Reproduktion av bakterier genom fission är den vanligaste metoden för att öka storleken på en mikrobiell population. Efter delning växer bakterier till sin ursprungliga storlek, vilket kräver vissa ämnen (tillväxtfaktorer).
Metoderna för reproduktion av bakterier är olika, men de flesta av deras arter har en form av asexuell reproduktion genom fission. Bakterier förökar sig extremt sällan genom knoppning. Sexuell reproduktion av bakterier finns i en primitiv form.
Ris. 1. Bilden visar en bakteriecell i delningsstadiet.
Genetisk apparat av bakterier
Den genetiska apparaten av bakterier representeras av en enda DNA - kromosom. DNA är sluten i en cirkel. Kromosomen är lokaliserad i en nukleotid som inte har ett membran. En bakteriecell innehåller plasmider.
Nukleoid
En nukleoid är en analog till en kärna. Den är belägen i mitten av cellen.Den innehåller DNA, bäraren av ärftlig information i en vikt form. Olindat DNA når en längd av 1 mm. Kärnämnet i en bakteriecell har inte ett membran, en kärna eller en uppsättning kromosomer och delar sig inte med mitos. Före delning fördubblas nukleotiden. Under delning ökar antalet nukleotider till 4.
Ris. 2. Bilden visar en bakteriecell i ett snitt. En nukleotid är synlig i den centrala delen.
Plasmider
Plasmider är autonoma molekyler vikta till en ring av dubbelsträngat DNA. Deras massa är betydligt mindre än massan av en nukleotid. Trots att ärftlig information är kodad i plasmidernas DNA är de inte livsnödvändiga och nödvändiga för bakteriecellen.
Efter att ha nått en viss storlek som är karakteristisk för en vuxen cell, lanseras delningsmekanismer.
DNA-replikation
DNA-replikation föregår celldelning. Mesosomer (veck av det cytoplasmatiska membranet) håller DNA tills delnings- (replikationsprocessen) är avslutad.
DNA-replikation utförs med hjälp av enzymer DNA-polymeraser. Under replikering bryts vätebindningarna i dubbelsträngat DNA, vilket resulterar i att två enkelsträngade dotter-DNA bildas från ett DNA. Därefter, när dotter-DNA:n har tagit sin plats i de separerade dottercellerna, återställs de.
Så snart DNA-replikeringen är avslutad, som ett resultat av cellväggssyntes, uppstår en förträngning som delar cellen på mitten. Först genomgår nukleotiden delning, sedan cytoplasman. Cellväggssyntes fullbordar delning.
Ris. 4. Schema för bakteriell celldelning.
Utbyte av DNA-sektioner
I Bacillus subtilis slutar processen för DNA-replikation med utbyte av två DNA-sektioner.
Efter celldelning bildas en brygga genom vilken en cells DNA passerar in i en annan. Därefter är båda DNA:n sammanflätade. Vissa sektioner av båda DNA håller ihop. Vid vidhäftningsställena utbyts DNA-segment. En av DNA:t går längs bygeln tillbaka in i den första cellen.
Ris. 5. Variant av DNA-utbyte i Bacillus subtilis.
Delning genom brytning är karakteristisk för mjältbrandsbaciller. Som ett resultat av denna uppdelning bryter cellerna vid kopplingspunkterna och bryter de cytoplasmatiska bryggorna. Sedan stöter de bort varandra och bildar kedjor.
Glidande division
Med glidseparation, efter delning, lossnar cellen och glider så att säga längs ytan av en annan cell. Denna separationsmetod är typisk för vissa former av Escherichia.
Split split
Med sekantdelning beskriver en av de delade cellerna med sin fria ände en cirkelbåge, vars centrum är kontaktpunkten med en annan cell, och bildar en romersk quinque eller kilskrift (Corynebacterium diphtheria, Listeria).
Ris. 6. Bilden visar stavformade bakterier som bildar kedjor (mjältbrandsbaciller).
Ris. 7. Fotot visar en glidningsmetod för att separera E. coli.
Ris. 8. Splittringsmetoden för att separera corynebakterier.
Kluster av delande celler har en mängd olika former, som beror på delningsplanets riktning.
Globulära bakterier ordnade en efter en, två och två (diplococci), i paket, i kedjor eller som druvklasar. Stavformade bakterier - i kedjor.
Spiralformade bakterier - kaotiskt.
Ris. 9. Bilden visar mikrokocker. De är runda, släta och vita, gula och röda. I naturen finns mikrokocker överallt. De lever i olika håligheter i människokroppen.
Ris. 10. På bilden finns diplococcus-bakterier - Streptococcus pneumoniae.
Ris. 11. Bilden visar Sarcina-bakterier. Coccoid-bakterier samlas i paket.
Ris. 12. Bilden visar bakterien streptokocker (från grekiskan "streptos" - kedja). Ordnade i kedjor. De är orsaker till ett antal sjukdomar.
