бактериальной клетки, катализируют расщепление
3. Генетический контроль образования - конститутивные(в течении всего жизненного цикла, не влияет наличие субстрата), индуцибильные - они образуются в ответ на наличие субстрата
4. По субстрату - протеолитические - расщепляют белки, сахаролитические - расщепляют углеводы, липолитические - расщепляющие жиры.

Значение ферментов.

1. Синтез ферментов детерминирован, поэтому определение ферментативных свойств служит для идентификации организмов

2. Ферменты бактерии определяют их болезнетворность

3. Ферментативные свойства используются в микробиологической промышленности

Определение бактериальных ферментов

Протеазы расщепляют белки до аминокислот, мочевины, индола, сероводорода, аммиака. На средах с белком по выделению этих продуктов выявляют протеазы. Используют желатин, разжижение среды. На свернутой сыворотке по ее разжижению и на молоке по его просветлению. Казеин - будет разрушаться, белок свертываться. На МПБ по выделению газа индола и сероводорода, которые выявляют с помощью индикаторных бумажек

Определение ферментов, расщепляющих углеводы - сахаролитические. Эти ферменты расщепляют углеводы до альдегидов, кислот, углекислого газа, и H2. Для их определения используют МПБ или МПА, добавляют индикатор кислотообрзазованияи + углевод + поплавок для газообразования. ПО такому принципу создают среды Гиса и Пестреля. Если свет среды меняется, выделяется газ, значит идет расщепление углеводов. Используют моносахара. На этом принципе создаются панели, планшеты, бумажные индикаторные системы, СИБ - системы индикаторных бумажек, энетротуба и приборы для учета ферментативной активности.(образуется угольная кислота => нужны индикаторы с Ph)

Липолитические ферменты - липазы - выявляют на ЖСА - желточно солевой агар, который содержит желток, в котором много липидов и разрушение липидов сопровождается просветлением среды

Культивирование микроорганизмов.

Это получение большого числа бактерий на питательной среде. Цели культивирования. Культивирования проводят для

1. Изучение микробиологических свойств

2. Для диагностики инфекций

3. Для получения биопрепарата - из бактерий или полученные с помощью бактерий.

Такими препаратами могут быть лечебными, диагностическими, профилактические. Условия культивирования бактерии -

1. Наличие полноценной питательной среды.
2. Оптимальная температура
3. Атмосфера культивирования - либо кислород, либо его отсутствие.
4. Время культивирования - видимый рост через 18-48 часов, но некоторые - туберкулез например - 3-4- недели
5. Освещенность Некоторые будут расти только в присутствии света.

Способы культивирования аэробов

1. Стационарный - на поверхности агара
2. Метод глубинно культивирования с аэрацией среды. Аэрацию проводят для растворения кислорода в среде.
3. Непрерывное культивирование - используют проточные питательные среды.

Культуральные свойства микроорганизмов. Это особенности роста бактерий на питательных средах.

На жидких питательных средах бактерий вызывают помутнение среды, могут образовывать осадок - придонный, пристеночный и могут образовывать пленку на поверхности среды. НА плотных питательных средах образуются колонии.

Колония - изолированное скопление микроорганизмов одного вида на плотной питательной среде. Имеет определенную величину, поверхность, край, форму, консистенцию, структуру, цвет.

Типы колоний

S-гладкие - круглая форма, ровные края, гладкая поверхность.

R-колонии - шероховатые, неровные края, исчерченная поверхность

SR колонии 0 промежуточные - слегка неровные края и поверхность.

Особенности культивирования анаэробов. Для культивирования анаэробов создаются безкислородные условия. Это достигается

1. Регенерацией питательной среды - питательная среда кипятится и растворенный кислород выходит из среды.
2. использование специальных приборов - анаэростаты и эксикаторы. В них кислород поглощается либо химическими поглотителями, либо откачивается от прибора.
3. Добавление в среду редуцирующих веществ - веществ, которые легко и быстро окисляются - углеводы, цистеин, кусочки паренхиматозных органов, аскорбиновая кислота. НА этом принципе создана среда для анаэробов - Кит-Тароцци - среда для анаэробов. Она содержит МПБ, углевод и кусочки печени, которые содержат цистеин.
4. Специальные методы посева. Посев под масло, посев в трубке Вейон- Веньяна, посев по Фортнеру. На чашку заселяют Аэробы и анаэробы - Аэробы поглощают кислород и получается анаэробная среда.

