Dauginimosi fazės mikroorganizmų mitybinėje terpėje

Mikroorganizmai - tai akimi nematomi, dažniausiai vienaląsčiai organizmai, kuriuos galima įžiūrėti tik pro mikroskopą. Prie šios grupės priskiriamos bakterijos, grybeliai ir mikroskopiniai pirmuonys. Jie yra itin smulkios gyvos dalelės, kurios neturi kvapo, skonio ir yra nepastebimos plika akimi. Dėl šios priežasties mikroorganizmai gali patekti į maistą nepastebimai. Jie yra paplitę beveik visose aplinkose: ore, vandenyje, dirvojoje, augaluose ir gyvūnuose. Pavyzdžiui, ant žmogaus rankų vidutiniškai gali gyventi nuo 40 tūkst. iki 4,5 mln. mikroorganizmų.

Dalis mikroorganizmų atlieka labai svarbius biocheminius procesus ir yra naudojami maisto pramonėje, pavyzdžiui, sūrio, alaus, acto, jogurto ir duonos gamyboje. Bakterijos - tai vienaląsčiai organizmai, kurių ląstelės neturi branduolių. Jų dauginimuisi būtinas ne tik maistas, bet ir pakankamas vandens kiekis. Tačiau egzistuoja ir bakterijų rūšys, kurios gali augti vakuume ir joms nereikalingas oras.

scheminis mikroorganizmų dauginimosi ciklas

Mikroorganizmų dauginimasis ir augimo sąlygos

Bakterijos dauginasi nelytiniu būdu, ląstelei pasidalijant pusiau. Laikas, reikalingas mikroorganizmų populiacijai padvigubėti, vadinamas generacijos laiku. Šis laikas priklauso nuo augimo terpės, aplinkos sąlygų, mikroorganizmo rūšies, kamieno ir kitų veiksnių. Daugumos bakterijų minimalus generacijos laikas svyruoja nuo 30 minučių iki 6 valandų.

Prokariotinės ląstelės ciklas apima DNR replikaciją, chromosomų segregaciją ir separaciją.

Fiziniai ir cheminiai poreikiai augimui

Mikroorganizmų augimui būtinos specifinės sąlygos, kurias galima suskirstyti į fizinius ir cheminius poreikius:

Fiziniai poreikiai:

  • Temperatūra: mikroorganizmai skirstomi į psichrofilus (mėgsta šaltį), mezofilus (mėgsta vidutinę temperatūrą), termofilus (mėgsta aukštą temperatūrą) ir hipertermofilus (mėgsta itin aukštą temperatūrą).
  • pH: skirstomi į acidofilus (mėgsta rūgščią terpę), neutrofilus (mėgsta neutralią terpę) ir alkalifilus (mėgsta šarminę terpę).
  • Osmosinis slėgis: skirstomi į nehalofilus (nereikalauja druskos), halotolerantus (toleruoja druską), halofilus (mėgsta druskingą terpę) ir ekstremalius halofilus (reikalauja labai didelės druskos koncentracijos).

Cheminiai poreikiai:

  • Anglis: būtina visoms gyvoms ląstelėms.
  • Azotas: pagrindinis elementas, gamtoje randamas neorganinėmis formomis (amoniakas, nitratai, azoto dujos). Azoto dujas gali naudoti tik azoto fiksavimo prokariotai.
  • Siera: randama aminorūgštyse (cisteine, metionine) ir kai kuriuose vitaminuose. Į ląstelę patenka sulfidų ir sulfatų pavidalu.
  • Fosforas: pagrindinis nukleorūgščių ir fosfolipidų elementas.
  • Mikroelementai.
  • Deguonis: kai kuriems mikroorganizmams būtinas, kitiems - kenksmingas.
  • Organiniai augimo faktoriai.
  • Vanduo.
lentelė su skirtingų mikroorganizmų temperatūros ir pH poreikiais

Mitybinės terpės mikroorganizmams

Mitybinė terpė (angl. culture medium) - tai skystas, pusstandis ar standus medžiagų mišinys, kuriame auginami mikroorganizmai ar audinių ląstelės. Paprasčiausia mitybinė terpė yra sultinys. Skystąsias terpes, sumaišius su standikliu agaru ir supilčius į petri lėkšteles, gaunamos standžios terpės. Ant standžiųjų terpių augantys mikroorganizmai sudaro kolonijas, o skystosiose terpėse - suspensijas.

