Curva di crescita batterica, fasi, fattori

Il Crescita batterica è un processo complesso che coinvolge molte reazioni biochimiche e che si traduce nella divisione cellulare batterica. Se dovessimo definirlo in modo più preciso, diremmo che si tratta di un aumento del numero di batteri in una popolazione, non delle dimensioni di ogni singolo batterio..

I batteri sono organismi procarioti, privi di un nucleo o di qualsiasi altro compartimento membranoso intracellulare. Sono organismi unicellulari, microscopici, naturalmente distribuiti in tutti gli ecosistemi della biosfera: suoli, specchi d'acqua, animali, piante, funghi, ecc..

Rispetto a molti eucarioti, i batteri generalmente si diffondono molto più rapidamente, il che può verificarsi sia nel contesto naturale di ciascuna specie che in ambienti sperimentali controllati (in vitro).

Indice articolo

• 1 Come avviene la divisione cellulare nei batteri?
• 2 Curva di crescita batterica
  • 2.1 Qual è la curva di crescita batterica?
• 3 fasi di crescita batterica
  • 3.1 Fase di latenza o fase di ritardo
  • 3.2 Fase esponenziale o logaritmica (log)
  • 3.3 Fase stazionaria
  • 3.4 Declino o fase di morte
• 4 Fattori che influenzano la crescita batterica
• 5 Riferimenti

Come avviene la divisione cellulare nei batteri?

Come nel resto degli organismi cellulari, la divisione cellulare nei batteri è un processo che avviene sotto stretto controllo, sia spaziale che temporale, che include:

- la replicazione o duplicazione del DNA (il materiale genetico)

- la sua distribuzione tra le due future cellule figlie (poli opposti della cellula in divisione)

- la separazione delle due cellule risultanti grazie alla formazione di un "setto" o parete mediana nella cellula di divisione

In questi organismi, tale divisione cellulare è nota come fissione binaria ed è il processo che porta ad un aumento del numero di individui batterici in una popolazione, cioè la crescita batterica..

Poiché ogni cellula durante la divisione deve duplicare il suo materiale genetico e, di conseguenza, aumentare le sue dimensioni, ciò implica che la fissione binaria è un evento biochimicamente attivo, che richiede investimenti energetici, cioè reazioni di sintesi e reazioni di degradazione..

La crescita di una popolazione batterica può essere tracciata come l'aumento del numero di cellule in funzione del tempo e questo grafico disegna una curva chiamata "curva di crescita batterica", in cui si distinguono diverse fasi in cui si verificano diversi processi caratteristici..

Curva di crescita batterica

Molti autori hanno descritto la crescita di una popolazione batterica come un processo esponenziale o geometrico, poiché ogni ciclo di divisione (noto anche come generazione) fa sì che 2 emergano da 1 cellula iniziale, poi 4 emergono da queste due, poi 8, poi 16 e così via. sopra.

Il tempo necessario alla formazione di ciascuna di queste generazioni è noto, quindi, come tempo di generazione o tempo di raddoppio, facilmente calcolabile, che è generalmente costante e quasi sempre specie-specifico..

In modo da E. coli, Ad esempio, uno degli organismi modello tra i procarioti, il tempo di raddoppio è di più o meno 20 minuti, mentre altre specie come Clostridium perfringens o Mycobacterium tuberculosis hanno tempi di raddoppio rispettivamente di 10 minuti e superiori a 12 ore.

È importante ricordare che il tempo di generazione e, quindi, la crescita batterica, può essere alterato a seconda di vari fattori, di cui parleremo più avanti..

Qual è la curva di crescita batterica?

Nel corso degli anni, gli scienziati sono riusciti a descrivere il fenomeno della crescita batterica utilizzando metodi grafici, ed è così che è venuta alla luce ciò che conosciamo oggi come curva di crescita batterica..

Questa curva non è altro che un grafico che mostra l'aumento del numero di cellule in una coltura (tracciate su scala logaritmica) per unità di tempo, da cui si ottengono informazioni preziose..

In generale, tutti i batteri coltivati ​​sperimentalmente in vitro che sono forniti di tutti i nutrienti necessari per crescere mostrano un modello di crescita simile, che può essere facilmente osservato quando viene tracciata la curva di crescita.

In questa curva di crescita si distinguono diverse fasi o fasi, che sono molto caratteristiche e per le quali i microbiologi hanno ottenuto spiegazioni biologiche plausibili..

Fasi di crescita batterica

Come abbiamo già accennato, una popolazione di batteri cresce in modo esponenziale, quindi le curve di crescita vengono tracciate su scala logaritmica..

