La crescita delle cellule di batteri - spiegata! (Con figura)
Crescita e riproduzione cellulare:
Una singola cellula batterica cresce di dimensioni, quando le condizioni ambientali sono favorevoli alla sua crescita. Ogni cella cresce di circa il doppio della sua dimensione (Figura 2.15).
In caso di batteri sferici, il diametro della cellula raddoppia, mentre in altri la cellula si allunga per raddoppiare la sua lunghezza originale.
Tale crescita è chiamata "crescita cellulare". Dopo che una cellula batterica raggiunge quasi il doppio della sua dimensione, si divide in due cellule mediante un processo chiamato "fissione binaria". Pertanto, la riproduzione dei batteri avviene attraverso la fissione binaria. Il termine binario implica che ciascuna cellula batterica madre divida (fissione: divisione) in due (bi: due) cellule batteriche figlie.
Durante la divisione, la membrana cellulare e la parete cellulare al centro della cellula madre crescono verso l'interno dai lati opposti fino a quando si incontrano e da una parete divisoria chiamata 'setto'.
Il setto divide la cellula in due metà uguali, che in seguito si staccano per formare due nuove cellule madri figlie, la sua molecola di DNA si replica in due molecole di DNA simili, in modo che ciascuna cellula figlia riceva una molecola di DNA. Altre sostanze cellulari sono divise in parti uguali tra le due cellule figlie.
Crescita dei batteri:
In caso di piante e animali superiori, la crescita implica un aumento delle dimensioni di un individuo. Sebbene ogni cellula batterica cresca anche con l'aumentare delle sue dimensioni, tale crescita cellulare è difficile da percepire normalmente e ha poca importanza; piuttosto è il numero di cellule prodotte alla fine di un certo intervallo di tempo, che può essere percepito e ha un'importanza definita.
È per questo; la "crescita dei batteri" è definita come un aumento del numero di cellule batteriche. Il "tasso di crescita" dei batteri è definito come l'aumento del numero di cellule batteriche per unità di tempo. Il tempo richiesto per raddoppiare una determinata popolazione di batteri è chiamato "tempo di generazione" o "tempo di raddoppio". Varia tra i batteri da pochi minuti a poche ore.
Crescita esponenziale o logaritmica:
Poiché la crescita dei batteri avviene attraverso la fissione binaria, un singolo batterio (1) cresce come 1, 2, 4, 8, 16 e così via, che può anche essere espresso come 1 x 2 0, 1 x 2 1, 1 x 2 2, 1 x 2 3, 1 x 2 4, .................. .. 1 x 2 n rispettivamente. Questo tipo di crescita, in cui il numero di cellule raddoppia durante ogni unità di tempo (tempo di generazione), è chiamato "crescita esponenziale" o "crescita logaritmica". La crescita logaritmica è molto più veloce della crescita aritmetica (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ...) o crescita geometrica (1, 2, 4, 8, 16, 32 ......).
Tuttavia, apparentemente segue la crescita geometrica, dopo poche generazioni cresce come 1, 10, 100, 1000, 10000 .......... (10 0, 10 1, 10 2, 10 3, 10 4 ...... ..) Di chi sono i valori logaritmici 0, 1, 2, 3, 4 ...... ..respettivamente?
Se il numero iniziale di batteri è N 0 invece di 1, dopo un numero "n" di generazioni, il numero finale di batteri (N) sarà N 0 x 2 n .
Quindi, il numero finale di batteri può essere ottenuto usando la seguente equazione:
N = N 0 x 2 n
Dove,
N: numero finale di batteri,
N 0 : numero iniziale di batteri e
N: numero di generazioni.
L'equazione per scoprire il numero di generazioni (n) è derivata dall'equazione di cui sopra come segue:
N = N 0 x 2 n
=> Log N = log (N 0 x 2 n ) (prendendo il registro di entrambi i lati)
=> 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 )
Curva di crescita:
La crescita dei batteri avviene in quattro fasi come indicato di seguito. Una trama di log di numero di batteri in funzione del tempo dà una curva tipica chiamata 'curva di crescita' (Figura 2.16).
1. Fase di Lag:
Quando un inoculo di batteri viene inoculato in un mezzo di coltura fresco adatto, la normale crescita logaritmica di solito non inizia immediatamente; piuttosto inizia dopo un certo lasso di tempo. Questo intervallo di tempo tra l'inoculazione e l'inizio della normale crescita logaritmica dei batteri è chiamato "fase di ritardo".
Durante questo periodo, i batteri si adattano al nuovo ambiente del mezzo di coltura fresco, che non è lo stesso dell'ambiente, dal quale è stato prelevato. In questa fase, il batterio cresce molto lentamente attraverso la divisione per fissione binaria. Pertanto, nella curva di crescita, la fase di lag si inclina verso l'alto solo leggermente.
Di solito una fase di latenza non si verifica, se gli inoculi vengono prelevati da una coltura in crescita esponenziale e vengono inoculati in un terreno di coltura fresco simile a quello da cui sono stati prelevati e mantenuti in condizioni di crescita simili.
2. Log Fase (fase esponenziale):
Durante questo periodo, il batterio cresce al ritmo più veloce in maniera logaritmica (esponenziale). La crescita massima avviene durante questa fase. Il tempo di generazione e il tasso di crescita rimangono quasi costanti. Pertanto, nella curva di crescita, la fase di registro mostra un aumento ripido dalla fine della fase di latenza.
3. Fase stazionaria:
Nella fase stazionaria, il numero di cellule nella coltura rimane quasi costante. Una crescita esponenziale indefinita è impossibile e può essere paragonata alla storia di un povero mendicante che prende in giro un re chiedendo una semplice elemosina; raddoppia il match stick ogni giorno per un anno a cominciare da uno. (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, ..................... .. solo in un mese).
È stato anche calcolato che un batterio che pesa solo 10-12 grammi e con un tempo di generazione di 20 minuti, se cresce esponenzialmente per 48 ore, produrrebbe una popolazione di circa 4000 volte il peso della terra.
La crescita esponenziale non continua indefinitamente e cessa dopo un po 'di tempo a causa di due ragioni: a) Il mezzo di coltura diventa così sovraffollato che, i nutrienti essenziali presenti in esso sono esauriti e diventano indisponibili dopo qualche tempo eb) A causa dell'eccessiva popolazione, I metaboliti dei rifiuti tossici prodotti dai batteri si accumulano a livelli inibitori.
Questi portano all'inizio della morte delle cellule batteriche nella coltura. Sebbene le cellule si riproducano con la fissione binaria e la crescita continui senza sosta, il numero di cellule prodotte equivale quasi al numero di cellule che muoiono. Questo porta alla fase stazionaria.
4. Fase di declino (fase della morte):
In questa fase, il numero di cellule batteriche nella coltura diminuisce. Man mano che sempre più metaboliti tossici si accumulano nel mezzo, sempre più cellule iniziano a morire. Ciò porta a più cellule che muoiono di quanto prodotto. Di conseguenza, il numero di celle diminuisce. Anche la fase della morte avviene esponenzialmente (logaritmicamente), ma a un ritmo molto più lento di quello della fase di crescita esponenziale.
