Phasen der Bakterienwachstumskurve

Bakterien sind prokaryotische Organismen, die sich am häufigsten durch den asexuellen Prozess von replizieren Zellteilung. Diese Mikroben vermehren sich unter günstigen Bedingungen exponentiell schnell. Wenn sie in Kultur gezüchtet werden, tritt ein vorhersagbares Wachstumsmuster in einer Bakterienpopulation auf. Dieses Muster kann grafisch als die Anzahl der lebenden Zellen in einer Population im Zeitverlauf dargestellt werden und ist als a bekannt bakterielle Wachstumskurve. Bakterienwachstumszyklen in einer Wachstumskurve bestehen aus vier Phasen: Verzögerung, exponentiell (log), stationär und Tod.

Wichtige Erkenntnisse: Bakterielle Wachstumskurve

• Die Bakterienwachstumskurve gibt die Anzahl der lebenden Zellen in einer Bakterienpopulation über einen bestimmten Zeitraum an.
• Es gibt vier verschiedene Phasen der Wachstumskurve: Verzögerung, Exponential (log), stationär und Tod.
• Die Anfangsphase ist die Verzögerungsphase, in der Bakterien metabolisch aktiv sind, sich aber nicht teilen.
• Die exponentielle oder logarithmische Phase ist eine Zeit exponentiellen Wachstums.
• In der stationären Phase erreicht das Wachstum ein Plateau, da die Anzahl der sterbenden Zellen der Anzahl der sich teilenden Zellen entspricht.
• Die Todesphase ist durch eine exponentielle Abnahme der Anzahl lebender Zellen gekennzeichnet.

Bakterien erfordern bestimmte Wachstumsbedingungen, und diese Bedingungen sind nicht für alle Bakterien gleich. Faktoren wie Sauerstoff, pH-Wert, Temperatur und Licht beeinflussen das mikrobielle Wachstum. Zusätzliche Faktoren umfassen den osmotischen Druck, den atmosphärischen Druck und die Feuchtigkeitsverfügbarkeit. Eine Bakterienpopulation Generationszeit, oder die Zeit, die eine Population benötigt, um sich zu verdoppeln, variiert zwischen den Arten und hängt davon ab, wie gut die Wachstumsanforderungen erfüllt werden.

Phasen des bakteriellen Wachstumszyklus

Die Bakterienwachstumskurve gibt die Anzahl der lebenden Zellen in einer Population über die Zeit an. Michal Komorniczak / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

Bakterien haben in der Natur keine perfekten Wachstumsbedingungen. Als solche ändern sich die Arten, die eine Umgebung bevölkern, im Laufe der Zeit. In einem Labor können jedoch optimale Bedingungen durch Züchten von Bakterien in einer geschlossenen Kulturumgebung erreicht werden. Unter diesen Bedingungen kann das Kurvenmuster des Bakterienwachstums beobachtet werden.

Das bakterielle Wachstumskurve repräsentiert die Anzahl lebender Zellen in einer Bakterienpopulation über einen Zeitraum.

• Verzögerungsphase: Diese Anfangsphase ist durch zelluläre Aktivität, aber nicht durch Wachstum gekennzeichnet. Eine kleine Gruppe von Zellen wird in ein nährstoffreiches Medium gegeben, das es ihnen ermöglicht, Proteine ​​und andere für die Replikation notwendige Moleküle zu synthetisieren. Diese Zellen nehmen an Größe zu, es findet jedoch keine Zellteilung in der Phase statt.
• Exponential (Log) Phase: Nach der Lag-Phase treten Bakterienzellen in die Exponential- oder Log-Phase ein. Dies ist die Zeit, in der sich die Zellen nach jeder Generationszeit durch binäre Spaltung teilen und ihre Anzahl verdoppeln. Die metabolische Aktivität ist hoch, da DNA, RNA, Zellwandkomponenten und andere für das Wachstum notwendige Substanzen zur Teilung erzeugt werden. In dieser Wachstumsphase sind Antibiotika und Desinfektionsmittel am wirksamsten, da diese Substanzen typischerweise auf Bakterienzellwände oder die Proteinsyntheseprozesse der DNA-Transkription und der RNA-Translation abzielen.
• Stationäre Phase: Mit der Zeit nimmt das Bevölkerungswachstum in der Log-Phase ab, da die verfügbaren Nährstoffe aufgebraucht werden und Abfallprodukte anfangen, sich anzusammeln. Das Bakterienzellwachstum erreicht ein Plateau oder eine stationäre Phase, in der die Anzahl der sich teilenden Zellen der Anzahl der sterbenden Zellen entspricht. Dies führt zu keinem Bevölkerungswachstum. Unter den ungünstigeren Bedingungen nimmt die Konkurrenz um Nährstoffe zu und die Zellen werden weniger metabolisch aktiv. Sporenbildende Bakterien produzieren in dieser Phase Endosporen und pathogene Bakterien beginnen Substanzen (Virulenzfaktoren) zu erzeugen, die ihnen helfen, raue Bedingungen zu überleben und folglich Krankheiten zu verursachen.
• Todesphase: Da Nährstoffe weniger verfügbar sind und Abfallprodukte zunehmen, steigt die Anzahl der absterbenden Zellen weiter an. In der Todesphase nimmt die Anzahl lebender Zellen exponentiell ab und das Bevölkerungswachstum ist stark rückläufig. Wenn sterbende Zellen lysieren oder aufbrechen, verschütten sie ihren Inhalt in die Umwelt und stellen diese Nährstoffe anderen Bakterien zur Verfügung. Dies hilft sporenproduzierenden Bakterien, lange genug für die Sporenproduktion zu überleben. Sporen sind in der Lage, die harten Bedingungen der Todesphase zu überstehen und wachsen Bakterien, wenn sie in eine lebenserhaltende Umgebung gebracht werden.

