Tema 4. Creterea i multiplicarea microorganisemlor procariote
Creterea Cretere, n sens biologic, reprezint mrirea coordonat,
ireversibil a dimensiunilor unui organism. Creterea este o consecin
a sintezei specifice, coordonate a compuilor celulari noi pe baza
substanelor nutritive din mediu. Sinteza constituenilor celulari
noi este coordonat genetic, dar n acelai timp depinde de
concentraia, tipul, accesibilitatea substanelor nutritive, precum i
sursei de energie. La organismele pluricelulare creterea reprezint
un rezultat al sporirii numrului de celule din care este format.
Pentru organismele monocelulare creterea prezint sporirea
dimensiunilor celulei, ca rezultat al sporirii tuturor elementelor
celulare (creterea masei bacteriene), precum i sporirea numrului
celulelor din cultur (creterea concentraie celulelor). Creterea
celulei bacteriilor are loc tridimensional, prin mrirea coordonat a
celor trei dimensiuni: lungimea, limea i grosimea. Deoarece
creterea biologic a celulei bacteriilor este urmat de diviziunea ei
sporirea numrului bacteriilor n cultur este rezultatul multiplicrii
(diviziunii) celulare. Multiplicarea celulelor procariote
Multiplicarea bacteriilor este o urmare a creterii dimensiunii
celulei. Creterea biologic a bacteriei nu este un proces infinit,
dar se ntrerupe la un anumit moment n care iniiaz diviziunea
celular. Mecanismul care determin finalizarea creterii i iniierea
diviziunii nu este stabilit. Multiplicarea celulei este precedat de
replicarea cromozomului i multiplicarea tuturor constituenilor
celulari care sunt determinai de informaia genetic a acestuia.
Diviziunea bacteriilor se realizeaz prin cteva mecanisme: diviziune
direct, simpl sau binar; nmugurire i ramificare; prin spori -
caracteristic doar actinomicetelor. Multiplicarea prin diviziune
direct Diviziunea direct este tipic bacteriilor care se afl n
condiii optime de dezvoltare. n urma acestui mod de diviziune
rezult dou celule noi care pot fi aproximativ egale izomorfe, sau
de dimensiuni diferite heteromorfe. Diviziunea are loc n
corespundere cu unul sau cteva plane de diviziune. Cocilor le este
caracteristic un plan de diviziune (monococii, diplococii i
streptococii), dou plane reciproc perpendiculare (tetracocii), trei
plane reciproc perpendiculare (sarcinele) i mai multe plane de
diviziune dispuse haotic (stafilococii). Bastonaele i bacteriile
spiralate se divid, de regul ntr-un singur plan, transversal, de
obicei perpendicular pe axa mare. Diviziunea binar la celulele
procariote se produce n trei etape succesive: diviziunea n dou pri
aproximativ egale a citoplasmei prin intermediul unui sept
membranar perpendicular sau paralel cu axul mare a celulei;
creterea peretelui celular prin invaginare n regiunea median a
septului transversal. La finele acestei etape septul transversal
este separat n dou foie de peretele celular, iar bacteriile formate
posed citoplasm, nucleoid i membran citoplasmatic proprie i perete
celular comun celulele se separ prin scindare peretelui celular
comun n dou pri egale. La unele bacterii peretele transversal nou
constituit nu este complet, iar septul membranar la finele
diviziunii nu se separ n dou pri formnd o plasmadesm, astfel nct
celulele nou formate rmn legate. Multiplicarea prin nmugurire i
ramificare Mugurii i ramificaiile se formeaz n urma apariiei unui
apendice (umflturi) terminale n afara celulei. Apendicele crete
devenind o celul ovoid care are un tub de conexiune cu celula mam.
