Кривая роста в статической культуре
Если поместить микроорганизмы в замкнутую жидкую среду (без добавления свежего питания и удаления токсинов), их развитие будет ограничено ресурсами. На графике, где по оси абсцисс отложено время, а по оси ординат — логарифм числа клеток, четко выделяются четыре этапа:
- Лаг-фаза (2–5 часов). Период адаптации после посева. Клетки пока не делятся, но их метаболизм работает на пределе — идет интенсивный синтез новых ферментов для расщепления субстратов конкретной среды.
- Экспоненциальная (логарифмическая) фаза. Время максимальной и постоянной скорости деления. Все клетки в этот период имеют стандартные размеры и стабильное количество белка.
- Стационарная фаза. Прирост прекращается. Наступает равновесие: количество образующихся клеток равно числу погибших. Это происходит из-за истощения питательных веществ, падения уровня кислорода, высокой плотности популяции и накопления токсинов.
- Фаза отмирания. Микроорганизмы массово гибнут под действием кислых продуктов собственного обмена или в результате аутолиза (саморазрушения ферментами). Стадия может длиться от десяти часов до нескольких недель.
Особенности роста на питательных средах
Проявления жизнедеятельности зависят от физического состояния субстрата:
- Жидкие среды. Чаще всего бактерии вызывают диффузное помутнение жидкости, образуют поверхностную пленку или выпадают в придонный осадок. Исключение составляют лептоспиры (Leptospira), рост которых визуально не меняет прозрачность среды.
- Плотные среды. Здесь формируются изолированные колонии — потомство одной родительской клетки (клоны). Поверхность колоний может быть гладкой и блестящей (S-формы, от smooth) или шероховатой и матовой (R-формы, от rough). Размер, цвет и консистенция таких скоплений называются культуральными свойствами и служат ключом к идентификации микроба.
Классификация бактериальных пигментов
Некоторые микроорганизмы способны синтезировать пигменты, которые защищают их от ультрафиолета, нейтрализуют токсичные кислородные радикалы и могут выступать в роли антибиотиков для подавления конкурентов. Пигменты классифицируют по химическому составу и растворимости:
- Каротиноиды: жирорастворимые пигменты красного, оранжевого или желтого цвета. Характерны для родов Mycobacterium и Micrococcus.
- Пирроловые: растворимы в спирте. Например, продигиозин красного цвета, который вырабатывает Serratia marcescens.
- Феназиновые: водорастворимые, из-за чего окрашивают саму питательную среду. Типичный пример — сине-зеленый пиоцианин, секретируемый синегнойной палочкой (Pseudomonas aeruginosa).
- Меланины: нерастворимые черные или коричневые пигменты, встречающиеся у бактерий рода Porphyromonas.
Альтернативные варианты размножения и покой
Бинарное деление — не единственный путь репродукции прокариот. В процессе эволюции возникли и другие механизмы:
- Актиномицеты размножаются путем фрагментации нитей (гифов).
- У микоплазм наблюдается выраженный полиморфизм: они могут делиться поперек, почковаться или фрагментироваться с образованием элементарных телец.
- Хламидии имеют сложный двухфазный цикл. Мелкое, не способное к делению внеклеточное элементарное тельце заражает клетку, превращается внутри нее в крупное ретикулярное тельце, которое активно делится надвое и образует новое поколение элементарных телец.
- Спирохеты (например, возбудитель сифилиса Treponema pallidum) при неблагоприятных условиях сворачиваются в цисты, которые затем распадаются на мелкие зерна — основу для новых клеток.
Некультивируемые формы (VBNC) Если условия внешней среды становятся критическими, неспорообразующие бактерии могут переходить в особое состояние покоя. Они перестают расти на стандартных средах (деление останавливается), но сохраняют метаболическую активность. Диагностировать их можно только молекулярно-генетически. При контакте с простейшими, обитателями почв или фитогормонами происходит реверсия — клетки выходят из спячки, восстанавливая способность размножаться и вызывать инфекции.
Для запоминания последовательности 4 фаз роста используйте фразу «Ленивые Экскурсоводы Становятся Отстающими»: Лаг-фаза, Экспоненциальная, Стационарная, Отмирания.
Вопросы с занятий и экзамена
Почему в лаг-фазе число бактерий не увеличивается?
В этот период клетки заняты адаптацией к новым условиям. Они не делятся, но активно метаболизируют, синтезируя ферменты, которые понадобятся для утилизации питательных веществ среды.
Как биотехнологи добиваются непрерывного роста бактерий в промышленности?
Применяется метод непрерывной культуры: в систему постоянно дозировано вносят свежие питательные вещества и параллельно удаляют метаболиты. Это позволяет искусственно удерживать популяцию в логарифмической фазе.
В чем эпидемиологическая опасность некультивируемых форм (VBNC)?
Они позволяют патогенным бактериям пережидать неблагоприятные условия в межэпидемические периоды, оставаясь незамеченными при классическом бактериологическом посеве, а затем возвращать свою вирулентность при попадании в организм.
Что ещё разобрать по теме
- Зависимость продолжительности лаг-фазы от возраста посевного материала
- Специфика образования спор у семейства Streptomycetaceae
- Механизмы аутолиза клеток в фазе отмирания
- Применение красителей-индикаторов окислительно-восстановительного потенциала
- Взаимосвязь S- и R-форм колоний (диссоциация бактерий)
Разберите тему целиком в курсе «Микробиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Рост и размножение бактерий» и ещё 4 383 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 141 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Физиология микробов»
Бесплатные видеоуроки: микробиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.