Bakterijų dauginimas dalijimosi būdu yra labiausiai paplitęs būdas padidinti mikrobų populiaciją. Po dalijimosi bakterijos išauga iki pradinio dydžio, tam reikalingos tam tikros medžiagos (augimo faktoriai).
Bakterijų dauginimosi būdai yra skirtingi, tačiau dauguma jų rūšių turi nelytinio dauginimosi dalijimosi būdu formą. Bakterijos labai retai dauginasi pumpuruose. Seksualinis bakterijų dauginimasis yra primityvios formos.
Bakterijų genetinį aparatą atstovauja viena DNR – chromosoma. DNR yra uždaryta ratu. Chromosoma yra lokalizuota nukleotide, kuris neturi membranos. Bakterijų ląstelėje yra plazmidžių.
Nukleoidas
Nukleoidas yra branduolio analogas. Jis yra ląstelės centre.Jame yra DNR, paveldimos informacijos nešėja sulankstyta forma. Išvyniota DNR pasiekia 1 mm ilgį. Bakterijos ląstelės branduolinė medžiaga neturi membranos, branduolio ar chromosomų rinkinio, nesidalija mitozės būdu. Prieš dalijant, nukleotidas padvigubinamas. Dalijimosi metu nukleotidų skaičius padidėja iki 4.
Ryžiai. 2. Nuotraukoje pavaizduota bakterijos ląstelė skyriuje. Centrinėje dalyje matomas nukleotidas.
Plazmidės
Plazmidės yra autonominės molekulės, sulankstytos į dvigrandės DNR žiedą. Jų masė yra žymiai mažesnė už nukleotido masę. Nepaisant to, kad paveldima informacija yra užkoduota plazmidžių DNR, jos nėra gyvybiškai svarbios ir būtinos bakterijų ląstelei.
Pasiekus tam tikrą suaugusiai ląstelei būdingą dydį, paleidžiami dalijimosi mechanizmai.
DNR replikacija
DNR replikacija vyksta prieš ląstelių dalijimąsi. Mezosomos (citoplazminės membranos raukšlės) sulaiko DNR, kol bus baigtas dalijimosi (replikacijos) procesas.
DNR replikacija vyksta fermentų DNR polimerazių pagalba. Replikacijos metu nutrūksta vandenilio ryšiai dvigrandėje DNR, todėl iš vienos DNR susidaro dvi viengrandės dukterinės DNR. Vėliau, kai dukterinės DNR užima vietą atskirtose dukterinėse ląstelėse, jos atkuriamos.
Kai tik DNR replikacija baigiasi, dėl ląstelės sienelės sintezės atsiranda susiaurėjimas, dalijantis ląstelę per pusę. Pirmiausia dalijasi nukleotidas, tada citoplazma. Ląstelių sienelių sintezė užbaigia dalijimąsi.
Ryžiai. 4. Bakterijų ląstelių dalijimosi schema.
Keitimasis DNR sekcijomis
Bacillus subtilis DNR replikacijos procesas baigiasi apsikeitus dviem DNR sekcijomis.
Po ląstelių dalijimosi susidaro tiltas, per kurį vienos ląstelės DNR pereina į kitą. Toliau abi DNR yra susipynusios. Kai kurios abiejų DNR dalys sulimpa. Sukibimo vietose DNR segmentai keičiasi. Viena iš DNR eina palei trumpiklį atgal į pirmąją ląstelę.
Dalijimasis laužant būdingas juodligės baciloms. Dėl šio dalijimosi ląstelės lūžta jungties taškuose, sulaužydamos citoplazminius tiltelius. Tada jie atstumia vienas kitą, sudarydami grandines.
Stumdomas padalijimas
Slankiojant atskyrimui, po padalijimo ląstelė atsiskiria ir tarsi slysta kitos ląstelės paviršiumi. Šis atskyrimo būdas būdingas kai kurioms Escherichia formoms.
Padalytas padalijimas
Sekantinio dalijimosi metu viena iš padalintų ląstelių laisvuoju galu apibūdina apskritimo lanką, kurio centras yra jos sąlyčio su kita ląstele taškas, sudarydamas romėnišką quinque arba cuneiform (Corynebacterium diphtheria, Listeria).