La finele diviziunii n partea median a tubului apare un sept
transversal. Celulele generate prin nmugurire au tendina de a rmne
mpreun i de a forma colonii de celule care sunt unite prin
formaiuni tubulare. Multiplicarea prin spori a actinomicetelor La
anumite etape de dezvoltare la extremitile miceliului aerian are
loc sporogeneza prin fragmentare sau segmentare. n cazul
sporogenezei prin fragmentare, se produce concentrarea citoplasmei
sporofitului astfel nct apar formaiuni interne sferice care apoi
sunt mbrcte n membrane. Dup maturizare sporii sunt pui n libertate
n urma ruperii membranei sporofitului. Sporogeneza prin segmentare
are loc prin apariia septelor transversale la extremitile hifelor
aeriene. Celulele nou formate se transform n spori. Dinamica
creterii numerice a procariotelor n culturi statice Dinamica
acumulrii bacteriilor poate fi cu precizie stabilit pentru
populaiile aflate n condiii stabile de laborator. Astfel de
informaie este necesar pentru realizarea obiectivelor de cercetare
a bacteriilor. n condiii de labortor culturile bacteriene pot fi de
dou tipuri: statice (discontiui) care prezint sisteme de tip nchis:
culturi care prezint un volum limitat de mediu, care nu primesc i
nu cedeaz materie i energie mediului extern. continui (de tip
deschis): culturi care cedeaz mediului extern i adiioneaz din
mediul extern materie i energie. Acumularea bacteriilor n culturi
satice are loc n cteva faze succesive: I. Faza de laten (eng. lag,
a ntrzia, a rmne n urm) Aceast faz ncepe n momentul introducerii
bacteriilor n mediul de cultur (nsmnrii) i momentul iniierii
multiplicrii lor. Pe parcursul acestei faze numrul bacteriilor rmne
constant sau scade din cauza incapabilitii unor bacterii de a
suporta condiiile noi ale mediului. n aceast perioad au loc procese
de adaptarea la condiiile noi ale mediului. Durata fazei de lag
este diferit i depinde de originea i starea fiziologic a
bacteriilor nsmnate care pot fi colectate din:
culturi vechi cu insuficien enzimatic; culturi tinere, n curs de
multiplicare, din medii similare celor n care au fost nsmnate;
culturi tinere, n curs de multiplicare dar din medii diferite de
cele n care au fost nsmnate. n cursul acestei faze bacteriile sunt
active din punct de vedere matabolic, cresc n dimensiuni, i
utilizeaz toate substanele nutritive de rezerv din citoplasm. II.
Faza iniierii i accelerrii ritmului de cretere n aceast faz ncepe
multiplicarea bacteriilor cu scurtarea progresiv a timpului de
generaie pn la atingerea unei valori constante tipice fazei
ulterioare. III. Faza de multiplicare exponenial sau de cretere
logaritmic Evoluia culturii bacteriene n aceast etap de cretere se
produce n progresie geometric (se multiplic printr-un factor
constant la fiecare unitate de timp). n aceast perioad celulele
bacteriene au dimensiuni mai mari comparativ cu cele obinuite, cu
forme constante caracteristice speciei, citoplasma omogen intens
bazofil cu un coninut sporit de ARN i cu 2-4 molecule de ADN,
lipsit de substane de rezerv. Astfel de celule sunt cele mai
potrivite pentru studierea morfologiei, proprietilor fiziologice i
biochimice. Evoluia acestei faze are loc pn n momentul cnd unul din
componenii nutritivi eseniali ai mediului sunt consumai sau/i n
mediu de cultivare se acumuleaz unul sau civa catabolii cu efect
toxic asupra culturii. Indicii fazei exponeniale sunt timpul de
generaie i rata de cretere. Ei pot fi stabilii cunoscnd
concentraiile bacteriene n diferite momente. Timpul de generaie g
este timpul de dublare a numrului de cellule n cultur. Rata de
cretere r este numrul de generaii ntr-o anumit unitate de timp i
preznt o mrime invers timpului de generaie. Timpul de generaie a
unei populaii de bacterii n condiii optime de cultivare este
determinat genetic, deci are caracter specific. De exemplu pentru
Bacilllus megatherium este 9 min, pentru E.coli de 20 min, iar
pentru Mycobacterium tuberculosis de 27 ore. Rata de cretere a unei
populaii de bacterii variaz n funcie de condiiile de mediu. IV.
