Кривая роста бактерий

Кривая роста бактерий (англ. bacterial growth curve) — график, отражающий изменения численности бактериальной популяции в закрытой культуре с течением времени. Кривая описывает развитие культуры в стерильной питательной среде при оптимальной для роста температуре и состоит из нескольких последовательных фаз.

Фазы роста

  1. Лаг-фаза (латентная фаза). В этот период наблюдается незначительное увеличение численности клеток. Бактерии адаптируются к новым условиям: активно поглощают воду, синтезируют рибосомальную РНК и необходимые ферменты. Продолжительность этой фазы зависит от физиологического состояния клеток и состава питательной среды, на которой они культивировались ранее.

  2. Логарифмическая фаза (экспоненциальная фаза). Клетки достигают максимальной скорости деления, и их количество возрастает в геометрической прогрессии. На графике в логарифмическом масштабе это отображается как прямой участок. Время генерации (период между делениями) становится минимальным. Например, у Escherichia coli в оптимальных условиях оно может составлять около 20 минут. На этом этапе удобнее всего изучать скорость роста популяции.

  3. Стационарная фаза. Скорость роста популяции замедляется и выравнивается со скоростью гибели клеток, в результате чего общая численность остаётся примерно постоянной. Это происходит из‑за истощения питательных веществ, накопления токсичных продуктов метаболизма (кислот, углекислого газа), изменения pH среды и, возможно, нехватки акцепторов электронов.

  4. Фаза отмирания (заключительная фаза). Скорость гибели клеток начинает превышать скорость их образования, и общая численность популяции снижается. Этот процесс ускоряется из‑за критического истощения ресурсов и накопления токсинов.

Современный контекст

Классическая четырёхфазная кривая роста описывает поведение популяции в закрытой системе (например, в пробирке или колбе), где ресурсы ограничены. В природных условиях или в промышленных биореакторах с непрерывным культивированием (хемостатах) бактерии часто поддерживаются в логарифмической или стационарной фазе за счёт постоянного притока свежей среды и оттока продуктов метаболизта. Современные исследования также уделяют внимание субпопуляциям клеток внутри культуры, которые могут по‑разному вести себя на каждой фазе, что связано с явлением клеточной гетерогенности.