Yra įvairių tipų mitybinių terpių, skirtų skirtingiems tikslams:

  • Saugomoji terpė (angl. transport medium) - naudojama mikroorganizmams saugoti ir jų gyvybingumui palaikyti transportavimo metu.
  • Gaivinamoji terpė (angl. enrichment medium) - skirta specifinių mikroorganizmų augimui skatinti.
  • Diferencinė terpė (angl. differential medium) - leidžia nustatyti vieną ar kelias fiziologines ir biochemines charakteristikas, dažnai su indikatoriais.
  • Išskiriamoji terpė (angl. selective medium) - skirta auginti tik tam tikras mikroorganizmų rūšis, slopinant kitų augimą.

Pagal cheminę sudėtį terpės skirstomos į:

  • Chemiškai apibūdinta mitybinė terpė (angl. chemically defined culture medium) arba sintetinė - kurios cheminė sudėtis tiksliai žinoma.
  • Chemiškai neišsamiai apibūdinta mitybinė terpė (natūrali arba pusiau sintetinė) - kurios tiksli cheminė sudėtis nežinoma, nes pagaminta iš perdirbtų natūralių žaliavų (mielių ekstrakto, kazeino hidrolizato).

Sintetinė mitybinė terpė sudaroma iš organinių ir neorganinių medžiagų, reikalingų ląstelėms augti ir daugintis (pvz., mineralinių druskų, angliavandenių, vitaminų, aminorūgščių, hormonų, augimo reguliatorių). Natūralioji mitybinė terpė gali būti mėsos sultinys, salyklo ekstraktas, pienas, kraujo serumas, augalų ir gyvūnų audiniai. Skysta mitybinė terpė gali tapti standi pridėjus agaro, gelrito ar želatinos.

Bakterijų ląstelių dauginimosi ciklas

Bakterijų ląstelės dauginimosi ir vystymosi ciklas susideda iš augimo ir dalijimosi stadijų. Augimo metu bakterijos masė didėja. Bakterijos dauginasi ląstelei pasidalijant pusiau. Šis procesas yra esminis evoliucijos žingsnis. Motininė ląstelė, pasidalindama, neatgyja, bet atsinaujina, padidindama savo paviršiaus plotą, kas leidžia greičiau įsisavinti maistą ir sparčiau augti.

Prieš atsirandant skersinei pertvarėlei, ląstelės centre formuojasi citoplazminės membranos raukšlė, kuri palaipsniui susiaurina tarpą tarp ląstelės pusių ir galiausiai tampa ląstelės sienele, perskirdama protoplastą. Tuo pat metu bakterijos chromosoma, amitotiniu būdu pasidalijusi, nukeliauja į susidariusias ląstelės puses.

Bakterijų dalijimąsi pusiau, atsirandant skersinei sienelei, galima paaiškinti tvirta ląstelės sienele, kuri riboja mechaninį tempimąsi ir formos keitimą. Plikos ląstelės dalijasi paprasčiau, tiesiog ištysdamos ir pasidalindamos pusiau. Siūlinės bakterijos, pavyzdžiui, aktinomicetai, dauginasi sutrūkinėjant jų siūleliui į daugelį ląstelių.

Augimo kreivės stadijos

Augant ir dauginantis bakterijoms grynose kultūrose, galima išskirti kelias nuosekliai einančias stadijas, kurios atspindi bendrą biologinį dėsningumą, kad ląstelės sparčiausiai dauginasi, augimui įpusėjus.

