Размножение бактерий¶
Размножение бактерий — процесс воспроизведения потомства бактериальными клетками, основной формой которого является бесполое деление надвое (бинарное деление). Бактерии — прокариоты, лишённые ядра и мембранных органелл, поэтому их размножение не связано с мейозом и образованием гамет. Скорость деления определяет темп роста популяции и является одной из ключевых характеристик микроорганизмов.
¶Бинарное деление
Бинарное деление — основной и наиболее распространённый способ размножения бактерий. Процесс протекает в несколько этапов:
- Удлинение клетки и репликация кольцевой хромосомы (у большинства бактерий — единственной).
- Прикрепление реплицированных копий хромосом к клеточной мембране в противоположных полюсах.
- Формирование перегородки (септы) в средней части клетки под действием белка FtsZ.
- Разделение дочерних клеток и их разъединение.
Одна исходная клетка за один цикл даёт две идентичные дочерние. При благоприятных условиях время деления у кишечной палочки (Escherichia coli) составляет около 20 минут, у ряда других видов — от 20 минут до нескольких часов. При неизменных условиях число бактерий удваивается по экспоненциальному закону: N = N₀ · 2ⁿ, где N₀ — исходное число клеток, n — число поколений.
¶Рост популяции и фазы кривой роста
В закрытой культуре (в пробирке или колбе) рост бактериальной популяции проходит характерные фазы:
| Фаза | Характеристика |
|---|---|
| Лаг-фаза | Адаптация к новым условиям, синтез ферментов, клетки увеличиваются в размерах, но почти не делятся |
| Логарифмическая (экспоненциальная) фаза | Максимальная скорость деления, экспоненциальный рост |
| Стационарная фаза | Скорость деления равна скорости гибели; питательные вещества истощаются, накапливаются токсичные продукты обмена |
| Фаза гибели | Преобладание гибели над делением, число жизнеспособных клеток снижается |
В стационарной фазе бактерии часто начинают образовывать споры (у спорообразующих видов) или включать гены стресс-ответа.
¶Споруляция
Споруляция — сложный процесс дифференциации, при котором внутри вегетативной клетки формируется спора, устойчивая к неблагоприятным условиям (высокой температуре, ультрафиолету, химическим агентам, высыханию). Споруляция характерна для представителей родов Bacillus и Clostridium.
Процесс включает:
- асимметричное деление материнской клетки;
- поглощение малой дочерней клетки (фагоцитозоподобный процесс) большой;
- формирование многослойной оболочки споры;
- дегидратацию и накопление дипиколиновой кислоты, повышающей термостойкость.
Образовавшаяся спора может сохранять жизнеспособность десятилетиями и столетиями. При попадании в благоприятные условия спора прорастает, и вегетативная клетка возобновляет деление. Споруляция — не способ размножения в прямом смысле: одна клетка даёт одну спору, которая затем прорастает в одну клетку.
¶Половой обмен у бактерий
Полового размножения в строгом смысле у бактерий нет, однако существует генетический обмен, повышающий генетическое разнообразие популяций:
- Конъюгация — прямой перенос ДНК от донора к реципиенту через половой пилус или контакт клеток. Классический пример — перенос плазмид F (фертильной плазмиды) у E. coli.
- Трансформация — поглощение свободной ДНК из окружающей среды (впервые описана Фредериком Гриффитом в 1928 году).
- Трансдукция — перенос ДНК между клетками с помощью бактериофагов.
Эти механизмы не заменяют бесполое деление, но обеспечивают горизонтальный перенос генов, в том числе генов антибиотикорезистентности.
¶Условия, влияющие на скорость размножения
Скорость деления бактерий зависит от температуры, pH, доступности питательных веществ, концентрации кислорода и других факторов. У каждого вида существует оптимум и диапазон переносимых значений. Нарушение этих условий тормозит или прекращает размножение, что лежит в основе методов консервирования продуктов и антисептики.
¶Значение
Быстрое размножение бактерий имеет большое практическое значение: оно используется в биотехнологии для получения ферментов, антибиотиков и рекомбинантных белков, лежит в основе квасования, молочнокислого брожения и очистки сточных вод. В медицине скорость роста патогенных бактерий определяет тяжесть инфекции и тактику антибактериальной терапии. В микробиологии скорость деления служит основой для определения числа бактерий в пробе (метод разбавлений, турбидиметрия).
¶Источники
- Борисов Л. Б. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология.
- Татаринов Ю. А. Медицинская микробиология.
- Brock Biology of Microorganisms (M. Madigan et al.).
- Микробиология: учебник для вузов / под ред. А. С. Белобородова.