РЕФЕРАТ

на тему:

“Ріст і розмноження бактерій”

ПЛАН

1. Ріст бактерій

2. Фази росту бактерій, їх розмноження

3. Як людина використовує ріст і розмноження бактерій

Використана література

1. Ріст бактерій

Ріст прокаріотів залежить насамперед від того, чи є в середовищі вода,
поживні речовини, фізіологічне активні речовини тощо. Ріст
паличкоподібних прокаріотних клітин відрізняється від кулястих. Перші
ростуть переважно в напрямку довгої вісі, а другі — рівномірно в усіх
напрямках. У зв’язку з цим співвідношення між поверхнею і об’ємом у
паличкоподібних клітин під час їхнього росту істотно не змінюється. У
кулястих — відносна величина поверхні клітини зменшується, оскільки їхня
поверхня росте пропорційно квадрату радіусу, а об’єм — пропорційно кубу.

Ріст бактерій завершується їхнім розмноженням, яке виявляється у
збільшенні кількості особин мікробної популяції на одиницю об’єму.
Найчастіше бактерії розмножуються нестатевим, бінарним, поділом. Відомо
два типи поділу бактеріальної клітини: за допомогою перегородки і
перешнуровуванням. У разі першого типу поділу посередині бактеріальної
клітини починає формуватися поперечна перегородка, яка спочатку
складається з цитоплазматичної мембрани і розмежовує цитоплазму
материнської клітини на дві дочірні. Далі синтезується оболонка і
утворюються дві нові клітини.

Грамнегативні бактерії поділяються переважно перешнуровуванням, тобто
звужуванням клітини в місцях поділу, аж доки вона не поділиться на дві.
Різновидом бінарного поділу бактерій є брунькування. При цьому
розмноженні на одному із полюсів материнської клітини утворюється
брунька, яка в процесі росту збільшується до розмірів материнської
клітини, а потім відділяється від неї. Під час брунькування оболонка
бруньки повністю синтезується заново.

У деяких одноклітинних ціанобактерій виявлено множинний поділ. Йому
передує реплікація хромосоми і збільшення розмірів материнської клітини,
в якій далі відбувається кілька послідовних бінарних поділів, що
приводить до утворення величезної кількості дрібненьких клітин. Ці
клітини дістали назву беоцитів. Після розриву оболонки материнської
клітини вони виходять назовні.

Період від поділу до поділу клітини називається онтогенезом, або
клітинним циклом бактерій. Розрізняють кілька типів вегетативного
клітинного циклу у бактерій: мономорфний, при якому утворюється лише
один морфологічний тип клітини і поліморфний, при якому утворюються
кілька моофологічно різних типів клітин

Серед актиноміцетів поширене розмноження фрагментами гіф, а деякі
бактерії можуть розмножуватися за допомогою спор, але не ендоспор.
Бактеріям притаманний високий темп розмноження, що характеризується
часом генерації, тобто часом, упродовж якого відбувається поділ
бактеріальної клітини. Час генерації визначається видом бактерій, їхнім
віком і умовами довкілля. За сприятливих умов час генерації для багатьох
видів бактерій коливається в межах від 15 до 30 хв.

Уявити швидкість розмноження і утворення бактеріальної маси допоможуть
такі приклади. Якщо бактерія ділитиметься через кожні 20 хв. то з однієї
бактерії за 24 год може утворитися 72 генерації. Це становить 472 • 1019
особин. Холерний вібріон за 30 год спроможний дати таке потомство, яке
могло б покрити суцільним шаром усю поверхню земної кулі. Академік В.І.
Вернадський у своїй праці «Очерки геохимии» наводить приклад, що «за
сприятливих умов одна бактерія за 4—5 днів може утворити 1036 особин,
об’єм яких… дорівнює океанові».