  1. Latentinė arba lag fazė: Patekusios į naują terpę, bakterijos turi prie jos priprasti. Šiuo laikotarpiu ląstelių skaičius kinta labai nedaug arba visai nesidaugina. Šis periodas gali trukti nuo valandos iki kelių dienų. Nors ląstelės praktiškai nesidalija, jos nėra neveiksnios.
  2. Log fazė (eksponentinio augimo fazė): Kai bakterinės ląstelės apsipranta, jos pradeda intensyviai dalintis. Bakterijų dauginimasis yra aktyviausias šioje stadijoje, o generacijos laikas yra pastovus (pvz., kas 20 minučių ar 1 valandą). Šios fazės metu ląstelės yra labiausiai metaboliškai aktyvios, nes aplinkoje gausu augimui reikalingų medžiagų.
  3. Stacionari fazė: Besiplečiančiai populiacijai pradeda trūkti maistinių medžiagų, kaupiasi šalutinės medžiagos (dažnai nuodingos pačioms ląstelėms), pasikeičia terpės pH. Augimas lėtėja, mirštančių ląstelių skaičius tampa lygus naujai atsirandančių ląstelių skaičiui, todėl populiacijos dydis stabilizuojasi.
  4. Mirties fazė (eksponentinio mažėjimo fazė): Mirštančių ląstelių skaičius viršija naujai susidarančių ląstelių skaičių. Populiacija pereina į mirties fazę, kuri tęsiasi tol, kol ji sumažėja iki labai nedidelės dalies arba išnyksta.
grafikas, vaizduojantis bakterijų augimo kreivės stadijas

Mikroorganizmų morfologija ir sandara

Atskirų mikroorganizmų grupių ląstelės turi joms būdingą morfologinę sandarą.

Bakterijų forma ir dydis

Pagal formą bakterijos skirstomos į tris pagrindines grupes:

  • Rutuliškos (kokai):
    • Mikrokokai - pavieniai kokai.
    • Diplokokai - susigrupavę po du.
    • Streptokokai - išsidėstę įvairaus ilgio grandinėmis.
    • Stafilokokai - netaisyklingos, vynuogių kekes primenančios krūvelės.
    • Tetrakokai - po keturis.
    • Sarcina - kokai, sudarantys kubelius iš 8, 16, 32 ar daugiau ląstelių.
  • Lazdelinės (bacilos): gali būti pavienės, susibūrusios poromis ar trumpomis grandinėlėmis.
  • Vingiuotosios:
    • Spiralės - su keletu (daugiausia 3) stambių vijų.
    • Spirochetos - ilgos, plonos, turinčios daug susuktų į spiralę vijų.
  • Siūlinės bakterijos: sudarytos iš atskirų lazdelinių ląstelių, siekiančių kelis centimetrus. Dažniausiai gyvena vandens telkiniuose, prisitvirtinusios prie povandeninių objektų. Jų forma nėra pastovi ir gali kisti.

Bakterijų ląstelių sandara

Bakterijos ląstelė sudaryta iš trijų pagrindinių dalių:

  • Sienelė: Gaubia bakterijos ląstelę, suteikia jai pastovią formą, standumą ir elastingumą, saugo nuo žalingų išorės veiksnių. Sienelė yra beveik pralaidi, jos storis apie 10-20 nm. Jos neturi spirochetos. Bakterijų sienelė sudaryta iš azoto, anglies junginių bei mineralinių medžiagų.
  • Citoplazminė membrana: Yra po sienelės ir gaubia citoplazmą. Ji palaiko ląstelėje pastovų osmosinį slėgį ir reguliuoja medžiagų apykaitą. Šioje membranoje lokalizuojasi svarbūs fermentai, dalyvaujantys skaidant maisto medžiagas ir sintetinant baltymus.
  • Citoplazma (protoplazma): Užpildo visą ląstelę. Tai skystis, kuriame yra baltymų, angliavandenių, lipidų. Jame randamos:
    • Ribosomos - apvalūs grūdeliai, kuriuose vyksta baltymų sintezė.
    • Mezosomos - įvairios formos dariniai, kuriuose oksiduojamos organinės medžiagos, teikiančios ląstelei energiją, taip pat sintetinama energijos medžiaga - ATP. Mezosomos atstoja eukariotų mitochondrijas.
    • Branduolinė medžiaga (nukleoidas).
    • Intarpai - mikroorganizmai, gyvenantys substratuose, kuriuose gausu tam tikrų junginių, geba kaupti ląstelėse atsargines medžiagas ar medžiagų apykaitos produktus.

