RŮST A MNOŽENÍ BAKTERIÍ

1.

2.

3.

4.

Životní cyklus Růst buňky Množení v populaci 3.1.

Vsádková kultivace 3.2.

3.3.

Kontinuální kultivace Další varianty Kultivace smíšených kultur

Životní cyklus

= uspořádaná sekvence jednotlivých biochemických a morfologických událostí od vzniku buňky do jejího rozdělení A A B E C F D E F Doba mezi dvěma děleními buňky = generační doba Hlavní součásti: Syntesa buněčného materiálu Replikace DNA Vlastní rozdělení buňky Doba pro replikaci nemusí být totožná s generační dobou

0 1 2 3 4

Růst buňky



růst individuální buňky , = nárůst objemu, zvětšování velikosti tím, že stavební látky se ukládají v „růstových zónách“



růst bakteriální populace („růstová křivka bakterií“) = nárůst počtu buněk v množící se populaci; charakterizována dobou zdvojení („T“) populace

Vsádková kultivace

= statická kultivace = batch culture Do množící se populace se nezasahuje, prostředí je modifikováno pouze přítomnými buňkami; uzavřený systém Hlavní fáze: 1. Lag fáze buňky se přizpůsobují – synthesa enzymů buňky se nemnoží (možný pokles počtu) – synthesa nových komponentů délka – stáří buněk, složení prostředí, vnější faktory 2. Fáze fyziologického mládí adaptace dokončena, začíná dělení kultura velmi citlivá na vnější vlivy 3. Exponenciální (logaritmická) fáze intenzivní množení – nejkratší doba zdvojení buňky nedorůstají maximální velikosti rychlost růstu konstantní („přímka“) intenzivní spotřeba živin maximální produkce primárních metabolitů (CO 2 , kyseliny, alkoholy...) 4. Stacionární fáze počet živých buněk je konstantní počet umírajících = počtu vzniklých důvod: dosažení „M“ koncentrace spotřebovány živiny nahromadění metabolitů doba zdvojení = 0 intenzivní produkce sekundárních metabolitů 5. Fáze odumírání počet buněk se snižuje (logaritmicky) doba zdvojení < 0 (záporná)

Matematické charakteristiky Délka lagu Generační doba Doba zdvojení (T) Počet buněk (N) Počet dělení (generací) Počet buněk 0 1 1 2 2 4 4 8 n 2 n Obecná rovnice (pro exponen. fázi): N t = N n = t/T 0 * 2 n kde N je počet buněk v čase t N 0 je počet buněk v čase t 0 n je počet generací T je doba zdvojení N = N 0 * 2 t/T (důležitá rovnice pro výpočet T) Specifická růstová rychlost (μ) = přírůstek počtu buněk (biomasy…) za časovou jednotku vztažený k počátečnímu množství buněk (biomasy…) μ = (dN/dt)/N 0 μ = μ MAX *S/(K s + S) Růstový výtěžek (Y) K s je saturační konstanta živiny S = množství biomasy na množství spotřebované živiny (S) Y = dN/dS Přiklady využití vsádkové kultivace: etanol, antibiotika, jogurt….

Kontinuální kultivace

= o

tevřený systém – regulace vybraných parametrů z vnějšku: množství živin množství metabolitů množství buněk buňky udržujeme v logaritmické fázi Dva hlavní systémy:



Chemostat regulace – chemické parametry sterilní medium je doplňováno a kultivační medium s buňkami odstraňováno (konstantní rychlost) rychlost výměny určována spotřebou limitující živiny a dobou zdvojení



Turbidostat regulace – udržení stanoveného počtu buněk v populaci rychlost doplňování je variabilní živiny obvykle v nadbytku Výhody kontinuální kultivace: Vyšší využití biofermentoru Nevýhody: Horší využití živin Příklady využití: kyselina octová, čištění odpadních vod, trávicí trakt

Kontinuální kultivace:

Varianty:

-

chemostat

-

turbidostat

Další varianty kultivace:

 

Submersní – růst v celém profilu prostředí Povrchová – růst na povrchu substrátu

    

Diauxie (polyauxie) – složená růstová křivka, dáno postupným využíváním živin Synchronizovaná – většina buněk ve stejné části životního cyklu (např. po chladovém šoku = zabránění dělení, ale růst neomezen) Homogenní – charakteristika ve všech částech fermentoru shodná Heterogenní – koncentrace živin + buněk + metabolitů ve fermentoru rozdílná Kultivace s imobilizovanými buňkami (enzymy) – buňky uchyceny na nosiči (nejsou v mediu)

Kultivace smíšených kultur

(dříve uvedená pravidla platí pro monokulturu) – ve směsných podstatně složitější Symbiosa – vzájemný vztah 2 organismů:



mutualismus – pro oba výhodné



komensalismus – výhodné pro jednoho partnera, druhý není ovlivněn

  

parasitismus – jeden z partnerů zvýhodněn, druhý poškozován antagonismus (amensalismus) – jeden z partnerů poškozován, druhý neovlivněn kompetice – oba partneři poškozováni; např. soutěžení o živiny a prostor; (competitive exclusion)



syntrofismus – vzájemná „spolupráce“ při produkci růstových faktorů, výměně živin apod.



predace – jeden organismus slouží jako „kořist“ druhému Interakce: organismus mutualismus syntrofismus komensalismus parasitismus antagonismus kompetice A + + + + - - B + + 0 - 0 -