Poiché il comportamento durante la crescita batterica non è uniforme, cioè non descrive una linea retta sempre ascendente, in una tipica curva di crescita si osservano quattro fasi, note come:

- fase di latenza (ritardo)

- fase esponenziale o logaritmica (log)

- Fase stazionaria

- declino o fase di morte

Fase o fase di latenza ritardo

Per avviare una coltura batterica, viene avviato un inoculo di piccole cellule. Quando questo inoculo viene introdotto in un terreno di coltura fresco completo, cioè con tutti i nutrienti necessari per far crescere la specie batterica data, inizialmente non si osservano cambiamenti nel numero di individui..

È stato dimostrato che durante questa fase di "latenza", in cui sembra non esserci crescita cellulare, i batteri aumentano le loro dimensioni e sono metabolicamente molto attivi, poiché sintetizzano acidi nucleici, proteine ​​ed enzimi, ecc..

La durata di questa fase nel tempo dipende da alcuni fattori intrinseci della popolazione e da alcuni fattori ambientali. Per esempio:

- della dimensione iniziale dell'inoculo

- delle precedenti condizioni ambientali dell'inoculo

- di tempo per sintetizzare gli elementi necessari alla divisione

Fase esponenziale o logaritmica (log)

Quando i batteri sono pronti per iniziare a dividersi, si osserva un aumento esponenziale del numero di cellule per unità di volume per unità di tempo. Sono, quindi, nella fase esponenziale o logaritmica della curva.

Durante questa fase, si ritiene che la maggior parte dei batteri subisca eventi di fissione binaria a velocità costante ed è in questa fase che gli scienziati calcolano il tempo di raddoppio..

Come tutte le fasi della crescita batterica, la fase esponenziale o logaritmica e il tempo di raddoppio di una popolazione dipendono non solo dalla specie, ma dal fatto che i batteri nel terreno di coltura trovino tutti i nutrienti necessari e le condizioni giuste alla sua crescita.

Fase stazionaria

La crescita esponenziale dei batteri non è infinita e questo perché il terreno di coltura, che è un sistema di crescita chiuso, prima o poi esaurisce i nutrienti (i batteri consumano tutto).

Oltre ai nutrienti, un aumento del numero di cellule a volume costante (aumento della concentrazione cellulare) è anche sinonimo di aumento della concentrazione di metaboliti o prodotti di scarto che possono avere effetti inibitori sulla crescita..

Un numero maggiore di cellule in uno spazio finito implica anche che alla fine non ci sarà spazio sufficiente per più cellule, il che si traduce in un'inibizione della crescita..

In questa fase, chiamata fase stazionaria, alcune cellule continuano a dividersi, ma altre iniziano a morire a una velocità simile, quindi la curva si appiattisce..

Declino o fase di morte

Dopo la fase stazionaria, viene osservato come a piatto Sulla curva di crescita continua la fase di morte o declino, dove i batteri iniziano a morire e la curva declina.

Durante la fase di morte i batteri muoiono in modo esponenziale, quindi è considerata una fase "inversa" rispetto alla fase esponenziale.

Fattori che influenzano la crescita batterica

Sono numerosi i fattori che influenzano la crescita batterica, molti dei quali legati all'ambiente in cui crescono.

Come tutti gli organismi viventi, i batteri hanno bisogno di determinate condizioni "di base" per sopravvivere, che vanno oltre il cibo. Pertanto, possiamo elencare alcuni dei principali fattori che possono alterare o influenzare l'aspetto di una curva di crescita batterica:

- la composizione del substrato colturale: in termini di fonti di carbonio e in termini di elementi essenziali

- il pH

- la temperatura del mezzo

- la concentrazione di ioni e minerali

- concentrazione di gas

- la disponibilità di acqua

- il numero di celle

- la presenza di metaboliti

- la presenza di antibiotici e altre sostanze potenzialmente battericide

Riferimenti

1. Bramhill, D. (1997). Divisione cellulare batterica. Revisione annuale della biologia cellulare e dello sviluppo, 13 (1), 395-424.
2. Monod, J. (1949). La crescita delle colture batteriche. Revisione annuale di microbiologia, 3 (1), 371-394.
3. Pepper, I. L., Gerba, C. P., Gentry, T. J., & Maier, R. M. (a cura di). (2011). Microbiologia ambientale. Stampa accademica.
4. Vedyaykin, A. D., Ponomareva, E. V., Khodorkovskii, M. A., Borchsenius, S. N. e Vishnyakov, I. E. (2019). Meccanismi di divisione cellulare batterica. Microbiologia, 88 (3), 245-260.
5. Widdel, F. (2007). Teoria e misura della crescita batterica. Di dalam Grundpraktikum Mikrobiologie, 4 (11), 1-11.
6. Willey, J. M., Sherwood, L. e Woolverton, C. J. (2011). Microbiologia di Prescott (Vol. 7). New York: McGraw-Hill.