Bakteerien lisääntyminen fissiolla on yleisin tapa kasvattaa mikrobipopulaation kokoa. Jakautumisen jälkeen bakteerit kasvavat alkuperäiseen kokoonsa, mikä vaatii tiettyjä aineita (kasvutekijöitä).
Bakteerien lisääntymismenetelmät ovat erilaisia, mutta suurimmalla osalla niiden lajeista on suvuttoman lisääntymisen muoto fissiolla. Bakteerit lisääntyvät erittäin harvoin orastumalla. Bakteerien seksuaalinen lisääntyminen tapahtuu primitiivisessä muodossa.
Bakteerien geneettistä laitetta edustaa yksi DNA - kromosomi. DNA on suljettu ympyrään. Kromosomi sijoittuu nukleotidiin, jossa ei ole kalvoa. Bakteerisolu sisältää plasmideja.
Nukleoidi
Nukleoidi on ytimen analogi. Se sijaitsee solun keskellä.Se sisältää DNA:ta, perinnöllisen tiedon kantajaa laskostetussa muodossa. Kääritty DNA saavuttaa 1 mm:n pituuden. Bakteerisolun ydinaineella ei ole kalvoa, ydintä tai kromosomijoukkoa, eikä se jakaannu mitoosilla. Ennen jakamista nukleotidi kaksinkertaistuu. Jakamisen aikana nukleotidien määrä kasvaa 4:ään.
Riisi. 2. Valokuvassa näkyy bakteerisolu osassa. Keskiosassa näkyy nukleotidi.
Plasmidit
Plasmidit ovat autonomisia molekyylejä, jotka on laskostettu kaksijuosteisen DNA:n renkaaksi. Niiden massa on huomattavasti pienempi kuin nukleotidin massa. Huolimatta siitä, että perinnöllinen informaatio on koodattu plasmidien DNA:han, ne eivät ole elintärkeitä ja välttämättömiä bakteerisolulle.
Kun tietyn aikuisen solun koko on saavutettu, jakautumismekanismit käynnistyvät.
DNA kopiointi
DNA:n replikaatio edeltää solun jakautumista. Mesosomit (sytoplasmisen kalvon laskokset) pitävät DNA:ta, kunnes jakautumisprosessi (replikaatio) on valmis.
DNA:n replikaatio tapahtuu entsyymien DNA-polymeraasien avulla. Replikaation aikana kaksijuosteisen DNA:n vetysidokset katkeavat, jolloin yhdestä DNA:sta muodostuu kaksi yksijuosteista tytär-DNA:ta. Myöhemmin, kun tytär-DNA:t ovat ottaneet paikkansa erotetuissa tytärsoluissa, ne palautetaan.
Heti kun DNA:n replikaatio on valmis, soluseinän synteesin seurauksena ilmenee supistuminen, joka jakaa solun kahtia. Ensin nukleotidi jakautuu, sitten sytoplasma. Soluseinän synteesi päättää jakautumisen.
Riisi. 4. Kaavio bakteerisolujen jakautumisesta.
DNA-osien vaihto
Bacillus subtiliksessa DNA:n replikaatioprosessi päättyy kahden DNA-osan vaihtoon.
Solunjakautumisen jälkeen muodostuu silta, jonka kautta yhden solun DNA siirtyy toiseen. Seuraavaksi molemmat DNA:t kietoutuvat yhteen. Jotkut molempien DNA: n osat tarttuvat yhteen. Kiinnittymiskohdissa DNA-segmentit vaihdetaan. Yksi DNA:sta menee hyppääjää pitkin takaisin ensimmäiseen soluun.
Jakaminen rikkomalla on ominaista pernaruttobasilleille. Tämän jakautumisen seurauksena solut rikkoutuvat risteyspisteissä ja rikkovat sytoplasmiset sillat. Sitten ne hylkivät toisiaan muodostaen ketjuja.
Liukuva jako
Liukuvalla erotuksella solu irtoaa jakautumisen jälkeen ja ikään kuin liukuu toisen solun pintaa pitkin. Tämä erotusmenetelmä on tyypillinen joillekin Escherichian muodoille.
Split split
Sekanttijakautuessa yksi jaetuista soluista vapaalla päällään kuvaa ympyrän kaaria, jonka keskipiste on sen kosketuspiste toisen solun kanssa, muodostaen roomalaisen quinquen tai nuolenpään (Corynebacterium diphtheria, Listeria).