Выделение чистых культур.

Чистая культура - популяция микроорганизмов одного вида, выделенная на жидкой или плотной питательной среде в большом количестве.

Цели выделения.

1. Диагностика инфекций. Выделение чистых культур - основа бактериологического метода. Основан на выделение чистой культуры и ее идентификации. Идентификация - определение вида.
2. Получение биопрепаратов
3. Изучение биологических свойств бактерий
4. Санитарно-гигиеническое исследование

Этапы выделения чистой культуры аэробов.

1. Изучение смеси - мазок окраска по Грамму.
2. Разобщение смеси и получение колоний. Разобщение проводят 1) По Дригальскому - штрихами по поверхности агара. Петлей берут материал и засевают по агару. Посев Шпателя на несколько Чашек. 2)Метод серийных разведений. 3) Коха - метод серийных разведений в расплавленном агаре.
3. Проверка частоты колоний, мазок, окраска по грамму
4. Пересев материала из колоний на скошенный агар для накопления чистой культуры. Выделенная чистая культура идентифицируется по свойствам - морфологическим, тинкториальным, культуральным, ферментативным, и другим.

Выделение чистой культуры анаэробов

1. Накопление анаэробов. Смесь засевают на среду Киттароци и прогревают при температуре 80 градусов 10 минут. Анаэробы, образующие споры сохраняются, а другие - вегетативные формы погибают. Затем питательная среда культивируется, споры прорастают, и накапливаются

2. Получение колоний по Цейслеру колонию анаэробов получают на поверхности агара в Анаэростате, по Вейнбергу, колонии получают в трубках Вейон-Виньяля.

3. Проверка частоты колоний - мазок, окраска по Грамму

4. Пересев Колоний на среду Киттароци, накопление анаэробом, чистой культуры.

5. Идентификация, определение вида анаэроба.

Другие способы выделения чистых культур.

1. Можно использовать оптимальные температуры
2. Выделение спор при прогревании смеси 10 минут при 80 градусах
3. Использование феномена роения - распространение за территорию посева.
4. Метод Шукевича - выделение чистой культуры микроорганизмов, обладающих ползучим ростом.
5. Фильтруемость бактерий - способность проходить через фильтры с определенной величиной спор. Обработка смеси ультрафиолетовыми лучами, ультразвуком, антисыворотками, получение чистой культуры, устойчивых к этим факторам микроорганизмов.
6. При электрофорезе смеси. У анода или катода будут скапливать организмы с определенным зарядом.
7. Использовать микроманипулятор. Под микроскопом взять клетку и получить чистую культуры - клон - потомство одной микробной клетки. Использование элективных питательных сред.
8. В питательные среды добавляют желчь, соли тиурита, натрийхлор, антибиотики, и выделяют чистую культуру устойчивых микроорганизмов.
9. Можно использовать дифференциально-диагностические среды.
10. Можно использовать биологический метод. Внутрибрюшинно заражают смесью бактерий белых мышей и за счет тропизма, бактерии накапливаются в определенном органе.

Пигменты бактерий.

Это красящие вещества, выделяемые бактериальной клеткой, их синтез генетически детерминирован. По химической структуре пигменты могут быть каратиноидами - красно-желтые, пирролы - зеленые, фенозиновые красители - сине-зеленые и меланиновые - черные ферменты.

Желтые - золотистый стафилакок, сине-зеленый - синегнойная палочка

Пигменты делятся на

1. Нерастворимые пигменты - окрашивают только колонии
2. Растворимые пигменты - могут быть растворимы в спиртах, воде

Пигменты образуются как правило у бактерий, которые находятся в воздушной микрофлоры, у антибиотико-резистентыных микроорганизмов, т.к. они вторичные метаболиты и пигменты часто образуются на свету.

Функция пигментов

1. Пигменты участвуют в обмене веществ
2. Повышают резистентность к антибиотикам
3. Повышают устойчивость к УФ лучам за счет того, что защищают области чувствительные к фотоокислению

L -формы бактерий .

