Faser av bakterietillväxtkurvan

Bakterier är prokaryota organismer som oftast replikeras genom den asexuella processen binär fission. Dessa mikrober reproduceras snabbt med en exponentiell hastighet under gynnsamma förhållanden. När man odlas i kultur uppstår ett förutsägbart tillväxtmönster i en bakteriepopulation. Detta mönster kan grafiskt representeras som antalet levande celler i en population över tid och är känt som en bakterietillväxtkurva. Bakteriella tillväxtcykler i en tillväxtkurva består av fyra faser: fördröjning, exponentiell (log), stationär och död.

Viktiga takeaways: Bakteriell tillväxtkurva

• Bakterietillväxtkurvan representerar antalet levande celler i en bakteriepopulation under en tidsperiod.
• Det finns fyra distinkta faser av tillväxtkurvan: fördröjning, exponentiell (log), stationär och död.
• Den inledande fasen är förseningsfasen där bakterier är metaboliskt aktiva men inte delar.
• Den exponentiella eller loggfasen är en tid för exponentiell tillväxt.
• I den stationära fasen når tillväxten en platå eftersom antalet dörande celler är lika med antalet delande celler.
• Dödsfasen kännetecknas av en exponentiell minskning av antalet levande celler.

Bakterier kräver vissa tillväxtbetingelser, och dessa förhållanden är inte desamma för alla bakterier. Faktorer som syre, pH, temperatur och ljus påverkar mikrobiell tillväxt. Ytterligare faktorer inkluderar osmotiskt tryck, atmosfärstryck och fukttillgänglighet. En bakteriepopulation generationstid, eller tid det tar för en befolkning att fördubblas, varierar mellan arter och beror på hur väl tillväxtkraven uppfylls.

Faser av bakterietillväxtcykeln

Bakterietillväxtkurvan representerar antalet levande celler i en population över tid. Michal Komorniczak / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

I naturen upplever bakterier inte perfekta miljöförhållanden för tillväxt. Som sådan förändras de arter som befolkar en miljö med tiden. I ett laboratorium kan emellertid optimala förhållanden uppfyllas genom odling av bakterier i en stängd kulturmiljö. Det är under dessa förhållanden kurvmönstret för bakterietillväxt kan observeras.

De bakterietillväxtkurva representerar antalet levande celler i en bakteriepopulation under en tidsperiod.

• Fördröjningsfas: Denna initiala fas kännetecknas av cellaktivitet men inte tillväxt. En liten grupp celler placeras i ett näringsrikt medium som gör att de kan syntetisera proteiner och andra molekyler som är nödvändiga för replikering. Dessa celler ökar i storlek, men ingen celldelning sker i fasen.
• Exponentiell (logg) fas: Efter fördröjningsfasen går bakterieceller in i den exponentiella eller logfasen. Detta är tiden då cellerna delar med binär klyvning och fördubblar i antal efter varje genereringstid. Metabolisk aktivitet är hög eftersom DNA, RNA, cellväggskomponenter och andra substanser som är nödvändiga för tillväxt genereras för uppdelning. Det är i denna tillväxtfas som antibiotika och desinfektionsmedel är mest effektiva eftersom dessa ämnen vanligen riktar sig mot bakteriecellväggar eller proteinsyntesprocesserna för DNA-transkription och RNA-översättning.
• Stationär fas: Så småningom börjar befolkningsökningen som upplevs i loggfasen minska när tillgängliga näringsämnen tappas och avfallsprodukter börjar ackumuleras. Bakteriecelltillväxt når en platå eller stationär fas, där antalet delande celler är lika med antalet döende celler. Detta resulterar i ingen total befolkningstillväxt. Under de mindre gynnsamma förhållandena ökar konkurrensen om näringsämnen och cellerna blir mindre metaboliskt aktiva. Sporbildande bakterier producerar endosporer i denna fas och patogena bakterier börjar generera ämnen (virulensfaktorer) som hjälper dem att överleva hårda tillstånd och därmed orsaka sjukdom.
• Dödsfas: När näringsämnen blir mindre tillgängliga och avfallsprodukter ökar fortsätter antalet dörande celler att öka. I dödsfasen minskar antalet levande celler exponentiellt och befolkningsökningen upplever en kraftig nedgång. När döende celler lyser eller bryts öppen, spill de innehållet i miljön och gör dessa näringsämnen tillgängliga för andra bakterier. Detta hjälper sporproducerande bakterier att överleva tillräckligt länge för sporproduktion. Sporer kan överleva de svåra förhållandena i dödsfasen och blir växande bakterier när de placeras i en miljö som stöder livet.

Bakteriell tillväxt och syre

Campylobacter jejuni, som visas här, är en mikroaerofil organisme som kräver reducerade nivåer av syre. C. jejuni är den bakterie som orsakar gastroenterit. Henrik Sorensen / Bildbanken / Getty Images

Bakterier, som alla levande organismer, kräver en miljö som är lämplig för tillväxt. Denna miljö måste möta flera olika faktorer som stöder bakterietillväxt. Sådana faktorer inkluderar syre, pH, temperatur och ljusbehov. Var och en av dessa faktorer kan vara olika för olika bakterier och begränsa de typer av mikrober som befolkar en viss miljö.

Bakterier kan kategoriseras baserat på deras syrebehov eller toleransnivåer. Bakterier som inte kan överleva utan syre kallas obligatoriska aerobes. Dessa mikrober är beroende av syre, eftersom de omvandlar syre till energi under cellulär andning. Till skillnad från bakterier som kräver syre kan andra bakterier inte leva i sin närvaro. Dessa mikrober kallas obligatoriska anaerober och deras metaboliska processer för energiproduktion stoppas i närvaro av syre.

Andra bakterier är fakultativa anaerober och kan växa med eller utan syre. I frånvaro av syre använder de antingen fermentering eller anaerob andning för energiproduktion. Aerotoleranta anerobes använder anaerob andning men skadas inte i närvaro av syre. Mikroaerofila bakterier kräver syre men växer bara där syrehalten är låg. Campylobacter jejuni är ett exempel på en mikroaerofil bakterie som lever i matsmältningskanalen hos djur och är en viktig orsak till matburen sjukdom hos människor.

Bakteriell tillväxt och pH

Helicobacter pylori är mikroaerofila bakterier som finns i magen. Det är neutrofiler som utsöndrar ett enzym som neutraliserar magsyra. Science Picture Co / Getty Images

En annan viktig faktor för bakterietillväxt är pH. Sura miljöer har pH-värden som är mindre än 7, neutrala miljöer har värden vid eller nära 7, och basmiljöer har pH-värden större än 7. Bakterier som är acidofil trivs i områden där pH är lägre än 5, med ett optimalt tillväxtvärde nära ett pH av 3. Dessa mikrober kan hittas på platser som heta källor och i människokroppen i sura områden som vagina.

Majoriteten av bakterierna är neutrofiler och växer bäst på platser med pH-värden nära 7. Helicobacter pylori är ett exempel på en neutrofil som lever i den sura miljön i magen. Denna bakterie överlever genom att utsöndra ett enzym som neutraliserar magsyra i det omgivande området.

Alkaliphiles växer optimalt vid pH-intervallet mellan 8 och 10. Dessa mikrober trivs i grundläggande miljöer som alkaliska jordar och sjöar.

Bakteriell tillväxt och temperatur

Nya Zeelands Champagne Pool är en varm källa som innehåller ett samhälle av termofila och syrofila mikroorganismer vars distribution är relaterad till temperaturen och den kemiska miljön. Simon Hardenne / Biosphoto / Getty Images

Temperatur är en annan viktig faktor för bakterietillväxt. Bakterier som växer bäst i svalare miljöer kallas psycrophiles. Dessa mikrober föredrar temperaturer mellan 4 ° C och 25 ° C (39 ° F och 77 ° F). Extrema psykrofiler trivs i temperaturer under 0 ° C och finns på platser som arktiska sjöar och djupa havsvatten.