Mõiste "kasv" viitab üksiku raku või bakterirühma tsütoplasmaatilise massi suurenemisele rakulise materjali (näiteks valgu, RNA, DNA) sünteesi tulemusena. Pärast teatud suuruse saavutamist lõpetab rakk kasvu ja hakkab paljunema.
Mikroobide paljunemine tähendab nende võimet ise paljuneda, suurendada isendite arvu mahuühiku kohta. Teisisõnu võime öelda: paljunemine on isendite arvu suurenemine mikroobide populatsioonis.
Bakterid paljunevad valdavalt lihtsa põiki jagunemise (vegetatiivse paljunemise) teel, mis toimub erinevatel tasapindadel, koos mitmekesiste rakkude kombinatsioonide moodustumisega (viinamarjakobarad - stafülokokid, ahelad - streptokokid, ühendid paarikaupa - diplokokid, pallid, kotid - sarkina, jne.). Jagamisprotsess koosneb mitmest järjestikusest etapist. Esimene etapp algab põiki vaheseina moodustamisega raku keskosas (joonis 6), mis koosneb algselt tsütoplasmaatilisest membraanist, mis jagab emaraku tsütoplasma kaheks tütarrakuks. Paralleelselt sellega sünteesitakse rakusein, mis moodustab kahe tütarraku vahel täisväärtusliku vaheseina. Bakterite jagunemise protsessis on oluliseks tingimuseks DNA replikatsioon (kahekordistumine), mida teostavad DNA polümeraasi ensüümid. Kui DNA kahekordistub, katkevad vesiniksidemed ja moodustub kaks DNA heeliksit, millest igaüks paikneb tütarrakkudes. Järgmisena taastavad tütar üheahelalised DNA-d vesiniksidemed ja moodustavad taas kaheahelalisi DNA-sid.
DNA replikatsioon ja rakkude jagunemine toimuvad igale mikroobitüübile omase teatud kiirusega, mis sõltub kultuuri vanusest ja toitekeskkonna iseloomust. Näiteks E. coli kasvukiirus on vahemikus 16 kuni 20 minutit; Mycobacterium tuberculosis'e korral toimub jagunemine alles 18-20 tunni pärast; Imetajate koekultuuri rakud vajavad 24 tundi. Järelikult paljunevad enamiku liikide bakterid peaaegu 100 korda kiiremini kui koekultuuri rakud.
Bakterirakkude jagunemise tüübid. 1. Rakkude jagunemine eelneb jagunemisele, mis viib "mitmerakuliste" varraste ja kokkide moodustumiseni. 2. Rakkude sünkroonne jagunemine, mille puhul nukleoidi jagunemise ja lõhustumisega kaasneb üherakuliste organismide teke. 3. Nukleoidide jagunemine eelneb rakkude jagunemisele, põhjustades multinukleoidsete bakterite moodustumist.
Bakterite eraldumine toimub omakorda kolmel viisil: 1) katkestav eraldumine, kui kaks üksikut rakku, murdudes ühenduskohas korduvalt, lõhuvad tsütoplasma silla ja tõrjuvad üksteist ning tekivad ahelad (siberi katku batsillid); 2) liugeraldus, mille puhul pärast jagunemist rakud eralduvad ja üks neist libiseb üle teise pinna (Escherichia üksikvormid); 3) sekantne jagunemine, kui üks jagatud rakkudest oma vaba otsaga kirjeldab ringikaare, mille keskpunkt on tema kokkupuutepunkt teise rakuga, moodustades rooma quinque või kiilkirja (Corynebacterium diphtheria, l hysteria).
Bakteripopulatsiooni arengu faasid. Teoreetiliselt eeldatakse, et kui bakteritele luuakse tingimused värske toitainekeskkonna pidevaks sissevooluks ja järkjärguliseks suurenemiseks ning eritusproduktide väljavooluks, suureneb paljunemine logaritmiliselt ja surm aritmeetiliselt.
Bakteripopulatsiooni üldist kasvu- ja paljunemismustrit näidatakse tavaliselt graafiliselt kõvera kujul, mis peegeldab elusrakkude arvu logaritmi sõltuvust ajast. Tüüpiline kasvukõver on S-kujuline ja võimaldab eristada mitut kasvufaasi, mis järgnevad üksteisele kindlas järjestuses:
1. Esialgne (statsionaarne, varjatud või puhkefaas). See tähistab aega bakterite inokuleerimisest toitainekeskkonnas kuni nende kasvuni. Selles faasis elavate bakterite arv ei suurene ja võib isegi väheneda. Algfaasi kestus on 1-2 tundi.
2. Reprodutseerimise viivituse faas. Selles faasis kasvavad bakterirakud kiiresti, kuid paljunevad nõrgalt. Selle faasi periood kestab umbes 2 tundi ja sõltub paljudest tingimustest: põllukultuuri vanus (noored kultuurid kohanevad kiiremini kui vanad); mikroobirakkude bioloogilised omadused (soolestiku rühma bakteritele on iseloomulik lühike kohanemisperiood, mycobacterium tuberculosis aga pikk periood); toitekeskkonna kasulikkust, kasvutemperatuuri, CO2 kontsentratsiooni, pH-d, söötme aeratsiooni astet, redokspotentsiaali jne. Mõlemat faasi kombineeritakse sageli terminiga "lag phase" (inglise keeles lag - lag, delay).
