Fasen van de bacteriële groeicurve

Bacteriën zijn prokaryotische organismen die meestal repliceren door het aseksuele proces van binaire splijting. Deze microben planten zich snel voort met een exponentiële snelheid onder gunstige omstandigheden. Wanneer gekweekt in cultuur, treedt een voorspelbaar groeipatroon op in een bacteriepopulatie. Dit patroon kan grafisch worden weergegeven als het aantal levende cellen in een populatie in de tijd en staat bekend als een bacteriële groeicurve. Bacteriële groeicycli in een groeicurve bestaan ​​uit vier fasen: lag, exponentieel (log), stationair en dood.

Belangrijkste afhaalrestaurants: bacteriële groeicurve

• De bacteriële groeicurve vertegenwoordigt het aantal levende cellen in een bacteriepopulatie gedurende een bepaalde periode.
• Er zijn vier verschillende fasen van de groeicurve: lag, exponentieel (log), stationair en dood.
• De beginfase is de lag-fase waarin bacteriën metabolisch actief zijn maar zich niet delen.
• De exponentiële of logfase is een tijd van exponentiële groei.
• In de stationaire fase bereikt de groei een plateau omdat het aantal stervende cellen gelijk is aan het aantal delende cellen.
• De doodsfase wordt gekenmerkt door een exponentiële afname van het aantal levende cellen.

Bacteriën vereisen bepaalde voorwaarden voor groei, en deze voorwaarden zijn niet hetzelfde voor alle bacteriën. Factoren zoals zuurstof, pH, temperatuur en licht beïnvloeden de microbiële groei. Bijkomende factoren zijn osmotische druk, atmosferische druk en vochtbeschikbaarheid. Een bacteriepopulatie generatie tijd, of de tijd die een populatie nodig heeft om te verdubbelen, varieert per soort en is afhankelijk van hoe goed aan de groei-eisen wordt voldaan.

Fasen van de bacteriële groeicyclus

De bacteriële groeicurve vertegenwoordigt het aantal levende cellen in een populatie in de tijd. Michal Komorniczak / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

In de natuur ervaren bacteriën geen perfecte omgevingscondities voor groei. Als zodanig verandert de soort die een omgeving bevolkt in de loop van de tijd. In een laboratorium kan echter aan optimale omstandigheden worden voldaan door bacteriën in een gesloten cultuuromgeving te laten groeien. Het is onder deze omstandigheden dat het krommepatroon van bacteriegroei kan worden waargenomen.

De bacteriële groeicurve vertegenwoordigt het aantal levende cellen in een bacteriepopulatie gedurende een bepaalde periode.

• Lag-fase: Deze beginfase wordt gekenmerkt door cellulaire activiteit maar niet door groei. Een kleine groep cellen wordt in een voedingsstofrijk medium geplaatst waarmee ze eiwitten en andere moleculen kunnen synthetiseren die nodig zijn voor replicatie. Deze cellen worden groter, maar er treedt geen celdeling op in de fase.
• Exponentiële (log) fase: Na de lag-fase komen bacteriecellen in de exponentiële of log-fase. Dit is het tijdstip waarop de cellen delen door binaire splijting en verdubbeling in aantallen na elke generatietijd. Metabole activiteit is hoog omdat DNA, RNA, celwandcomponenten en andere stoffen die nodig zijn voor groei worden gegenereerd voor deling. Het is in deze groeifase dat antibiotica en ontsmettingsmiddelen het meest effectief zijn, omdat deze stoffen zich meestal richten op de celwanden van bacteriën of de eiwitsyntheseprocessen van DNA-transcriptie en RNA-translatie.
• Stationaire fase: Uiteindelijk begint de bevolkingsgroei in de logfase af te nemen naarmate de beschikbare voedingsstoffen opraken en afvalproducten zich ophopen. Bacteriële celgroei bereikt een plateau, of stationaire fase, waar het aantal delende cellen gelijk is aan het aantal stervende cellen. Dit resulteert niet in een algemene bevolkingsgroei. Onder de minder gunstige omstandigheden neemt de concurrentie om voedingsstoffen toe en worden de cellen minder metabolisch actief. Sporenvormende bacteriën produceren in deze fase endosporen en pathogene bacteriën beginnen stoffen (virulentiefactoren) te genereren die hen helpen om zware omstandigheden te overleven en bijgevolg ziekte te veroorzaken.
• Doodsfase: Naarmate voedingsstoffen minder beschikbaar worden en afvalproducten toenemen, blijft het aantal stervende cellen toenemen. In de doodsfase neemt het aantal levende cellen exponentieel af en neemt de bevolkingsgroei sterk af. Terwijl stervende cellen lyseren of openbreken, morsen ze hun inhoud in het milieu en maken deze voedingsstoffen beschikbaar voor andere bacteriën. Dit helpt sporenproducerende bacteriën om lang genoeg te overleven voor sporenproductie. Sporen zijn in staat om de barre omstandigheden van de doodsfase te overleven en worden groeiende bacteriën wanneer ze in een omgeving worden geplaatst die het leven ondersteunt.