Открыты в 1935г. Это микроорганизмы, лишенные клеточной стенки, но сохранившие способность расти и размножаться. L формы образуются у большинства гетеротрофов и грибов. Факторы, индуцирующие L трансформацию -

1. Антибиотики

2. Аминокислоты - глицин, метионин, лейцин и некоторые другие.

3. Ферменты - лизоцим.

4. Факторы макрорганизма - макротела, комплимент

Эти факторы либо разрушают клеточную стенку, либо действовать на геном клетки и синтез компонентов клеточной стенки не происходит.

Свойства L форм.

1. L формы обеспечивают выживание бактерий при изменении условий среды.
2. Морфологически сходны у отдельных видов бактерий. Они полиморфны - шаровидные, грамотрицательные. Они образуют колонии типа А - мелкие колонии на поверхности среды и колонии типа Б - темный центр, и приподнятые края, колонии врастают в питательную среду.
3. Анаэробы или микроаэрофилы
4. L-формы имеют много способов размножения - бинарное деление, почкование, фрагментация, комбинированное.
5. Они обладают сниженной вирулентностью, у них нет адгезии и у них измененные антигенные свойства.
6. Они способны реверсировать - возвращаться в исходную бактериальную форму

И вызывать трудно поддающиеся лечению инфекции.

Это обусловлено тем, что L - формы, устойчивы к антибиотикам и они устойчивы к защитным факторам макроорганизма, к антителам, фагоцитозу, комплименту.

Некультивируемые формы бактерий НФБ

Это бактерии, которые имеют метаболическую активность, но не растут на питательных средах, переход в некультивируемую форму может наблюдаться у многих микроорганизмов, при воздействии неблагоприятных условий. Этот переход контролируется генетически. Переход осуществляется под действием факторов

1. Температура, особенно низкая
2. Концентрация солей
3. Аэрация среды
4. Количество питательных веществ

Значение некультивированных форм. В такой форме они сохраняются в о внешней среде между эпидемиями и при попадании в макроорганизм могут рекультивроваться - оживляться - это объясняет наличие природно очаговых заболеваний.

Выявление -

1. Прямой подсчет числа клеток

2. Выявление активности ДНК

3. Генетические методы исследования.

Клетки, как любой живой организм, рождаются, живут и умирают. Рост и размножение бактерий происходит очень быстро, они могли бы захватить все жизненное пространство на планете, если бы не их хрупкость и сдерживающие факторы (температура, уровень кислотности среды, отсутствие пищи и т. д.). При благоприятных условиях удвоение клетки занимает в среднем около получаса. Однако в критических ситуациях некоторые виды микроорганизмов (спорообразующие бактерии) способны образовывать споры и «впадать в спячку» на довольно длительный период.

Быстрое размножение бактерий имеет свои плюсы и минусы. Использование микроорганизмов в биотехнологиях (дрожжи, молочнокислые, азотфиксирующие организмы, плесневые грибки и т. д.) направлено на улучшение качества жизни. Однако неконтролируемый рост болезнетворных (патогенных) микробов опасен для людей. Навредить здоровью может и собственная микрофлора человека. В медицине существует понятие синдрома избыточного бактериального роста, при котором количество условно-патогенных микробов в организме человека резко увеличивается, что представляет угрозу для здоровья.

Рост и размножение клетки – это два различных процесса. Под ростом понимают увеличение массы клетки вследствие формирования всех клеточных структур. Размножение – это увеличение количества клеток в колонии. Различают бинарное деление, почкование и генетическую рекомбинацию (процесс, напоминающий половое размножение).

Большинство прокариотических (безъядерных) клеток, к которым принадлежат все бактерии, размножается путем разделения надвое (бинарное деление). Таким способом размножаются, например, молочнокислые бактерии. Процесс начинается с удвоения бактериальной хромосомы (молекула ДНК, заменяющая ядро) и протекает в несколько этапов:

• клетка удлиняется;
• наружная оболочка «врастает» внутрь и образует поперечную перегородку (перетяжку);
• две новые (дочерние) клетки расходятся в разные стороны.

