Ποια είναι η καμπύλη βακτηριδιακής ανάπτυξης; Κύρια χαρακτηριστικά

Το καμπύλη ανάπτυξης βακτηρίων είναι μια γραφική παράσταση της ανάπτυξης ενός βακτηριακού πληθυσμού με την πάροδο του χρόνου. Η ανάλυση του πώς αναπτύσσονται οι βακτηριακές καλλιέργειες είναι ζωτικής σημασίας για να μπορέσουμε να εργαστούμε με αυτούς τους μικροοργανισμούς.

Για το λόγο αυτό, οι μικροβιολόγοι έχουν αναπτύξει εργαλεία που τους επιτρέπουν να κατανοήσουν καλύτερα την ανάπτυξή τους.

Μεταξύ της δεκαετίας του 1960 και της δεκαετίας του 1980, ο προσδιορισμός των ποσοστών ανάπτυξης βακτηρίων ήταν ένα σημαντικό εργαλείο σε διάφορους κλάδους, όπως η μικροβιακή γενετική, η βιοχημεία, η μοριακή βιολογία και η μικροβιακή φυσιολογία.

Στο εργαστήριο, τα βακτηρίδια συνήθως καλλιεργούνται σε θρεπτικό ζωμό που περιέχεται σε σωλήνα ή σε πλάκα άγαρ.

Αυτές οι καλλιέργειες θεωρούνται κλειστά συστήματα επειδή τα θρεπτικά συστατικά δεν ανανεώνονται και τα απόβλητα δεν εξαλείφονται.

Κάτω από αυτές τις συνθήκες, ο κυτταρικός πληθυσμός αυξάνεται με πρόβλεψη και στη συνέχεια μειώνεται.

Καθώς ο πληθυσμός σε ένα κλειστό σύστημα αναπτύσσεται, ακολουθεί ένα πρότυπο σταδίων που ονομάζεται καμπύλη ανάπτυξης.

Τα 4 στάδια της βακτηριακής ανάπτυξης

Τα δεδομένα της περιόδου της βακτηριακής ανάπτυξης συνήθως παράγουν μια καμπύλη με μια σειρά καλά καθορισμένων φάσεων: φάση προσαρμογής (lag), εκθετική φάση ανάπτυξης (log), στατική φάση και φάση θανάτου.

1- Φάση προσαρμογής

Η φάση προσαρμογής, επίσης γνωστή ως φάση υστέρησης είναι μια σχετικά επίπεδη περιόδου στο γράφημα, όπου ο πληθυσμός φαίνεται να αυξάνεται ή αυξάνεται με πολύ αργούς ρυθμούς.

Η ανάπτυξη καθυστερείται κυρίως επειδή τα ενοφθαλμισμένα βακτηριακά κύτταρα απαιτούν μια χρονική περίοδο για να προσαρμοστούν στο νέο περιβάλλον.

Σε αυτή την περίοδο τα κύτταρα είναι έτοιμα να πολλαπλασιάζονται. αυτό σημαίνει ότι πρέπει να συνθέσουν τα μόρια που είναι απαραίτητα για τη διεξαγωγή αυτής της διαδικασίας.

Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου ένζυμων καθυστέρησης, συντίθενται ριβοσώματα και νουκλεϊνικά οξέα απαραίτητα για ανάπτυξη. η ενέργεια παράγεται επίσης υπό μορφή ΑΤΡ. Η διάρκεια της περιόδου καθυστέρησης ποικίλλει ελαφρά από τον ένα πληθυσμό στον άλλο.

2- Εκθετική φάση

Στην αρχή της φάσης εκθετικής ανάπτυξης, όλες οι δραστηριότητες των βακτηριακών κυττάρων αποσκοπούν στην αύξηση της κυτταρικής μάζας.

Σε αυτή την περίοδο τα κύτταρα παράγουν ενώσεις όπως τα αμινοξέα και τα νουκλεοτίδια, τα αντίστοιχα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών και των νουκλεϊνικών οξέων.