Faza de ncetenire a creterii (faza creterii negative) Factorul
limitativ al mediului, (nutritiv sau/i cel cu efect toxic) determin
reducerea vitezei de multiplicare a bacteriilor i a ratei de
cretere. Apar celule moarte. V. Faza staionar Rata de cretere
numeric a bacteriilor devine nul. Numrul bacteriilor vii este
stabil, iar raportul dintre numrul de bacterii vii i numrul total
de bacterii depinde de semnificaia factorului limitativ pentru
aceast cultur: n faza staionar bacteriile au forma tipic speciei, n
citoplasma lor se acumuleaz substane de rezerv i ea capt un aspect
granular. VI. Faza de declin
Reducerea logaritmic a numrului de celule viabile din populaie
ca urmare a morii lor cauzat de lipsa nutrienilor i acumularea n
mediu a substanelor toxice. La aceast etap celulele prezint abateri
de la forma lor specific, n culturile populaiilor sporogene apar
sporii sau alte forme de supravieuire. Metodele de apreciere a
creterii bacteriilor Creterea bacteriilor este apreciat de doi
indici: creterea numeric a bacteriilor unei populaii i creterea
masei bacteriene. Aceast difereniere este determinat de faptul c
creterea numeric a unei culturi bacteriene statice nu ntotdeauna
este proporional cu creterea masei bacteriilor (dimensiunilor
celulare), iar dinamica creterii numerice a populaie depinde de
numrul bacteriilor viabile Determinarea creterii numerice a
bacteriilor Creterea numrului bacteriilor ntr-o populaie poate fi
determinat prin stabilirea numrului de celule din mediu raport la o
anumit unitatea a mediului (de regul bacterii/litru). Numrul sau
concentraia bacteriilor ntr-o unitate de volum poate fi determinat
prin numrarea lor direct n preparate microscopice cu ajutorul
camerelor de numrat Neibauri, Toma, PetrovHauzer. Sau cu ajutorul
contorului electronic Caunter. Deoarece culturile de bacterii, de
rnd cu celule vii, viabile conin i organisme moarte, au fost
elaborate un ir de metode de determinare a numrului de bacterii
viabile. Principiul acestor metode const n calcularea numrului de
colonii generate de o bacterie pe medii solide, iar deosebirea
const n tehnicile de nsmnare a bacteriilor. Determinarea masei
bacteriene (biomasei) Metodele de determinare a masei bacteriene
sunt clasificate n dou grupe: metode directe i indirecte: Metodele
directe se reduc la aprecierea masei celulelor bacteriene separate
de mediul de cultur prin centrifugare sau filtrare. Masa celular
poate fi cntrit nemijlocit dup separare n stare nativ sau dup
uscare pna la masa absolut uscat. Metodele indirecte constau n
aprecierea intensitii anumitor efecte metabolice ale creterii
bacteriilor: turbiditatea, cantitatea de CO2, O2 NH4, acizilor,
proteinelor, antibioticelor etc. Fiziologia creterii
microorganismelor procariote Procesul de cretere a microbilor este
determinat de trei factori fiziologici eseniali: prezena
membranelor biologice la suprafaa celulei, care prin proprietile
sale de permeabilitate selectiv menin n interiorul celulei o mare
concentraie de molecule absolut necesare procesului de biosintez i
permit transportarea substanelor nutritive n celul; sursa
energetic: solar sau chimic. prezena i activitatea enzimelor care
catalizeaz procesele de transformare a substanelor moleculare n
constitueni celulari noi; De rnd cu aceti factori, creterea
bacteriilor este controlat de condiiile mediului extern: regimul
termic, hidric, pH, presiunea osmotic etc. n practica cultivrii
microorganismelor creterea bacteriilor (numeric i a biomasei) are
ca suport anumite principii specifice bazate cerinele nutritive,
energetice, condiiile de respiraie etc.
Medii nutritive destinate cultivrii microorganismelor Fiecare
organism primete din mediul extern substane nutritive (substane i
elemente chimice) necesare pentru biosinteza celular i pentru
obinerea energiei. Microorganismele procariote care populeaz apele,
solurile, aerul, organismele animale i vegetale obin substanele i
elementele chimice din mediul nconjurtor. Procariotele cultivate n
condiii artificiale obin substanele nutritive din medii nutritive
sintetice elaborate de om. Creterea i dezvoltarea microrganismelor
este condiionat de mediile nutritive care prezint un amestec de
substane chimice diferite ca natur chimic, complexitate, provenien,
consisten care le asigur cu substane nutritive i energie
(microorganismele chimiotrofe). Primul mediu nutritiv utilizat n
scopul cultivrii microorganismelor a fost constituit din fragmente
de cartofi sterilizate propus de R.Koch n 1832. Ulterior savantul a
propus utilizarea mediilor solidificate cu gelatin. Fannie
Eilshemius Hesse n 1883 a folosit agarul ca solidificant a mediilor
nutritive. Complexitatea chimic a mediilor nutritive utilizate
pentru cultivarea microorganismelor depinde de capacitile de
biosintez a acestora, de setul lor enzimatic. De exemplu
microorganismele autotrofe necesit medii nutritive constituite din
substane anorganice simple (surse de C i N) din care pe ci
metabolice complicate i sintetizeaz de novo toi conctituienii
necesari. Din cauza diversitii foarte mari a capacitilor
biosintetice a microorganismelor nu exist medii nutritive care ar
satisface cerinele nutritive a tuturor microorganismelor.
