Закономерности роста популяций микроорганизмов

S-образная кривая закономерности роста популяции микроорганизмов характерна для периодической культуры. В лабораторных и промышленных условиях используют два способа культивирования микроорганизмов: периодический (статический) и непрерывный (проточный). В первом случае получают периодическую культуру, а во втором – непрерывную культуру^[2].

Сбалансированный рост бактерий

Сбалансированный рост бактерий наблюдается в среде, к которой данные микроорганизмы полностью адаптированы. В период сбалансированного роста удвоение биомассы происходит с одновременным удвоением всех прочих параметров популяции: количества белка, ДНК, РНК, внутриклеточной воды^[2].

Культуры бактерий, растущие сбалансировано, сохраняют постоянный химический состав. Кроме того, в такой культуре скорость прироста вещества клеток в любой выбранный момент пропорциональна числу и массе имеющихся в это время бактерий. Коэффициент этой пропорциональности называют удельной скоростью роста (µ). Данная величина вычисляется по установленной формуле и изменяется в зависимости от условий выращивания культуры^[2].

Динамика развития бактериальной популяции в периодической культуре

Динамика развития бактериальной популяции в периодической культуре

---

1. Лаг-фаза:

I– исходная стационарная фаза;

II– лаг-фаза – период задержки размножения.

2. Экспоненциальная фаза:

III– экспоненциальная (логарифмическая фаза).

3. Стационарная фаза:

IV– фаза отрицательного ускорения;

V– максимальная стационарная фаза.

4. Фаза отмирания:

VI – фаза ускорения гибели;

VII– фаза логарифмической гибели;

VIII– фаза уменьшения скорости отмирания^[3].

Фазы развития бактерий в периодической культуре

Зависимость концентрации жизнеспособных клеток бактерий в периодической культуре от длительности инкубирования описывается кривой S-образной формы, на которой различают несколько фаз роста, сменяющих друг друга в четкой последовательности:

1. Начальная фаза (лаг-фаза, фаза задержанного роста) – охватывает промежуток времени между инокуляцией бактерий и достижением ими максимальной скорости деления. В клетках бактерий в этот период идут в основном процессы, связанные с приспособлением их к условиям культивирования (составу среды, температуре, рН и т. п.)^[2][3]. Часто данную фазу делят на две:

• исходную стационарную фазу (I) – составляющую период от момента внесения бактерий в питательную среду до начала их роста;
• лаг-фазу (II) – период задержки размножения, характеризующийся увеличением частоты клеточного деления и нарастанием числа клеток^[2][3].

2. Экспоненциальная (логарифмическая) фаза (III) – период времени, характеризующийся максимальной постоянной скоростью размножения бактерий и увеличением их числа в геометрической прогрессии. В течение экспоненциальной фазы все клетки бактериальной популяции имеют одинаковый размер, содержат максимальное количество РНК. Количество белка в них постоянно и максимально из возможного. Бактериальные клетки в данную фазу наиболее жизнеспособны и обладают высокой биохимической активностью^[2].

3. Стационарная фаза – наблюдается в период, когда число жизнеспособных клеток достигает максимума и не увеличивается, поскольку скорость размножения бактерий равна скорости их отмирания. Поскольку скорость роста определяется концентрацией субстрата, то скорость роста начинает снижаться ещё до его полного использования. Поэтому переход от экспоненциальной фазы к стационарной происходит постепенно^[2]. Стационарную фазу часто подразделяют на:

• фазу отрицательного ускорения (IV) – характеризуется уменьшением скорости размножения бактерий, удлинением периода их генерации;
• максимальную стационарную фазу (V) – отражает динамическое равновесие между покоящимися, делящимися и отмирающими клетками^[3].

4. Фаза отмирания – наблюдается экспоненциальное снижение числа живых клеток.Продолжительность данной фазы изменяется в зависимости от условий среды и физиологических особенностей микроорганизма^[2].Фаза отмирания подразделяется на:

• фазу ускорения гибели (VI) – период уменьшения количества бактериальных клеток, в основном, за счёт аутолитических процессов (процессов саморастворения);
• фазу логарифмической гибели (VII) – отражает максимальную постоянную скорость отмирания бактерий с последующим из аутолизом (саморастворением);
• фаза уменьшения скорости отмирания (VIII) – переход оставшихся в живых особей в состояние покоя^[3].