Dalijančių ląstelių sankaupos yra įvairių formų, kurios priklauso nuo dalijimosi plokštumos krypties.
Rutulinės bakterijos išdėstyti po vieną, po du (diplokokai), pakeliais, grandinėlėmis ar kaip vynuogių kekės. Strypo formos bakterijos – grandinėlėmis.
Spiralės formos bakterijos - chaotiškas.
Ryžiai. 9. Nuotraukoje matyti mikrokokai. Jie yra apvalūs, lygūs, baltos, geltonos ir raudonos spalvos. Gamtoje mikrokokai yra visur. Jie gyvena skirtingose žmogaus kūno ertmėse.
Ryžiai. 10. Nuotraukoje yra diplokoko bakterijos - Streptococcus pneumoniae.
Ryžiai. 12. Nuotraukoje pavaizduotos streptokokų bakterijos (iš graikų kalbos „streptos“ – grandinė). Išdėstytas grandinėmis. Jie yra daugelio ligų sukėlėjai.
Ryžiai. 13. Nuotraukoje bakterijos yra "auksiniai" stafilokokai. Išdėstytas kaip „vynuogių kekės“. Grupės yra auksinės spalvos. Jie yra daugelio ligų sukėlėjai.
Ryžiai. 14. Nuotraukoje susisukusios Leptospira bakterijos yra daugelio ligų sukėlėjai.
Ryžiai. 15. Nuotraukoje pavaizduotos lazdelės formos Vibrio genties bakterijos.
Bakterijų dalijimosi greitis yra labai didelis. Vidutiniškai viena bakterijų ląstelė dalijasi kas 20 minučių. Vos per vieną dieną viena ląstelė suformuoja 72 palikuonių kartas. Mycobacterium tuberculosis dalijasi lėtai. Visas padalijimo procesas jiems užtrunka apie 14 valandų.
Ryžiai. 16. Nuotraukoje parodytas streptokoko ląstelių dalijimosi procesas.
1946 metais mokslininkai atrado lytinį dauginimąsi primityviu pavidalu.Tokiu atveju gametos (vyriškos ir moteriškos reprodukcinės ląstelės) nesusidaro, tačiau kai kurios ląstelės keičiasi genetine medžiaga (genetinė rekombinacija).
Dėl to vyksta genų perdavimas konjugacija - vienakryptis dalies genetinės informacijos perdavimas formoje plazmidės susilietus su bakterijų ląstelėmis.
Plazmidės yra mažos DNR molekulės. Jie nėra susiję su chromosomos genomu ir gali savarankiškai padvigubėti. Plazmidėse yra genų, kurie padidina bakterijų ląstelių atsparumą nepalankioms aplinkos sąlygoms. Bakterijos dažnai perduoda šiuos genus viena kitai. Taip pat pažymimas genetinės informacijos perdavimas kitos rūšies bakterijoms.
Nesant tikro seksualinio proceso, būtent konjugacija vaidina didžiulį vaidmenį keičiantis naudingomis savybėmis. Taip perduodamas bakterijų gebėjimas parodyti atsparumą vaistams. Atsparumo antibiotikams perkėlimas tarp ligas sukeliančių populiacijų yra ypač pavojingas žmonijai.
Ryžiai. 17. Nuotraukoje parodytas dviejų E. coli konjugacijos momentas.
Kai pasėjama ant maistinės terpės, bakterijų populiacija vystosi keliais etapais.
Pradinė fazė
Pradinė fazė yra laikotarpis nuo sėjos iki jų augimo. Vidutiniškai pradinė fazė trunka 1 - 2 valandas.
Veisimo uždelsimo fazė
Tai intensyvaus bakterijų augimo fazė. Jo trukmė apie 2 val. Tai priklauso nuo pasėlių amžiaus, adaptacijos laikotarpio, maistinės terpės kokybės ir kt.
Logaritminė fazė
Šioje fazėje yra didžiausias reprodukcijos greitis ir bakterijų populiacijos padidėjimas. Jo trukmė 5-6 valandos.
Neigiamas pagreičio etapas
Šios fazės metu mažėja dauginimosi greitis, mažėja besidalijančių bakterijų skaičius, daugėja negyvų bakterijų. Neigiamo pagreičio priežastis – maistinės terpės išeikvojimas. Jo trukmė apie 2 val.
