Vi khuẩn: Tăng trưởng và chu kỳ tế bào của vi khuẩn
Đọc bài viết này để tìm hiểu về sự tăng trưởng và chu kỳ tế bào của vi khuẩn!
Sự phát triển của vi khuẩn:
Khi một tế bào prokaryote được cấy vào môi trường (đặt trên hoặc trong), chứa tất cả các thành phần thiết yếu cho sự tăng trưởng, tế bào sẽ: tích lũy chất dinh dưỡng; tổng hợp các thành phần tế bào mới; tăng kích thước; tái tạo vật liệu di truyền của nó; nằm xuống vách tế bào mới; và, cuối cùng, chia làm hai.
Do đó, một tế bào trở thành hai và sau đó, sau một khoảng thời gian khác, những tế bào này phân chia thành bốn. Kiểu phân chia tế bào này được gọi là phân hạch nhị phân và loại tăng trưởng nhân đôi này được gọi là tăng trưởng theo cấp số nhân.
Một quần thể sinh vật nhân sơ đang phát triển, theo cách này sẽ tăng gấp đôi số lượng trong một khoảng thời gian cụ thể được gọi là thế hệ hoặc thời gian nhân đôi.
Thời gian thế hệ (g) = thời gian (t) / số thế hệ (n)
Số lượng thế hệ có thể được tính, nếu số gốc (N 0 ) và số cuối (N) của các ô được biết đến, sử dụng công thức n = 3.3 (log N - log N 0 )
Tốc độ tăng dân số (số lượng thế hệ trên một đơn vị thời gian) được biểu thị bằng giá trị trung bình hoặc hằng số tốc độ tăng trưởng cụ thể và điều này được đo bằng phương trình sau:
Tốc độ tăng trưởng trung bình (μ) = 0, 69 / g
Từ công thức này có thể thấy rằng khi tốc độ tăng trưởng cụ thể tăng lên, thời gian tạo ra sẽ giảm.
Tốc độ vi khuẩn phát triển và phân chia phụ thuộc vào bản chất của vi khuẩn, các thành phần của môi trường mà nó được trồng và các điều kiện môi trường. Ví dụ, E. coli, khi được trồng trong môi trường giàu có, có nhiều sục khí ở 37 ° C có khả năng phân chia cứ sau 20 phút.
Tỷ lệ tế bào này, sự phân chia giảm nếu các prokaryote được đặt trong một môi trường tối thiểu, nơi chúng được yêu cầu để tổng hợp các tiền chất cao phân tử thiết yếu như axit amin và bazơ. Ngược lại, Mycobacterium tuberculosis có thời gian nhân đôi tối đa khoảng 18 giờ và sẽ mất nhiều thời gian hơn E. coli, ví dụ, để tạo thành khuẩn lạc trên đĩa thạch.
Chu kỳ tế bào vi khuẩn:
Chuỗi các sự kiện kéo dài từ sự hình thành của một tế bào mới đến sự phân chia tiếp theo được gọi là chu trình tế bào. Trong chu trình này, một tế bào E. coli sẽ phát triển về chiều dài, với ít thay đổi về đường kính, cho đến khi nó đạt đến một kích thước tới hạn, gấp đôi chiều dài đơn vị tế bào.
Sự phân chia tế bào được bắt đầu: một vòng hợp đồng được hình thành ở giữa tế bào, các protein tự hoại tổng hợp thành tế bào mới và hai tế bào mới được hình thành, mỗi tế bào chứa ít nhất một bản sao DNA của vi khuẩn. Do đó, trong thời gian này, một bản sao của nhiễm sắc thể phải được tổng hợp và hai, nhiễm sắc thể được phân tách thành hai tế bào con.
Sự sao chép DNA xảy ra trong giai đoạn C (sao chép nhiễm sắc thể) và sự phân ly nhiễm sắc thể xảy ra trong giai đoạn G (khoảng cách), có thể có chiều dài thay đổi. Cơ chế mà nhiễm sắc thể segregate vẫn chưa rõ ràng. Cuối cùng, trên tường (vách ngăn) được đặt giữa hai nhiễm sắc thể và tế bào phân chia thành hai (pha D). Sự phân chia tế bào và sao chép DNA phải được phối hợp.
Bắt đầu sao chép DNA ở nguồn gốc (oriC), một chuỗi giàu adenine và thymine ngắn, phụ thuộc vào tế bào đạt khối lượng tới hạn (khối lượng khởi đầu) và đòi hỏi một số yếu tố khởi tạo protein.
Tuy nhiên, sự phân chia và phân chia DNA được kiểm soát bởi chiều dài của tế bào phải đạt đến một chiều dài ngưỡng cụ thể trước khi nhiễm sắc thể được phân vùng và bắt đầu phân chia tế bào. Vô số các yếu tố tế bào và môi trường kiểm soát quá trình.
Tăng trưởng nhanh:
Khi điều kiện phát triển thuận lợi, E. coli có thể phát triển với thời gian tạo ra khoảng 20 phút. Tuy nhiên, thời gian cần thiết để tổng hợp một bản sao hoàn chỉnh của nhiễm sắc thể E. coli là 40 phút, trong điều kiện tối ưu và quá trình phân tách DNA và phân chia mất thêm 20 phút.