Ris. 13. På bilden är bakterierna "gyllene" stafylokocker. Ordnade som "klasar av druvor". Klasarna är gyllene till färgen. De är orsaker till ett antal sjukdomar.
Ris. 14. På bilden är de spiralformade Leptospira-bakterierna orsakerna till många sjukdomar.
Ris. 15. Bilden visar stavformade bakterier av släktet Vibrio.
Hastigheten för bakteriedelning är extremt hög. I genomsnitt delar sig en bakteriecell var 20:e minut. På bara en dag bildar en cell 72 generationer avkommor. Mycobacterium tuberculosis delar sig långsamt. Hela uppdelningsprocessen tar dem cirka 14 timmar.
Ris. 16. Bilden visar processen för streptokockcelldelning.
År 1946 upptäckte forskare sexuell reproduktion i en primitiv form.I det här fallet bildas inte könsceller (manliga och kvinnliga reproduktionsceller), men vissa celler utbyter genetiskt material (genetisk rekombination).
Genöverföring sker som ett resultat konjugation - enkelriktad överföring av en del av den genetiska informationen i formen plasmider vid kontakt med bakterieceller.
Plasmider är små DNA-molekyler. De är inte associerade med kromosomgenomet och kan fördubblas autonomt. Plasmider innehåller gener som ökar motståndskraften hos bakterieceller mot ogynnsamma miljöförhållanden. Bakterier överför ofta dessa gener till varandra. Överföring av genetisk information till bakterier av en annan art noteras också.
I avsaknad av en sann sexuell process är det konjugation som spelar en stor roll i utbytet av användbara egenskaper. Det är så bakteriers förmåga att uppvisa läkemedelsresistens överförs. Överföringen av antibiotikaresistens mellan sjukdomsframkallande populationer är särskilt farlig för mänskligheten.
Ris. 17. Bilden visar ögonblicket för konjugation av två E. coli.
När den inokuleras på ett näringsmedium går utvecklingen av bakteriepopulationen genom flera faser.
Inledande fas
Den inledande fasen är perioden från sådd till deras tillväxt. I genomsnitt varar den initiala fasen 1 - 2 timmar.
Avelsfördröjningsfas
Detta är fasen av intensiv bakterietillväxt. Dess varaktighet är cirka 2 timmar. Det beror på grödans ålder, anpassningsperioden, kvaliteten på näringsmediet etc.
Logaritmisk fas
Under denna fas är det en topp i reproduktionshastigheten och ökningen av bakteriepopulationen. Dess varaktighet är 5-6 timmar.
Negativ accelerationsfas
Under denna fas sker en nedgång i reproduktionshastigheten, antalet delande bakterier minskar och antalet döda bakterier ökar. Orsaken till den negativa accelerationen är utarmningen av näringsmediet. Dess varaktighet är cirka 2 timmar.
Stationär maxfas
Under den stationära fasen noteras lika många döda som nybildade individer. Dess varaktighet är cirka 2 timmar.
Dödsaccelerationsfas
Under denna fas ökar antalet döda celler gradvis. Dess varaktighet är cirka 3 timmar.
Logaritmisk dödsfas
Under denna fas dör bakterieceller i konstant hastighet. Dess varaktighet är cirka 5 timmar.
Minska hastighetsfasen
Under denna fas går de kvarvarande levande bakteriecellerna in i ett vilande tillstånd.
Ris. 18. Figuren visar tillväxtkurvan för en bakteriepopulation.
Ris. 19. På bilden är en koloni av Pseudomonas aeruginosa blågrön, en koloni av mikrokocker är gul, en koloni av Bacterium prodigiosum är blodröd och en koloni av Bacteroides niger är svart.
Ris. 20. Bilden visar en koloni av bakterier. Varje koloni är avkomma till en enda cell. I en koloni är antalet celler i miljoner. Kolonin växer på 1 - 3 dagar.
På 1970-talet upptäcktes bakterier som levde i haven som hade en känsla av magnetism. Magnetism gör att dessa fantastiska varelser kan navigera längs linjerna av jordens magnetfält och hitta svavel, syre och andra ämnen som den behöver så mycket. Deras "kompass" representeras av magnetosomer, som består av en magnet. Vid delning delar magnetiskt känsliga bakterier sin kompass.I det här fallet blir förträngningen under delning klart otillräcklig, så bakteriecellen böjer sig och gör en skarp fraktur.
Ris. 21. Bilden visar delningsögonblicket av en magnetiskt känslig bakterie.
När en bakteriecell börjar dela sig rör sig två DNA-molekyler till motsatta ändar av cellen. Därefter delas cellen i två lika delar, som separeras från varandra och ökar till sin ursprungliga storlek. Delningshastigheten för många bakterier är i genomsnitt 20 - 30 minuter. På bara en dag bildar en cell 72 generationer avkommor.