Stacionari maksimali fazė
Stacionarios fazės metu pastebimas vienodas mirusių ir naujai susiformavusių asmenų skaičius. Jo trukmė apie 2 val.
Mirties pagreitėjimo fazė
Šios fazės metu negyvų ląstelių skaičius palaipsniui didėja. Jo trukmė apie 3 valandas.
Logaritminė mirties fazė
Šios fazės metu bakterijų ląstelės miršta pastoviu greičiu. Jo trukmė apie 5 valandas.
Sumažėjimo greičio fazė
Šios fazės metu likusios gyvos bakterinės ląstelės pereina į ramybės būseną.
Ryžiai. 18. Paveiksle pavaizduota bakterijų populiacijos augimo kreivė.
Ryžiai. 19. Nuotraukoje Pseudomonas aeruginosa kolonija yra mėlynai žalia, mikrokokų kolonija yra geltona, Bacterium prodigiosum kolonija yra kraujo raudonumo, o Bacteroides niger kolonija yra juoda.
Ryžiai. 20. Nuotraukoje pavaizduota bakterijų kolonija. Kiekviena kolonija yra vienos ląstelės palikuonys. Kolonijoje ląstelių skaičius siekia milijonus. Kolonija užauga per 1-3 dienas.
Aštuntajame dešimtmetyje buvo aptiktos jūrose gyvenančios bakterijos, turinčios magnetizmo pojūtį. Magnetizmas leidžia šioms nuostabioms būtybėms naršyti pagal Žemės magnetinio lauko linijas ir rasti sieros, deguonies ir kitų jai labai reikalingų medžiagų. Jų „kompasą“ vaizduoja magnetosomos, sudarytos iš magneto. Dalijantis, magnetiškai jautrios bakterijos dalijasi savo kompasą.Tokiu atveju susiaurėjimas dalijimosi metu tampa akivaizdžiai nepakankamas, todėl bakterinė ląstelė sulinksta ir smarkiai lūžta.
Ryžiai. 21. Nuotraukoje matomas magnetiškai jautrios bakterijos dalijimosi momentas.
Kai bakterijos ląstelė pradeda dalytis, dvi DNR molekulės juda į priešingus ląstelės galus. Tada ląstelė padalijama į dvi lygias dalis, kurios yra atskirtos viena nuo kitos ir padidinamos iki pradinio dydžio. Daugelio bakterijų dalijimosi greitis vidutiniškai siekia 20–30 minučių. Vos per vieną dieną viena ląstelė suformuoja 72 palikuonių kartas.
Augimo ir vystymosi proceso metu ląstelių masė greitai pasisavina maistines medžiagas iš aplinkos. Tai palengvina palankūs aplinkos veiksniai – temperatūros sąlygos, pakankamas maistinių medžiagų kiekis, reikalingas aplinkos pH. Aerobinėms ląstelėms reikia deguonies. Tai pavojinga anaerobams. Tačiau neribotas bakterijų dauginimasis gamtoje nevyksta. Saulės šviesa, sausas oras, maisto trūkumas, aukšta aplinkos temperatūra ir kiti veiksniai neigiamai veikia bakterijų ląsteles.
Ryžiai. 22. Nuotraukoje parodytas ląstelių dalijimosi momentas.
Bakterijų augimui būtinos tam tikros medžiagos (augimo faktoriai), kurių dalį sintezuoja pati ląstelė, dalis – iš aplinkos. Augimo faktorių poreikis visoms bakterijoms yra skirtingas.
Augimo faktorių poreikis yra nuolatinis požymis, leidžiantis jį panaudoti bakterijų identifikavimui, maistinių medžiagų paruošimui ir panaudojimui biotechnologijoje.
Bakterijų augimo faktoriai (bakteriniai vitaminai) yra cheminiai elementai, kurių dauguma yra vandenyje tirpūs B grupės vitaminai. Nesant augimo faktorių, atsiranda bakteriostazė.
Bakterijos naudoja augimo faktorius minimaliais kiekiais ir nepakitusios. Daugelis šios grupės cheminių medžiagų yra ląstelių fermentų dalis.
