Способы деления клетки бактерий каким способом

Особенности размножения бактерий: общие сведения о размножении, репликация бактериальной хромосомной ДНК, размножение в различных средах

Особенности размножения бактерий

Общие сведения о размножении бактерий

Как размножаются бактерии? Вот некоторые общие положения.

Размножение — процесс, заключающийся в воспроизведении себе подобных организмов, и сопровождающийся увеличением бактериальных клеток в популяции.

Выделяют следующие способы размножения бактерий:

• бинарное делениебактерий. В результате бинарного деления (на две части), которое осуществляется симметрично относительно поперечной и продольной осей, происходит образование одинаковых дочерних клеток;
• почкование. Это вариант бинарного деления. На одном из полюсов образуется почка, которая растет и отделяется, когда ее размер становится таким же, как у материнской клетки. Что касается симметрии, то соблюдается только относительно продольной оси;
• множественное деление. Оно заключается в том, что с клеткой происходят быстрые последовательные бинарные деления внутри фибриллярного слоя материнской клетки. Благодаря этому образуются баеоциты — мелкие клетки в количестве от 4 до 1000. Когда клеточная стенка материнского организма разрывается, то баеоциты выходит наружу;
• размножение бактерий происходит и при помощи спор;
• способ фрагментации клеток, отличающихся нитевидной формой;
• конъюгация. Обозначает половой процесс, в ходе которого клетки обмениваются генетическим материалом;
• трансформация. В ее основе — перенос «голой» ДНК;
• трансдукция. В этом случае генетическая информация переносится за счет бактериофагов.

Репликация бактериальной хромосомной ДНК

Репликация хромосомы в бактериальной клетке осуществляется согласно полуконсервативному типу. В результате удваивается ДНК нуклеоида — бактериального ядра. Такой тип репликации подразумевает раскрытие двухспиральной молекулы ДНК, а также достраивание каждой отдельной нити ДНК комплементарной нитью.

Репликация ДНК осуществляется от начальной точки ori и катализируется ДНК-полимеразами. Хромосома бактериальной клетки связана с цитоплазматической мембраной именно в области ori.

Первоначально речь идет о деспирализации или раскручивании двойной цепи ДНК. В результате формируется репликативная вилка — это две разветвленные цепи. Одна из этих цепей достраивается и связывает нуклеотиды от 5 к 3 концу. Вторая цепь достраивается посегментно.

Репликация ДНК состоит из нескольких этапов:

• инициации;
• элонгации (роста цепи);
• терминации.

Репликация как процесс дает две хромосомы. Они закрепляются за цитоплазматическую мембрану или ее производные, и с увеличением клетки отдаляются друг от друга. Как только образуется перегородка или перетяжка деления, хромосомы окончательно разъединяются. Перегородки разрушаются под воздействием аутолитических ферментов.

Размножение бактерий в жидкой среде

Бактерии, заселенные в определенную питательную среду, постепенно ее истощают, поскольку непрерывно размножаются и потребляют питательные вещества. Истощение питательной среды же ведет к остановке роста микроорганизмов.

Культивирование микроорганизмов в такой системе получило название периодическое культивирование, а культура бактерий — непрерывная культура.

Рост культуры в жидкой питательной среде бывает:

• придонным;
• диффузным;
• поверхностным.

Есть несколько фаз роста и размножения бактерий (периодической культуры). Проще всего их продемонстрировать в виде отрезков кривой размножения.

Фазы размножения бактерий:

1. Лаг-фаза. Затрагивает период, начальной точкой которого является посев бактерий, а конечной — начало процесса размножения. Длительность фазы — от 4 до 5 часов. За это время микроорганизмы увеличиваются в размерах и готовятся делиться. Также наблюдается увеличение количества белка, нуклеиновых кислот и прочих соединений.
2. Фаза логарифмического роста. Это время, когда клетки интенсивно делятся. Длится это 5-6 часов. Особенность фазы в том, что на этом этапе клетки бактерий наиболее чувствительны.
3. Фаза стационарного роста. По-другому ее еще называют фазой максимальной концентрации бактерий. Отмечается постоянное количество жизнеспособных клеток. То есть, М-концентрация (максимальная концентрация). Сколько длится фаза, зависит от вида, особенностей бактерий и культивирования.
4. Фаза гибели бактерий. Бактерии отмирают, когда питательная среда истощается и накапливаются продукты метаболизма. Эта фаза может длиться от десяти часов до нескольких недель.