Bacteriële groei en zuurstof

Campylobacter jejuni, hier getoond, is een micro-aerofiel organisme dat verlaagde zuurstofniveaus vereist. C. jejuni is de bacterie die gastro-enteritis veroorzaakt. Henrik Sorensen / The Image Bank / Getty Images

Bacteriën vereisen, net als alle levende organismen, een omgeving die geschikt is voor groei. Deze omgeving moet voldoen aan verschillende factoren die de groei van bacteriën ondersteunen. Dergelijke factoren omvatten zuurstof, pH, temperatuur en lichtvereisten. Elk van deze factoren kan verschillend zijn voor verschillende bacteriën en de soorten microben beperken die een bepaalde omgeving bevolken.

Bacteriën kunnen worden gecategoriseerd op basis van hun zuurstofbehoefte of tolerantieniveaus. Bacteriën die niet kunnen overleven zonder zuurstof staan ​​bekend als verplicht aerobes. Deze microben zijn afhankelijk van zuurstof, omdat ze tijdens de ademhaling zuurstof omzetten in energie. In tegenstelling tot bacteriën die zuurstof nodig hebben, kunnen andere bacteriën niet in zijn aanwezigheid leven. Deze microben worden genoemd obligate anaerobes en hun metabolische processen voor energieproductie worden gestopt in aanwezigheid van zuurstof.

Andere bacteriën zijn facultatieve anaërobe en kan groeien met of zonder zuurstof. Bij afwezigheid van zuurstof gebruiken ze ofwel gisting ofwel anaërobe ademhaling voor energieproductie. Aerotolerante aneroben gebruik anaërobe ademhaling maar worden niet geschaad in aanwezigheid van zuurstof. Microaërofiele bacteriën vereisen zuurstof maar groeien alleen waar de zuurstofconcentraties laag zijn. Campylobacter jejuni is een voorbeeld van een micro-aerofiele bacterie die in het spijsverteringskanaal van dieren leeft en een belangrijke oorzaak is van door voedsel overgedragen ziekten bij mensen.

Bacteriële groei en pH

Helicobacter pylori zijn micro-aerofiele bacteriën die in de maag worden aangetroffen. Het zijn neutrofielen die een enzym afscheiden dat maagzuur neutraliseert. Science Picture Co / Getty Images

Een andere belangrijke factor voor bacteriegroei is de pH. Zure omgevingen hebben pH-waarden die lager zijn dan 7, neutrale omgevingen hebben waarden bij of nabij 7 en basische omgevingen hebben pH-waarden groter dan 7. Bacteriën die acidofiel gedijen in gebieden waar de pH lager is dan 5, met een optimale groei waarde dicht bij een pH van 3. Deze microben kunnen worden gevonden op locaties zoals warmwaterbronnen en in het menselijk lichaam in zure gebieden zoals de vagina.

De meeste bacteriën zijn neutrofielen en groeien het beste op plaatsen met een pH-waarde van bijna 7. Helicobacter pylori is een voorbeeld van een neutrofiel dat leeft in de zure omgeving van de maag. Deze bacterie overleeft door een enzym uit te scheiden dat maagzuur in de omgeving neutraliseert.

alkalifielen groeien optimaal bij pH-waarden tussen 8 en 10. Deze microben gedijen in basische omgevingen zoals alkalische bodems en meren.

Bacteriële groei en temperatuur

De Champagne Pool van Nieuw-Zeeland is een hete bron met een gemeenschap van thermofiele en acidofiele micro-organismen waarvan de verdeling betrekking heeft op de temperatuur en de chemische omgeving. Simon Hardenne / Biosphoto / Getty Images

Temperatuur is een andere belangrijke factor voor de groei van bacteriën. Bacteriën die het beste groeien in koelere omgevingen worden genoemd psycrophiles. Deze microben geven de voorkeur aan temperaturen tussen 4 ° C en 25 ° C (39 ° F en 77 ° F). Extreme psycrofielen gedijen bij temperaturen onder 0 ° C / 32 ° F en zijn te vinden op plaatsen zoals arctische meren en diepe oceaanwateren.