Ryžiai. 23. Nuotraukoje – lazdelės formos bakterijos dalijimosi momentas.
Svarbiausi bakterijų augimo faktoriai
Vitaminas B1 (tiaminas). Dalyvauja angliavandenių apykaitoje.
Vitaminas B2 (riboflavinas). Dalyvauja redokso reakcijose.
Pantoteno rūgštis yra neatskiriama kofermento A dalis.
Vitaminas B6 (piridoksinas). Dalyvauja aminorūgščių apykaitoje.
Vitaminai B12 (kobalaminai yra medžiagos, kurių sudėtyje yra kobalto). Jie aktyviai dalyvauja nukleotidų sintezėje.
Folio rūgštis. Kai kurie jo dariniai yra dalis fermentų, kurie katalizuoja purino ir pirimidino bazių, taip pat kai kurių aminorūgščių sintezę.
Biotinas. Dalyvauja azoto apykaitoje, taip pat katalizuoja nesočiųjų riebalų rūgščių sintezę.
Vitaminas PP (nikotino rūgštis). Dalyvauja redokso reakcijose, fermentų formavime ir lipidų bei angliavandenių apykaitoje.
Vitaminas H (para-aminobenzenkarboksirūgštis). Tai daugelio bakterijų, įskaitant ir gyvenančias žmogaus žarnyne, augimo faktorius. Folio rūgštis sintetinama iš para-aminobenzenkarboksirūgšties.
Dvyniai. Tai yra neatskiriama kai kurių fermentų, dalyvaujančių oksidacijos reakcijose, dalis.
Cholinas. Dalyvauja ląstelės sienelės lipidų sintezės reakcijose. Tai yra metilo grupės tiekėjas aminorūgščių sintezėje.
Purino ir pirimidino bazės (adeninas, guaninas, ksantinas, hipoksantinas, citozinas, timinas ir uracilas). Medžiagos reikalingos daugiausia kaip nukleorūgščių komponentai.
Amino rūgštys. Šios medžiagos yra ląstelių baltymų komponentai.
Tam tikrų bakterijų augimo faktorių poreikis
Saprofitinės bakterijos minta organinėmis medžiagomis iš negyvų organizmų. Jie suvartoja minimaliai maistinių medžiagų. Parazitinės bakterijos reikalauja didesnio aminorūgščių ir kitų augimo faktorių kiekio.
Auksotrofai Norint užtikrinti gyvybę, jiems reikia tiekti chemines medžiagas iš išorės. Pavyzdžiui, klostridijos nesugeba sintetinti lecitino ir tirozino. Stafilokokams reikia tiekti lecitiną ir argininą. Streptokokams reikia tiekti riebalų rūgštis – fosfolipidų komponentus. Korinebakterijoms ir Shigella reikia nikotino rūgšties. Staphylococcus aureus, pneumokokai ir brucella reikalauja vitamino B1. Streptokokai ir stabligės bacilos – pantoteno rūgštyje.
Prototrofai savarankiškai sintetina reikalingas medžiagas.
Ryžiai. 24. Skirtingos aplinkos sąlygos skirtingai veikia bakterijų kolonijų augimą. Kairėje yra nuolatinis augimas lėtai besiplečiančio apskritimo pavidalu. Dešinėje yra greitas augimas „ūglių“ pavidalu.
Bakterijų poreikio augimo faktoriams tyrimas leidžia mokslininkams gauti didelę mikrobų masę, kuri yra tokia reikalinga gaminant antimikrobinius vaistus, serumus ir vakcinas.
Bakterijų dauginimasis yra mechanizmas, didinantis mikrobų populiacijų skaičių. Bakterijų dalijimasis yra pagrindinis dauginimosi būdas. Po pasidalijimo bakterijos turi pasiekti suaugusiųjų dydį. Bakterijos auga greitai pasisavindamos maistines medžiagas iš savo aplinkos. Augimui reikalingos tam tikros medžiagos (augimo faktoriai), kurių dalį sintezuoja pati bakterijos ląstelė, o dalis – iš aplinkos.
Tyrinėdami bakterijų augimą ir dauginimąsi, mokslininkai nuolat atranda naudingų mikroorganizmų savybių, kurių naudojimą kasdieniame gyvenime ir gamyboje riboja tik jų savybės.