Размножение бактерий на плотной питательной среде

Бактерии, которые растут на плотной питательной среде, формируют изолированные колонии. Эти колонии отличаются ровными или неровными краями округлой формы, разным цветом и консистенцией. Пигмент бактерии определяет цвет питательной среды.

У микроорганизмов самые распространенные пигменты — каротины, ксантофилы, меланины.

У многих пигментом наблюдаются антибиотикоподобное, антимикробное действие.

При помощи формы, цвета, вида колоний на плотной питательной среде бактерии идентифицируются, а также отбираются колонии для создания чистых культур.

Источник

Размножение бактерии

Размножение бактерии – это увеличение количества клеток в популяции [2] .

При завершении роста и достижения физиологической зрелости бактериальная клетка начинает размножаться. Под размножением бактерий, как и прочих микробов, подразумевают их способность к самовоспроизведению и увеличению количества особей на единицу объема [1] .

Размножение бактерий Xanthomonas campestris

2. Увеличения числа бактерий в культуре Xanthomonas campestris в результате размножения [4]

Способы размножения бактерий

Бактерии, как и прочие прокариоты, размножаются бесполым путем. Установлено несколько способов размножения:

1. Поперечное деление (бинарное деление) – основной способ размножения бактериальных клеток, путем простого деления клетки пополам [3] .
2. Фрагментация (дробление) – одновременное образование из одной материнской бактериальной клетки трех и более дочерних клеток, характеризующихся содержанием полного объема генетического материала и части протоплазмы. Фрагментация характерна для представителей порядков: Микоплазмы(Mycoplasmatales),Актиномицеты(Actinomycetales)[2] .
3. Почкование – предварительное образование на материнской клетке шаровидных выпячиваний, в последующем увеличивающихся и отделяющихся в качестве дочерних клеток. Почкованием могут размножаться представители порядка Микоплазмы(Mycoplasmatales)[2].
4. Бесполое спорообразование – это процесс фрагментации концевых отделов спороносцев с образованием бесполых спор, которые могут быть подвижны и заключены в спорангии. Такой способ размножения встречается у представителей порядка Актиномицеты(Actinomycetales)[2] .
5. Циклическое размножение – своеобразный способ размножения, характерный для облигатных внутриклеточных паразитических бактерий – хламидий [2] .

Типы и формы деления генетически детерминированы и сохраняются в последующих генерациях. Однако, способ размножения не является систематическим признаком. В частности, у представителей порядка Микоплазмы (Mycoplasmatales) и Актиномицеты (Actinomycetales) установлено наличие различных способов размножения [2] .

Типы деления бактерий

Различают следующие типы деления бактериальных клеток:

• клеточное деление опережает разделение и приводит к образованию «многоклеточных» палочек и кокков;
• синхронное клеточное деление – разделение и деление нуклеотда сопровождаются формированием одноклеточных организмов;
• деление нуклеоида опережает клеточное деление, что приводит к образованию многонуклеоидных бактерий[1] .

Формы разделения бактерий

Разделение бактерий происходит тремя способами:

• разламывающее разделение – две индивидуальные клетки, неоднократно переламываясь в месте сочленения, разрывают цитоплазматический мостик и отталкиваются друг от друга, образуя цепочки, что характерно для сибиреязвенных бацилл;
• скользящее разделение – после деления клетки обособляются, и одна из них скользит по поверхности другой;
• секущее разделение – одна из разделившихся клеток свободным концом описывает дугу круга, центом которого служит точка ее контакта с другой клеткой. При этом образуется форма, напоминающая римскую пятерку или клинопись, что характерно для коринобактерий дифтерии [1] .

Источник

Рост и размножение бактерий

Опубликовано: 2015-12-17
Обновлено: 2015-12-22

Автор статей и главный редактор
Лисневич Наталья Николаевна
врач высшей категории, стаж более 30 лет, г. Калуга,
keon@mail.ru

Размножение бактерий путем деления — самый распространенный метод увеличения численности микробной популяции. После деления происходит рост бактерий до исходного размера, для чего необходимы определенные вещества (факторы роста).

Способы размножения бактерий различны, но для большинства их видов присуща форма бесполового размножения способом деления. Способом почкования бактерии размножаются исключительно редко. Половое размножение бактерий присутствует в примитивной форме.

Рис. 1. На фото бактериальная клетка в стадии деления.

Генетический аппарат бактерий

Генетический аппарат бактерий представлен единственной ДНК — хромосомой. ДНК замкнута в кольцо. Хромосома локализована в нуклеотиде, не имеющем мембраны. В бактериальной клетке имеются плазмиды.