Clasificarea mediilor nutritive Clasificarea mediilor nutritive
este efectuat n baza a mai multor criterii. n acelai timp nu putem
vorbi despre o clasificare absolut, suprapunerile fiind foarte
frecvente. Clasificarea mediilor nutritive dup provenien Medii
naturale care nu au o compoziie chimic definit. Medii artificiale
care au o compoziie chimic definit. Medii seminaturale sau
semiartificiale. Clasificarea mediilor nutritive dup scopul
utilizrii Medii uzuale utilizate pentru cultivarea unui mare numr
de microorganisme (bulionul, apa peptonat, gelatina) Medii speciale
utilizate n scopuri bine determinate care permit creterea
preferenial a anumitor specii de microorganisme, evidenierea
anumitor caractere particulare de metabolism. Mediile speciale sunt
clasificate n Medii selective care includ unul sau mai muli ageni
care inhib sau limiteaz (bacteriostatice) creterea i dezvoltarea
anumitor specii de microorganisme i creeaz condiii de dezvoltare
pentru alte specii. Astfel de inhibitori sunt: coloranii,
antibioticele, srurile biliare, srurile metalelor grele etc. Medii
de mbogire care nu conin substane bacteriostatice dar ofer prin
componena sa preferine de cretere pentru anumite specii de
microorganisme care au o viteza mare de dezvoltare comparativ cu
alte specii asociate lor. La prepararea acestor medii se ine cont
de particularitile
fiziologice ale microorganismelor a cror izolarea se urmrete:
temperatura optim de dezvoltare (probele pentru izolare sunt
tratate termic pentru obinerea formelor sporogene sau
termorezistente), pH mediului, tolerana la inhibitori, necesiti
nutritive etc. Medii elective nu conin inhibitori de cretere dar
prin componena sa satisfac necesitile minime ale unor specii date.
De exemplu un mediu lipsit de azot este electiv pentru dezvoltarea
azotfixatorilor. Medii de diagnostic diferenial sunt acele medii
care prin componena sa evideniaz anumite particulariti metabolice
ale microorganismelor care aparin aceleiai specii. Astfel speciile
hemolitice pot di deosebite de cele nehemolitice prin examinarea
coloniilor crescute pe medii gelozsnge. Mediile de meninere. Sunt
destinate pentru pstrarea culturilor de microorganisme. Ele trebuie
s asigure o bun viabilitate a celulelor pentru perioade mari de
timp. n funcie de prezena sau lipsa oxigenului molecular se disting
medii pentru aerobi i medii pentru anaerobi. Mediile pentru
anaerobi se caracterizeaz prin adugarea substanelor chimice cu
redox proprieti aa ca tioglicolat de sodiu, acid ascorbic,
cisteina, fragmente proaspete de organe vegetale sau animale.
Clasificarea mediilor nutritive dup consisten - solide - lichide -
semilichide - granulate Clasificarea mediilor nutritive dup natura
substanelor chimice - organice - minerale - organo-minerale
Cerinele naintate mediilor nutritive 1. S ofere gradul optim de
umiditate pentru microorganisme 2. S ofere substanele nutritive
speciale (sursa de N, C, sruri minerale, factorii de cretere) 3. S
asigure condiii optime de aeraie sau condiii de anaerobioz pentru
anaerobi. 4. S fie sterile 5. S fie limpezi pentru a permite
studierea proprietilor culturale ale microorganismelor.
Aciunea factorilor mediului extern asupra creterii i
multiplicrii microorganismelor Activitatea vital a microbilor este
dependent de factorii mediului extern. Influena factorilor mediului
extern asupra activitii biologice a bacteriilor poate avea efect:
stimulator: factorii mediului sunt la nivel optim n raport cu
necesitile speciei; bacteriostat: unul sau mai muli factori ai
mediului se afl la nivel minim n raport cu necesitile speciei sau
cnd factorii mediului frneaz procesele metabolice celulare;
bactericid: factorii mediului (de regul n concentraii sporite)
provoac moartea bacteriilor; mutagen: induc modificri n structura
genomului. Efectul provocat de factori mediului asupra microbilor
depinde n special de natura, intensitatea i durata aciunii lor,
precum i de particularitile biologice ale microbilor. Microbii sunt
cele mai rezistente organisme la aciunea nefavorabil a factorilor
mediului extern. Aceast rezisten poate fi explicat prin marea lor
capacitate de adaptare. Factorii mediului extern, ce au divers
aciune asupra activitii vitale a microbilor, convenional pot fi
categorizai n trei grupe: - fizici (temperatura, undele
elctromagnetice, presiunea osmotic, presiunea hisrostatic). -
chimici - biologici Aciunea factorilor fizici Temperatura
Temperatura are o aciune major asupra tuturor formelor vitale. n
funcie de intensitatea i timpul de expoziie temperatura poate
provoca efect stimulator temperatura de dezvoltare, efect nociv
temperaturile extreme. Temperatura de dezvoltare Temperatura de
dezvoltare este acea temperatur care asigur creterea unei populaii
bacteriene ca rezultat a desfurrii normale a proceselor metabolice.
