Рост

В микробиологии понятие рост используется в двух основных случаях:

1. Рост клетки

Это процесс увеличения биомассы (размеров, объёма, массы) организма или его частей в ходе индивидуального развития, обусловленный синтезом новых веществ. Рост характерен для всех групп микробов, кроме вирусов.

Факторы, влияющие на рост:

Наследственность: Способность и темпы роста определяются природой самого организма.
Условия среды: Рост возможен только при совпадении условий обитания с потребностями микроба.

Процесс роста клетки:

Рост начинается после деления материнской клетки и состоит в последовательном увеличении количества клеточных компонентов: сначала РНК, затем белков и, наконец, ДНК. Параллельно увеличиваются все параметры клетки и её отдельных структур. Клетка быстро (за минуты или часы) достигает стадии зрелости и либо приступает к размножению, либо переходит в стадию покоя.

Особенности растущих клеток (по сравнению с покоящимися):

Более выраженная базофилия цитоплазмы.
Более активный обмен веществ и энергии.
Активный синтез экстрацеллюлярных биологически активных веществ (например, ферментов, токсинов).
Повышенная чувствительность к повреждающим факторам внешней среды (температуре, антибиотикам, ультрафиолету).

В старых культурах могут появляться инволюционные (дегенеративные) формы клеток. Изучение роста микробов часто проводят на изолированных клетках.

См. также: Размножение микроорганизмов.

2. Рост популяции (культуры)

Это увеличение числа особей в локальной популяции, вызванное их размножением, а не притоком иммигрантов из других популяций.

Закономерности роста популяций сильно зависят от условий культивирования:

Закрытая система (например, пробирка или колба с жидкой питательной средой, куда не добавляют свежие компоненты).
Открытая (непрерывная) система (например, хемостат или турбидистат), в которую постоянно подаётся свежая среда и откуда удаляется часть микробов вместе с продуктами метаболизма, что позволяет корректировать pH и другие параметры.

Условия роста естественных популяций, особенно паразитов, близки к условиям в открытой системе, но не идентичны им.

Фазы роста популяции в закрытой системе

В классической модели выделяют несколько последовательных фаз:

Лаг-фаза (фаза задержки): Период между внесением микробов в среду и началом активного размножения. Клетки адаптируются к новым условиям, синтезируют ферменты, но их число не увеличивается.
Экспоненциальная (логарифмическая) фаза: Число микробов возрастает с максимальной и постоянной скоростью. Поколения клеток следуют друг за другом через равные промежутки времени.
Стационарная фаза: Количество микробов в единице объёма остаётся постоянным, так как число вновь образовавшихся клеток уравнивается с числом погибших. Это связано с истощением питательных веществ и накоплением токсичных продуктов обмена.
Фаза гибели: Определяется по уменьшению количества живых особей в популяции вследствие их гибели.

В непрерывной культуре (хемостате) плотность популяции или концентрация определённого метаболита может поддерживаться на заданном уровне. Это обеспечивается автоматической коррекцией pH, подачей свежей среды и удалением части биомассы. Регуляция в хемостатах часто проводится по концентрации лимитирующего фактора (например, источника углерода), а в турбидистатах — по оптической плотности (плотности биомассы) суспензии.

Показатели роста популяции

Для характеристики роста популяции обычно используют три ключевых показателя:

Продолжительность лаг-фазы (измеряется в часах).
Скорость размножения в экспоненциальной фазе, которую выражают:
- Временем генерации (удвоения) — временем, за которое число клеток увеличивается в два раза.
- Средним числом генераций в час.
Максимальный урожай — максимальное количество клеток в 1 мл или показатель биомассы в стационарной фазе.

Важное замечание: Показатели биомассы (общей массы) и числа клеток не всегда коррелируют. Например, в лаг-фазе биомасса может увеличиваться (клетки растут) без возрастания их числа. В конце экспоненциальной фазы при продолжающемся делении клеток общая биомасса может стабилизироваться.

Методы учёта роста

Подсчёт общего числа клеток: Чаще всего проводят в счётной камере под микроскопом, реже — в окрашенных мазках или агаровых плёнках.
Определение числа жизнеспособных клеток (КОЕ — колониеобразующие единицы): Осуществляют методом серийных разведений с последующим высевом на плотную питательную среду и подсчётом выросших колоний.

См. также: Бактериальная масса, Размножение микроорганизмов.