Κατά τη διάρκεια της εκθετικής ή λογαριθμικής φάσης, τα κύτταρα διαιρούνται με σταθερό ρυθμό και οι αριθμοί τους αυξάνονται κατά το ίδιο ποσοστό κατά τη διάρκεια κάθε διαστήματος.

Η διάρκεια αυτής της περιόδου είναι μεταβλητή, θα συνεχιστεί όσο τα κύτταρα έχουν θρεπτικά συστατικά και το περιβάλλον είναι ευνοϊκό.

Επειδή τα βακτήρια είναι πιο ευαίσθητα σε αντιβιοτικά και άλλα χημικά κατά τη διάρκεια αυτού του χρόνου ενεργού πολλαπλασιασμού, η εκθετική φάση είναι πολύ σημαντική από ιατρική άποψη.

3- Στατική φάση

Στην στατική φάση ο πληθυσμός εισέρχεται σε κατάσταση επιβίωσης όπου τα κύτταρα σταματούν να αναπτύσσονται ή αναπτύσσονται σιγά-σιγά.

Η καμπύλη ισοπεδώνεται επειδή ο ρυθμός κυτταρικού θανάτου εξισορροπεί τον ρυθμό πολλαπλασιασμού των κυττάρων.

Η μείωση του ρυθμού ανάπτυξης προκαλείται από την εξάντληση των θρεπτικών ουσιών και του οξυγόνου, την απέκκριση οργανικών οξέων και άλλων βιοχημικών μολυσματικών ουσιών στο μέσο ανάπτυξης και την αύξηση της πυκνότητας των κυττάρων (ανταγωνισμός).

Ο χρόνος που τα κύτταρα παραμένουν στη στατική φάση ποικίλλει ανάλογα με το είδος και τις περιβαλλοντικές συνθήκες.

Μερικοί πληθυσμοί οργανισμών παραμένουν στη στατική φάση για μερικές ώρες, ενώ άλλοι παραμένουν για μέρες.

4- Φάση θανάτου

Καθώς οι περιοριστικοί παράγοντες ενισχύονται, τα κύτταρα αρχίζουν να πεθαίνουν με σταθερό ρυθμό, καταστρέφοντας κυριολεκτικά στα δικά τους απόβλητα. Η καμπύλη τώρα κλίνει προς τα κάτω για να εισέλθει στη φάση του θανάτου.

Η ταχύτητα με την οποία συμβαίνει ο θάνατος εξαρτάται από τη σχετική αντίσταση του είδους και από το πόσο τοξικές είναι οι συνθήκες, αλλά είναι γενικά βραδύτερη από τη φάση εκθετικής ανάπτυξης.

Στο εργαστήριο, η ψύξη χρησιμοποιείται για να καθυστερήσει την εξέλιξη της φάσης θανάτου, έτσι ώστε οι καλλιέργειες να παραμείνουν βιώσιμες όσο το δυνατόν περισσότερο.

Αναφορές

1. Hall, Β. G., Acar, Η., Nandipati, Α., & Barlow, Μ. (2013). Τα ποσοστά ανάπτυξης έγιναν εύκολα. Μοριακή Βιολογία και Εξέλιξη, 31(1), 232-238.
2. Hogg, S. (2005). Βασική Μικροβιολογία.
3. Nester, E.W., Anderson, D.G., Roberts, Ε.Ο., Pearsall, Ν.Ν., & Nester, M.T. (2004). Μικροβιολογία: ανθρώπινη προοπτική (4η έκδοση).
4. Talaro, Κ. Ρ., & Talaro, Α. (2002). Ιδρύματα στη Μικροβιολογία (4η έκδοση).
5. Zwietering, Μ., Jongenburger, Ι., Rombouts, F., & Van Riet, Κ. (1990). Μοντελοποίηση της καμπύλης βακτηριδιακής ανάπτυξης. Εφαρμοσμένη και Περιβαλλοντική Μικροβιολογία, 56(6), 1875-1881.