Нуклеоид

Нуклеоид является аналогом ядра. Он расположен в центре клетки. В нем локализована ДНК — носитель наследственной информации в свернутом виде. Раскрученная ДНК достигает в длину 1 мм. Ядерное вещество бактериальной клетки не имеет мембраны, ядрышка и набора хромосом, не делится митозом. Перед делением нуклеотид удваивается. Во время деления число нуклеотидов увеличивается до 4-х.

Рис. 2. На фото бактериальная клетка на срезе. В центральной части виден нуклеотид.

Плазмиды

Плазмиды представляют собой автономные молекулы свернутые в кольцо двунитевой ДНК. Их масса значительно меньше массы нуклеотида. Несмотря на то, что в ДНК плазмид закодирована наследственная информация, они не являются жизненно важными и необходимыми для бактериальной клетки.

Рис. 3. На фото бактериальная плазмида.

Этапы деления

После достижения определенных размеров, присущих взрослой клетке, запускаются механизмы деления.

Репликация ДНК

Репликация ДНК предшествует клеточному делению. Мезосомы (складки цитоплазматической мембраны) удерживают ДНК до тех пор, пока процесс деления (репликации) не завершится.

Репликация ДНК осуществляется с помощью ферментов ДНК-полимеразами. При репликации водородные связи в 2-х спиральной ДНК разрываются, в результате чего из одной ДНК образуются две дочерние односпиральные. В последующем, когда дочерние ДНК заняли свое место в разделенных дочерних клетках, происходит их восстановление.

Как только репликация ДНК завершилась, в результате синтеза клеточной стенки появляется перетяжка, разделяющая клетку пополам. Вначале делению подвергается нуклеотид, затем цитоплазма. Синтез клеточной стенки завершает деление.

Рис. 4. Схема деления бактериальной клетки.

Обмен участками ДНК

У сенной палочки процесс репликации ДНК завершается обменом участками 2-х ДНК.

После деления клетки образуется перемычка, по которой ДНК одной клетки переходит в другую. Далее обе ДНК сплетаются. Некоторые отрезки обоих ДНК слипаются. В местах слипания происходит обмен отрезками ДНК. Одна из ДНК по перемычке уходит обратно в первую клетку.

Рис. 5. Вариант обмена ДНК у сенной палочки.

Типы делений бактериальных клеток

Если клеточное деление опережает процесс разделения, то образуются многоклеточные палочки и кокки.

При синхронном клеточном делении образуются две полноценные дочерние клетки.

Если нуклеотид делится быстрее самой клетки, то образуются многонуклеотидные бактерии.

Способы разделения бактерий

Деление с помощью разламывания

Деление с помощью разламывания характерно для сибиреязвенных бацилл. В результате такого деления клетки переламываются в местах сочленения, разрывая цитоплазматические мостики. Далее отталкиваются друг от друга, образуя цепочки.

Скользящее разделение

При скользящем разделении после деления клетка обосабливается и как бы скользит по поверхности другой клетки. Данный способ разделения характерен для некоторых форм эшерихий.

Секущееся разделение

При секущемся разделении одна из разделившихся клеток свободным концом описывает дугу круга, центром которого является точка ее контакта с другой клеткой, образуя римскую пятерку или клинопись (коринебактерии дифтерии, листерии).

Рис. 6. На фото бактерии палочковидной формы, образующие цепочки (сибиреязвенные палочки).

Рис. 7. На фото скользящий способ разделения кишечных палочек.

Рис. 8. Секущийся способ разделения коринебактерий.

Вид скоплений бактерий после деления

Скопления делящихся клеток имеют разнообразную форму, которая зависит от направления плоскости деления.

Шаровидные бактерии располагаются по одному, по двое (диплококки), пакетами, цепочками или как гроздья винограда. Палочковидные бактерии — цепочками.

Спиралевидные бактерии — хаотично.

Рис. 9. На фото микрококки. Они круглые, гладкие, имеют белую, желтую и красную окраску. В природе микрококки распространены повсеместно. Живут в разных полостях человеческого организма.

Рис. 10. На фото бактерии диплококки — Streptococcus pneumoniae.

Рис. 11. На фото бактерии сарцины. Кокковидные бактерии соединяются в пакеты.

Рис. 12. На фото бактерии стрептококки (от греческого «стрептос» — цепочка). Располагаются цепочками. Являются возбудителями целого ряда заболеваний.

Рис. 13. На фото бактерии «золотистые» стафилококки. Располагаются, как «гроздья винограда». Скопления имеют золотистую окраску. Являются возбудителями целого ряда заболеваний.

Рис. 14. На фото извитые бактерии лептоспиры — возбудители многих заболеваний.

