Batteri: crescita e ciclo cellulare dei batteri
Leggi questo articolo per conoscere la crescita e il ciclo cellulare di un batterio!
Crescita dei batteri:
Quando una cellula procariote viene inoculata nel terreno (posto su o dentro), contenente tutti gli ingredienti essenziali per la crescita, la cellula: accumula sostanze nutritive; sintetizzare nuovi costituenti cellulari; crescere di dimensioni; replicare il suo materiale genetico; stabilire un nuovo muro cellulare; e, alla fine, dividere in due.
Di conseguenza una cella diventa due e poi, dopo un altro periodo di tempo, questi si dividono per diventare quattro. Questo tipo di divisione cellulare è chiamato fissione binaria e questo tipo di crescita raddoppiata è chiamata crescita esponenziale.
Una popolazione di procarioti in crescita, in questo modo raddoppierà di numero durante un particolare periodo di tempo chiamato il tempo di generazione o di raddoppiamento.
Tempo di generazione (g) = tempo (t) / numero di generazioni (n)
Il numero di generazioni può essere calcolato, se è noto l'originale (N 0 ) e il numero finale (N) di celle, utilizzando la formula n = 3.3 (log N - log N 0 )
La velocità con cui una popolazione cresce (il numero di generazioni per unità di tempo) è espressa come media o costante di velocità di crescita specifica, e questo viene misurato usando la seguente equazione:
Tasso di crescita medio (μ) = 0, 69 / g
Da questa formula si può vedere che all'aumentare del tasso di crescita specifico, il tempo di generazione diminuirà.
La velocità con cui i batteri crescono e si dividono dipende dalla natura del microbo, dagli ingredienti del terreno in cui è cresciuto e dalle condizioni ambientali. Ad esempio, E. coli, se cresciuto in un terreno ricco, con abbondante aerazione a 37 ° C è in grado di dividersi ogni 20 minuti.
Questo tasso di cellule, la divisione diminuisce se i procarioti sono collocati in un mezzo minimo dove sono richiesti per sintetizzare precursori macromolecolari essenziali come aminoacidi e basi. Al contrario, Mycobacterium tuberculosis ha un tempo di raddoppiamento massimo di circa 18 ore e richiederà molto più tempo di E. coli, ad esempio, per formare colonie su una piastra di agar.
Ciclo cellulare batterico:
La sequenza di eventi che si estende dalla formazione di una nuova cellula alla successiva divisione è chiamata ciclo cellulare. In questo ciclo, una cellula di E. coli crescerà in lunghezza, con un piccolo cambiamento di diametro, fino a raggiungere un 'dimensione critica, due volte una lunghezza della cellula unitaria.
La divisione cellulare è iniziata: un anello contrattile si forma nel mezzo della cellula, le proteine di settazione sintetizzano una nuova parete cellulare e si formano due nuove cellule, ognuna contenente almeno una copia del DNA batterico. Di conseguenza, durante questo periodo, una copia del cromosoma deve essere sintetizzata e i due, cromosomi separati nelle due cellule progenitrici.
La replicazione del DNA si verifica durante la fase C (cromosoma replicante) e la segregazione cromosomica si verifica nella fase G (gap), che può essere di lunghezza variabile. Il meccanismo con cui i cromosomi si separano non è ancora chiaro. Infine, la parete trasversale (setto) è posta tra i due cromosomi e la cellula si divide in due (fase D). La divisione cellulare e la replicazione del DNA devono essere coordinate.
L'inizio della replicazione del DNA all'origine (oriC), una breve sequenza di adenina e timina ricca, dipende dalla cellula che raggiunge una massa critica (massa di iniziazione) e richiede un numero di fattori di iniziazione della proteina.
La segregazione e la divisione del DNA, tuttavia, sono controllate dalla lunghezza della cellula che deve raggiungere una particolare lunghezza di soglia prima che i cromosomi siano partizionati e la divisione cellulare iniziata. Una moltitudine di fattori cellulari e ambientali controllano il processo.
Rapida crescita:
Quando le condizioni di crescita sono favorevoli, E. coli può crescere con un tempo di generazione di circa 20 minuti. Tuttavia, il tempo necessario per sintetizzare una copia completa del cromosoma di E. coli è di 40 minuti, in condizioni ottimali, e la segregazione del DNA e la divisione richiede altri 20 minuti.
