ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ - Т.П. Пирог - 2004

6. РІСТ МІКРООРГАНІЗМІВ

6.4. ФІЗІОЛОГІЯ РОСТУ

6.4.5. Ріст бактерій у періодичній культурі

При внесенні у поживне середовище бактерії ростуть до тих пір. поки вміст якого-небудь необхідного компонента не стане мінімальним або не вичерпається, після чого ріст припиняється. Якщо впродовж усього цього часу в середовище не вносити ніяких поживних речовин і не виводити продукти метаболізму, то одержимо так звану періодичну культуру (популяцію клітин в обмеженому життєвому просторі).

Крива, що описує залежність логарифму кількості живих клітин від тривалості культинування, називається кривою росту (рис. 6.7). Така крива має S-подібну форму, на ній можна виділити кілька фаз росту: початкову (лаг-фазу), експоненційну (логарифмічну), стаціонарну та відмирання. У деяких посібниках на кривій росту виділяють не чотири, а шість фаз (див. рис. 6.7): лаг-фазу, експоненційну (логарифмічну), сповільненого росту, стаціонарну, відмирання та виживання.

Лаг-фаза. Починається з моменту посіву бактерій у свіже поживне середовище. У цей період клітини адаптуються до даних умов культивування. Тривалість лаг-фази залежить від передісторії інокуляту та його віку, а також від того, наскільки придатним для росту є дане середовище і умови культивування (pH, температура, концентрація розчиненого кисню). Наприклад, якщо джерела вуглецю та енергії в новому середовищі відрізняються від тих. які були в середовищі при одержанні посівного матеріалу. то адаптація до нових умов передбачає синтез нових ферментів, які раніше були непотрібні і тому не синтезувались. Утворення нових ферментів індукується новим субстратом.

Рис. 6.7. Крива росту бактеріальної популяції. Фази росту:

І — лаг-фаза; II — експонеційна; III — сповільненого росту; IV — стаціонарна: V – відмирання; VI — виживання

Прикладом впливу субстрату на синтез ферментів є диауксія. Це явище послідовного використання двох субстратів, або явище двофазного росту (рис. 6.8). Із суміші глюкози та сорбітолу бактерії спочатку споживають глюкозу. Ферменти метаболізму сорбітолу утворюються тільки після повного вичерпання глюкози.

Кількісні зміни складу бактеріальної клітини під час лаг-фази стосуються змін РНК: її вміст збільшується у 8-12 разів. Це вказує на участь РНК і рибосом у синтезі ферментних білків.

Експоненційна фаза. Ця фаза характеризується максимальною швидкістю поділу клітин. У цій фазі процеси росту проходять збалансовано (тобто подвоєння біомаси супроводжується подвоєнням кількості білка, ДНК, РНК та ін.). Можна сказати, що культура в експоненційній фазі складається із “стандартних” клітин. Але треба мати на увазі, що і в експоненційній фаті клітини періодичної культури зазнають змін, оскільки постійно змінюється середовище: зменшується концентрація субстрату, збільшується густина клітинної суспензії, накопичуються продукти обміну. У зв'язку з тим що в цій фазі швидкість поділу відносно постійна, вона найзручніша для визначення швидкості поділу та швидкості росту. Вплив факторів зовнішнього середовища, складу поживного середовища на ріст мікроорганізмів визначають, спостерігаючи за показником біомаси чи кількістю клітин саме під час енспоненційного росту

Фаза сповільненого росту. Настання цієї фази зумовлене якісними змінами поживного середовища (споживання поживних речовин, накопичення продуктів метаболізму, дефіцит кисню. зміна pH). Клітина реагує на це зміною інтенсивності синтезу РНК, білка, полісахаридів та інших компонентів.

Рис. 6.8. Двофазний ріст (диауксія) Escherichia coli на середовищі з глюкозою та сорбітолом у різних співвідношеннях

Стаціонарна фаза. Вона настає тоді, коли кількість клітин перестає збільшуватись, тобто характеризується рівновагою між клітинами, що утворюються, та клітинами, що гинуть. У стаціонарній фазі спостерігається максимальна біомаса і максимальна сумарна кількість клітин. Кількість біомаси в стаціонарній фазі називають також виходом або врожаєм. Але в науковій літературі термін “вихід біомаси” або “врожай біомаси” зустрічаються рідко. В основному використовуються поняття “рівень біомаси”, “концентрація біомаси" чи просто "біомаса".

Фаза відмирання. Характеризується зниженням кількості живих клітин, підвищенням гетерогенності популяції. Іноді клітини лізуються піл дією своїх власних ферментів (автоліз). Ця фаза досліджена значно менше, ніж попередні.

Фаза виживання. Характеризується наявністю окремих життєздатних клітин в умовах загибелі більшості клітин популяції. Якщо такі клітини пересіяти в свіже поживне середовище, вони починають активно рости та ділитися Такі виживані клітини характеризуються низькою інтенсивністю процесів метаболізму.