9: Мікробний ріст

Last updated
Save as PDF

Page ID: 4065

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Ми всі знайомі з слизовим шаром на поверхні ставка або що робить скелі слизькими. Це приклади біоплівок — мікроорганізмів, вбудованих в тонкі шари матричного матеріалу (рис.\(\PageIndex{1}\)). Біоплівки довгий час вважалися випадковими збірками клітин і мало уваги з боку дослідників. Останнім часом прогрес у візуалізації та біохімічних методах виявив, що біоплівки - це організована екосистема, всередині якої багато клітин, як правило, різних видів бактерій, грибів та водоростей, взаємодіють через сигналізацію клітин та скоординовані реакції. Біоплівка забезпечує захищене середовище в суворих умовах і сприяє колонізації мікроорганізмами. Біоплівки також мають клінічне значення. Вони утворюються на медичних приладах, протистоять звичайному очищенню та стерилізації та спричиняють інфекції, придбані здоров'ям. Усередині організму біоплівки утворюються на зубах у вигляді нальоту, в легенях хворих на муковісцидоз, і на серцевій тканині хворих на ендокардит. Шар слизу допомагає захистити клітини від імунного захисту господаря та лікування антибіотиками.

Вивчення біоплівок вимагає нових підходів. Через адгезійні властивості клітин багато методів культивування та підрахунку клітин, які досліджені в цьому розділі, не легко застосовуються до біоплівок. Це початок нової ери викликів і корисне розуміння того, як мікроорганізми ростуть і процвітають в природі.

Мікрофотографія, що показує сферичні клітини, прикріплені до матриці на поверхні. Фото зеленої води у відрі. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Медичні прилади, які вставляються в організм пацієнта, часто забруднюються тонкою біоплівкою мікроорганізмів, що опинилися в липкому матеріалі, який вони виділяють. Електронна мікрофотографія (зліва) показує внутрішні стінки внутрішнього катетера. Стрілки вказують на круглі клітини бактерій золотистого *стафілокока*, прикріплених до шарів позаклітинного субстрату. Сміттєвий бак (праворуч) служив дощовим колектором. Стрілка вказує на зелену біоплівку з боків контейнера. (кредит ліворуч: модифікація роботи Центрів контролю та профілактики захворювань; право кредиту: модифікація роботи НАСА)

9.1: Як ростуть мікроби
Бактеріальний клітинний цикл передбачає утворення нових клітин шляхом реплікації ДНК і поділу клітинних компонентів на дві дочірні клітини. У прокаріотів розмноження завжди безстатеве, хоча відбувається обширна генетична рекомбінація у вигляді горизонтального перенесення генів, як буде вивчено в іншому розділі. Більшість бактерій мають єдину кругову хромосому; однак існують деякі винятки.
9.2: Вимоги до кисню для росту мікробів
Запитайте більшість людей «Які основні вимоги до життя?» і відповіді, ймовірно, включають воду і кисень. Мало хто б сперечався про необхідність води, а як щодо кисню? Чи може бути життя без кисню? Відповідь полягає в тому, що молекулярний кисень не завжди потрібен. Найбільш ранні ознаки життя датуються періодом, коли умови на землі сильно скорочувалися, а вільний газ кисню фактично не існував.
9.3: Вплив рН на ріст мікробів
Бактерії, як правило, нейтрофіли. Найкраще вони ростуть при нейтральному рН, близькому до 7,0. Ацидофіли оптимально ростуть при рН близько 3,0. Лугіфіли - це організми, які оптимально ростуть між рН 8 і 10,5. Екстремальні ацидофіли і луги ростуть повільно або зовсім не близько нейтрального рН. Мікроорганізми найкраще ростуть при їх оптимальному зростанні рН. Зростання відбувається повільно або зовсім не нижче мінімального зростання рН і вище максимального зростання рН.
9.4: Температура та ріст мікробів
Мікроорганізми процвітають при широкому діапазоні температур; вони колонізували різні природні середовища і адаптувалися до екстремальних температур. Як екстремальні холодні, так і гарячі температури вимагають еволюційного коригування макромолекул і біологічних процесів. Псіхрофіли найкраще ростуть в діапазоні температур від 0 до 15° C, тоді як психротрофи процвітають від 4° C до 25° C, найкраще ростуть мезофіли при помірних температурах в діапазоні від 20° C до приблизно 45° C, патогенами зазвичай є мезофіли.
9.5: Інші умови навколишнього середовища, які впливають на зростання
Мікроорганізми взаємодіють зі своїм середовищем за більшими розмірами, ніж рівень рН, температури та вільного кисню, хоча ці фактори вимагають значних адаптацій. Ми також знаходимо мікроорганізми, пристосовані до різного рівня солоності, барометричного тиску, вологості та світла.
9.6: Медіа, що використовуються для росту бактерій
Вивчення мікроорганізмів значно полегшується, якщо ми вміємо їх культивувати, тобто зберегти розмножуються популяції живими в лабораторних умовах. Вирощування багатьох мікроорганізмів є складним завданням через високі специфічні харчові та екологічні вимоги та різноманітність цих вимог серед різних видів.
9.E: Мікробний ріст (вправи)

Мініатюра: Сильні дощі спричиняють стік добрив у озеро Ері, викликаючи велике цвітіння водоростей, яке можна спостерігати вздовж берегової лінії. Зверніть увагу на коричневі незасаджені та зелені висаджені сільськогосподарські угіддя на березі. (кредит: NASA)