Fasi della curva di crescita batterica

I batteri sono organismi procariotici che più comunemente si replicano con il processo asessuato di fissione binaria. Questi microbi si riproducono rapidamente a una velocità esponenziale in condizioni favorevoli. Quando cresciuto in coltura, si verifica un modello prevedibile di crescita in una popolazione batterica. Questo modello può essere rappresentato graficamente come il numero di cellule viventi in una popolazione nel tempo ed è noto come a curva di crescita batterica. I cicli di crescita batterici in una curva di crescita consistono di quattro fasi: ritardo, esponenziale (log), stazionario e morte.

Key Takeaways: curva di crescita batterica

• La curva di crescita batterica rappresenta il numero di cellule vive in una popolazione batterica per un periodo di tempo.
• Esistono quattro fasi distinte della curva di crescita: ritardo, esponenziale (log), stazionario e morte.
• La fase iniziale è la fase di ritardo in cui i batteri sono metabolicamente attivi ma non si dividono.
• La fase esponenziale o log è un momento di crescita esponenziale.
• Nella fase stazionaria, la crescita raggiunge un plateau poiché il numero di cellule morenti è uguale al numero di cellule in divisione.
• La fase della morte è caratterizzata da una diminuzione esponenziale del numero di cellule viventi.

I batteri richiedono determinate condizioni per la crescita e queste condizioni non sono le stesse per tutti i batteri. Fattori come ossigeno, pH, temperatura e luce influenzano la crescita microbica. Ulteriori fattori includono pressione osmotica, pressione atmosferica e disponibilità di umidità. Una popolazione batterica tempo di generazione, o il tempo necessario affinché una popolazione raddoppi, varia tra le specie e dipende dal modo in cui vengono soddisfatte le esigenze di crescita.

Fasi del ciclo di crescita batterico

La curva di crescita batterica rappresenta il numero di cellule viventi in una popolazione nel tempo. Michal Komorniczak / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

In natura, i batteri non sperimentano condizioni ambientali perfette per la crescita. Come tale, le specie che popolano un ambiente cambiano nel tempo. In un laboratorio, tuttavia, è possibile soddisfare condizioni ottimali coltivando batteri in un ambiente di coltura chiuso. È in queste condizioni che si può osservare il modello di curva della crescita batterica.

Il curva di crescita batterica rappresenta il numero di cellule vive in una popolazione batterica per un periodo di tempo.

• Fase di latenza: Questa fase iniziale è caratterizzata dall'attività cellulare ma non dalla crescita. Un piccolo gruppo di cellule viene inserito in un mezzo ricco di nutrienti che consente loro di sintetizzare proteine ​​e altre molecole necessarie per la replicazione. Queste cellule aumentano di dimensioni, ma non si verifica alcuna divisione cellulare nella fase.
• Fase (log) esponenziale: Dopo la fase di ritardo, le cellule batteriche entrano nella fase esponenziale o di registro. Questo è il momento in cui le cellule si dividono per fissione binaria e raddoppiano in numero dopo ogni tempo di generazione. L'attività metabolica è elevata poiché il DNA, l'RNA, i componenti della parete cellulare e altre sostanze necessarie per la crescita sono generati per la divisione. È in questa fase di crescita che gli antibiotici e i disinfettanti sono più efficaci in quanto queste sostanze colpiscono tipicamente le pareti cellulari dei batteri o i processi di sintesi proteica della trascrizione del DNA e della traduzione dell'RNA.
• Fase stazionaria: Alla fine, la crescita della popolazione sperimentata nella fase di registro inizia a diminuire man mano che i nutrienti disponibili si esauriscono e i prodotti di scarto iniziano ad accumularsi. La crescita delle cellule batteriche raggiunge un plateau, o fase stazionaria, in cui il numero di cellule in divisione equivale al numero di cellule morenti. Ciò non comporta alcuna crescita complessiva della popolazione. Nelle condizioni meno favorevoli, la competizione per i nutrienti aumenta e le cellule diventano meno metabolicamente attive. I batteri che formano le spore producono endospore in questa fase e i batteri patogeni iniziano a generare sostanze (fattori di virulenza) che li aiutano a sopravvivere in condizioni difficili e di conseguenza a causare malattie.
• Fase della morte: Man mano che i nutrienti diventano meno disponibili e i prodotti di scarto aumentano, il numero di cellule morenti continua ad aumentare. Nella fase della morte, il numero di cellule viventi diminuisce in modo esponenziale e la crescita della popolazione subisce un forte calo. Man mano che le cellule morenti si lisano o si aprono, riversano il loro contenuto nell'ambiente rendendo disponibili questi nutrienti ad altri batteri. Questo aiuta i batteri che producono spore a sopravvivere abbastanza a lungo per la produzione di spore. Le spore sono in grado di sopravvivere alle dure condizioni della fase della morte e diventano batteri in crescita se collocate in un ambiente che supporta la vita.

