Фази зростання бактерій на прикладі популяції в рідких середовищах
Вирощування бактерій – заняття цікаве та корисне. Деяким експериментаторам такі досліди дають можливість переконатися в наявності життя буквально на кожному міліметрі нестерилізованої поверхні, інші, більш практичні дослідники природи переслідують виключно утилітарні цілі (використання бактерій у приготуванні продуктів харчування, у виготовленні добрив і навіть у будівництві має певну популярність). Щоб розуміти, як налагодити процес культивування мікроорганізмів у спеціально створених умовах, слід мати уявлення про фази зростання бактерій і про ті фактори, що впливають на життя бактеріальної популяції, що росте на живильних середовищах, контрольованих людиною.
Заселення: що потрібно врахувати
Майже всі бактерії, яких можна виростити в домашніх умовах, є або аеробами (дихають виключно киснем), або факультативними анаеробами (залежно від умов проживання можуть змінювати хімізм дихальних процесів). Культури облігатних (суворих) бактерій-анаеробів, які гинуть у присутності кисню, можна вирощувати лише у безкисневому середовищі.
Склад будь-якого середовища, в якому необхідно домогтися розмноження бактеріальної популяції, повинен включати речовини, що містять вуглець і азот. Істотні вимоги до необхідного харчування висуває автотрофність чи гетеротрофність майбутньої популяції. Автотрофи, що харчуються неорганікою, вимагають достатньої присутності вуглекислого газу і карбонату (гідрокарбонату) кальцію. Гетеротрофи, що розкладають органіку, видобувають собі їжу з органічних кислот, спиртів, вуглеводів та ароматичних сполук. Потреба в азоті бактеріальної популяції гетеротрофів задовольняється за рахунок органічних сполук заміногрупами - азотовмісними органічними речовинами.
Сама інокуляція бактерій на живильних середовищах проводиться або краплинним шляхом (разом з рідкою субстанцією), або механічним переміщенням живої культури з поверхні проживання на поверхню з підготовленим харчуванням. Можна провести ватяною паличкою по поверхні столу і струсити сухі частинки пилу на живильний розчин.
Зростання, розмноження та смерть
Фази зростання бактеріальної популяції мають вивірену мікробіологами закономірність. На графіку зростання можна виділити чотири основні фази, які наочно демонструють основні етапи розвитку бактерій на живильних середовищах.
Перший етап
Перша фаза зростання популяції зветься лаг-фази. Вона починається з моменту заселення культури бактерій на живильний розчин та закінчується моментом адаптації переселеної популяції до нових умов.Протягом лаг-фази клітини пристосовуються до нових умов життя. У цій фазі відзначається затримка росту культури та відсутність розмноження (розподілу) бактерій.
Тривалість лаг-фази залежить від віку культури (що вона старша, тим довше йде пристосування) і від того, наскільки різні в середовищі початковій та середовищі, де популяція культивується, джерела поживних речовин для бактеріальної клітини. Що більша ця різниця, то процес адаптації довше.
Другий етап
Наступна фаза зростання живої культури – розвиток за експонентом чи експоненційна фаза. Пристосувавшись до умов дихання та живлення у новому середовищі, клітини починають активно ділитися. У цій фазі вони мають найвищу хімічну активність, і вони відрізняються найвищою життєздатністю. Під час фази експонентного росту клітин синтезують найбільшу кількість РНК – білка, який відповідаєза створення нової ДНК за тією інформацією, яка зашифрована в материнській ДНК.
Третій етап
З досягненням максимальної кількості життєздатних клітин, які здатні «прогодувати» наявний живильний розчин, фіксується наступний етап зростання живої культури – стагнація, або стаціонарна фаза.Відсутність достатнього харчування уповільнює всі хімізми, що відбуваються всередині клітини, швидкість розмноження падає, РНК практично не синтезується.
У цю фазу зростання популяції мікробіологи спостерігають таке явище в бактеріальному співтоваристві, як апоптоз. Апоптоз - альтруїстичне поведінка частини бактерій, які припиняють підтримувати в собі життєво важливі реакції (фактично, роблять суїцид) тим самим вирушаючи на корм частини бактеріальної популяції, що вижила. Апоптоз дає можливість розмноження популяції у фазу стагнації.
Останній етап
Завершення життєвого циклу бактеріальної клітини залежить від внутрішніх чинників. Перебуваючи в умовах обмеженого харчування, клітини після фаз активного періоду росту, розмноження та стагнації накопичують у місці свого проживання продукти власної життєдіяльності: органічні кислоти, автоліз, антибіотики, вироблені внаслідок бактеріального метаболізму клітини.
Домашні умови
У домашніх умовах колонії бактерій найпростіше виростити або на рідкому середовищі (для цього підійде бульйон), або на желатині - агарі. З двох можливих способів культивування популяцій (стаціонарний та безперервний) вдома можна налагодити лише стаціонарний (наприклад, у чашках Петрі).
Безперервний передбачає постійну подачу поживного розчину та відкачування живої культури. Цей процес можна підтримувати лише за наявності спеціального лабораторногообладнання, за допомогою якого відстежується необхідна кількість необхідного субстрату та рівень заборів живої культури з наявного бактеріального інкубатора.