Riisi. 6. Kuvassa sauvan muotoiset bakteerit muodostavat ketjuja (pernaruttobasilleja).
Riisi. 7. Kuvassa on liukuva menetelmä E. colin erottamiseksi.
Jakautuvien solujen klusterilla on erilaisia muotoja, jotka riippuvat jakotason suunnasta.
Globulaariset bakteerit järjestetty yksitellen, kaksi kerrallaan (diplokokit), paketeissa, ketjuissa tai kuten viinirypäleterttuja. Tankomaiset bakteerit - ketjuissa.
Spiraalin muotoiset bakteerit - kaoottinen.
Riisi. 9. Kuvassa on mikrokokkeja. Ne ovat pyöreitä, sileitä ja väriltään valkoisia, keltaisia ja punaisia. Luonnossa mikrokokkeja on kaikkialla. Ne elävät ihmiskehon eri onteloissa.
Riisi. 10. Kuvassa on diplokokkibakteeri - Streptococcus pneumoniae.
Riisi. 12. Kuvassa streptokokkibakteerit (kreikan sanasta "streptos" - ketju). Järjestetty ketjuihin. Ne ovat useiden sairauksien aiheuttajia.
Riisi. 13. Kuvassa bakteerit ovat "kultaisia" stafylokokkeja. Järjestetty kuin "rypäleterttuja". Klusterit ovat väriltään kullankeltaisia. Ne ovat useiden sairauksien aiheuttajia.
Riisi. 14. Kuvassa kiertyneet Leptospira-bakteerit ovat monien sairauksien aiheuttajia.
Riisi. 15. Kuvassa on Vibrio-suvun sauvan muotoisia bakteereja.
Bakteerien jakautumisnopeus on erittäin korkea. Keskimäärin yksi bakteerisolu jakautuu 20 minuutin välein. Vain yhdessä päivässä yksi solu muodostaa 72 sukupolvea jälkeläisiä. Mycobacterium tuberculosis jakautuu hitaasti. Koko jakoprosessi vie heiltä noin 14 tuntia.
Riisi. 16. Kuvassa näkyy streptokokkisolujen jakautumisprosessi.
Vuonna 1946 tutkijat löysivät sukupuolisen lisääntymisen primitiivisessä muodossa.Tässä tapauksessa sukusoluja (uroksen ja naisen lisääntymissoluja) ei muodostu, mutta jotkut solut vaihtavat geneettistä materiaalia (geneettinen rekombinaatio).
Geenisiirto tapahtuu seurauksena konjugaatio - geneettisen tiedon osan yksisuuntainen siirto muodossa plasmidit joutuessaan kosketuksiin bakteerisolujen kanssa.
Plasmidit ovat pieniä DNA-molekyylejä. Ne eivät liity kromosomin genomiin ja pystyvät kaksinkertaistumaan itsenäisesti. Plasmidit sisältävät geenejä, jotka lisäävät bakteerisolujen vastustuskykyä epäsuotuisia ympäristöolosuhteita vastaan. Bakteerit välittävät usein näitä geenejä toisilleen. Myös geneettisen tiedon siirtyminen toisen lajin bakteereihin havaitaan.
Todellisen seksuaalisen prosessin puuttuessa konjugaatiolla on valtava rooli hyödyllisten ominaisuuksien vaihdossa. Tällä tavalla bakteerien kyky osoittaa lääkeresistenssiä välittyy. Antibioottiresistenssin siirtyminen tauteja aiheuttavien populaatioiden välillä on erityisen vaarallista ihmiskunnalle.
Riisi. 17. Valokuvassa näkyy kahden E. colin konjugaatiohetki.
Ravinnealustaan siirrostettuna bakteeripopulaation kehitys käy läpi useita vaiheita.
Alkuvaihe
Alkuvaihe on ajanjakso kylvöhetkestä niiden kasvuun. Keskimäärin alkuvaihe kestää 1-2 tuntia.
Pesimisen viivästysvaihe
Tämä on intensiivisen bakteerikasvun vaihe. Sen kesto on noin 2 tuntia. Se riippuu sadon iästä, sopeutumisajasta, ravintoalustan laadusta jne.
Logaritminen vaihe
Tämän vaiheen aikana lisääntymisnopeus ja bakteeripopulaation lisääntyminen ovat huippuja. Sen kesto on 5-6 tuntia.