Насправді ж у природі немає таких ідеальних умов, за яких бактерії могли
б безперешкодно розмножуватися. Брак поживних речовин, несприятливі
температурні умови, згубний вплив продуктів обміну, поїдання бактерій
іншими організмами та багато інших чинників — усе це негативно
позначається на розмноженні бактерій. Велика швидкість розмноження
прокаріотів — еволюційне пристосування до збереження виду.

Надзвичайно важливою умовою процесу поділу бактерій є реплікація ДНК.
Поділ клітини починається лише через деякий час по тому, як закінчиться
реплікація ДНК. Є дані про те, що сигналом для поділу клітини є початок
реплікації молекули ДНК й що подвоєння ДНК і поділ клітин відбуваються
зі швидкістю, властивою для кожного виду бактерій.

У бактеріальній популяції постійно відбувається ріст, розмноження і
відмирання бактеріальних клітин. Спостереження за розмноженням
прокаріотів у замкнених системах на рідких живильних середовищах
показують, що швидкість їхнього росту змінюється з часом. У живильному
середовищі бактерії ростуть доти, доки вміст у ньому якогось із
необхідних їм компонентів не досягне мінімуму; далі їхній ріст
припиняється. Якщо протягом цього часу не додавати поживних речовин і не
видаляти продуктів обміну, то дістанемо так звану статичну бактеріальну
культуру.

Ріст бактеріальної популяції в такій «закритій системі» підлягає
відповідним закономірностям. Крива, яка описує залежність логарифмів
числа клітин статичної культури від часу, дістала назву кривої росту.
Типова крива росту має 8-подібну форму, яка дає змогу розрізняти кілька
фаз росту, що змінюють одна одну у визначеній послідовності.

2. Фази росту мікроорганізмів

За вирощування бактерій в рідкому живильному середовищі методом
періодичного культивування в оптимальних умовах умовно виділяють фази
росту бактеріальної популяції, які відображають загальну закономірність
росту і розмноження бактеріальних клітин.

1. Початкова фаза, охоплює проміжок часу від моменту висівання бактерій
на живильне середовище й до досягнення максимальної швидкості росту. В
цей період бактерії пристосовуються до умов культивування. Тривалість
цієї фази залежить від зовнішніх умов, віку і видової специфічності
бактерій.

2. Експоненціальна, або лог-ф а з а. В цей період розмноження
бактерій відбувається з найбільшою швидкістю. Кількість клітин
збільшується в геометричній прогресії. Внаслідок інтенсивного
розмноження клітин відбувається швидке поглинання поживних речовин із
живильного середовища і нагромадження в ньому шкідливих продуктів
обміну. Це, своєю чергою, сповільнює розмноження культури і лог-фаза
переходить у наступну фазу.

3. Стаціонарна фаза настає тоді, коли кількість клітин перестає
збільшуватись. У цей період кількість новоутворених клітин дорівнює
числу відмерлих, а тому кількість живих клітин деякий час залишається
незмінною. Разом з цим стаціонарна фаза характеризується максимальною
величиною біомаси, максимальною життєдіяльністю мікробної популяції.

4. Фаза відмирання. У цій фазі відмирання бактерій переважає над
розмноженням, зростає гетерогенність культури тощо. Такий стан
бактеріальної популяції зумовлюється зміною фізико-хімічних властивостей
поживного середовища та іншими несприятливими чинниками. Фаза відмирання
досі ще недостатньо вивчена.

Виокремлюють ще й фазу виживання, яка характеризується наявністю окремих
клітин, що збереглися протягом тривалого часу в умовах загибелі
більшості клітин мікробної популяції. Висівання цих клітин на свіже
поживне середовище показало, що вони зберегли здатність після лаг-фази
активно рости і розмножуватися.