Bakterienwachstum und Sauerstoff

Das hier gezeigte Campylobacter jejuni ist ein mikroaerophiler Organismus, der einen verringerten Sauerstoffgehalt benötigt. C. jejuni ist das Bakterium, das eine Gastroenteritis verursacht. Henrik Sorensen / Die Bilddatenbank / Getty Images

Bakterien benötigen, wie alle lebenden Organismen, eine für das Wachstum geeignete Umgebung. Diese Umgebung muss verschiedene Faktoren erfüllen, die das Bakterienwachstum unterstützen. Solche Faktoren umfassen Sauerstoff-, pH-, Temperatur- und Lichtanforderungen. Jeder dieser Faktoren kann für verschiedene Bakterien unterschiedlich sein und die Arten von Mikroben begrenzen, die eine bestimmte Umgebung bevölkern.

Bakterien können anhand ihrer kategorisiert werden Sauerstoffbedarf oder Toleranzstufen. Bakterien, die ohne Sauerstoff nicht überleben können, nennt man obligate aerobes. Diese Mikroben sind abhängig von Sauerstoff, da sie während der Zellatmung Sauerstoff in Energie umwandeln. Im Gegensatz zu Bakterien, die Sauerstoff benötigen, können andere Bakterien nicht in ihrer Gegenwart leben. Diese Mikroben werden genannt obligate Anaerobier und ihre Stoffwechselprozesse zur Energieerzeugung werden in Gegenwart von Sauerstoff gestoppt.

Andere Bakterien sind fakultative Anaerobier und kann mit oder ohne Sauerstoff wachsen. In Abwesenheit von Sauerstoff nutzen sie entweder die Fermentation oder die anaerobe Atmung zur Energieerzeugung. Aerotolerante anerobes anaerobe Atmung nutzen, aber in Gegenwart von Sauerstoff nicht geschädigt werden. Mikroaerophile Bakterien benötigen Sauerstoff, wachsen aber nur bei niedrigen Sauerstoffkonzentrationen. Campylobacter jejuni ist ein Beispiel für ein mikroaerophiles Bakterium, das im Verdauungstrakt von Tieren vorkommt und eine der Hauptursachen für lebensmittelbedingte Krankheiten beim Menschen ist.

Bakterienwachstum und pH

Helicobacter pylori sind mikroaerophile Bakterien, die im Magen vorkommen. Sie sind Neutrophile, die ein Enzym absondern, das die Magensäure neutralisiert. Wissenschaft Bild Co / Getty Images

Ein weiterer wichtiger Faktor für das Bakterienwachstum ist der pH-Wert. Saure Umgebungen haben pH-Werte von weniger als 7, neutrale Umgebungen haben Werte bei oder nahe 7 und basische Umgebungen haben pH-Werte von mehr als 7. Bakterien sind Acidophile gedeihen in Gebieten, in denen der pH-Wert unter 5 liegt, mit einem optimalen Wachstumswert nahe einem pH-Wert von 3. Diese Mikroben können an Orten wie heißen Quellen und im menschlichen Körper in sauren Gebieten wie der Vagina gefunden werden.

Die meisten Bakterien sind Neutrophile und wachsen am besten an Standorten mit pH-Werten nahe 7. Helicobacter pylori ist ein Beispiel für ein Neutrophil, das im sauren Milieu des Magens lebt. Dieses Bakterium überlebt, indem es ein Enzym ausscheidet, das die Magensäure in der Umgebung neutralisiert.

Alkaliphile wachsen optimal bei pH-Werten zwischen 8 und 10. Diese Mikroben gedeihen in basischen Umgebungen wie alkalischen Böden und Seen.

Bakterienwachstum und Temperatur

Der neuseeländische Champagnerpool ist eine heiße Quelle, die eine Gemeinschaft von thermophilen und acidophilen Mikroorganismen enthält, deren Verteilung sich auf die Temperatur und die chemische Umgebung bezieht. Simon Hardenne / Biosphoto / Getty Images

Die Temperatur ist ein weiterer wichtiger Faktor für das Bakterienwachstum. Bakterien, die in kühleren Umgebungen am besten wachsen, werden als solche bezeichnet Psycrophiles. Diese Mikroben bevorzugen Temperaturen zwischen 4 ° C und 25 ° C. Extreme Psycrophiles gedeihen bei Temperaturen unter 0 ° C und können an Orten wie arktischen Seen und tiefem Ozeanwasser gefunden werden.