Do đó, chu kỳ tế bào ngắn nhất và do đó, thời gian tạo ra E.coli nên là 60 phút. Điều này rõ ràng không phải là trường hợp. Để các tế bào phân chia nhanh hơn cứ sau 60 phút, quá trình sao chép DNA phải bắt đầu trong một chu kỳ và kết thúc ở một chu kỳ khác
Khi các tế bào đang phát triển nhanh chóng (thời gian tạo <60 phút), sự bắt đầu sao chép xảy ra, như bình thường, tạo ra hai nhánh sao chép di chuyển hai chiều nhiễm sắc thể đến điểm kết thúc.
Tuy nhiên, nguồn gốc của các chuỗi mới này sau đó bắt đầu các vòng sao chép tiếp theo trước khi vòng sao chép DNA trước đó kết thúc. Do đó, khi sự phân chia tế bào xảy ra, DNA trong các tế bào con đã được sao chép. Tốc độ tăng trưởng tế bào càng nhanh, càng nhiều nhánh sao chép được hình thành sao cho DNA trong các tế bào mới có thể có nhiều nhánh sao chép.
Tăng trưởng trong văn hóa hàng loạt:
Cách tốt nhất để tạo ra số lượng lớn vi khuẩn là nuôi chúng trong môi trường lỏng, kỹ thuật chúng tôi sử dụng được gọi là nuôi cấy theo lô trong đó các tế bào được cấy vào bình của môi trường phù hợp và phát triển ở nhiệt độ và mức độ sục khí thích hợp. Prokaryote được trồng theo cách này cho thấy một mô hình tăng trưởng cụ thể được gọi là đường cong tăng trưởng của vi khuẩn.
Số lượng tế bào vi khuẩn khả thi được đo theo thời gian và được vẽ dưới dạng biểu đồ của số lượng tế bào khả thi log 10 theo thời gian. Đây được gọi là một âm mưu bán logarit. Một thang đo logarit được sử dụng để vẽ biểu đồ tăng trưởng prokaryote do số lượng lớn các tế bào được tạo ra và cho thấy bản chất theo cấp số nhân của sự tăng trưởng của vi sinh vật.
Nếu thang đo số học được sử dụng để vẽ biểu đồ 'tăng số lượng ô, sẽ thấy một đường cong tăng dần. Điều này được chuyển đổi thành một đường thẳng khi thang đo logarit được sử dụng. Thời gian tạo ra prokaryote có thể được đọc trực tiếp từ biểu đồ. Đường cong tăng trưởng prokaryote cho thấy bốn giai đoạn tăng trưởng.
tôi. Giai đoạn trễ:
Khi vi khuẩn lần đầu tiên được tiêm vào môi trường, có một khoảng thời gian không có sự tăng trưởng xảy ra. Trong giai đoạn này, các tế bào thích nghi với môi trường mới, tổng hợp các enzyme mới theo yêu cầu và tăng kích thước tế bào sẵn sàng cho sự phân chia tế bào.
Độ dài của thời gian này phụ thuộc vào bản chất của chế phẩm. Nếu điều này xuất phát từ một nền văn hóa mới trong cùng một môi trường, thì độ trễ sẽ ngắn, nhưng nếu chế phẩm đã cũ hoặc môi trường đã bị thay đổi (đặc biệt là vi khuẩn chuyển từ môi trường giàu sang môi trường nghèo) thì giai đoạn trễ sẽ dài hơn .
ii. Pha lũy thừa (logarit):
Khi các prokaryote bắt đầu phân chia, các con số tăng với tốc độ không đổi phản ánh thời gian tạo (nhân đôi) của prokaryote. Đây được xem là một đường thẳng trong phần này của đồ thị.
iii. Giai đoạn văn phòng phẩm:
Khi prokaryote tăng số lượng, chúng sử dụng hết các chất dinh dưỡng có sẵn và 'tích lũy các chất ức chế tăng trưởng. Cuối cùng, một điểm đạt được khi không có sự gia tăng số lượng tế bào, được coi là sự làm phẳng của đường cong tăng trưởng. Trong trạng thái cân bằng này, các tế bào vẫn hoạt động. Có một số tế bào chết được cân bằng bởi một số lượng nhỏ phân chia tế bào được kiểm soát.
iv. Giai đoạn tử vong:
Sau một thời gian, tốc độ chết của tế bào trở nên lớn hơn sự phân chia tế bào và số lượng tế bào khả thi giảm xuống. Tế bào lyse và văn hóa trở nên ít đục hơn.
Khóa et al. (1965) đã đề xuất các thuật ngữ khác nhau cho các giai đoạn tăng trưởng này. Họ đã sử dụng 'tropophase' cho giai đoạn đăng nhập và 'idiophase' cho giai đoạn đứng yên của nuôi cấy theo lô. Đường cong tăng trưởng điển hình này được gọi là "đường cong tăng trưởng sigmoidal".