Microbii, n funcie de limitele de variaie a temperaturii de
dezvoltare se clasific n: stenotermi: limite restrnse (35-40 oC);
euriterme: limite largi (6-50 oC). Temperatura de dezvoltare a
microbilor euritermi poate fi exprimat prin trei puncte de baz:
min, optim i max. Temperatura minim de dezvoltare - valoarea termic
minim la care microorganismele se mai multiplic nc. La aceste
temperaturi metabolismul celular decurge cu un ritm sczut, este
sczut de asemenea i ritmul diviziunii celulare. De exemplu timpul
ntre dou diviziuni la unele bacterii crete de la 15 min. la 6 ore.
Temperatura optim de dezvoltare temperatura la care viteza de
dezvoltare i multiplicare a microorganismelor este cea mai intens
(maximal). Temperatura maxim de dezvoltare - temperatura maximal la
care metabolismul i multiplicarea microbilor este posibil. Valoarea
temperaturii maxime de dezvoltare este limitat de termolabilitatea
proteinelor i acizilor nucleici i depete de regul cu 10-15 oC
temperatur optim de dezvoltare pentru microbii respectivi.
Pentru microbi sunt caracteristice diferite preferine termice
care reprezint rezultatul adaptrii lor la diferite condiii de mediu
prin mutaii i selecie sub aciunea factorilor mediului extern. n
corespundere cu limitele temperaturii de dezvoltare microbii sunt
clasificate n trei grupe: psihrofile, mezofile, termofile. Microbii
Psihrofili - (de la grec. psichros - frig), pentru reprezentanii
acestei grupe temperatura optimal de dezvoltare este 15-200C. La
ele se refer microorganismele ce populeaz bazinele reci, ale mrilor
i oceanelor de nord, de asemenea a lacurilor adnci. Creterea
acestor microorganisme este posibil n limitele de la punctul de
nghe a mediului pn la temperatura de aproximativ 300C. Psihrofilele
includ majoritatea bacteriilor luminiscente (genul Photobacterium).
Pe mediile nutritive culturile lor reflect lumina. Iluminarea este
alb, verzuie sau albstruie. La mezofili se refer microorganismele
ce au temperatura optim 28-370C. Aici se includ microorganismele
larg rspndite n natur saprofiii i bacteriile patogene. Termofilii
prezint o grup ecologic interesant. La ele se refer
microorganismele cu optimul de temperatur 50-600C. Ele snt larg
rspndite n natur se ntlnesc n sol, ap, torf sau bligar. Cea mai
mare intensitate de dezvoltare a lor se observ n locurile care se
supun mereu sau un timp ndelungat temperaturii nalte. Domiciliu
natural al termofililor snt rezervoarele fierbini. Snt cunoscute
microorganisme acido-butirice, celulozice, metanobacterii. n
rezervoarele termale din Camceatca, i Curile, cel mai des se
ntlnesc bacteriile genului Clostridium, din apele fierbini a
Siberiei se evideniaz bacteriile nesporulate. n ultimul timp au
fost evideniate un ir de microorganisme noi cu un optim nalt al
creterii 0 80-90 C. Ele snt incluse ntr-o grup aparte bacterii
extrem-termofile. Reprezentanii acestei grupe: Thermus aquatricus
nesporulat, bacil gram-negativ, evideniat de cercettorul american
Brocon n 1968 din mlul rezervoarelor fierbtoare din parcul naional
Ieloustonsc. Optimum de dezvoltare a acestei bacterii corespunde
temperaturii 70-800C. Temperatura maxim de dezvoltare ajunge la
930C. n anul 1970 bacterii asemntoare sau descoperit n rezervoarele
fierbini ale Japoniei.
Temperatura supraminimal Pentru majoritatea microorganismelor
este caracteristic de obicei rezistena nalt la temperaturi joase.