В результате получаются два идентичных организма.

Отдельные микроорганизмы делятся почкованием, но это скорее исключение из общего правила. Процесс заключается в образовании на одном из полюсов клетки короткого выступа, в который «дрейфует» одна из половин разделившегося нуклеоида (молекулы ДНК с генетической информацией). Затем выступ разрастается и отделяется от материнской клетки.

Есть еще вариант, напоминающий половое размножение, – генетическая рекомбинация. В этом случает происходит обмен генетической информацией и в результате получается клетка, содержащая гены своих родителей. Существуют три способа передачи генетической информации:

• конъюгация – прямая передача (не обмен) части ДНК при контакте от одной бактерии к другой (процесс идет только в одном направлении);
• трансдукция – перенос фрагмента ДНК с помощью бактериофага (вируса бактерий);
• трансформация – поглощение генетической информации отмерших или уничтоженных клеток из окружающей среды.

Таким образом, только в результате бинарного деления и почкования получаются идентичные друг другу клетки. При генетической рекомбинации клетка претерпевает изменения, вырабатывая новые свойства и получая другие функции.

Скорость и фазы роста микроорганизмов

В питательных средах рост и размножение бактерий проходят в несколько стадий, различных по количеству доступной пищи и накоплению отходов жизнедеятельности:

1. Первая фаза (латентная) определяется факторами адаптации к питательной среде. В это время микроорганизмы только осваиваются с новыми условиями. Рост бактерий не наблюдается.
2. Вторая фаза (экспоненциальная) характеризуется ростом в геометрической прогрессии (увеличение по экспоненциальной кривой). В этот период бактериальные клетки активно растут, используя всю доступную пищу (максимальная скорость роста). Достигнув определенного размера, бактерия начинает делиться, причем процесс размножения протекает с постоянной скоростью, так как запасов пищи пока достаточно. В результате увеличившейся скорости роста и размножения происходит накопление в среде отходов жизнедеятельности (токсинов). К концу фазы скорость роста начинает уменьшаться.
3. Третья фаза характеризуется стационарным ростом, т. е. количество «новорожденных» клеток совпадает с числом отмерших. Кривая роста и размножения на этом отрезке больше не поднимается. Скорость роста замедляется. Какое-то время общая численность бактерий в питательной среде остается неизменной. Однако за счет появления новых «членов семьи» запасы питательных веществ уменьшаются, а токсичность среды увеличивается. Этот процесс ухудшает условия жизни всей колонии.
4. Четвертая фаза – отмирание микроорганизмов – возникает в результате катастрофического уменьшения пищи и увеличения токсичности среды. Количество живых организмов неуклонно уменьшается, в конце концов, жизнеспособных клеток становится меньше, чем их отмерших собратьев.

Скорость кинетического роста бактериальной колонии во многом зависит от вида бактерий, состава питательных сред, количества посеянных (внесенных в среду) клеток, возраста культуры, способа дыхания и еще ряда факторов. Например, для размножения молочнокислых бактерий важно поддержание температур в довольно узком диапазоне (25-30⁰С) и определенный уровень кислотности среды (рН). Для размножения аэробных и анаэробных клеток решающим фактором становится наличие или отсутствие кислорода для дыхания, а спорообразующим клеткам необходимо достаточное количество пищи.

Условия выращивания микробов в искусственных средах

Для изучения (медицина, микробиология) и использования (промышленность) выращивают бактериальные культуры на искусственных питательных средах, которые разделяются по консистенции, происхождению и назначению:

• жидкие, полужидкие и плотные (твердые) искусственные среды;
• среды животного, растительного происхождения или синтетические (химически чистые соединения в строго определенной концентрации);
• обычные (универсальные), дифференциальные (различаются по видам бактерий), специальные, избирательные или среды обогащения (подавляющие рост нежелательных микробов).

Существуют бактерии, которым требуются особые условия. Например, анаэробные микроорганизмы (как спорообразующие, так и не спорообразующие) культивируют в анаэробных условиях (без кислорода). Для аэробных клеток решающим фактором размножения становится кислород. Факультативные анаэробы способны менять способ дыхания в зависимости от условий. Спорообразующие аэробные организмы, используемые для получения пробиотиков, очень чувствительны к уменьшению питания и его качеству. Спорообразующие анаэробы требуют полного отсутствия кислорода. Основной принцип культивирования микроорганизмов – создание благоприятных условий (питание, дыхание, температура), что иногда представляет определенные трудности.

