La Crescita delle Popolazioni Batteriche (pagina 3)
(Questo capitolo ha 4 pagine)
© Kenneth Todar, Dottorato di ricerca
La Curva di Crescita Batterica
In laboratorio, in condizioni favorevoli, una crescente bacterialpopulationdoubles a intervalli regolari. La crescita è per progressione geometrica: 1, 2,4, 8, ecc. oppure 20, 21, 22, 23………2n (dove n = il numero di generazioni). Questo si chiama exponentialgrowth.In realtà, la crescita esponenziale è solo una parte del ciclo di vita dei batteri, e non rappresentativo del normale modello di crescita dei batteri inNatura.,
Quando un terreno fresco viene inoculato con un dato numero di cellule e la crescita della popolazione viene monitorata per un periodo di tempo, tracciando i dati si otterrà una tipica curva di crescita batterica (Figura 3 di seguito).
Figura 3. La tipica curva di crescita batterica. Quando i batteri vengono coltivati in un sistema chiuso (chiamato anche coltura abatch), come una provetta, la popolazione di cellule mostra quasi sempre queste dinamiche di crescita: le cellule inizialmente si adattano al nuovo medio (fase di ritardo) fino a quando non possono iniziare a dividersi regolarmente per il processo di fissione binaria (fase esponenziale)., Quando la loro crescita diventa limitata, le cellule smettono di dividersi (fase stazionaria), fino a quando eventualmentemostra la perdita di vitalità (fase di morte). Notare i parametri degli assi x e Y. La crescita è espressa come cambiamento nel numero viablecell vs tempo. I tempi di generazione sono calcolati durante ilfase espansiva di crescita. Le misurazioni del tempo sono in ore per i batteri con tempi di generazione brevi.
Vengono riconosciute quattro fasi caratteristiche del ciclo di crescita.
1. Fase di ritardo. Immediatamente dopo l’inoculazione delle cellulemedio fresco, la popolazione rimane temporaneamente invariata., Sebbene non si verifichi alcuna divisione cellulare apparente, le cellule possono crescere in massa, sintetizzando enzimi, proteine, RNA, ecc., e aumentando inmetabolicactivity.
La lunghezza della fase di ritardo dipende apparentemente da un’ampia varietà di fattori, tra cui la dimensione dell’inoculo; il tempo necessario per il recupero da danni fisici o shock nel trasferimento; il tempo necessario per la sintesi di coenzimi essenziali o fattori di divisione; e il tempo necessario per la sintesi di nuovi enzimi (inducibili) necessari per metabolizzare i substrati presenti nel mezzo.
2. Fase esponenziale (log)., La fase esponenziale di growthisa modello di crescita equilibrata in cui tutte le cellule sono dividingregularlyby fissione binaria, e stanno crescendo da progressione geometrica. Il cellsdivide ad un tasso costante secondo la composizione del growthmedium e le condizioni di incubazione. Il tasso di crescita esponenziale di una coltura batterica è espresso come tempo di generazione, anche tempo di doppio della popolazione batterica. Il tempo di generazione (G) è definitoil tempo (t) per generazione (n = numero di generazioni). Quindi, G=t / nisl’equazione da cui derivano i calcoli del tempo di generazione (sotto).,
3. Fase stazionaria. La crescita esponenziale non può essere continuata per sempre in una coltura batch (ad esempio un sistema chiuso come una provetta o una maschera). La crescita demografica è limitata da uno dei tre fattori: 1.esaurimento dei nutrienti disponibili; 2. accumulo di metaboliti inibitori orendproducts; 3. esaurimento dello spazio, in questo caso chiamato mancanza di “biologicospazio”.
Durante la fase stazionaria, se vengono contate cellule vitali, non può essere determinato se alcune cellule stanno morendo e un numero uguale di cellule si stanno dividendo, o la popolazione di cellule ha semplicemente smesso di crescere e di dividersi., La fase stazionaria, come la fase di ritardo, non è necessariamenteun periodo di quiescenza. I batteri che producono metaboliti secondari, come gli antibiotici, lo fanno durante la fase stazionaria del ciclo di crescita (i metaboliti secondari sono definiti come metaboliti prodotti dopo l’attivofase di crescita). È durante la fase stazionaria che spore-formingbatteri devono indurre o smascherare l’attività di decine di geni che possono essere coinvolti nel processo di sporulazione.
4. Fase di morte., Se l’incubazione continua dopo che la popolazione raggiunge la fase stazionaria, segue una fase di morte, in cui la popolazione cellulare diminuisce. (Si noti, se il conteggio mediante conteggi metroscopici torbidimetrici, la fase di morte non può essere osservata.). Durante la fase di morte,il numero di cellule vitali diminuisce geometricamente(esponenzialmente), essenzialmente il contrario della crescita durante la fase di log.
Tasso di crescita e tempo di generazione
Come accennato in precedenza, i tassi di crescita batterica durante la fase di crescita esponenziale, in condizioni nutrizionali standard (terreno di coltura,temperatura,pH, ecc.,), definire il tempo di generazione del batterio. I tempi di generazione per i batteri variano da circa 12 minuti a 24 ore o più. Il tempo di generazione per E. coli in laboratorio è di 15-20 minuti, ma neltratto intestinale, il tempo di generazione del coliforme è stimato in12-24ore. Per i batteri più noti che possono essere coltivati, generazionetempi variano da circa 15 minuti a 1 ora. I simbionti come il Rhizobium tendonoavere tempi di generazione più lunghi. Molti litotrofi, come ilnitrificantei batteri, hanno anche lunghi tempi di generazione., Alcuni batteri che arepathogens, come Mycobacterium tuberculosis e Treponema pallidum, hanno tempi di generazione particolarmente lunghi, e questo è pensato per essere anadvantagein loro virulenza. Tempi di generazione per alcuni batteri sono sono showninTable 2.
Tabella 2. Tempi di generazioneper alcuni batteri comuni in condizioni ottimali di crescita., aureus
Calculation of Generation Time
When growing exponentially by binary fission, the increase in abacterialpopulation is by geometric progression., Se iniziamo con unocella, quando si divide, ci sono 2 celle nella prima generazione, 4 celle nella seconda generazione, 8 celle nella terza generazione e così via. Thegenerationtime è l’intervallo di tempo richiesto per le cellule (o popolazione) todivide.,
G (tempo di generazione) = (tempo, in minuti o ore)/n(numero ofgenerations)
G = t/n
t = intervallo di tempo, in ore o minuti
B = numero di batteri all’inizio di un intervallo di tempo
b = numero di batteri alla fine dell’intervallo di tempo
n = numero di generazioni (numero di volte che il cell populationdoublesduring l’intervallo di tempo)
b = B x 2n (Questa equazione è un’espressione della crescita bybinaryfission)
Risolvere per n:
logb = logB + nlog2
n = logb – logB
log2
n = logb – logB
.301
n = 3.,3 logb / B
G = t/n
Risolvere per G
G = t
3.3 log b/B
Esempio: Qual è il tempo di generazione di una popolazione batterica che aumenta da 10.000 a 10.000.000 di cellule in quattro ore di crescita?
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