Unele specii pstreaz capacitatea vital la temperatura aerului
lichid 1400C (E. coli) , iar sporii la -2530C. La temperaturi joase
apare ncetinirea brusc a proceselor metabolice n celula microbian
(anabioza) i nceteaz procesul nmulirii. Numai n cazul formrii
cristalelor de ghea n interiorul celulei decurge deteriorarea i
ruperea structurilor celulare. Temperatura supramaximal Majoritatea
bacteriilor snt sensibile la temperaturile nalte. La temperatura de
56-600C muli microbi mor n timp de 30 sec. Printr-o rezisten vdit
la temperatur se caracterizeaz sporii, ei pstreaz activitatea vital
chiar dup fierbere timp de cteva ore. Pentru distrugerea sporilor
de obicei se folosesc temperaturi nalte 160 1700C. Pentru
distrugerea sporilor se utilizeaz de obicei temperaturi nalte.
Aciunea distrugtoare a temperaturilor nalte se utilizeaz n practica
microbiologic pentru sterilizarea veselei de laborator, mediilor
nutritive i a altor materiale.
Punctul termic mortal temperatura la care sunt omorte n 10
minute toate celulale unei specii date. El este determinat expunnd
bacteriile la diferite temperaturi (de exemplu 50, 60, 70 oC ) timp
de 10 minute. Timpul termic mortal durata de timp necesar pentru a
omor toate celulele unei specii la o temperatur dat. El este
determinat prin expunerea bacteriilor la diferite durate de timp la
o anumit temperatur.
Radiaiile Radiaiile sau undele electromagnetice sunt clasificate
n funcie de lungimea de und n cteva categorii: heriene, infraroii,
vizibile, ultraviolete, radiaii X i . Efectul biologic a undelor
electromagnetice depinde de: - lungimea lor de und - doza de
iradiere - capacitatea de absorbie a materialului biologic.
Radiaiile heriene i cele infraroii cu lungime de und mare (=12000
A) au un coninut energetic mic din care cauz nu modific structura
chimic a substanelor care le absorb. Energia absorbit de la aceste
unde este convertit n cldur. Lumina vizibil (radiaiile luminoase)
cu lungimea de und 400 740 nm reprezint surs de energie pentru
microoganismele fototrofe: cianobacterii, bacteriile verzi i
purpurii (bacteriile purpurii pot utiliza i radiaiile infraroii).
Cianobacteriile i bacteriile purpurii i verzi realizeaz
fotosinteza. Radiaiile ultraviolete au lungimea de und 400 290 nm.
Efectul cauzat de aceste radiaii depinde lungimea de und,
intensitate i timp de expoziie. Undele ultraviolete cu lungimea 400
320 nm n doze mici provoac modificri morfologice, reinerea creterii
i dezvoltrii culturilor de microorganisme. Expunerea culturilor de
celule la intensiti mai mari a acestui spectru ultraviolet are ca
urmare reinerea creterii din cauza mririi perioadei lag-feza, din
cauza reducerii ratei de diviziune a celulei, de asemenea are lor
frnarea induciei enzimelor. Dozele maxime de unde cu lungimea 400
320 nm. are efect mutagen i letal. Astfel de aciune depinde n mare
msur de nivelul oxigenului molecular n mediul de cultur
microorganismelor. Radiaiile corpusculare razele i , protonii i
deutronii, radiaiile electromagnetice i X au efecte letale asupra
microorganismelor. Aceste radiaii bombardeaz celulele lovind atomii
din moleculele lor i astfel smulgnd electronii de pe orbitele
respective. n consecin are loc ionizarea i distrugerea moleculelor
semnificative pentru celul. Ionizarea duce la dereglarea proceselor
de sintez i proceselor de diviziune celular.