Під час культивування бактерій в замкненій системі вони весь час
перебувають в умовах, що постійно змінюються. Таке культивування дістало
назву непротокової культури. Спочатку бактерії мають у надлишку всі
поживні речовини, а далі поступово починають відчувати їхню нестачу,
одночасно відбувається отруєння клітин продуктами обміну. Все це
спричинює зниження швидкості росту мікробної популяції. Однак якщо
додавати в середовище свіжі поживні речовини і водночас видаляти
культуральну рідину, то бактерії можна утримувати в експоненціальній
фазі росту будь-який час. Такий метод покладено в основу протокового
(безперервного) культивування мікроорганізмів, яке здійснюється в
хемостатах, турбідостатах та інших спеціальних культиваторах.

Суть методу безперервного культивування бактерій і грибів полягає в
тому, що вирощувана культура міститься у спеціальному приладі, в який
постійно надходить свіже живильне середовище. З такою самою швидкістю з
культиватора витікає культуральна рідина з мікробами. Безперервне
культивування бактерій в культиваторах автоматично регулюється, а тому
воно дуже перспективне, оскільки забезпечує значне збільшення
продуктивності цехів при зменшенні затрат праці.

Отже, безперервне культивування мікробів широко використовується не
тільки для вивчення їх фізіології, біохімії, генетики тощо, а й
інтенсивно впроваджується в практику мікробіологічної промисловості.
Нині розроблено низку варіантів проточного культивування різних
мікроорганізмів: напівбезперервне, багатоциклічне та ін.

У фізіологічних, цитогенетичних і генетичних дослідженнях часто
використовують так звані синхронні культури, в яких усі клітини
перебувають на тій самій стадії клітинного циклу. Синхронізація
бактеріальної культури здійснюється за допомогою фізичних і
хіміко-біологічних методів.

У процесі росту і розмноження відбуваються помітні зміни в житті
прокаріотів. Ці зміни можна спостерігати в нормальному циклі онтогенезу
бактерій, який залежить від природи організмів, складності їх форм і
послідовності розвитку. Найпростіший цикл розвитку зафіксовано у
кулястих бактерій: він ототожнюється з ростом клітини та поділом їх. У
бацил до циклу розвитку за певних умов додається й спороутворення.

Досить складним циклом розвитку характеризуються міксобактерії, в яких
вегетативні клітини паличкоподібної форми змінюють овальні або кулясті
клітини, скупчення яких разом зі слизом утворюють плодові тіла.
Всередині цих тіл клітини переходять до стану’Спокою, перетворюючись на
мікроспори і мікроцисти, що є закономірною стадією життєвого циклу
міксобактерій.

Як уже зазначалося вище, більшість бактерій розмножуються нестатевим
шляхом і існують у гаплоїдному стані. Однак ще 1946 р. Дж. Ледерберг і
Е. Татум виявили передавання генетичного матеріалу від однієї клітини до
іншої шляхом безпосереднього контакту під час культивування двох штамів
кишкової палички, що пізніше дало можливість встановити наявність
статевої диференціації у бактерій. Цей процес було названо кон’югацією.
Вона нагадує редукований статевий процес.

3. Як людина використовує

ріст і розмноження бактерій

Чимало галузей харчової промисловості пов’язано з діяльністю
мікроорганізмів (випікання хліба, виноробство, пивоваріння, отримання
спирту, кисломолочних продуктів тощо). Лікарські засоби — антибіотики —
також отримують у результаті діяльності мікроорганізмів. Для
вдосконалення їхньої продуктивності використовують методи селекції. За
допомогою рентгенівського випромінювання і хімічних речовин прискорюють
мутагенний процес і добором створюють кращі раси (штами)
мікроорганізмів. Цим способом у селекційних рас у тисячі разів вдалося
підвищити вихід низки антибіотиків, зокрема пеніциліну, порівняно з
вихідними штамами мікроорганізмів, взятими для селекції з природи.
Отримано дріжджові гриби, які синтезують кормовий білок із парафінів
нафти, природного газу, відходів рослинництва (соломи зернових культур,
стебел соняшнику, відходів лісового господарства). У кондитерській
промисловості широко використовують лимонну кислоту, яку отримують в
результаті життєдіяльності спеціально виведених мікроорганізмів. У світі
нині виробляють близько 400 тис. т цього продукту. Таку кількість його
не змогли б забезпечити жодні цитрусові плантації.

Створюються штами мікроорганізмів, які здатні вилучати цінні метали із
руд, промислових відходів для виробництва бактеріальних добрив,
стимуляторів росту і мікробіологічних засобів захисту рослин від
шкідників і хвороб.

Для виробництва цих та інших речовин за допомогою мікроорганізмів
створено спеціальний напрям народного господарства — мікробіологічну
промисловість. У промислових масштабах нині виробляють багато
амінокислот, які використовують як кормові добавки, вітамінів тощо.

Основні напрями біотехнології. Біотехнологією називають свідоме
виробництво потрібних людині продуктів і матеріалів за допомогою
біологічних об’єктів і процесів. Біотехнологія виникла на зорі
цивілізації, коли первісна людина навчилася не просто збирати корисні
для себе рослини, а й вирощувати їх на оброблюваних полях, не тільки
полювати на диких звірів, а й розводити приручених тварин. Ця первісна
біотехнологія значно полегшила життя людини, бо вона почала отримувати
значно більше їжі і сировини для виготовлення одягу, а затрачала на це
менше праці. Поступово біотехнологія вдосконалювалася, людина почала
створювати нові сорти культурних рослин і породи свійських тварин,
учитись ефективніше їх використовувати.

На початку XX ст., коли, здавалося б, людина навчилася отримувати від
природи все, що можна, виникла нова наука — генетика. Проте минуло майже
50 років, доки її результати почали приносити користь. Свідомим
поєднанням випадкових спадкових змін (мутацій) людина навчилася
створювати все досконаліші сорти і породи, а також різновиди (штами)
корисних мікроорганізмів, на основі яких виникла мікробіологічна
промисловість (див. вище).

У 50х роках нашого століття виникла нова наука — молекулярна біологія, а
ще через 20 років на її основі — генна інженерія. Всього 10 років
знадобилось їй, щоб дати біотехнології нову зброю: принципову можливість
свідомо створювати організми, які б продукували сполуки і здійснювали
процеси, необхідні людині. Тобто можна стверджувати, що виникла нова
біотехнологія, яка обіцяє людині небувалий прогрес.

Для досягнення мети в генній інженерії використовують такі способи:
злиття соматичних клітин або протопластів різних клітин одного виду чи
навіть різних видів організмів (соматична гібридизація), перенесення
ядер із клітини в клітину, хромосом або їхніх фрагментів (клітинна
Інженерія) чи окремих генів (генна інженерія). Суть генної інженерії
полягає у штучному створенні (хімічний синтез, перекомбінації відомих
структур) генів з конкретними потрібними людині властивостями і введення
його у відповідну клітину (нині це найчастіше бактеріальні клітини,
наприклад кишкова паличка) — створення «штучної» бактеріїлабораторії для
вироблення необхідного для людини продукту.

Методи генної інженерії дали змогу синтезувати деякі білки у промислових
масштабах. Поки що це виявилось можливим і економічно доцільним лише для
кількох білків людини, які використовуються у медичній практиці і є
видоспецифічними, тобто не можуть бути замінені на аналогічні білки
тварин. Йдеться насамперед про інсулін, інтерферон і гормон росту —
соматотропін. Список цей розширюється.

Інсулін необхідний для лікування діабету, соматотропний гормон —
природний стимулятор росту, інтерферон — білкова речовина, яка сприяє
активній боротьбі клітин організму з вірусами.

Використана література:

Мікробіологія з основами вірусології / За ред. Вікерчук.– К., 2003.

Загальна біологія. Підручник. – К., 2002.

PAGE

PAGE 8

Похожие записи