De groei van bacteriecellen - uitgelegd! (Met figuur)

Cellulaire groei en reproductie:

Een individuele bacteriecel groeit in grootte, wanneer de omgevingsomstandigheden gunstig zijn voor zijn groei. Elke cel groeit naar ongeveer het dubbele van zijn grootte (figuur 2.15).

In het geval van bolvormige bacteriën verdubbelt de diameter van de cel, terwijl in andere cellen de cel langer wordt om de oorspronkelijke lengte te verdubbelen.

Een dergelijke groei wordt 'cellulaire groei' genoemd. Nadat een bacteriecel bijna de dubbele grootte heeft bereikt, verdeelt deze zich in twee cellen door een proces dat 'binaire splitsing' wordt genoemd. De reproductie van bacteriën vindt dus plaats door binaire splitsing. De term binair betekent dat elke cel van de moederbacterie (splijting: divisie) verdeeld wordt in twee (bi: twee) dochterbacteriecellen.

Tijdens de deling groeien het celmembraan en de celwand in het midden van de moedercel naar binnen vanaf tegenovergestelde zijden totdat ze elkaar ontmoeten en van een scheidingswand genaamd 'septum'.

Het septum verdeelt de cel in twee gelijke helften, die later afknijpen om twee nieuwe dochtermoedercellen te vormen, het DNA-molecuul repliceert naar twee vergelijkbare DNA-moleculen, zodat elke dochtercel één DNA-molecuul ontvangt. Andere cellulaire stoffen worden ook gelijk verdeeld tussen de twee dochtercellen.

Groei van bacteriën:

In het geval van hogere planten en dieren, betekent groei een toename in de grootte van een individu. Hoewel elke bacteriecel ook groeit door zijn grootte te vergroten, is dergelijke cellulaire groei gewoonlijk moeilijk waarneembaar en van weinig belang; het is eerder het aantal cellen dat wordt geproduceerd aan het einde van een bepaald tijdsinterval, wat kan worden waargenomen en van definitief belang is.

Dat is de reden; 'groei van bacteriën' wordt gedefinieerd als een toename van het aantal bacteriecellen. 'Groeisnelheid' van bacteriën wordt gedefinieerd als de toename van het aantal bacteriecellen per tijdseenheid. De tijd die een bepaalde populatie bacteriën nodig heeft om te verdubbelen, wordt 'generatietijd' of 'verdubbelingstijd' genoemd. Het varieert van enkele minuten tot enkele uren tussen bacteriën.

Exponentiële of logaritmische groei:

Aangezien de groei van bacteriën plaatsvindt door binaire splitsing, groeit een enkele bacterie (1) als 1, 2, 4, 8, 16 enzovoort, die ook kan worden uitgedrukt als 1 x 2 0, 1 x 2 1, 1 x 2 2, 1 x 2 3, 1 x 2 4, .................. .. 1 x 2 n respectievelijk. Dit type groei, waarbij het aantal cellen verdubbelt tijdens elke tijdseenheid (generatietijd), wordt 'exponentiële groei' of 'logaritmische groei' genoemd. Logaritmische groei is veel sneller dan rekenkundige groei (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ...) of geometrische groei (1, 2, 4, 8, 16, 32 ......).

Hoewel het blijkbaar geometrische groei volgt, groeit het na enkele generaties als 1, 10, 100, 1000, 10000 .......... (10 0, 10 1, 10 2, 10 3, 10 4 .......) Wiens logaritmische waarden zijn 0, 1, 2, 3, 4 ... ... respectief?

Als het aanvankelijke aantal bacteriën N 0 is in plaats van 1, dan zal na 'n' aantal generaties het uiteindelijke aantal bacteriën (N) N 0 x 2 n zijn .

Het uiteindelijke aantal bacteriën kan dus worden verkregen met behulp van de volgende vergelijking:

N = N 0 x 2 n

Waar,

N: definitief aantal bacteriën,

N 0 : oorspronkelijk aantal bacteriën en

N: aantal generaties.