Negatiivinen kiihtyvyysvaihe
Tämän vaiheen aikana lisääntymisnopeus laskee, jakautuvien bakteerien määrä vähenee ja kuolleiden bakteerien määrä lisääntyy. Syy negatiiviseen kiihtyvyyteen on ravinneväliaineen ehtyminen. Sen kesto on noin 2 tuntia.
Kiinteä maksimivaihe
Pysyvän vaiheen aikana havaitaan yhtä suuri määrä kuolleita ja vasta muodostuneita yksilöitä. Sen kesto on noin 2 tuntia.
Kuolemankiihtyvyysvaihe
Tämän vaiheen aikana kuolleiden solujen määrä kasvaa asteittain. Sen kesto on noin 3 tuntia.
Logaritminen kuoleman vaihe
Tämän vaiheen aikana bakteerisolut kuolevat vakionopeudella. Sen kesto on noin 5 tuntia.
Vähennysnopeuden vaihe
Tämän vaiheen aikana jäljellä olevat elävät bakteerisolut siirtyvät lepotilaan.
Riisi. 18. Kuvassa näkyy bakteeripopulaation kasvukäyrä.
Riisi. 19. Kuvassa Pseudomonas aeruginosa -pesäke on sinivihreä, mikrokokkipesäke on keltainen, Bacterium prodigiosum -pesäke on verenpunainen ja Bacteroides niger -pesäke on musta.
Riisi. 20. Kuvassa bakteeripesäke. Jokainen pesäke on yhden solun jälkeläinen. Pesäkkeessä solujen määrä on miljoonia. Pesäke kasvaa 1-3 päivässä.
1970-luvulla löydettiin merissä eläviä bakteereja, joilla oli magnetismin tunne. Magnetismin avulla nämä hämmästyttävät olennot voivat navigoida maan magneettikentän linjoja pitkin ja löytää rikkiä, happea ja muita aineita, joita se tarvitsee niin paljon. Niiden "kompassia" edustavat magnetosomit, jotka koostuvat magneetista. Jakaessaan magneettisesti herkät bakteerit jakavat kompassinsa.Tässä tapauksessa jakautumisen aikaisesta supistumisesta tulee selvästi riittämätön, joten bakteerisolu taipuu ja tekee terävän murtuman.
Riisi. 21. Kuvassa on magneettisesti herkän bakteerin jakautumishetki.
Kun bakteerisolu alkaa jakautua, kaksi DNA-molekyyliä siirtyy solun vastakkaisiin päihin. Seuraavaksi solu jaetaan kahteen yhtä suureen osaan, jotka erotetaan toisistaan ja suurennetaan alkuperäiseen kokoonsa. Monien bakteerien jakautumisnopeus on keskimäärin 20-30 minuuttia. Vain yhdessä päivässä yksi solu muodostaa 72 sukupolvea jälkeläisiä.
Kasvu- ja kehitysprosessin aikana solumassa imee nopeasti ravinteita ympäristöstä. Tätä edistävät suotuisat ympäristötekijät - lämpötilaolosuhteet, riittävät ravintoaineet ja ympäristön vaadittu pH. Aerobiset solut tarvitsevat happea. Se on vaarallista anaerobeille. Luonnossa ei kuitenkaan tapahdu rajatonta bakteerien lisääntymistä. Auringonvalo, kuiva ilma, ruuan puute, korkea ympäristön lämpötila ja muut tekijät vaikuttavat haitallisesti bakteerisoluun.
Riisi. 22. Kuvassa näkyy solun jakautumisen hetki.
Bakteerien kasvuun tarvitaan tiettyjä aineita (kasvutekijöitä), joista osa on solun itse syntetisoima, osa tulee ympäristöstä. Kasvutekijöiden tarve on erilainen kaikille bakteereille.
Kasvutekijöiden tarve on jatkuva ominaisuus, mikä mahdollistaa sen käytön bakteerien tunnistamisessa, ravintoalustojen valmistuksessa ja biotekniikassa.
Bakteerien kasvutekijät (bakteerivitamiinit) ovat kemiallisia alkuaineita, joista suurin osa on vesiliukoisia B-vitamiineja. Tähän ryhmään kuuluvat myös hemiini, koliini, puriini- ja pyrimidiiniemäkset sekä muut aminohapot. Kasvutekijöiden puuttuessa tapahtuu bakteriostaasia.
