Клітини, як будь-який живий організм, народжуються, живуть і вмирають. Зростання і розмноження бактерій відбувається дуже швидко, вони могли б захопити весь життєвий простір на планеті, якби не їхня крихкість і стримуючі фактори (температура, рівень кислотності середовища, відсутність їжі і т. Д.). При сприятливих умовах подвоєння клітини займає в середньому близько півгодини. Однак в критичних ситуаціях деякі види мікроорганізмів (спороутворюючі бактерії) здатні утворювати спори і «впадати в сплячку» на досить тривалий період.
Швидке розмноження бактерій має свої плюси і мінуси. Використання мікроорганізмів в біотехнологіях (дріжджі, молочнокислі, азотфіксуючі організми, цвілеві грибки і т. Д.) Направлено на поліпшення якості життя. Однак неконтрольоване зростання хвороботворних (патогенних) мікроорганізмів небезпечний для людей. Нашкодити здоров'ю може і власна мікрофлора людини. У медицині існує поняття синдрому надлишкового бактеріального росту, при якому кількість умовно-патогенних мікробів в організмі людини різко збільшується, що становить загрозу для здоров'я.
З чого все починається
Зростання і розмноження клітини - це два різних процесу. Під зростанням розуміють збільшення маси клітини внаслідок формування всіх клітинних структур. Розмноження - це збільшення кількості клітин в колонії. Розрізняють бінарне поділ, брунькування і генетичну рекомбінацію (процес, що нагадує статеве розмноження).
Більшість прокариотических (без'ядерних) клітин, до яких належать всі бактерії, розмножується шляхом поділу надвоє (бінарне поділ). Таким способом розмножуються, наприклад, молочнокислі бактерії. Процес починається з подвоєння бактеріальної хромосоми (молекула ДНК, що замінює ядро) і протікає в декілька етапів:
- клітина подовжується;
- зовнішня оболонка «вростає» всередину і утворює поперечну перегородку (перетяжку);
- дві нові (дочірні) клітини розходяться в різні боки.
В результаті виходять два ідентичних організму.
Окремі мікроорганізми діляться брунькуванням, але це швидше виняток із загального правила. Процес полягає в освіті на одному з полюсів клітини короткого виступу, в який «дрейфує» одна з половин розділилося нуклеоида (молекули ДНК з генетичною інформацією). Потім виступ розростається і відділяється від материнської клітини.
Є ще варіант, що нагадує статеве розмноження, - генетична рекомбінація. В цьому випадку відбувається обмін генетичною інформацією і в результаті виходить клітина, яка містить гени своїх батьків. Існують три способи передачі генетичної інформації:
- кон'югація - пряма передача (НЕ обмін) частини ДНК при контакті від однієї бактерії до іншої (процес йде тільки в одному напрямку);
- трансдукция - перенесення фрагмента ДНК за допомогою бактеріофага (вірусу бактерій);
- трансформація - поглинання генетичної інформації відмерлих або знищених клітин з навколишнього середовища.
Таким чином, тільки в результаті бінарного розподілу і брунькування виходять ідентичні один одному клітини. При генетичної рекомбінації клітина зазнає змін, виробляючи нові властивості і отримуючи інші функції.
Швидкість і фази зростання мікроорганізмів
У поживних середовищах зростання і розмноження бактерій проходять в кілька стадій, різних за кількістю доступної їжі і накопичення відходів життєдіяльності:
- Перша фаза (латентна) визначається факторами адаптації до живильного середовища. В цей час мікроорганізми тільки освоюються з новими умовами. Зростання бактерій немає.
- Друга фаза (експоненціальна) характеризується зростанням в геометричній прогресії (збільшення по експоненційної кривої). У цей період бактеріальні клітини активно ростуть, використовуючи всю доступну їжу (максимальна швидкість росту). Досягнувши певного розміру, бактерія починає ділитися, причому процес розмноження протікає з постійною швидкістю, тому що запасів їжі поки достатньо. В результаті збільшилася швидкості росту і розмноження відбувається накопичення в середовищі відходів життєдіяльності (токсинів). До кінця фази швидкість росту починає зменшуватися.
- Третя фаза характеризується стаціонарним зростанням, т. Е. Кількість «новонароджених» клітин збігається з числом відмерлих. Крива зростання і розмноження на цьому відрізку більше не піднімається. Швидкість зростання сповільнюється. Якийсь час загальна чисельність бактерій в живильному середовищі залишається незмінною. Однак за рахунок появи нових «членів сім'ї» запаси поживних речовин зменшуються, а токсичність середовища збільшується. Цей процес погіршує умови життя всієї колонії.
- Четверта фаза - відмирання мікроорганізмів - виникає в результаті катастрофічного зменшення їжі і збільшення токсичності середовища. Кількість живих організмів неухильно зменшується, в кінці кінців, життєздатних клітин стає менше, ніж їх відмерлих побратимів.
Швидкість кінетичного зростання бактеріальної колонії багато в чому залежить від виду бактерій, складу поживних середовищ, кількості посіяних (внесених в середу) клітин, віку культури, способу дихання і ще ряду чинників. Наприклад, для розмноження молочнокислих бактерій важлива підтримка температур в досить вузькому діапазоні (25-30⁰С) і певний рівень кислотності середовища (рН). Для розмноження аеробних і анаеробних клітин вирішальним фактором стає наявність або відсутність кисню для дихання, а спороутворюючих клітинам необхідна достатня кількість їжі.
Умови вирощування мікробів в штучних середовищах
Для вивчення (медицина, мікробіологія) і використання (промисловість) вирощують бактеріальні культури на штучних поживних середовищах, які поділяються за консистенцією, походженням і призначенням:
- рідкі, напіврідкі і щільні (тверді) штучні середовища;
- середовища тваринного, рослинного походження або синтетичні (хімічно чисті сполуки в строго певній концентрації);
- звичайні (універсальні), диференціальні (розрізняються за видами бактерій), спеціальні, виборчі або середовища збагачення (пригнічують ріст небажаних мікробів).
Існують бактерії, яким потрібні особливі умови. Наприклад, анаеробні мікроорганізми (як спороутворюючі, так і не спороутворюючі) культивують в анаеробних умовах (без кисню). Для аеробних клітин вирішальним фактором розмноження стає кисень. Факультативні анаероби здатні змінювати спосіб дихання в залежності від умов. Спороутворюючі аеробні організми, що використовуються для отримання прибутків, дуже чутливі до зменшення харчування і його якості. Спороутворюючі анаероби вимагають повної відсутності кисню. Основний принцип культивування мікроорганізмів - створення сприятливих умов (харчування, дихання, температура), що іноді представляє певні труднощі.
Так, для вирощування анаеробів застосовують метод глибокого посіву, т. Е. Культуру бактерій вносять в глибину щільного поживного середовища, додають в атмосферу зростання хімічні речовини, які поглинають кисень, або відкачують повітря, заміщаючи його інертним газом. У випадку зі спороутворюючими бактеріями використовують внесення в живильне середовище інгібітора білкового синтезу, тим самим зупиняючи процес спороутворення.
культивування мікроорганізмів
Під культивуванням розуміють штучне вирощування клітин в контрольованих умовах. Кінцева мета - отримання біопрепарату з бактерій або за допомогою бактерій. Такі препарати можуть бути лікувальними, діагностичними, профілактичними. Існує кілька методів культивування:
- Стаціонарний спосіб характеризується постійністю середовища, будь-яке втручання в процес відсутній. Однак при такому методі культивування в рідких поживних середовищах анаероби дають незначний вихід.
- Метод глибинного культивування використовують в промисловості для вирощування бактеріальної біомаси. Для цієї мети застосовують спеціальні ємності. Факторами зростання є підтримання температури і подача в рідкі середовища поживних речовин. Крім того, при необхідності проводять перемішування або подачу кисню (для дихання аеробних бактерій).
- Метод проточних середовищ (промислове культивування) заснований на постійній підтримці культури в експонентної фазі росту. Це досягається безперервним внесенням поживних речовин і виведенням токсичних відходів життєдіяльності клітин. Така технологія дозволяє досягти максимального виходу різних біологічно активних речовин (антибіотичні препарати, вітаміни і т. Д.).
Одним з найважливіших промислових препаратів є культура молочнокислих бактерій, які використовуються для приготування молочної закваски, квашення капусти, силосування кормів, виробництва замінника плазми крові. Для отримання гарантованого кінцевого результату потрібно строго контролювати отримується якість молочнокислих бактерій.
Потрібні відповідна живильне середовище і препарат з чистою культурою молочнокислих бактерій. вирощеної в лабораторних умовах. Далі процес культивування залишають до моменту настання третьої фази (рівноваги), після чого можна приступати до збору «врожаю» молочнокислих бактерій.
Синдром надлишкового бактеріального росту
Не завжди зростання бактеріальних клітин приносить користь, надмірне збільшення популяцій бактерій в організмі людини може бути небезпечним для здоров'я. Порушення якісного і кількісного складу мікрофлори кишечника називають клінічним синдромом надлишкового росту бактерій. Медики стверджують, що використовувати для опису цього процесу термін «дисбактеріоз» не зовсім коректно. Справа в тому, що кількість корисних для організму анаеробних бактерій (біфідобактерії) дійсно зменшується, але число умовно-патогенних клітин (наприклад, аеробного кишкової палички) збільшується.
На різних ділянках шлунково-кишкового тракту мешкають різні бактерії. У тонкому кишечнику в міру просування поступово змінюється склад мікрофлори і кількість мікроорганізмів. Аеробні (ростуть в кисневому середовищі) види бактерій поступово поступаються місцем анаеробним (бескислородная середа). При клінічному синдромі надлишкового зростання бактеріальний спектр зміщується в бік грамнегативних (більшість патогенних), факультативно-аеробних і анаеробних організмів.
У міру наближення до товстій кишці збільшується кількість анаеробних бактерій (біфідобактерії і бактероїди). Основні представники анаеробної мікрофлори - біфідобактерії - відповідають за синтез білків, вітамінів групи В, різних кислот та інших необхідних для життя речовин. Аеробні мікроорганізми (кишкова паличка) виробляють цілий ряд вітамінів і кислот, що беруть участь в травленні і підтримують імунітет.
Молочнокислі бактерії - ще один представник кишкової мікрофлори. Вони відносяться до мікроаерофільних організмам, т. Е. Одним із чинників зростання і розмноження молочнокислих бактерій є кисень, але в дуже невеликих кількостях. Ці мікроорганізми відповідають за регулювання кислотності шлунково-кишкового тракту, завдяки чому гальмується ріст гнильних бактерій.
Кожен вид бактерій виконує свою, чітко визначену функцію. При синдромі надлишкового зростання фекальні мікрофлора, в нормальних умовах мешкає в товстому кишечнику (кишкова паличка або анаеробні клітини), потрапляє в тонку кишку. Змінюється кількісний і якісний склад бактеріальної мікрофлори, виконання деяких функцій сповільнюється або стає неможливим. З'являються умови для росту і розмноження патогенних бактерій.
Клінічні критерії захворювання
Критерієм розвитку синдрому надлишкового бактеріального росту можуть служити:
- порушення травлення, зниження імунітету, зміна кислотності шлунка;
- порушення цілісності кишкового тракту;
- наслідки оперативного втручання;
- захворювання шлунково-кишкового тракту;
- стреси;
- неконтрольований прийом антибіотичних препаратів.
Клінічні прояви синдрому надлишкового росту бактерій легко сплутати з іншими захворюваннями, найчастіше вони нашаровуються один на одного, повністю спотворюючи картину. Поставити діагноз в таких випадках можна тільки за допомогою спеціальних тестів, спрямованих на виявлення синдрому надлишкового росту, що визначають не тільки кількість, але і видову приналежність бактерій. Такий підхід дозволить підібрати необхідні медикаментозні препарати для корекції складу мікрофлори.
Клінічні симптоми захворювання:
- на ранній стадії хвороби з'являється діарея і метеоризм;
- здуття живота і спазматичні болі;
- стомлюваність, слабкість;
- швидке схуднення.
Для лікування синдрому надлишкового росту застосовують антибактеріальні препарати. Надалі для відновлення мікрофлори знадобляться пробіотичні і пребиотические препарати.
Велика розмаїтість бактеріальних клітин (автотрофи і гетеротрофи, аеробні та анаеробні, спороутворюючі та неспорообразующие і т. Д.) Диктує певні умови для їх розмноження. Основний принцип культивування в промислових масштабах - строгий контроль умов середовища і швидкості росту. У природі рідко існують ідеальні середовища для розвитку мікроорганізмів. В іншому випадку бактерії давно заполонили б весь доступний простір.
У Вашому організмі живуть паразити?
У повсякденному житті так легко "підчепити" паразитів, адже контакт з ними просто неминучий, особливо якщо ви часто користуєтеся громадським транспортом, відвідуєте людні місця, та й просто перебуваєте на вулиці.
Симптомами появи паразитів в організмі можуть бути:
- часті застуди, ОРЗ, хвороби горла, кашель;
- алергія, що не припиняється нежить, почервоніння очей;
- шкірна алергія, свербіж, екземи;
- бородавки і папіломи;
- головні болі, а також різні болі і спазми у внутрішніх органах.