Pertanto, il ciclo cellulare più breve e, quindi, il tempo di generazione per E. coli dovrebbe essere di 60 minuti. Questo ovviamente non è il caso. Affinché le cellule si dividano più velocemente di ogni 60 minuti, la replicazione del DNA deve iniziare in un ciclo e finire in un altro
Quando le cellule crescono rapidamente (tempo di generazione <60 minuti), l'inizio della replicazione avviene normalmente producendo due fork di replica che si muovono bidirezionalmente attorno al cromosoma fino al punto di terminazione.
Tuttavia, le origini su questi nuovi filoni iniziano quindi ulteriori cicli di replicazione prima che il ciclo precedente di replicazione del DNA sia terminato. Quindi, quando si verifica la divisione cellulare, il DNA nelle cellule figlie si sta già replicando. Più veloce è il tasso di crescita cellulare, più forcelle di replica si formano in modo tale che il DNA nelle nuove cellule possa avere più forcelle di replica.
Crescita nella cultura del lotto:
Il modo migliore per produrre un gran numero di microbi è di coltivarli in un mezzo liquido. La tecnica che abbiamo usato è chiamata coltura discontinua in cui le cellule vengono inoculate in fiasche di un mezzo adatto e cresciute ad una temperatura e grado di aerazione appropriati. I procarioti cresciuti in questo modo mostrano un particolare modello di crescita indicato come curva di crescita batterica.
Il numero di cellule batteriche vitali viene misurato nel tempo e viene tracciato come un grafico dei numeri di cellule vitali del tronco 10 in funzione del tempo. Questa è chiamata trama semi-logaritmica. Una scala logaritmica viene utilizzata per tracciare la crescita dei procarioti a causa dell'elevato numero di cellule prodotte e per rivelare la natura esponenziale della crescita microbica.
Se si utilizza una scala aritmetica per tracciare l'aumento del numero di celle, si vedrebbe una curva di gradiente crescente. Questo viene convertito in una linea retta quando viene utilizzata una scala logaritmica. Il tempo di generazione per il procariote può essere letto direttamente dal grafico. La curva di crescita dei procarioti rivela quattro fasi di crescita.
io. Fase di latenza:
Quando i batteri vengono prima inoculati in un terreno c'è un periodo in cui non si verifica crescita. Durante questa fase le cellule si stanno adattando al nuovo ambiente, sintetizzando nuovi enzimi come richiesto e aumentando le dimensioni delle cellule pronte per la divisione cellulare.
La durata di questo tempo dipende dalla natura dell'inoculo. Se questo proviene da una nuova coltura nello stesso mezzo, la fase di ritardo sarà breve, ma se l'inoculo è vecchio o il mezzo è stato modificato (in particolare i batteri in movimento da un mezzo ricco a uno povero) la fase di latenza sarà più lunga .
ii. Fase esponenziale (logaritmica):
Una volta che i procarioti iniziano a dividersi, i numeri aumentano a un tasso costante che riflette il tempo di generazione (raddoppio) del procariote. Questo è visto come una linea retta in questa parte del grafico.
iii. Fase stazionaria:
Man mano che i procarioti aumentano di numero, consumano tutte le sostanze nutritive disponibili e "accumulano gli inibitori della crescita". Alla fine si raggiunge un punto in cui non vi è un aumento netto del numero di cellule, visto come un appiattimento della curva di crescita. Durante questo stato di equilibrio, le cellule funzionano ancora. C'è una morte cellulare che è bilanciata da alcune piccole quantità di divisione cellulare controllata.
iv. Fase di morte:
Dopo un po 'il tasso di morte cellulare diventa maggiore della divisione cellulare e il numero di cellule vitali diminuisce. Le cellule si lisano e la cultura diventa meno torbida.
Lock et al. (1965) ha proposto una terminologia diversa per queste fasi di crescita. Hanno usato "tropofase" per la fase di log e "idiofase" per la fase stazionaria della coltura discontinua. Questa tipica curva di crescita è nota come "curva di crescita sigmoidale".