De vergelijking om het aantal generaties (n) te achterhalen is als volgt afgeleid van de bovenstaande vergelijking:

N = N 0 x 2 n

=> Log N = log (N 0 x 2 n ) (log van beide zijden)

=> 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 )

Groeicurve:

De groei van bacteriën vindt plaats in vier fasen zoals hieronder weergegeven. Een grafiek van het aantal bacteriën in het aantal tegen de tijd geeft een typische curve met de naam 'groeicurve' (Figuur 2.16).

1. Vertragingsfase:

Wanneer een inoculum van bacteriën wordt geïnoculeerd in een geschikt vers kweekmedium, begint normale logaritmische groei gewoonlijk niet onmiddellijk; het begint eerder na een bepaald tijdsverloop. Dit tijdsverloop tussen de inoculatie en het begin van de normale logaritmische groei van bacteriën wordt 'lagfase' genoemd.

Tijdens deze periode, acclimatiseert de bacterie aan de nieuwe omgeving van het verse kweekmedium, wat niet hetzelfde is als de omgeving, waaruit het is afgenomen. In deze fase groeit de bacterie heel langzaam door deling door binaire splitsing. Daarom helt de vertragingsfase in de groeicurve slechts in geringe mate naar boven.

Een vertragingsfase treedt meestal niet op als de inoculums worden genomen uit een exponentieel groeiende kweek en wordt geïnoculeerd in een vers kweekmedium vergelijkbaar met dat, waarvan het is genomen en onder vergelijkbare omstandigheden van groei is gehouden.

2. Log Phase (exponentiële fase):

Gedurende deze periode groeit de bacterie met de hoogste snelheid op een logaritmische (exponentiële) manier. Maximale groei vindt plaats tijdens deze fase. De generatietijd en groeisnelheid blijven vrijwel constant. Daarom vertoont de log-fase in de groeicurve een steile stijging vanaf het einde van de lagfase.

3. Stationaire fase:

In de stationaire fase blijft het aantal cellen in de kweek bijna constant. Een oneindige exponentiële groei is onmogelijk en kan worden vergeleken met het verhaal van een arme bedelaar die een koning in de maling neemt door om een ​​eenvoudige aalmoes te vragen; verdubbel de matchsticks elke dag voor een jaar beginnend met één. (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, ..................... .. slechts in één maand).

Er is ook berekend dat een bacterie die slechts 10 -12 gram weegt en een generatietijd van 20 minuten heeft, als deze 48 uur exponentieel groeit, een populatie zou produceren die ongeveer 4000 keer het gewicht van de aarde zou wegen.

Exponentiële groei gaat niet oneindig door en stopt na verloop van tijd om twee redenen: a) Het kweekmedium raakt zo overbevolkt dat de daarin aanwezige essentiële voedingsstoffen opgebruikt zijn en na enige tijd niet meer beschikbaar zijn en b) door overbevolking, door de bacteriën geproduceerde metabolieten van giftig afval stapelen zich op tot remmende niveaus.

Deze leiden tot het begin van de dood van de bacteriecellen in de kweek. Hoewel cellen zich reproduceren door binaire splitsing en de groei onverminderd doorgaat, is het aantal geproduceerde cellen bijna gelijk aan het aantal cellen dat sterft. Dit leidt tot de stationaire fase.

4. Decline Phase (Death Phase):

In deze fase neemt het aantal bacteriecellen in de kweek af. Naarmate meer en meer toxische metabolieten zich in het medium ophopen, gaan meer en meer cellen dood. Dit leidt tot meer cellen die afsterven dan geproduceerd. Als een resultaat neemt het aantal cellen af. De doodsfase komt ook exponentieel (logaritmisch) voor, maar in een veel lagere snelheid dan die van de exponentiële groeifase.