Рис. 15. На фото палочковидные бактерии рода Vibrio.

Скорость деления бактерий

Скорость деления бактерий крайне высока. В среднем одна бактериальная клетка делится каждые 20 минут. В течение только одних суток одна клетка образует 72 поколения потомства. Микобактерии туберкулеза делятся медленно. Весь процесс деления занимает у них около 14 часов.

Рис. 16. На фото отображен процесс деления клетки стрептококка.

Половое размножение бактерий

В 1946 году учеными было обнаружено половое размножение в примитивной форме. При этом гаметы (мужские и женские половые клетки) не образуются, однако некоторые клетки обмениваются генетическим материалом (генетическая рекомбинация).

Передача генов осуществляется в результате конъюгации — однонаправленного переноса части генетической информации в виде плазмид при контакте бактериальных клеток.

Плазмиды представляют собой молекулы ДНК небольшого размера. Они не связаны с геномом хромосом и способны удваиваться автономно. В плазмидах содержаться гены, которые повышают устойчивость бактериальных клеток к неблагоприятным условиям внешней среды. Бактерии часто передают эти гены друг другу. Отмечается так же передача генной информации бактериям другого вида.

При отсутствии истинного полового процесса именно конъюгация играет огромную роль при обмене полезными признаками. Так передается способность бактерий проявлять лекарственную устойчивость. Для человечества особо опасным является передача устойчивости к антибиотикам между болезнетворными популяциями.

Рис. 17. На фото момент конъюгации двух кишечных палочек.

Фазы развития бактериальной популяции

При посевах на питательную среду развитие бактериальной популяции проходит несколько фаз.

Исходная фаза

Исходная фаза — это период от момента посева до их роста. В среднем исходная фаза длится 1 — 2 часа.

Фаза задержки размножения

Это фаза интенсивного роста бактерий. Ее длительность составляет около 2-х часов. Она зависит от возраста культуры, периода приспособления, качества питательной среды и др.

Логарифмическая фаза

В эту фазу отмечается пик скорости размножения и увеличения бактериальной популяции. Ее длительность составляет 5 — 6 часов.

Фаза отрицательного ускорения

В эту фазу отмечается спад скорости размножения, уменьшается количество делящихся и увеличивается число погибших бактерий. Причина отрицательного ускорения — истощение питательной среды. Ее длительность составляет около 2-х часов.

Стационарная фаза максимума

В стационарную фазу отмечается равное количество погибших и вновь образованных особей. Ее длительность составляет около 2-х часов.

Фаза ускорения гибели

В эту фазу прогрессивно нарастает количество погибших клеток. Ее длительность составляет около 3-х часов.

Фаза логарифмической гибели

В эту фазу клетки бактерий отмирают с постоянной скоростью. Ее длительность составляет около 5-и часов.

Фаза уменьшения скорости отмирания

В эту фазу оставшиеся живыми клетки бактерий переходят в состояние покоя.

Рис. 18. На рисунке отображена кривая роста бактериальной популяции.

Рис. 19. На фото колонии синегнойной палочки сине-зеленого цвета, колонии микрококков желтого цвета, колонии Bacterium prodigiosum кроваво-красного цвета и колонии Bacteroides niger черного цвета.

Рис. 20. На фото колонии бактерий. Каждая колония — потомство одной-единственной клетки. В колонии число клеток исчисляется миллионами. вырастает колония за 1 — 3 суток.

Деление магниточувствительных бактерий

В 1970-х годах были открыты бактерии, обитающие в морях, которые обладали чувством магнетизма. Магнетизм позволяет этим удивительным существам ориентироваться по линиям магнитного поля Земли и находить серу, кислород и другие, так необходимые ей вещества. Их «компас» представлен магнитосомами, которые состоят из магнита. При делении магниточувствительные бактерии делят свой компас. При этом перетяжки при делении становится явно недостаточно, поэтому бактериальная клетка сгибается и делает резкий перелом.

Рис. 21. На фото момент деления магниточувствительной бактерии.

Рост бактерий

Вначале деления бактериальной клетки две молекулы ДНК расходятся в разные концы клетки. Далее клетка делится на две равноценные части, которые отделяются друг от друга и увеличиваются до исходного размера. Скорость деления многих бактерий составляет в среднем 20 — 30 минут. В течение только одних суток одна клетка образует 72 поколения потомства.

Масса клеток в процессе роста и развития быстро поглощает питательные вещества из окружающей среды. Этому способствуют благоприятные факторы внешней среды — температурный режим, достаточное количество питательных веществ, необходимая pH среды. Для клеток аэробов необходим кислород. Для анаэробов он представляет опасность. Однако безграничное размножение бактерий в природе не происходит. Солнечный свет, сухой воздух, недостаток пищи, высокая температура окружающей среды и другие факторы губительно действуют на бактериальную клетку.