Kai kurių rūšių bakterijų sienelė gali būti apgaubta gleivių sluoksniu, kuris sustorėjęs sudaro kapsulę. Kapsulė saugo bakterijas nuo žalingo aplinkos poveikio (džiūvimo, fagocitų, antikūnių, pirmuonių) ir reguliuoja osmosinį slėgį. Gleivės ir kapsulės dažniausiai sudarytos iš polisacharidų ir gliukoproteinų.

scheminis bakterijos ląstelės pjūvis su paženklintomis dalimis

Žiuželiai ir jų funkcijos

Daugelis lazdelinių bakterijų ir labai mažos rutuliškos ląstelės paviršiuje turi plonus, vingiuotus ar susisukusius į spiralę žiuželius, kurie dažniausiai ilgesni už pačią ląstelę. Jie yra citoplazmos plonos ataugos, išplitusios pro sienelės angas. Bakterijos gali turėti skirtingą žiuželių skaičių ir skirtingą jų pasiskirstymą ląstelės paviršiuje:

  • Monotrichinės - turinčios vieną žiuželį ląstelės gale.
  • Amfolitinės - turinčios po vieną žiuželį abiejuose galuose.
  • Loftrichinės - turinčios kuokštą žiuželių viename ar abiejuose galuose.
  • Peritrichinės - žiuželiai apjuosia visą ląstelę.

Kai kurios bakterijos žiuželių neturi.

Daugelio ląstelių paviršius apaugęs trumpais ir plonais gaureliais. Manoma, kad jie atlieka lytinio dauginimosi funkciją ir padeda bakterijoms prisitvirtinti prie gyvūnų ir augalų ląstelių.

Sporogenezė

Kai kurių genčių bakterijos, patekusias į nepalankias gyvenimo sąlygas, gamina sporas. Tai ne dauginimosi, o prisitaikymo priemonė. Paprastai bakterija suformuoja vieną sporą. Prieš jos susidarymą ląstelėje sumažėja laisvo vandens, bet padaugėja baltymų ir riebalų. Citoplazma sutraukiama į gumulėlį ir apgaubta storu, standžiu apvalkalėliu. Sporos pasižymi dideliu atsparumu įvairiems aplinkos veiksniams.

Anksčiau buvo manoma, kad sporų susidarymas yra atsakomoji bakterijų reakcija į blogėjančias aplinkos sąlygas. Tačiau dabar išaiškėjo, kad sporos susidaro tik geromis sąlygomis augančioje kolonijoje, pasiekus jai atitinkamą brandos stadiją. Be to, joms susidaryti kartais reikia specialių medžiagų (mangano druskų, alanino ir kt.).

nuotraukos, iliustruojančios skirtingas bakterijų formas ir žiuželių išsidėstymą

Virusai ir bakteriofagai

Virusai - tai atskira, labai paprastos sandaros organizmų grupė. Jie skiriasi dydžiu, forma ir chemine sudėtimi. Virusai yra labai maži, matuojami nanometrais. Dauguma jų yra rutulio, lazdelės, siūlo, spiralės formos, neturi ląstelinės sandaros. Paprasčiausi virusai susideda iš nukleorūgščių (RNR arba DNR) ir baltyminio apvalkalėlio, vadinamo kapside.

Bakteriofagai (arba fagai) - tai virusai, kurie infekuoja bakterijas, aktinomicetus, grybus, dumblialaiškius. Jie dažniausiai spermatozoido formos, su šešiakampe, cilindriška ar rutuliška galvute ir plona uodegėle. Fago galvutėje yra DNR (rečiau RNR), o uodegėlė - baltyminis vamzdelis. Kai fago uodegėlė prisiliečia prie bakterijos ląstelės, fermentai ištirpdo ląstelės sienelę, ir nukleorūgštis patenka į ląstelės vidų, ją užkrėsdama.

scheminis bakteriofago sandaros ir veikimo principas

Grybai: morfologija, klasifikacija ir išplitimas

Grybai - tai didelė, apie 100 000 rūšių organizmų grupė. Jiems priskiriami makro- ir mikrofilai. Grybai neturi chlorofilo, todėl minta tik gatavais organiniais maisto medžiagomis ir priskiriami žemesniems augalams. Grybai sudaryti iš plonų, 1-1,5 µm storių gijelių, vadinamų hifais. Susiraizgę arba išsišakoję hifai sudaro micelį.