Presiunea osmotic n condiii normale celula bacterian se afl n
stare de turgiscen. Presiunea osmotic intracelular este neesenial
mai mare comparativ cu presiunea mediului extern. Aceast
inegalitatea
este determinat de o concentraie mai mare de substane chimice i
este meninut de permeabilitatea selectiv a membranei
citoplasmatice. Dezvoltarea celulelor procariote decurge de regul n
medii cu presiunea osmotic aproximativ egal cu presiunea osmotic a
citoplasmei. Astfel de medii sunt numite izotonice. Bacteriile
fiind protejate de peretele celular elastic i rezistent au o
sensibilitate redus al modificarea presiunii osmotice a mediului
extern. n cazul cnd au loc abateri lente de la izotonie a soluiilor
n care se afl bacteriile, membrana lor citoplasmatic reuete s se
adapteze la noile condiii. Dac, ns modificrile presiunii osmotice a
soluiilor survin brusc, are loc distrugerea mecanic a peretelui
celular i ca urmare celula este expus la condiii nefavorabile. n
medii hipertonice cum sun soluiile saline concentrate celulele
procariote sufer fenomenul plasmolizei. Apa prsete celula trecnd n
mediul extern. Celula se micoreaz n dimensiuni, citoplasma se
detaeaz de le membrana citoplasmatic. n medii hipotonice de exemplu
n ap distilat are loc fenomenul de deplasmoliz: apa ptrunde n
interiorul celulei, turgiscena celulei crete pn n momentul cn
elastiictatea i rigiditatea peretelui celular nu mai ace fa i ca
urmare peretele plesnete. Membrana citoplasmatice de asemenea se
distruge i coninutul celular se revars n mediul extern. Mediile
izotonice sunt preferate de majoritatea microorganismelor
procariote cu excepia procariotelor osmofile care se pot dezvolta
doar n medii hipertonice. Procariotele osmofile sunt clasificate n
halofile, cele care prefer medii cu salinitate mare i zaharofile
care prefer medii cu concentraii mari de zahr. Presiunea
hidrostatic Majoritatea celulele procariote acomodate la presiunea
atmosferic normal au o sensibilitatea slab la variaiile presiunii
hidrostatice. Rezistena la acest factor fizic depinde de habitatul
natural al microorganismelor i de capacitatea lor de a forma spori.
Printre microorganismele procariote marine izolate de la mari
adncimi cu ajutorul sondelor au fost identificate bacterii
barotolerante care pot fi cultivate att la presiunea normal,
atmosferic, ct i la presiuni mari, 500 600 atm. Bacteriile care
populeaz mrile la adncimi de 3000 6000 m unde presiunea hidrostatic
atinge 300 600 atm sunt numite barofile. Organismele procariote
care se dezvolt la presiuni ce depesc valoarea de 600 atm. formeaz
grupul barofililor extremali. Aciunea ultrasunetului Vibraiile
sonore cu lungime de und mare care nu sunt percepute de urechea
omului (infrasunetele) i cele percepute de urechea omului nu
influeneaz asupra creterii i dezvoltrii microorganismelor
procariote. Vibraiile ultrasonore i cele supersonice cu lungime de
und mic provoac moartea microorganismelor prin dezintegrarea
membranei citoplasmatice i a peretelui celular. n consecin
coninutul celulei se revars n mediul extern.
Mecanismul aciunii acestor unde const n faptul c la trecerea lor
pin mediul lichid de suspensie a celulelor se formeaz bule mici de
gaz care bombardeaz nveliurile celulare. Acest fenomen poart numele
de cavitaie. Factorii chimici Microorganismele se dezvolt n medii
constituite din substane chimice care exercit influen direct sau
indirect asupra lor. Substanele chimice cauzeaz trei tipuri de
efecte biologice: - favorizeaz dezvoltarea i multiplicarea
celulelor - efect chimotaxie - blocheaz reversibil procesele de
dezvoltare i multiplicare, efect microbiostatic - blocheaz
ireversibil procesele de dezvoltare i multiplicare efect microbicid
Aciunea substanelor chimice asupra microorganismelor este diferit i
este condiionat de: - natura substanei chimice (organic sau
anorganic) - concentraia substanelor chimice - timpul de aciune a
substanelor chimice - condiiile mediului extern ( n special
temperatura) - particularitile fiziologice ale celulelor
microbiene( de exemplu sporul este inaccesibil pentru majoritatea
substanelor chimice) De exemplu: H2S este toxic pentru majoritatea
microorganismelor aerobe, iar pentru sulfobacterii este o substan
absolut necesar ca donor de protoni (sulfobacterii purpurii) sau ca
surs energetic (sulfobacterii chimiotrofe). Una i aceeai substan
chimic poate aciona n mod diametral opus n funcie de concentraia
ei. De exemplu zaharoza n concentraie de 1% este necesar ca surs de
carbon i energie, iar n concentraie de 40% reprezint agent
bacteriostatic. Substanele chimice care favorizeaz creterea i
dezvoltarea microorganismelor Substanele chimice de natur organic
sau mineral constituie componentele mediilor nutritive. Ele sunt
incluse n metabolismul microorganismelor, avnd rol de substane
nutritive, factori de cretere, sau meninnd potenialul
electro-chimic al mediului. Dinamica dezvoltrii unei populaii de
bacterii sub influenta diferitor concentraii a uneia din substanele
favorabile poate fi reprezentat grafic: printr-o curba sinusoidal.
