Развитие микробной популяции

Наблюдать за жизнью микробной популяции в природной среде чрезвычайно сложно, особенно устанавливая те или иные закономерности ее развития, поэтому чаще всего такие наблюдения проводятся в ограниченном объеме, в частности в биореакторе, где микроорганизмы культивируются в строго определенных условиях и их жизнедеятельностью можно легко управлять, изменяя те или иные физико-химические параметры. В ограниченном объеме среды микроорганизмы развиваются, постепенно расходуя питательные вещества, причем их жизнедеятельность подчиняется определенным законам.

Как уже отмечалось, в благоприятных условиях микроорганизмы весьма активно размножаются, при этом время генерации (период между делениями) длится не более 30 мин. В связи с этим у бактерий за сутки сменяется столько поколений, сколько у человека за 5 тысячелетий.

Цикл роста микроорганизмов удобно представить на примере бактериальной популяции. Он делится на 4 основные фазы: лаг-фазу (фазу подготовки), фазу экспоненциального роста, максимальную стационарную фазу и фазу отмирания.

Продолжительность лаг-фазы зависит от полноценного состава питательной среды и физико-химических параметров, способных повлиять на состояние микроорганизмов. Именно в этот период в бактериальных клетках происходит активизация синтеза ферментов, нуклеиновых кислот, белков.

В фазу экспоненциального роста происходит увеличение числа клеток бактериальной популяции в геометрической прогрессии. Примем начальное число клеток бактериальной популяции за N₀. После первой генерации оно становится равным N₀ х 2, а спустя n генераций – N₀ х 2 ⁿ_. Отсюда общее число клеток бактериальной популяции можно рассчитать по формуле: lg N = lg N₀ + n lg 2.

Продолжительность экспоненциальной фазы чаще всего незначительная (около 5 ч). Интенсивное деление бактериальных клеток способствует истощению питательной среды, вследствие чего уже в этот период наблюдается некоторое замедление роста бактериальной популяции.

В период максимальной стационарной фазы численность бактериальных клеток достигает максимально возможного уровня и вообще перестает увеличиваться, поэтому количество молодых клеток становится равным количеству погибших. Эта фаза при культивировании E. сoli длится сутки.

Фаза отмирания – последний этап развития бактериальной популяции, характеризуется массовой гибелью бактериальных клеток в связи с накоплением в среде обитания токсических продуктов обмена и появлением бактерий, не способных давать потомство.