Visi grybai skirstomi į:

  • Žemesnieji grybai: kurių grybiena vienaląstė, vienabranduolinė, rečiau daugiabranduolinė.
  • Aukštesnieji grybai: susidariusieji iš daugialąstelės grybienos.

Tik primityviausi grybai neturi micelio.

Grybų dauginimasis

Grybai dauginasi įvairiai, tiek lytiniu, tiek nelytiniu būdu:

  • Nelytinis dauginimasis:
    • Sporomis: Grybo hifui sutrūkinėjus į atskirus fragmentus, juose susiformuoja sporos, vadinamos oidijomis arba artrosporomis. Stambesnės sporos, apsitraukusios storu apvalkalėliu, vadinamos chlamidosporemis.
    • Sporomis, vadinamomis konidijomis: Jos susidaro ant hifų šakučių - konidijaklių.
    • Endosporomis (sprangiosporomis): Susiformuoja sporifikuojančių hifų viršūnėse - sporangėse.
  • Lytinis dauginimasis: Lytinio dauginimosi metu susilieja vyriškoji ir moteriškoji lytinės ląstelės - gametos. Dauguma aukštesniųjų grybų dauginasi lytiniu būdu.

Grybų klasifikacija

Visi grybai skirstomi į 5 klases:

  1. Archimycetes - progrybiai.
  2. Phycomycetes - dumblialagrybiai.
  3. Aukšliagrybiai (dabar apie 30 000 rūšių).
  4. Papėdgrybiai (tikrieji grybai).
  5. Grybšiai (netikrieji grybai).

Archimycetes (progrybiai) turi silpnai išsivysčiusį micelį arba pliką daugiabranduolinę protoplazmos masę (plazmodį). Dauginasi nelytiniu būdu judriomis zoosporomis ir lytiniu - izogamijos būdu. Atstovai - kopūstinis paplaikis, bulvinis raupis.

Phycomycetes (dumblialagrybiai) turi gerai išsivysčiusį daugiabranduolinį vienaląstį micelį. Dauginasi nelytiniu būdu zooosporomis, rečiau konidijomis, ir lytiniu būdu. Atstovai - pelėsiniai grybai, pūslainiai ir kt.

Aukšliagrybiai skirstomi į žemuosius ir tikruosius aukšliagrybius.

Papėdgrybiams būdingas gerai išsivystęs micelis. Dauginasi sporomis, kurios susidaro ant specialių ląstelių - papėdių (bazidžių). Papedžių viršuje išauga po 4, rečiau po 2 ataugeles - sterigmas, ant kurių susiformuoja po vieną bazidiosporą.

Mikrobinių ląstelių ir virusų cheminė sudėtis

Mikrobų ląstelių cheminė sudėtis panaši į augalų ir gyvūnų sudėtį.

Vanduo ir sausosios medžiagos

Vanduo: Jo kiekis mikrobų ląstelėse įvairus ir priklauso nuo rūšies, amžiaus, mitybos pobūdžio bei gyvenamosios aplinkos. Vanduo būtinas visoms ląstelėms vykstančioms biocheminėms reakcijoms. Kai nelieka laisvojo vandens, sutrinka ląstelių medžiagų apykaita.

Sausosios medžiagos: Iš mikrobų ląstelių išgarinus vandenį, lieka 2-25% sausųjų medžiagų, kurios susideda iš organinių junginių ir mineralinių druskų. Organinės medžiagos sudaro keturi organogenai: anglis, azotas, deguonis ir vandenilis.

Pagrindinės cheminės medžiagos

  • Baltymai: Svarbiausia ląstelių organinė medžiaga, nuo kurios priklauso jų gyvybinė veikla.
  • Nukleino rūgštys (RNR ir DNR): Paveldimumo medžiagos pagrindas.
  • Angliavandeniai.
  • Lipidai.
  • Mineralinės druskos.

Virusų cheminė sudėtis: Svarbiausios virusų cheminės medžiagos yra nukleino rūgštis (RNR arba DNR), baltymai ir mineralinės druskos. Kai kuriuose virusuose taip pat esti lipidų, fermentų ir angliavandenių.

tags: #dauginimosi #fazes #mitybineje #terpeje

Populiarūs įrašai: