Бактериялардың өсуі мен көбею тәсілдері

Бактерияның өсуі деп, жасушаның барлық компоненттерінің бір мезгілде келісімді түрде ұлғаюын айтады. Жасушаның өсуі шексіз емес. Ең үлкен өсу деңгейіне жеткен кезде жасуша бөлінеді. Бактериялардың көпшілігі көлденеңінен екіге бөлінеді (4а, 4б- суреттер). Грамша оң боялатын бактериялардың көпшілігінде бөліну көлденең қалқаның шетінен ортасына қарай синтезделуі арқылы жүреді. Грамша теріс боялатын бактериялардың жасушаларының көпшілігінде көбею ортасынан тартылып, екіге бөліну арқылы жүреді.

Бактерия жасушасының бөлінуі, бактерияларда жартылай консервативті механизммен өтетін хромосоманың репликациялану циклі біткеннен соң біраз уақыттан кейін басталады. Бұл кезде хромосоманың ДНҚ-ның әр жіпшесі туынды ДНҚ үшін матрица ретінде пайдаланылады. Бактериалық хромосоманың репликация процесіне 20-дан астам ферменттер қатысады. Нативті бактериалдық ДНҚ екі спиралді болғандықтан, репликация алдында матрицалық ДНҚ-ның аналық тізбегі бөлінуі керек. Бұл процеске энергияны сіңіретін реакция кезінде қосарланған спиралді ажырататын хеликаза ферменті, қайта бұрамалануды болдырмайтын топоизомераза (гираза) ферменті қатысады. SSB-белогы біршынжырлы ДНҚ-мен байланысып, спиралдардың қайта қосарлануына жол бермейді. Соның нәтижесінде репликативтік айырша түзіледі, ДНҚ-ның жаңа тізбектерінің түзілуі ДНҚ-полимераза ферментімен жүзеге асырылады. ДНК-полимераза ДНҚ-ның жаңа тізбектерін жасауға (инициациялауға) қабілетті емес.

Бактериялардың ДНҚ репликациясы барлық ДНҚ екі еселенгенше жүреді. Репликация тек қана бір таңдаулы аймақта ғана басталады, ол аймақты origin (origin- ағыл. бастамасы) деп атайды, бұл жерде нуклеотидтер белгілі бір ретпен орналасады. Origin-де бір немесе екі репликативті айыршалар түзіле алады.

Қоректік ортаға бактерияларды енгізген кезде олар қажетті компоненттерінің бірі азайғанша өседі, сонан соң бактериялардың өсуі мен көбеюі тоқтайды. Егер осы уақыт аралығында ортаға қажетті қоректік заттарды енгізіп, ал зат алмасудың соңғы өнімдерін тазартып отырмаса, статикалық бактериялық дақыл алынады. Статикалық (периодикалық) дақыл өзін генетикалық өсуі шектелген, көп жасушалы организм секілді сезінеді. Егер көбею уақытына байланысты жасалынатын жасушалар санының тәуелділігін анықтау үшін, абсцисса өсіне уақытты салып, ал ордината өсіне жасушалар санын салып график құратын болса, өсу қисығы деп аталатын қисық сызық алынады.

Сұйық ортадағы бактериялардың өсу қисығы (10 - сурет). Осы қисық бойынша бірін-бірі белгілі бір дәйектілікпен алмастырып отыратын бірнеше фазаларды ажыратуға болады:

1. Бастапқы – лаг-фаза (ағыл. lag – қалып қою). Инокуляция (бактерияларды себу) мен көбею аралығындағы уақытты қамтиды. Бұл фаза ұзақтығы орташа 2-5 сағатқа созылады, қоректік ортаның құрамы мен себетін дақылдың жасына байланысты. Лаг-фаза кезінде бактерияларда дақылдандырудың жаңа жағдайларына бейімделу (адаптациялану) жүріп, индуцибельдік ферменттердің синтезделуі басталады.