Bakteerit käyttävät kasvutekijöitä pieninä määrinä ja muuttumattomina. Useat tämän ryhmän kemikaalit ovat osa solun entsyymejä.
B1-vitamiini (tiamiini). Osallistuu hiilihydraattiaineenvaihduntaan.
B2-vitamiini (riboflaviini). Osallistuu redox-reaktioihin.
Pantoteenihappo on olennainen osa koentsyymi A:ta.
B6-vitamiini (pyridoksiini). Osallistuu aminohappojen aineenvaihduntaan.
Vitamiinit B12 (kobalamiinit ovat kobolttia sisältäviä aineita). Ne osallistuvat aktiivisesti nukleotidien synteesiin.
Foolihappo. Jotkut sen johdannaisista ovat osa entsyymejä, jotka katalysoivat puriini- ja pyrimidiiniemästen sekä joidenkin aminohappojen synteesiä.
Biotiini. Osallistuu typen aineenvaihduntaan ja katalysoi myös tyydyttymättömien rasvahappojen synteesiä.
PP-vitamiini (nikotiinihappo). Osallistuu redox-reaktioihin, entsyymien muodostukseen sekä lipidien ja hiilihydraattien aineenvaihduntaan.
H-vitamiini (para-aminobentsoehappo). Se on kasvutekijä monille bakteereille, mukaan lukien ne, jotka elävät ihmisen suolistossa. Foolihappo syntetisoidaan para-aminobentsoehaposta.
Gemin. Se on olennainen osa joitakin entsyymejä, jotka osallistuvat hapettumisreaktioihin.
Kholin. Osallistuu soluseinän lipidisynteesin reaktioihin. Se on metyyliryhmän toimittaja aminohappojen synteesissä.
Puriini- ja pyrimidiiniemäkset (adeniini, guaniini, ksantiini, hypoksantiini, sytosiini, tymiini ja urasiili). Aineita tarvitaan pääasiassa nukleiinihappojen komponentteina.
Aminohappoja. Nämä aineet ovat soluproteiinien komponentteja.
Tiettyjen bakteerien kasvutekijöiden tarve
Saprofyyttibakteerit syövät kuolleiden organismien orgaanista ainetta. Ne kuluttavat vähän ravintoaineita. Loisbakteerit tarvitsevat suurempia määriä aminohappoja ja muita kasvutekijöitä.
auksotrofit Elämän varmistamiseksi ne edellyttävät kemikaalien toimittamista ulkopuolelta. Esimerkiksi klostridit eivät pysty syntetisoimaan lesitiiniä ja tyrosiinia. Stafylokokit vaativat lesitiinin ja arginiinin saannin. Streptokokit vaativat rasvahappojen - fosfolipidien komponenttien - saannin. Korynebakteerit ja Shigella vaativat nikotiinihappoa. Staphylococcus aureus, pneumokokki ja brucella vaativat B1-vitamiinia. Streptokokit ja tetanusbasillit - pantoteenihapossa.
Prototrofit syntetisoivat itsenäisesti tarvittavat aineet.
Riisi. 24. Erilaiset ympäristöolosuhteet vaikuttavat eri tavoin bakteeripesäkkeiden kasvuun. Vasemmalla on tasaista kasvua hitaasti laajenevan ympyrän muodossa. Oikealla on nopea kasvu "versojen" muodossa.
Bakteerien kasvutekijöiden tarpeen tutkiminen antaa tutkijoille mahdollisuuden saada suuri mikrobimassa, joka on niin välttämätön mikrobilääkkeiden, seerumien ja rokotteiden valmistuksessa.
Bakteerien lisääntyminen on mekanismi, joka lisää mikrobipopulaatioiden määrää. Bakteerien jakautuminen on tärkein lisääntymismenetelmä. Jakamisen jälkeen bakteerien tulee saavuttaa aikuisen koko. Bakteerit kasvavat imemällä nopeasti ravinteita ympäristöstään. Kasvu vaatii tiettyjä aineita (kasvutekijöitä), joista osa on bakteerisolun itse syntetisoima ja osa tulee ympäristöstä.
Bakteerien kasvua ja lisääntymistä tutkimalla tutkijat löytävät jatkuvasti mikro-organismien hyödyllisiä ominaisuuksia, joiden käyttöä jokapäiväisessä elämässä ja tuotannossa rajoittavat vain niiden ominaisuudet.