Crescita batterica e ossigeno

Campylobacter jejuni, mostrato qui, è un organismo microaerofilo che richiede livelli ridotti di ossigeno. C. jejuni è il batterio che causa la gastroenterite. Henrik Sorensen / The Image Bank / Getty Images

I batteri, come tutti gli organismi viventi, richiedono un ambiente adatto alla crescita. Questo ambiente deve soddisfare diversi fattori che supportano la crescita batterica. Tali fattori includono ossigeno, pH, temperatura e requisiti di luce. Ognuno di questi fattori può essere diverso per batteri diversi e limitare i tipi di microbi che popolano un determinato ambiente.

I batteri possono essere classificati in base al loro fabbisogno di ossigeno o livelli di tolleranza. I batteri che non possono sopravvivere senza ossigeno sono noti come aerobi obbligati. Questi microbi dipendono dall'ossigeno, poiché convertono l'ossigeno in energia durante la respirazione cellulare. A differenza dei batteri che richiedono ossigeno, altri batteri non possono vivere in sua presenza. Questi microbi sono chiamati anaerobi obbligati e i loro processi metabolici per la produzione di energia sono fermati in presenza di ossigeno.

Altri batteri lo sono anaerobi facoltativi e può crescere con o senza ossigeno. In assenza di ossigeno, utilizzano la fermentazione o la respirazione anaerobica per la produzione di energia. Anerobi aerotoleranti utilizzare la respirazione anaerobica ma non sono danneggiati in presenza di ossigeno. Batteri microaerofilici richiede ossigeno ma cresce solo dove i livelli di concentrazione di ossigeno sono bassi. Campylobacter jejuni è un esempio di batterio microaerofilo che vive nel tratto digestivo degli animali ed è una delle principali cause di malattie di origine alimentare negli esseri umani.

Crescita batterica e pH

Helicobacter pylori sono batteri microaerofilici presenti nello stomaco. Sono neutrofili che secernono un enzima che neutralizza l'acido gastrico. Science Picture Co / Getty Images

Un altro fattore importante per la crescita batterica è il pH. Gli ambienti acidi hanno valori di pH inferiori a 7, gli ambienti neutri hanno valori pari o vicini a 7 e gli ambienti di base hanno valori di pH maggiori di 7. I batteri che sono acidofile prosperare in aree in cui il pH è inferiore a 5, con un valore di crescita ottimale vicino a un pH di 3. Questi microbi possono essere trovati in luoghi come sorgenti di acqua calda e nel corpo umano in aree acide come la vagina.

La maggior parte dei batteri lo sono neutrofili e crescere meglio in siti con valori di pH vicini a 7. Helicobacter pylori è un esempio di neutrofilo che vive nell'ambiente acido dello stomaco. Questo batterio sopravvive secernendo un enzima che neutralizza l'acido dello stomaco nell'area circostante.

Alkaliphiles crescere in modo ottimale a intervalli di pH compresi tra 8 e 10. Questi microbi prosperano in ambienti di base come suoli alcalini e laghi.

Crescita e temperatura batteriche

Lo Champagne Pool della Nuova Zelanda è una sorgente termale che contiene una comunità di microrganismi termofili e acidofili la cui distribuzione è correlata alla temperatura e all'ambiente chimico. Simon Hardenne / Biosphoto / Getty Images

La temperatura è un altro fattore importante per la crescita batterica. Vengono chiamati i batteri che crescono meglio in ambienti più freddi psycrophiles. Questi microbi preferiscono temperature comprese tra 4 ° C e 25 ° C (39 ° F e 77 ° F). I psicofili estremi prosperano a temperature inferiori a 0 ° C / 32 ° F e possono essere trovati in luoghi come laghi artici e acque oceaniche profonde.