Так, для выращивания анаэробов применяют метод глубокого посева, т. е. культуру бактерий вносят в глубину плотной питательной среды, добавляют в атмосферу роста химические вещества, поглощающие кислород, или откачивают воздух, замещая его инертным газом. В случае со спорообразующими бактериями используют внесение в питательную среду ингибитора белкового синтеза, тем самым останавливая процесс спорообразования.

Культивирование микроорганизмов

Под культивированием понимают искусственное выращивание клеток в контролируемых условиях. Конечная цель – получение биопрепарата из бактерий или с помощью бактерий. Такие препараты могут быть лечебными, диагностическими, профилактическими. Существует несколько методов культивирования:

1. Стационарный способ характеризуется постоянством среды, какое-либо вмешательство в процесс отсутствует. Однако при таком методе культивирования в жидких питательных средах анаэробные организмы дают незначительный выход.
2. Метод глубинного культивирования используют в промышленности для выращивания бактериальной биомассы. Для этой цели применяют специальные емкости. Факторами роста являются поддержание температуры и подача в жидкие среды питательных веществ. Кроме того, при необходимости проводят перемешивание или подачу кислорода (для дыхания аэробных бактерий).
3. Метод проточных сред (промышленное культивирование) основан на постоянном поддержании культуры в экспонентной фазе роста. Это достигается непрерывным внесением питательных веществ и выведением токсичных отходов жизнедеятельности клеток. Такая технология позволяет достичь максимального выхода различных биологически активных веществ (антибиотические препараты, витамины и т. д.).

Одним из важнейших промышленных препаратов является культура молочнокислых бактерий, которые используются для приготовления молочной закваски, квашения капусты, силосования кормов, производства заменителя плазмы крови. Для получения гарантированного конечного результата нужно строго контролировать получаемое качество молочнокислых бактерий.

Нужны соответствующая питательная среда и препарат с чистой культурой молочнокислых бактерий, выращенной в лабораторных условиях. Далее процесс культивирования оставляют до момента наступления третьей фазы (равновесия), после чего можно приступать к сбору «урожая» молочнокислых бактерий.

Синдром избыточного бактериального роста

Не всегда рост бактериальных клеток приносит пользу, излишнее увеличение популяций бактерий в организме человека может быть опасным для здоровья. Нарушение качественного и количественного состава микрофлоры кишечника называют клиническим синдромом избыточного роста бактерий. Медики утверждают, что использовать для описания этого процесса термин «дисбактериоз» не совсем корректно. Дело в том, что количество полезных для организма анаэробных бактерий (бифидобактерии) действительно уменьшается, но число условно-патогенных клеток (например, аэробной кишечной палочки) увеличивается.

На разных участках желудочно-кишечного тракта обитают различные бактерии. В тонком кишечнике по мере продвижения постепенно меняется состав микрофлоры и количество микроорганизмов. Аэробные (растущие в кислородной среде) виды бактерий постепенно уступают место анаэробным (бескислородная среда). При клиническом синдроме избыточного роста бактериальный спектр смещается в сторону грамотрицательных (большинство патогенных), факультативно-аэробных и анаэробных организмов.

По мере приближения к толстой кишке увеличивается количество анаэробных бактерий (бифидобактерии и бактероиды). Основные представители анаэробной микрофлоры – бифидобактерии – отвечают за синтез белков, витаминов группы В, различных кислот и других необходимых для жизни веществ. Аэробные микроорганизмы (кишечная палочка) вырабатывают целый ряд витаминов и кислот, участвующих в пищеварении и поддерживающих иммунитет.

Молочнокислые бактерии – еще один представитель кишечной микрофлоры. Они относятся к микроаэрофильным организмам, т. е. одним из факторов роста и размножения молочнокислых бактерий является кислород, но в очень небольших количествах. Эти микроорганизмы отвечают за регулирование кислотности желудочно-кишечного тракта, благодаря чему тормозится рост гнилостных бактерий.

Каждый вид бактерий выполняет свою, четко обозначенную функцию. При синдроме избыточного роста фекальная микрофлора, в нормальных условиях обитающая в толстом кишечнике (кишечная палочка или анаэробные клетки), попадает в тонкую кишку. Меняется количественный и качественный состав бактериальной микрофлоры, выполнение некоторых функций замедляется или становится невозможным. Появляются условия для роста и размножения патогенных бактерий.

Клинические критерии заболевания

Критерием развития синдрома избыточного бактериального роста могут служить:

• нарушение пищеварения, снижение иммунитета, изменение кислотности желудка;
• нарушение целостности кишечного тракта;
• последствия оперативного вмешательства;
• заболевания желудочно-кишечного тракта;
• стрессы;
• неконтролируемый прием антибиотических препаратов.

Клинические проявления синдрома избыточного роста бактерий легко спутать с другими заболеваниями, зачастую они наслаиваются друг на друга, полностью искажая картину. Поставить диагноз в таких случаях можно только с помощью специальных тестов, направленных на выявление синдрома избыточного роста, определяющих не только количество, но и видовую принадлежность бактерий. Такой подход позволит подобрать необходимые медикаментозные препараты для коррекции состава микрофлоры.

Клинические симптомы заболевания:

• на ранней стадии болезни появляется диарея и метеоризм;
• вздутие живота и спазматические боли;
• утомляемость, слабость;
• быстрое похудение.

Для лечения синдрома избыточного роста применяют антибактериальные препараты. В дальнейшем для восстановления микрофлоры понадобятся пробиотические и пребиотические препараты.

Большое разнообразие бактериальных клеток (автотрофы и гетеротрофы, аэробные и анаэробные, спорообразующие и неспорообразующие и т. д.) диктует определенные условия для их размножения. Основной принцип культивирования в промышленных масштабах – строгий контроль условий среды и скорости роста. В природе редко существуют идеальные среды для развития микроорганизмов. В противном случае бактерии давно заполонили бы все доступное пространство.

При выращивании бактерий в жидкой питательной среде наблюдается несколько фаз роста культур:

1. Фаза исходная (латентная) -- микробы адаптируются к питательной среде, увеличивается размер клеток. К концу этой фазы начинается размножение бактерий.

2. Фаза логарифмического инкубационного роста -- идет интенсивное деление клеток. Длится эта фаза около 5 часов. При оптимальных условиях бактериальная клетка может делиться каждые 15--30 мин.

3. Стационарная фаза -- число вновь появившихся бактерий равно числу отмерших. Продолжительность этой фазы выражается в часах и колеблется в зависимости от вида микроорганизмов.

4. Фаза отмирания -- характеризуется гибелью клеток в условиях истощения питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма микроорганизмов.

Посевной материал, попав в свежую полноценную среду, сразу не начинает размножения. Этот период называют лаг-фазой I. Только после определенного времени, иногда через несколько часов, клетки приспосабливаются к среде и окружающим условиям. В этот период активируются ферменты, а также, если это необходимо, синтезируются новые ферментные системы. В период лаг-фазы стремительно возрастает количество нуклеиновых кислот, особенно РНК, что необходимо для биосинтеза белков.

Рис. 1. Фазы роста культуры микроорганизмов: I -- лаг-фаза, II -- логарифмическая фаза, III -- фаза замедленного роста, IV -- стационарная фаза, V --фаза отмирания, N -- число клеток (млн/мл)

После лаг-фазы следует логарифмическая, или экспоненциальная, фаза II, в которой клетки размножаются с максимальной для данной культуры скоростью. Вследствие этого запас необходимых питательных веществ в среде уменьшается, кроме того, происходит накопление различных продуктов обмена веществ, которые в определенной концентрации могут мешать нормальному протеканию биохимических процессов обмена веществ. Иногда в питательной среде накапливается так много клеток, что не хватает пространства, а конкретнее, поверхности для новых поколений клеток. Именно через поверхность происходят процессы обмена -- попадание питательных веществ в клетку и выведение метаболитов. Если клетка находится в тесном окружении других клеток, то площадь поверхности уменьшается и вместе с тем снижается интенсивность процессов обмена. Скорость роста культуры также уменьшается, если сокращается поверхность клеток на единицу объема. Это происходит при увеличении размеров клеток и, таким образом, особенно для клеток сферической формы, значительно ухудшаются условия питания.

Как известно, поверхность сферических тел изменяется пропорционально квадрату их радиуса, а объем -- пропорционально кубу радиуса. Лимитирующие поверхности находятся, очевидно, и внутри клеток. В молекулярной биологии накапливается все больше фактов, которые указывают на то, что функционирование жизненных процессов необходимо связывать с биополимерами, мембранными структурами и их поверхностью.

В ходе интенсивного роста и размножения внутри закрытой системы негативное влияние лимитирующих факторов увеличивается и в результате скорость роста уменьшается, наступает фаза замедленного роста III. Через определенное время в стационарной фазе IV масса клеток в питательной среде достигает максимального уровня. Затем наступает период, когда число отмерших и автолизированных клеток превышает прирост. В результате количество биомассы уменьшается -- наступает фаза отмирания V.

Рассмотрим ситуацию, когда одиночная бактериальная клетка помещена в питательную среду и находится в условиях, оптимальных для роста. Перепишите таблицу и заполните ее, исходя из предположения, что эта клетка и все ее потомки делятся каждые 20 мин.

На основе данных заполненной вами таблицы постройте графики. По вертикальной оси отложите число бактерий (кривая А) и десятичный логарифм этого числа (кривая Б), а по горизонтальной оси - время. Что можно сказать о форме этих кривых?

Когда число клеток увеличивается , как видно из заполненной вами таблице, говорят о логарифмическом, экспоненциальном или геометрическом росте . В этом случае мы получим экспоненциальный ряд чисел. Это гораздо легче понять, если посмотреть на строку В в таблице, где число бактерий выражено в виде числа 2, возведенного в соответствующую степень. Показатель степени можно назвать логарифмом или экспонентной числа 2. Логарифмы, или экспоненты, образуют линейный ряд 0, 1, 2, 3 и т. д., соответствующий числу генераций.

Вернемся к таблице; вместо чисел, расположенных в строке А, можно записать их логарифмы по основанию 2 следующим образом:

Сравните строки В и Г. Однако обычно пользуются десятичными логарифмами (см. строку Б). В этом случае 1 = 10°, 2 = 10 0,3 , 4 = 10 0,6 и т. д.

Кривая, полученная на основе данных строки А, называется логарифмической или экспоненциальной кривой. Такую кривую можно преобразовать в прямую, построив график изменения числа клеток во времени. Тогда в идеальных условиях рост бактерий теоретически должен быть экспоненциальным. Сравним эту математическую модель с кривой роста реальной популяции бактерий, изображенной на рисунке. Отчетливо видны четыре фазы роста.

1. Во время лаг-фазы бактерии адаптируются к новой среде обитания, и поэтому рост пока еще не достигает максимальной скорости. В этот период у бактерий могут, например, синтезироваться новые ферменты, необходимые для усвоения тех питательных веществ, которые содержатся в новой среде.

2. Логарифмическая фаза - это фаза, когда бактерии растут с максимальной , число клеток увеличивается почти экспоненциально, а кривая роста представляет собой практически прямую.

3. В конце концов рост колонии начинает замедляться, и культура входит в стационарную фазу , когда скорость роста равна нулю и когда резко возрастает конкуренция за пищевые ресурсы. Образование новых клеток замедляется, а затем совсем прекращается. Увеличение числа клеток компенсируется одновременной гибелью других клеток, поэтому число жизнеспособных клеток остается постоянным.
Переход к этой фазе обусловлен действием нескольких факторов: снижением концентрации питательных веществ в среде, накоплением токсичных продуктов метаболизма, а в случае аэробных бактерий и уменьшением содержания кислорода в среде.

4. Во время последней фазы - фазы замедления роста - ускоряется гибель клеток и прекращается их размножение.

Главная » Сленг » Рост и размножение бактерий. Фазы размножения бактерий в замкнутой среде (периодическая культура)