Under tillväxt- och utvecklingsprocessen absorberar en massa celler snabbt näringsämnen från miljön. Detta underlättas av gynnsamma miljöfaktorer - temperaturförhållanden, tillräckliga mängder näringsämnen och det erforderliga pH-värdet i miljön. Aeroba celler kräver syre. Det är farligt för anaerober. Obegränsad spridning av bakterier förekommer dock inte i naturen. Solljus, torr luft, brist på mat, hög omgivningstemperatur och andra faktorer har en skadlig effekt på bakteriecellen.
Ris. 22. Bilden visar ögonblicket för celldelning.
För tillväxten av bakterier är vissa ämnen (tillväxtfaktorer) nödvändiga, varav en del syntetiseras av cellen själv, varav en del kommer från miljön. Behovet av tillväxtfaktorer är olika för alla bakterier.
Behovet av tillväxtfaktorer är ett ständigt inslag, vilket gör det möjligt att använda det för att identifiera bakterier, bereda näringsmedier och använda det i bioteknik.
Bakterietillväxtfaktorer (bakteriella vitaminer) är kemiska grundämnen, varav de flesta är vattenlösliga B-vitaminer. Denna grupp inkluderar även hemin, kolin, purin och pyrimidinbaser och andra aminosyror. I frånvaro av tillväxtfaktorer uppstår bakteriostas.
Bakterier använder tillväxtfaktorer i minimala mängder och oförändrade. Ett antal kemikalier i denna grupp ingår i cellulära enzymer.
Ris. 23. Bilden visar delningsögonblicket av en stavformad bakterie.
De viktigaste bakterietillväxtfaktorerna
Vitamin B1 (tiamin). Tar del av kolhydratmetabolismen.
Vitamin B2 (riboflavin). Deltar i redoxreaktioner.
Pantotensyra är en integrerad del av koenzym A.
Vitamin B6 (pyridoxin). Deltar i aminosyrametabolismen.
Vitaminer B12 (kobalaminer är ämnen som innehåller kobolt). De tar en aktiv del i syntesen av nukleotider.
Folsyra. Några av dess derivat är en del av enzymer som katalyserar syntesen av purin- och pyrimidinbaser, såväl som vissa aminosyror.
Biotin. Deltar i kvävemetabolismen och katalyserar även syntesen av omättade fettsyror.
Vitamin PP (en nikotinsyra). Deltar i redoxreaktioner, bildning av enzymer och metabolism av lipider och kolhydrater.
Vitamin H (para-aminobensoesyra). Det är en tillväxtfaktor för många bakterier, inklusive de som bor i mänskliga tarmar. Folsyra syntetiseras från para-aminobensoesyra.
Gemin. Det är en integrerad del av vissa enzymer som deltar i oxidationsreaktioner.
Kholin. Deltar i reaktionerna av cellväggslipidsyntes. Det är en leverantör av metylgrupper i syntesen av aminosyror.
Purin- och pyrimidinbaser (adenin, guanin, xantin, hypoxantin, cytosin, tymin och uracil). Ämnena behövs främst som komponenter i nukleinsyror.
Aminosyror. Dessa ämnen är komponenter i cellproteiner.
Krav på tillväxtfaktorer för vissa bakterier
Saprofytbakterier livnär sig på organiskt material från döda organismer. De konsumerar minimalt med näringsämnen. Parasitiska bakterier kräver ökade mängder aminosyror och andra tillväxtfaktorer.
Auxotrofer För att säkerställa liv kräver de tillförsel av kemikalier utifrån. Till exempel kan klostridier inte syntetisera lecitin och tyrosin. Stafylokocker kräver tillförsel av lecitin och arginin. Streptokocker kräver tillförsel av fettsyror - komponenter av fosfolipider. Corynebacteria och Shigella kräver nikotinsyra. Staphylococcus aureus, pneumokocker och Brucella kräver vitamin B1. Streptokocker och stelkrampsbaciller - i pantotensyra.
Prototrofer självständigt syntetisera de nödvändiga ämnena.
Ris. 24. Olika miljöförhållanden har olika effekter på tillväxten av bakteriekolonier. Till vänster är en stadig tillväxt i form av en långsamt expanderande cirkel. Till höger är snabb tillväxt i form av "skott".
Att studera bakteriers behov av tillväxtfaktorer gör det möjligt för forskare att få en stor mikrobiell massa, så nödvändig vid tillverkning av antimikrobiella läkemedel, serum och vacciner.
Bakterieproliferation är en mekanism för att öka antalet mikrobiella populationer. Bakteriedelning är den huvudsakliga reproduktionsmetoden. Efter delning måste bakterierna nå vuxenstorlek. Bakterier växer genom att snabbt absorbera näringsämnen från sin omgivning. Tillväxt kräver vissa ämnen (tillväxtfaktorer), av vilka en del syntetiseras av bakteriecellen själv, och en del kommer från miljön.
Genom att studera bakteriers tillväxt och reproduktion upptäcker forskare ständigt de fördelaktiga egenskaperna hos mikroorganismer, vars användning i vardagen och i produktionen endast begränsas av deras egenskaper.