2. Экспоненциалдық (логарифмдік) фаза. Жасушалардың тұрақты түрде максималдық жылдамдықпен бөлінуімен сипатталады. Бұл жылдамдық бактерия мен қоректік орта түріне байланысты болады. Бактериялардың арту уақыты генерациялану уақыты деп аталады, бұл уақыт бактерия түріне байланысты әртүрлі болады: Pseudomonas түріне жататын бактерияларда бұл уақыт 14мин, ал Mycobacterium түріне жататын бактерияларда 24 сағатқа тең. Экспоненциалдық фазада жасушалар көлемі мен құрамындағы ақуыздар саны бір қалыпта болады. Бактериялық дақыл бұл фазада стандартты жасушалардан тұрады.

3. Стационарлық фаза. Жасушалар саны көбеюді тоқтатқан кезде болады. Өсу жылдамдығы қоректік заттардың концентрациясына тәуелді болғандықтан, соңғылардың қоректік ортада азаюына байланысты өсу жылдамдығы да төмендейді. Өсу жылдамдығының азаюы бактерия жасушаларының тығыздануына, парциалдық қысымның төмендеуіне, зат алмасудың токсикалық өнімдерінің көбеюіне де байланысты болады. Стационарлық фазаның узақтығы бірнеше сағатқа созылады, ол бактерия түріне және оларды дақылдандыру ерекшеліктеріне байланысты болады.

4. Өлім фазасы. Зат алмасудың қышқыл өнімдерінің салдарынан немесе өзіндік ферменттердің аутолизінің нәтижесінде болады. Бұл фазаның ұзақтығы ондаған сағаттан бірнеше аптаға дейін созылуы мүмкін.

5. Бактериалық популяция өсуінің логарифмдік фазасында болуы үздіксіз дақылда байқалады, бұған қоректік заттарды біртіндеп өлшемді түрде енгізіп отыру, бактериялық суспензияның тығыздығын бақылау және метаболиттерден тазартып отыру арқылы қол жеткізіледі. Үздіксіз бактериалық дақылдар биотехнологиялық процестерде қолданылады.

Дақылдандыру кезіндегі бактериалық салмақтың (бактериялар саны) жинақталуы көптеген факторларға (қоректік орталардың сапасы, себінді мөлшері, өсіру температурасы, рН, өсуді белсендіретін қоспалар және т.б.) тәуелді болады.

Сұйық қоректік орталарда бактериялардың өсуі мен көбеюі ортаның диффуздық лайлануымен, тұнба немес беткейлік үлбір түзумен байқалады. Сұйық ортада өсірген кезде көзге көрінетін белгілердің болмауы Leptospira бактериясының ерекшелігі болып табылады.

Тығыз қоректік орталарда бактерия жасушаларының шоғырлануын – колониялар деп атайды, оларды бір түрге жататын жасушаның ұрпақтары деп санау қабылданған. Колониялар бір – бірінен пішіні, көлемі, беткейі, мөлдірлігі, консистенциясы мен түсі арқылы ажыратылады. Беті тегіс жылтыр колонияларды S – пішінді (smooth – ағыл. тегіс) колониялар деп атайды. Беті күңгірт, бұдырланған колонияларды R – пішінді (rung – ағыл. бұдыр) колониялар деп атайды.

Колониялардың түсі бактериялардың пигмент түзуімен байланысты.

Пигменттер түсі, химиялық құрамы және ерігіштігімен ажыратылады. Бактериялар өндіретін пигменттер ішінде:

· каротиноидтар – қызыл, сары және ашық қызыл түсті майда еритін пигменттер. Олар Mycobacterium, Micrococcus туыстастығына жататын бактерияларда кездеседі;

· пирролдылар – Serratia marcescens - те кездесетін спиртте еритін пигмент продигиозин жатады;

· фенозинділер – бұл топқа Pseudomonas aeruginose -де кездесетін суда еритін пигмент пиоцианин жатады, ол қоректік ортаға бөлініп, оны бояйды;

· меланиндер – қара және қоңыр түсті ерімейтін пигменттер, Porphyromonas туыстастығына жататын бактерияларда кездеседі.