Рис. 22. На фото момент деления клетки.

Факторы роста

Для роста бактерий необходимы определенные вещества (факторы роста), часть из которых синтезируется самой клеткой, часть поступает из окружающей среды. Потребность в факторах роста у всех бактерий разная.

Потребность в факторах роста является постоянным признаком, что позволяет использовать его для идентификации бактерий, подготовке питательных сред и использовать в биотехнологии.

Факторы роста бактерий (бактериальные витамины) — химические элементы, большинством из которых являются водорастворимые витамины группы В. В эту группу входят так же гемин, холин, пуриновые и пиримидиновые основания и другие аминокислоты. При отсутствии факторов роста наступает бактериостаз.

Бактерии используют факторы роста в минимальных количествах и в неизменном виде. Ряд химических веществ этой группы входят в состав клеточных ферментов.

Рис. 23. На фото момент деления палочковидной бактерии.

Важнейшие бактериальные факторы роста

• Витамин В1 (тиамин). Принимает участие в углеводном обмене.
• Витамин В2» (рибофлавин). Принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях.
• Пантотеновая кислота является составной частью кофермента А.
• Витамин В6 (пиридоксин). Принимает участие в обмене аминокислот.
• Витамины В12 (кобаламины — вещества, содержащие кобальт). Принимают активное участие в синтезе нуклеотидов.
• Фолиевая кислота. Некоторые ее производные входят в состав ферментов, катализирующих процессы синтеза пуриновых и пиримидиновых оснований, а также некоторых аминокислот.
• Биотин. Участвует в азотистом обмене, а также катализирует синтез ненасыщенных жирных кислот.
• Витамин РР (никотиновая кислота). Участвует в окислительно-восстановительных реакциях, образовании ферментов и обмене липидов и углеводов.
• Витамин Н (парааминобензойная кислота). Является фактором роста многих бактерий, в том числе населяющих кишечник человека. Из парааминобензойной кислоты синтезируется фолиевая кислота.
• Гемин. Является составной частью некоторых ферментов, которые принимают участие в реакциях окислениях.
• Холин. Принимает участие в реакциях синтеза липидов клеточной стенки. Является поставщиком метильной группы при синтезе аминокислот.
• Пуриновые и пиримидиновые основания (аденин, гуанин, ксантин, гипоксантин, цитозин, тимин и урацил). Вещества необходимы главным образом в качестве компонентов нуклеиновых кислот.
• Аминокислоты. Эти вещества являются составляющими белков клетки.

Потребность в факторах роста некоторых бактерий

Бактерии сапрофиты питаются органическими веществами погибших организмов. Они потребляют минимум питательных веществ. Бактерии паразиты нуждаются в повышенном количестве аминокислот и других факторов роста.

Ауксотрофы для обеспечения жизнедеятельности нуждаются в поступлении химических веществ из вне. Например, клостридии не способны синтезировать лецитин и тирозин. Стафилококки нуждаются в поступлении лецитина и аргинина. Стрептококки нуждаются в поступлении жирных кислот — компонентов фосфолипидов. Коринебактерии и шигеллы нуждаются в поступлении никотиновой кислоты. Золотистые стафилококки, пневмококки и бруцеллы нуждаются в поступлении витамина В1. Стрептококки и бациллы столбняка — в пантотеновой кислоте.

Прототрофы самостоятельно синтезируют необходимые вещества.

Рис. 24. Разные условия окружающей среды по-разному влияют на рост колоний бактерий. Слева — стабильный рост в виде медленно расширяющегося круга. Справа — быстрый рост в виде «побегов».

Изучение потребности бактерий в факторах роста позволяет ученым получать большую микробную массу, так необходимую при изготовлении антимикробных препаратов, сывороток и вакцин.

Подробно о бактерияx читай в статьях:

Размножение бактерий является механизмом повышения числа микробной популяции. Деление бактерий — основной способ размножения. После деления бактерии должны достигнуть размеров взрослых особей. Рост бактерий происходит путем быстрого поглощения питательных веществ их окружающей среды. Для роста необходимы определенные вещества (факторы роста), часть из которых синтезирует сама бактериальная клетка, часть поступает из окружающей среды.

Изучая рост и размножение бактерий, ученые постоянно открывают полезные свойства микроорганизмов, использование которых в повседневной жизни и на производстве ограничивается только их свойствами.

Источник