3. Logaritmiline faas. Selles faasis on rakkude paljunemise kiirus ja bakteripopulatsiooni suurenemine maksimaalne. Põlvkonnaperiood (ladina generatio – sünd, paljunemine), st aeg, mis kulub kahe järjestikuse bakterite jagunemise vahel, on selles etapis antud liigi puhul konstantne ja bakterite arv kahekordistub eksponentsiaalselt. See tähendab, et esimese põlvkonna lõpus moodustub ühest rakust kaks bakterit, teise põlvkonna lõpus jagunevad mõlemad bakterid neljaks, tekkinud neljast kaheksa jne. Järelikult n põlvkonna pärast , on rakkude arv kultuuris võrdne 2n-ga. Logaritmilise faasi kestus on 5-6 tundi.
4. Negatiivne kiirenduse faas. Bakterite paljunemise kiirus lakkab olemast maksimaalne, jagunevate isendite arv väheneb ja surmade arv suureneb (kestus umbes 2 tundi). Üheks võimalikuks bakterite vohamist pidurdavaks põhjuseks on toitekeskkonna ammendumine ehk antud bakteriliigile omaste ainete kadumine sealt.
5. Statsionaarne maksimumfaas. Selles on uute bakterite arv peaaegu võrdne surnud bakterite arvuga, st surnud rakkude ja äsja moodustunud rakkude vahel tekib tasakaal. See etapp kestab 2 tundi.
6. Surma kiirendusfaas. Seda iseloomustab surnud rakkude arvu järkjärguline paremus vastsündinud rakkude arvust. See kestab umbes 3 tundi.
7. Logaritmiline surmafaas. Rakusurm toimub konstantse kiirusega (kestus umbes 5 tundi).
8. Surmamäära vähenemise faas. Ellujäänud rakud lähevad puhkeolekusse.
Mikroorganismide uurimiseks, nakkushaiguste etioloogiliste tegurite väljaselgitamiseks, nakkushaiguste ennetamise ja ravi küsimustega tegelemiseks ning paljude muude mikroorganismidega seotud küsimuste lahendamiseks on vajalik nende olemasolu piisavas koguses, mis tähendab kõigi tingimuste loomist. mikroorganismide normaalseks kasvuks ja paljunemiseks.
Mõiste "mikroobide paljunemine" tähendab nende võimet ise paljuneda ja suurendada isendite arvu.
Mikroorganismide paljunemine toimub põiki jagunemise, pungumise, eoste moodustumise ja paljunemise teel.
Mikroobide kasv tähendab mikroobide massi suurenemist rakulise materjali sünteesi ja kõigi rakuliste komponentide ja struktuuride taastootmise tulemusena.
Väidetavalt paljunevad bakterid, spiroheedid, aktinomütseedid, seened, riketsiad, mükoplasmad, algloomad ja klamüüdia, samas kui viirused ja faagid (mikroobsed viirused) paljunevad.
Mikroorganismide paljunemine järgib teatud mustreid. Mikroorganismide jagunemise kiirus on erinev, see sõltub mikroobi tüübist, kultuuri vanusest, loodusliku ja tehisliku toitekeskkonna omadustest, temperatuurist, süsihappegaasi kontsentratsioonist ja paljudest muudest teguritest.
Paljunemisprotsessi käigus muutuvad mikroorganismid erinevatel etappidel morfoloogilised ja füsioloogilised muutused (kuju, suurus, värvus, biokeemiline aktiivsus, tundlikkus füüsikaliste ja keemiliste tegurite suhtes jne).
Mikroorganismidel on vanusega seotud varieeruvus, st. isendid muutuvad erinevatel kasvu, küpsemise ja vananemise etappidel. Neid muutusi täheldatakse mikroorganismi individuaalse arengu normaalses tsüklis, mis sõltub organismi olemusest, selle struktuuri keerukusest ja arengujärjestusest.
Bakteritel on mikroorganismide seas kõige lihtsam arengutsükkel. Nad paljunevad lihtsa põikjaotusega erinevatel tasapindadel. Sõltuvalt sellest saab rakke paigutada juhuslikult, klastriteks, ahelateks, pakettideks, paarideks, neljaks jne.
Bakterite iseloomulik tunnus, mis eristab neid paljudest loomadest ja taimedest, on nende erakordne paljunemiskiirus.
Iga bakterirakk jaguneb keskmiselt poole tunni jooksul, mis on tingitud ainevahetuse kiirenemisest ja toitematerjalide rakku sisenemise kiirusest.
Bakterite vohamist pidurdavaks teguriks on toitainete substraadi ammendumine ja keskkonna mürgitamine lagunemissaadustega.
Bakteritel on kaheksa peamist paljunemise faasi.
1. Esialgne statsionaarne faas, mis on üks kuni kaks tundi alates hetkest, kui bakterid nakatatakse toitainekeskkonnale. Paljunemist selles faasis ei toimu
2. Hilinenud paljunemise faas (lagfaas), mille jooksul bakterite paljunemine toimub väga aeglaselt ja nende kasvukiirus suureneb. Teise etapi kestus on umbes kaks tundi.
3. Faas kestab viis kuni kuus tundi. Kolmandat faasi iseloomustab maksimaalne jagunemiskiirus ja raku suuruse vähenemine.
4. Negatiivne kiirendusfaas (kestab umbes kaks tundi). Bakterite paljunemise kiirus väheneb, jagunevate rakkude arv väheneb.
5. Statsionaarne faas, kestab umbes kaks tundi. Uute bakterite arv on peaaegu võrdne surnud isendite arvuga.
6. Rakusurma kiirendusfaas (kestab umbes kolm tundi).
7. Logaritmiline rakusurma faas (kestab umbes viis tundi), kus rakusurm toimub konstantse kiirusega
8. Surmamäära vähenemise faas. Ellujäänud isikud lähevad puhkeolekusse.
Reproduktiivfaaside kestus ei ole konstantne. See võib varieeruda sõltuvalt mikroorganismide tüübist ja kultiveerimistingimustest.
Kokkoidbakterite arengutsükkel taandub rakkude kasvule ja sellele järgnevale jagunemisele. Vardakujulised asporogeensed bakterid kasvavad noores eas, saavutavad maksimaalse suuruse ja jagunevad seejärel kaheks tütarrakuks, mis kordavad sama tsüklit. Batsillide ja klostriidide puhul hõlmab arengutsükkel teatud tingimustel sporulatsiooni protsessi.
Spiroheedid ja riketsiad, nagu bakterid, paljunevad binaarse lõhustumise teel.
Mükoplasmade hulgas on paljunemisvõime kõigil sfäärilise või munakujulise kujuga elementaarkehadel. Arengu käigus tekivad elementaarkehale mitmed niidilaadsed väljakasvud, milles moodustuvad kerakujulised kehad. Järk-järgult muutuvad niidid õhemaks ja moodustuvad selgelt määratletud sfääriliste kehadega ketid. Seejärel jagatakse niidid fragmentideks ja sfäärilised kehad vabanevad.
Mõnede mükoplasmade paljunemine toimub suurematest sfäärilistest kehadest tärkavate tütarrakkude kaudu. Mükoplasmad paljunevad põiki jagunemise teel, kui mükoplasma jagunemise protsessid toimuvad sünkroonselt nukleoidse DNA replikatsiooniga. Kui sünkroonsus on häiritud, moodustuvad filamentsed polünukleoidsed vormid, mis jagunevad seejärel kookoidrakkudeks.
Aktinomütseedidel ja seentel on kaks erinevat arengujärku: vegetatiivse kasvu staadium, mida iseloomustab seeneniidistiku moodustumine, ja eoste kandjatel tekkivate eoste moodustumise staadium.
Aktinomütseedide ja seente oluline tunnus on nende paljunemismeetodite märkimisväärne mitmekesisus. Neid iseloomustab vegetatiivne, aseksuaalne ja suguline paljunemine.
Vegetatiivne paljundamine toimub hüüfide jagamisel fragmentideks, millele järgneb üksikute vardakujuliste ja kookosrakkude moodustumine.
Mittesuguline paljunemine toimub vegetatiivselt (hüüfide fragmentide või nende üksikute rakkude kasv) ja enam-vähem spetsialiseeritud paljunemisorganite (eosed ja koniidid) abil. Kõige tavalisem, mittesuguline paljunemisviis avaldub eksogeensete ja endogeensete eoste moodustumisel. Eksospoorid ehk koniidid moodustuvad viljahüüfide otstes, kuid on suletud ühise kotikese - eoslehe sisse. Sporangiumit kandvaid hüfeid nimetatakse sporangiofoorideks. Sporangiofoorid võivad olla sirged, lainelised või spiraalsed.
Seksuaalne paljunemine toimub spetsiaalsete elundite - askospooride, basidiospooride - abil, mille tekkele eelneb seksuaalne protsess. Vastavalt oma bioloogilisele eesmärgile on aktinomütseedide ja seente eosed uinunud, säilitavad liikide teatud perioodi ja aitavad kaasa kiirele paljunemisele.
Aktinomütseedide ja seente eoseid moodustab iga isend suurtes kogustes, kuna erinevalt bakterite spooridest teenivad need peamiselt paljunemist. Nad on keskkonnategurite suhtes vähem vastupidavad kui bakterite spoorid.
Algloomadel, aga ka aktinomütseetidel ja seentel toimub koos jagunemise teel paljunemisega ka seksuaalne protsess.
Klamüüdial, viirustel ja faagidel on ainulaadsed arengutsüklid.
Klamüüdia paljunemine algab elementaarkehade tungimisega tundlikesse koerakkudesse endotsütoosi kaudu. Need raku vakuoolis olevad kehad muutuvad vegetatiivseteks vormideks, mida nimetatakse esialgseteks või retikulaarseteks kehadeks, millel on võime jaguneda. Retikulaarsetel kehadel on lamelljas rakusein ja tsütoplasmas on lõdvalt paiknevad tuumafibrillid ja arvukalt ribosoome. Pärast korduvat jagunemist muutuvad retikulaarsed kehad vahevormideks, millest areneb välja uus põlvkond elementaarkehi. Klamüüdia kogu arengutsükkel kestab 40–48 tundi ja lõpeb klamüüdia mikrokoloonia moodustumisega peremeesraku tsütoplasmas.
Pärast vakuooli seina purunemist ja peremeesraku täielikku hävimist lagunevad klamüüdia mikrokolooniad, olles tervest rakust väljas, iseseisvateks elementaarseteks kehadeks ja kordub klamüüdia rakku tungimise tsükkel, millele järgneb nende paljunemine.
Viiruse paljunemist iseloomustab üksikute etappide jada.
1. Adsorptsioonietapp. Virionid adsorbeeritakse raku pinnastruktuuridele. Sel juhul toimub virioni ja raku komplementaarsete struktuuride, mida nimetatakse retseptoriteks, koostoime.
2. Virioni peremeesrakku tungimise staadium. Viiruste sisenemise viisid nende suhtes tundlikesse rakkudesse ei ole samad. Paljud virioonid sisenevad rakku pinotsütoosi teel, kui tekkiv pinotsüütiline vakuool virioni rakku "tõmbab". Mõned viirused sisenevad rakku otse läbi selle membraani.
3. Virioni väliskesta ja kapsiidi hävitamise staadium peremeesraku proteolüütiliste ensüümide abil. Mõnes virionis algab nende kesta hävitamise protsess adsorptsioonifaasis, teistes - pinotsüütilises vakuoolis, teistes - otse raku tsütoplasmas samade proteolüütiliste ensüümide osalusel.
4. Viirusvalkude sünteesi ja nukleiinhapete replikatsiooni etapp. Pärast viiruse nukleiinhappe täielikku või osalist vabanemist algab viirusvalkude sünteesi ja nukleiinhapete replikatsiooni protsess.
5. Virioni kogunemise või morfogeneesi staadium. Virioonide moodustumine on võimalik ainult viiruse struktuursete polüpeptiidide ja nende nukleiinhappe rangelt järjestatud ühenduse tingimusel, mille tagab nukleiinhappe ümber valgu molekulide iseseisev kokkupanek. Mõnes viiruses toimub see protsess tsütoplasmas, teistes - peremeesraku tuumas. Komplekssete viiruste puhul, millel on välimine ümbris, toimub nende rakust väljumisel tsütoplasmas edasine kokkupanek.
6. Virioonide peremeesrakust vabanemise etapp. Peremeesrakust väljub hulk keerulisi viirusi, samal ajal kui rakud jäävad mõnda aega elujõuliseks ja seejärel surevad. Lihtsad virionid lahkuvad rakust läbi selle kesta moodustunud aukude; peremeesrakk sureb, säilitamata mõnda aega elujõulisust.
Mõnel juhul võib virioonide paljunemine rakkudes toimuda mitme kuu ja isegi aasta jooksul. Viirused vabanevad rakumembraani kaudu. Selliste rakkude jagunemisel kanduvad virioonid tütarrakkudesse, mis omakorda hakkavad tootma viirusosakesi.
Viiruse ja raku vahel on kolme tüüpi koostoimeid: produktiivne, katkendlik ja virogeenne.
Tootlik interaktsiooni tüüp on uute virionide moodustumine.
Abortiivne interaktsiooni tüüp võib ootamatult katkeda viiruse nukleiinhappe replikatsiooni või viiruse valgu sünteesi või virioni morfogeneesi staadiumis.
Virogeenne tüüpi iseloomustab viiruse nukleiinhappe inkorporeerimine (integreerimine) raku DNA-sse, mis tagab viiruse ja raku DNA sünkroonse replikatsiooni.
Faagi paljunemise ajal toimub ka selle adsorptsioon raku pinnal (1. etapp) faagi sabaprotsessi perifeerses osas lokaliseeritud valkude aminorühmade ja bakteriraku pinnal negatiivselt laetud karboksüülrühmade vastasmõju tulemusena.
Adsorptsioonil on pöörduvad ja pöördumatud faasid. Pöörduvat faasi iseloomustab asjaolu, et fikseeritud faage saab eraldada rakust intensiivse segamise või ioonide kontsentratsiooni järsu vähendamise teel. Vabanenud faagid säilitavad oma elujõulisuse.
Adsorptsiooni teise pöördumatu faasi ajal ei eraldata faag mikroobiraku kehast. Adsorptsiooniprotsess kestab mitu minutit. Faagi sabaprotsessis paikneva ensüümi mõjul tekib mikroobiraku kehasse faagi kinnituskohta auk, mille kaudu tungib faagi DNA rakku. Faagi kest jääb väljapoole (2. etapp).
Mõned faagid viivad oma nukleiinhappe rakku ilma rakuseina eelneva mehaanilise kahjustamiseta. Varjatud perioodi jooksul, mis järgneb faagi nukleiinhappe tungimisele rakku, toimub faagi nukleiinhappe ja faagikapsiidi valkude biosüntees.
Toimub faagi nukleiinhappe ja faagi struktuurvalkude replikatsiooniks vajalike ensüümide süntees (3. etapp).
Neljandas etapis täidetakse õõnsad faagiosakesed faagi nukleiinhappega ja moodustuvad küpsed faagid. Toimub faagi morfogenees.
Varjatud perioodi lõpus toimub nakatunud mikroobirakkude lüüs ja küpsed faagiosakesed vabanevad (5. etapp).
Arvatakse, et faagi adsorptsioon kestab 40 minutit, varjatud periood on 75 minutit. Kogu faagi ja mikroobiraku vaheline interaktsioonitsükkel kestab veidi rohkem kui kolm tundi.
Faagi viimisega mikroobirakku ei kaasne alati selle lüüsi. Sageli põhjustab faagi koostoime mikroobirakuga lüsogeensete kultuuride moodustumist.
Mikroobirakuga interaktsiooni olemuse alusel eristatakse parasvöötme ja virulentseid faage. Lüsogeneesi seisundi põhjustavad parasvöötme faagid. Lüsogeensed mikroobirakud on resistentsed virulentsete faagide suhtes. Virulentsed faagid põhjustavad uute faagide moodustumist ja mikroobirakkude lüüsi.
Mikroorganismide paljunemine on mikroorganismide kontsentratsiooni suurendamine keskkonna ruumalaühiku kohta, mille eesmärk on liikide säilimine.
Mikroorganisme iseloomustavad:
paljundusmeetodite mitmekesisus;
üleminek ühelt paljunemismeetodilt teisele;
mitme meetodi samaaegse kasutamise võimalus;
kõrge paljunemiskiirus.
Mikroorganismide paljundamise meetodid
I. Seksuaalne koosreprodutseerimismeetod täheldatud ainult eukarüootidel.
II. Aseksuaalsed paljunemismeetodid.
Võrdse ala binaarne ristjaotus (lihtjaotus, isomorfne jagunemine, mitoos) mida täheldatakse enamikus ainuraksetes mikroorganismides (bakterid, riketsiad, algloomad, pärm), mille tulemusena moodustuvad kaks uut täisväärtuslikku tütarisendit, kes on varustatud emaraku geneetilise teabega, sümmeetriliselt piki- ja põikitelje suhtes, emarakk ise kaob.
Veelgi enam, enamikus Gram+ bakterites toimub jagunemine perifeeriast keskmesse kulgeva põikivaheseina sünteesi kaudu (joonis 63A). Enamiku Gram-bakterite rakud jagunevad rakkude ahenemise teel (rakk muutub keskelt õhemaks) (joonis 63B).
Tekkimine (ebavõrdne kahendlõhustumine) täheldatud sugukondade esindajatel Francisella Ja Mükoplasma ja pärmitaolised seened. Pungumise ajal sünnib emarakust tütarrakk: emaraku ühe pooluse äärde moodustub väike väljakasv (pung), mis kasvu käigus suureneb. Järk-järgult saavutab pung emaraku suuruse, misjärel see eraldub. Neer CS sünteesitakse täielikult uuesti (joonis 63B). Pungamise ajal täheldatakse sümmeetriat ainult pikitelje suhtes. Ema- ja tütarrakkude vahel on morfoloogilisi ja füsioloogilisi erinevusi. Uus tütarrakk kohaneb paremini muutuvate tingimustega.
Filamentsete vormide killustumine perekonnale iseloomulik Actinomyces Ja Mükoplasma.
Eksospooride moodustumine jaoks tüüpiline Streptomütseedid, pärmilaadsed ja hallitusseened.
Spetsiaalne arendustsükkel Tia aastal täheldatud Klamüüdia. Ainult klamüüdia vegetatiivsed vormid (võrkkehad või algkehad) on makroorganismi rakkudes võimelised jagunema. Nende mitmest jagunemisest koosnev tsükkel lõpeb vahevormide moodustumisega, millest moodustuvad elementaarkehad, millest tekivad vegetatiivsed vormid. Pärast vakuooli seina ja peremeesraku hävitamist vabanevad elementaarkehad ja tsükkel kordub. Tsükkel kestab 40-48 tundi.
Mitmekordne jaotus kirjeldatud ühe üherakuliste tsüanobakterite rühma kohta. Mitmekordne lõhustumine põhineb võrdse pindalaga kahendlõhustumise põhimõttel. Erinevus seisneb selles, et sel juhul pärast binaarset lõhustumist tekkinud tütarrakud ei kasva, vaid need jagunevad uuesti (joonis 63D).
Mitmekordne lõhustumine (skisogoonia) kirjeldatud ka algloomade puhul (malaariaplasmoodia): tuumamaterjal jaguneb paljudeks tuumadeks, mida ümbritsevad tsütoplasma alad, mille tulemusena moodustuvad paljud tütarrakud.
Lihtjagamise mehhanism ja faasid
A. Kasv teatud küpsusastmeni. Rakkude kasv ei ole piiramatu ja pärast teatud suuruse saavutamist hakkab bakterirakk jagunema. Jagunemise ajal rakkude kasv aeglustub ja algab pärast jagunemist uuesti.
B. Karüokinees ( DNA replikatsioon ja d nukleoidi jagunemine). Küpsest tsütoplasmast tuleb signaal, mis aktiveerib DNA-l initsiaatorgeeni. Mikroorganismid sünteesivad initsiaatorgeeni mõjul initsiaatorvalgu, mis toimib replikaatorgeenile – DNA spetsiaalsele lõigule, millest algab DNA kahekordistumine ja jagunemine kaheks ahelaks.
DNA molekuli jagunemine (replikatsioon) toimub poolkonservatiivse mehhanismi järgi ja eelneb tavaliselt alati rakkude jagunemisele. DNA replikatsioon algab ringikujulise kromosoomi kinnituspunktist CPM-iga, kus paikneb replikatsiooni eest vastutav ensümaatiline aparaat.
DNA replikatsiooni mehhanism väljendub selle kahe polünukleotiidahela vaheliste vesiniksidemete katkemises, nende lahtikerimises ja uute ahelate sünteesis koos iga vana ahelaga, kasutades DNA polümeraasi. Pärast ühe vana ja ühe uue polünukleotiidahela lahknemist tütarrakkudeks taastuvad nende vahel vesiniksidemed ja moodustub poolkonservatiivne kaheahelaline DNA.
Tavaliselt on kromosoomi replikatsiooni ja bakterirakkude jagunemise vahel teatud ajaline seos. Kokkupuude erinevate kemikaalide ja füüsikaliste teguritega, mis põhjustab DNA replikatsiooni pärssimist, peatab ka rakkude jagunemise. Teatud tingimustel võib aga seos mõlema protsessi vahel katkeda ja rakud on võimelised DNA sünteesi puudumisel jagunema.
B. Tsütokinees (rakkude jagunemine). Paralleelselt DNA molekulide replikatsiooniga toimub membraani süntees mesosoomi kõrval, DNA kokkupuute piirkonnas CPM-iga. Vaheseina moodustumine viib rakkude jagunemiseni. Rakkude jagunemise algatamise hetk on DNA replikatsiooni lõpp. See viib DNA tütarmolekulide eraldumiseni ja eraldi kromosoomide moodustumiseni. Äsja moodustunud tütarrakud eralduvad üksteisest.
Membraani sünteesi pärssimine enne replikatsiooni lõppu viib jagunemisprotsessi katkemiseni: rakk lõpetab jagunemise ja kasvab pikkuseks. Mõne bakteri puhul ei too vaheseina moodustumine kaasa rakkude jagunemist: moodustuvad multilokulaarsed rakud.
D. Saadud tütarrakkude lahknemine tekib CS keskmise kihi lüüsi tulemusena. Kui pärast korduvat jagunemist ühes tasapinnas rakud ei lahkne, vardakujulised ketid (Bacillus) või sfääriline(Streptokokk) rakud või paaritud rakud(Neisseria) . Rakkude eraldamine on võimalik ühe raku eraldamisega, liikudes mööda teise pinda, mille tulemusena bakterid paiknevad juhuslikult (Escherichia). Kui eraldamise ajal liigub üks tütarrakkudest jagunemispunktist eemaldumata mööda kaaret, V-kujuline vormi (Corynebacterium, Bifidobakter). Pärast binaarset lõhustumist ja rakkude lahknemist mitmel tasapinnal, erineva kujuga rakuklastrid: kimbud (Stafülokokk), paketid (Sarcina) (joonis 65). Kui nukleoidide jagunemine eelneb rakkude jagunemisele, polünukleoid mikroorganismid. Ebasoodsate välistegurite (sapisoolad, UV-kiired, pindaktiivsed ained, antibiootikumid) mõjul võib rakkude jagunemine selle kasvu jätkudes peatuda. Sellisel juhul moodustub piklik niitjas rakud.
Riis. 65. Kokkide jagunemine
Põlvkonna periood- ajavahemik, mille jooksul bakterite arv kahekordistub.Mikroorganismide paljunemiskiirus ja generatsiooniperiood sõltuvad mikroorganismi tüübist, inokulaadi suurusest ja omadustest, toitekeskkonna koostisest, selle pH-st, õhutamisest, inkubatsioonist temperatuur ja muud tegurid. Soodsates tingimustes jagunevad paljud mikroorganismid 15–30 minutiga (E. coli, S. tüüfi). Nõudlikes mikroorganismides toimub jagunemine 45–90 minuti jooksul (Streptokokk, Corynebacterium) ja isegi 18 tunni pärast (M. tuberkuloos).
Mõiste "kasv" viitab üksiku raku või bakterirühma tsütoplasmaatilise massi suurenemisele rakulise materjali (näiteks valgu, RNA, DNA) sünteesi tulemusena. Pärast teatud suuruse saavutamist lõpetab rakk kasvu ja hakkab paljunema.
Mikroobide paljunemine tähendab nende võimet ise paljuneda, suurendada isendite arvu mahuühiku kohta. Teisisõnu võime öelda: paljunemine on isendite arvu suurenemine mikroobide populatsioonis.
Bakterid paljunevad valdavalt lihtsa põiki jagunemise (vegetatiivse paljunemise) teel, mis toimub erinevatel tasapindadel, koos mitmekesiste rakkude kombinatsioonide moodustumisega (viinamarjakobarad - stafülokokid, ahelad - streptokokid, ühendid paarikaupa - diplokokid, pallid, kotid - sarkina, jne.). Jagamisprotsess koosneb mitmest järjestikusest etapist. Esimene etapp algab põiki vaheseina moodustamisega raku keskosas (joonis 6), mis koosneb algselt tsütoplasmaatilisest membraanist, mis jagab emaraku tsütoplasma kaheks tütarrakuks. Paralleelselt sellega sünteesitakse rakusein, mis moodustab kahe tütarraku vahel täisväärtusliku vaheseina. Bakterite jagunemise protsessis on oluliseks tingimuseks DNA replikatsioon (kahekordistumine), mida teostavad DNA polümeraasi ensüümid. Kui DNA kahekordistub, katkevad vesiniksidemed ja moodustub kaks DNA heeliksit, millest igaüks paikneb tütarrakkudes. Järgmisena taastavad tütar üheahelalised DNA-d vesiniksidemed ja moodustavad taas kaheahelalisi DNA-sid.
DNA replikatsioon ja rakkude jagunemine toimuvad igale mikroobitüübile omase teatud kiirusega, mis sõltub kultuuri vanusest ja toitekeskkonna iseloomust. Näiteks E. coli kasvukiirus on vahemikus 16 kuni 20 minutit; Mycobacterium tuberculosis'e korral toimub jagunemine alles 18-20 tunni pärast; Imetajate koekultuuri rakud vajavad 24 tundi. Järelikult paljunevad enamiku liikide bakterid peaaegu 100 korda kiiremini kui koekultuuri rakud.
Bakterirakkude jagunemise tüübid. 1. Rakkude jagunemine eelneb jagunemisele, mis viib "mitmerakuliste" varraste ja kokkide moodustumiseni. 2. Rakkude sünkroonne jagunemine, mille puhul nukleoidi jagunemise ja lõhustumisega kaasneb üherakuliste organismide teke. 3. Nukleoidide jagunemine eelneb rakkude jagunemisele, põhjustades multinukleoidsete bakterite moodustumist.
Bakterite eraldumine toimub omakorda kolmel viisil: 1) katkestav eraldumine, kui kaks üksikut rakku, murdudes ühenduskohas korduvalt, lõhuvad tsütoplasma silla ja tõrjuvad üksteist ning tekivad ahelad (siberi katku batsillid); 2) liugeraldus, mille puhul pärast jagunemist rakud eralduvad ja üks neist libiseb üle teise pinna (Escherichia üksikvormid); 3) sekantne jagunemine, kui üks jagatud rakkudest oma vaba otsaga kirjeldab ringikaare, mille keskpunkt on tema kokkupuutepunkt teise rakuga, moodustades rooma quinque või kiilkirja (Corynebacterium diphtheria, l hysteria).
Bakteripopulatsiooni arengu faasid. Teoreetiliselt eeldatakse, et kui bakteritele luuakse tingimused värske toitainekeskkonna pidevaks sissevooluks ja järkjärguliseks suurenemiseks ning eritusproduktide väljavooluks, suureneb paljunemine logaritmiliselt ja surm aritmeetiliselt.
Bakteripopulatsiooni üldist kasvu- ja paljunemismustrit näidatakse tavaliselt graafiliselt kõvera kujul, mis peegeldab elusrakkude arvu logaritmi sõltuvust ajast. Tüüpiline kasvukõver on S-kujuline ja võimaldab eristada mitut kasvufaasi, mis järgnevad üksteisele kindlas järjestuses:
1. Esialgne (statsionaarne, varjatud või puhkefaas). See tähistab aega bakterite inokuleerimisest toitainekeskkonnas kuni nende kasvuni. Selles faasis elavate bakterite arv ei suurene ja võib isegi väheneda. Algfaasi kestus on 1-2 tundi.
2. Reprodutseerimise viivituse faas. Selles faasis kasvavad bakterirakud kiiresti, kuid paljunevad nõrgalt. Selle faasi periood kestab umbes 2 tundi ja sõltub paljudest tingimustest: põllukultuuri vanus (noored kultuurid kohanevad kiiremini kui vanad); mikroobirakkude bioloogilised omadused (soolestiku rühma bakteritele on iseloomulik lühike kohanemisperiood, mycobacterium tuberculosis aga pikk periood); toitekeskkonna kasulikkust, kasvutemperatuuri, CO2 kontsentratsiooni, pH-d, söötme aeratsiooni astet, redokspotentsiaali jne. Mõlemat faasi kombineeritakse sageli terminiga "lag phase" (inglise keeles lag - lag, delay).
3. Logaritmiline faas. Selles faasis on rakkude paljunemise kiirus ja bakteripopulatsiooni suurenemine maksimaalne. Põlvkonnaperiood (ladina generatio – sünd, paljunemine), st aeg, mis kulub kahe järjestikuse bakterite jagunemise vahel, on selles etapis antud liigi puhul konstantne ja bakterite arv kahekordistub eksponentsiaalselt. See tähendab, et esimese põlvkonna lõpus moodustub ühest rakust kaks bakterit, teise põlvkonna lõpus jagunevad mõlemad bakterid neljaks, tekkinud neljast kaheksa jne. Järelikult n põlvkonna pärast , on rakkude arv kultuuris võrdne 2n-ga. Logaritmilise faasi kestus on 5-6 tundi.
4. Negatiivne kiirenduse faas. Bakterite paljunemise kiirus lakkab olemast maksimaalne, jagunevate isendite arv väheneb ja surmade arv suureneb (kestus umbes 2 tundi). Üheks võimalikuks bakterite vohamist pidurdavaks põhjuseks on toitekeskkonna ammendumine ehk antud bakteriliigile omaste ainete kadumine sealt.
5. Statsionaarne maksimumfaas. Selles on uute bakterite arv peaaegu võrdne surnud bakterite arvuga, st surnud rakkude ja äsja moodustunud rakkude vahel tekib tasakaal. See etapp kestab 2 tundi.
6. Surma kiirendusfaas. Seda iseloomustab surnud rakkude arvu järkjärguline paremus vastsündinud rakkude arvust. See kestab umbes 3 tundi.
7. Logaritmiline surmafaas. Rakusurm toimub konstantse kiirusega (kestus umbes 5 tundi).
8. Surmamäära vähenemise faas. Ellujäänud rakud lähevad puhkeolekusse.
№ 10 Bakterite kasv ja paljunemine. Paljunemisfaasid.
Bakterite elutegevust iseloomustab kasv
- raku struktuursete ja funktsionaalsete komponentide moodustumine ning bakteriraku enda suurenemine, samuti paljunemine- isepaljunemine, mis toob kaasa bakterirakkude arvu suurenemise populatsioonis.
Bakterid paljunevad
binaarse lõhustumise teel pooleks, harvem pungudes. Aktinomütseedid, nagu seened, võivad paljuneda eostega. Actinomycetes, olles hargnev paakteria, paljunevad filamentsete rakkude killustumise teel. Grampositiivsed bakterid jagunevad sünteesitud jagunemise vaheseinte rakku sissekasvamise teel ja gramnegatiivsed bakterid ahenemise teel, mille tulemusena moodustuvad hantlikujulised kujundid, millest moodustuvad kaks identset rakku.
Rakkude jagunemisele eelnebbakterikromosoomi replikatsioon poolkonservatiivse tüübi järgi (avaneb kaheahelaline DNA ahel ja iga ahela lõpetab komplementaarne ahel), mis viib bakterituuma - nukleoidi - DNA molekulide kahekordistumiseni.
DNA replikatsioon toimub kolmes etapis: initsiatsioon, pikenemine ehk ahela kasv ja lõpetamine.
Bakterite paljunemine vedelas toitainekeskkonnas.
Toitekeskkonnas teatud muutumatus mahus külvatud bakterid paljunedes tarbivad toitaineid, mis viib seejärel toitekeskkonna ammendumise ja bakterite kasvu peatumiseni. Bakterite kasvatamist sellises süsteemis nimetatakse partiikultuuriks ja kultuuri nimetatakse partiikultuuriks. Kui kultiveerimistingimusi hoitakse pideva värske toitekeskkonna varustamise ja samas mahus kultiveerimisvedeliku väljavooluga, nimetatakse sellist kultiveerimist pidevaks ja kultiveerimist pidevaks.
Kui baktereid kasvatatakse vedelal toitainekeskkonnal, täheldatakse kultuuri kasvu põhjas, hajusalt või pinnapealselt (kile kujul). Vedelas toitainekeskkonnas kasvatatud bakterite partiikultuuri kasv jaguneb mitmeks faasiks või perioodiks:
1.
viivitusfaas;
2.
logaritmiline kasvufaas;
3.
statsionaarse kasvu faas või bakterite maksimaalne kontsentratsioon;
4.
bakterite surma faas.
Neid faase saab graafiliselt kujutada bakterite paljunemiskõvera segmentide kujul, mis peegeldavad elusrakkude arvu logaritmi sõltuvust nende kultiveerimise ajast.
Viivituse faas - periood bakterite külvamise ja paljunemise alguse vahel. Lagifaasi kestus on keskmiselt 4-5 tundi Samal ajal suurenevad bakterid ja valmistuvad jagunema; suureneb nukleiinhapete, valkude ja muude komponentide hulk.
Logaritmiline (eksponentsiaalne) kasvufaason bakterite intensiivse jagunemise periood. Selle kestus on umbes 5-6 tundi Optimaalsete kasvutingimuste korral võivad bakterid jaguneda iga 20-40 minuti järel. Selles faasis on bakterid kõige haavatavamad, mis on seletatav intensiivselt kasvava raku metaboolsete komponentide suure tundlikkusega valgusünteesi inhibiitorite, nukleiinhapete jms suhtes.
Siis tuleb statsionaarne kasvufaas, mille juures elujõuliste rakkude arv jääb muutumatuks, moodustades maksimaalse taseme (M-kontsentratsioon). Selle kestust väljendatakse tundides ja see varieerub sõltuvalt bakterite tüübist, nende omadustest ja kasvatamisest.
Surmafaas lõpetab bakterite kasvuprotsessi., mida iseloomustab bakterite surm toitainekeskkonna allikate ammendumise ja bakterite ainevahetusproduktide akumuleerumise tingimustes. Selle kestus on 10 tundi kuni mitu nädalat. Bakterite kasvu ja paljunemise intensiivsus sõltub paljudest teguritest, sealhulgas toitekeskkonna optimaalsest koostisest, redokspotentsiaalist, pH-st, temperatuurist jne.
Bakterite paljunemine tahkel toitainekeskkonnas.
Tihedas toitainekeskkonnas kasvavad bakterid moodustavad isoleeritud ümara kujuga siledate või ebaühtlaste servadega kolooniad ( S- ja R -kuju), varieeruv konsistents ja värvus, olenevalt bakteri pigmendist.
Vees lahustuvad pigmendid hajuvad toitainekeskkonda ja värvivad seda. Teine pigmentide rühm on vees lahustumatud, kuid lahustuvad orgaanilistes lahustites. Ja lõpuks on pigmente, mis ei lahustu ei vees ega orgaanilistes ühendites.
Mikroorganismide hulgas on kõige levinumad pigmendid karoteenid, ksantofüllid ja melaniinid. Melaniinid on lahustumatud mustad, pruunid või punased pigmendid, mis on sünteesitud fenoolsetest ühenditest. Melaniinid koos katalaasi, superoksiiddismutaasi ja peroksidaasidega kaitsevad mikroorganisme toksiliste hapnikuperoksiidi radikaalide mõju eest. Paljudel pigmentidel on antimikroobne, antibiootikumilaadne toime.