Пигменттер бактерияларды УФ-сәулелерден сақтандырады, улы оттегі радикалдарын залалсыздандырады, антибиотиктерден қорғайтын қабілеттерге ие болады, фототрофты бактериялар фотосинтез реакцияларына қатысады.

Колониялардың түрі, түсі, пішіні мен басқа да ерекшеліктері, сонымен қатар тығыз орталарда өсу сипаты бактерияның дақылдық қасиеті аталып, оларды идентификациялаған кезде ескеріледі.

Procaryotae патшалығына жататын бактериялар бинарлық көбеюден басқа да көбею тәсілдеріне ие.

Актиномицеттер гифтарын фрагменттеу арқылы көбейеді. Streptomycetaceae туыстастығына жататын бактериялар спораланып көбейеді.

Микоплазмалар көбею ерекшеліктеріне байланысты полиморфты болып келеді. Егер көбею ДНҚ синтезімен бірлесіп жүретін болса, көлденең бөлінуден басқа олар бүршіктеніп көбейе алады. Бұл жағдайда негізгі морфологиялық репродукцияланатын бірлік, домалақ немесе сопақша пішінді болып келген, фрагментация немесе бүршіктену арқылы көбейетін элементарлық денешіктер болып табылады.

Хламидиялар бинарлық жолмен көбейе алмайды. Олар екі түрдің тіршілік етуін қамтамасыз ететін даму циклінен өтеді: бинарлық бөлінуге қабілетсіз жасушасыртылық инфекциялық кіші көлемді элементарлық денешіктер, және бинарлық бөлінуге қабілетті жасушаішілік метаболиттік белсенді ірі көлемді ретикулярлық денешіктер. Ретикулярлық денешіктің бинарлық бөлінуінің нәтижесінде туынды - элементарлық денешіктер түзіліп, жасушадан бөлініп шығады.

Спирохеталардың кейбір түрлері, мысалы Treponema pallidum қолайсыз жағдайда циста түзе алады, олар дәндерге ыдырап бактерия жасушаларының жаңа ұрпағын береді.

Бактериялардың дақылдандырылмайтын түрлері. Бактериялардың спора түзбейтін кейбір түрлері қоршаған ортаның көбеюге жайсыз жағдайларында дақылдандырылмайтын күйде өткізуге қабілетті. Бұл күйде бактерия жасушалары метаболикалық қабілеттерін белсенді түрде сақтап, бірақ сұйық және тығыз орталарда өсіру үшін жасушалар үздіксіз бөліне алмайды. Тіршілік ету жағдайлары ауысқан кезде, атап айтқанда адам немесе жануар организміне түскенде, жасушаларға көбею қабілеті оралып, патогенділік қасиетін сақтайды. Дақылдандырылмайтын (дамылдау) күйіне өту патогендік бактерияларға эпидемияаралық және эпизоотияаралық кезеңдерде сақталынуын қамтамасыз етеді. Дақылдандарылмайтын күйге өткен кезде бактериялар жасушаларының мөлшері кішірейіп, сфера тәріздес пішінденіп, ЦПМ-ның тұтқырлығын өзгертеді. Оларда электрондарды тасымалдау тыныс алу тізбегі бойынша өтіп, аздаған метаболиттік белсенділік сақталынады. Дақылдандырылмайтын күйге өту үшін температура, тұздар концентрациясы, жарық, оттегінің парциалдық қысымы, қоректік заттардың құрамы, сондай-ақ бактериялармен биоценоздағы балдырлардың метаболиттері әсерін тигізеді. Дақылдандырылмайтын күйдегі бактерияны анықтау үшін ПТР (полимераздық тізбектік реакция) немесе тотыққан не тотықпаған түрде түсін өзгертетін, бояғыш заттарды қолдану қажет. Дамылдау кезіндегі жасушаға көбею және өсу қабілетін табиғи факторлар қайтаруы мүмкін: қарапайымдылар, топырақ пен су қоймаларының мекендеушілері, өсімдіктердің тамыр талшықтары бөлетін фитогормондар.