Pe aceast curb pot fi evideniate trei zone de concentraii. - zona
concentraiilor minime care limiteaz creterea i dezvoltarea
microorganismelor - zona concentraiilor optime - zona
concentraiilor limite maximale care inhib dezvoltarea populaiei n
prezena concentraiilor minime a substanelor chimice, care formeaz
mediu nutritiv, dinamica creterii culturii microorganismelor este
slab. Odat cu creterea concentraiilor substanelor chimice din mediu
are loc i intensificarea acumulrii biomasei microorgnismelor.
Ritmul de cretere a microorganismelor atinge un anumit nivel dup
care se oprete devenind constant indiferent de faptul ca creterea
concentraiei substanelor chimice din mediu continu. Aceast stare
dureaz pn cnd concentraia substanelor din mediu atinge valori la
limita tolerrii pentru cultura dat. Odat cu depirea acestei limite
populaia de microorganisme ncepe s pear.
Chimiotaxia Unele substane chimice determin fenomenul de
chimiotaxie sau chimiotropism. Microorganismele procariote mobile
se pot deplasa de la anumite substane chimice chimiotropism negativ
sau spre substanele chimice chimiotropism pozitiv. Substanele au
actiunea microbiostatic (bacteriostatic) i microbicid (bactericid)
Clasificarea substanelor chimice n bacteriostate i bactericide este
convenional, deoarece o substan care este bacteriostat n
concentraii mici, sau cind aciunea ei este de scurt durat poate fi
bactericid n concentraii mai mari, sau cnd aciunea ei este de lung
durat. Caracteristica oricrei substane chimice ca bacteriostat sau
bactericid este posibil daca sunt luate n consideraie trei
criterii: - concentraia la care se manifest un anumit efect -
viteza de aciune a substanei date - timpul de aciune n mod general
o substan poate fi definit ca bacteriostat, dac efectul ei
microbiostatic se manifest i la concentraii relativ mari de substan
activ, iar viteza de omorre a celulelor este foarte mic, astfel nct
cel puin unele celule i pastreaz viabilitatea timp ndelungat. O
substan poate fi definit ca bactericid dac efectul microbiostatic
se manifest i la concentraii foarte mici de substan activ, iar
moartea celulelor are loc cu o vitez foarte mare. De rnd cu
termenii bacteriostatic i bactericid, n practic pentru denumirea
substanelor chimice cu aciune antimicrobian se folosesc i termenii
antiseptice i dezinfectante. Antiseptice sunt substanele care,
fiind aplicate pe esuturile vii mpedic activitatea i multiplicarea
microorganismelor existente pe ele (efect microbiostatic).
Dezinfectante sunt substanele care manifest effect bactericid
asupra microorganismelor n afara organismului. Aciunea substanelor
dezinfectante asupra microorganismelor este treptat, numrul
bacteriilor viabile scade treptat. Timpul de aciune a acestor
substane depinde de numrul iniial al microorganismelor pe care le
conine obiectul supus sterilizrii, faza de cretere a bacteriilor,
prezena sau absena sporilor. Efectele antimicrobiene ale
dezinfectanilor scade n prezena unor substane organice, mediului
alcalin i a temperaturilor sczute. Mecanismul aciunii substanelor
antimicrobiene Efectele nocive ale unor substane chimice asupra
microorganismelor au loc prin: - modificarea permeabilitii la
nivelul membranei citoplasmatice i a peretelui celular (fenolii,
spunurile, detergenii) - denaturarea compuilor de natur proteic
(acizi, alcaliilor, alcoolii, acetona, solveni organici) - blocarea
grupelor funcionale active ale enzimelor (fenolul, srurile,
metalele grele, substane oxidante, detergeni) - inhibarea reaciilor
de biosintez (sulfamide) Adaptrile structurale ale bacteriilor la
condiiile nefavorabile ale mediului
Marea majoritate a bacteriilor pot suporta un timp ndelungat
condiiile nefavorabile ale mediului (lipsa substratului nutritiv,
uscciunea, etc.), prin modificri structurale: chimice sau
anatomice. Modificrile adaptive ale structurii chimice bacteriene
sunt procesele de nchidere a cilor metabolice i procesele de
biosintez a proteinelor noi cu rol de protecie n condiii
nefavorabile. Modificrile structurale anatomice constau n geneza
structurilor inactive, dorminde: endospori, exospori, citi care pot
exista un timp ndelungat n condiii nefavorabile. De regul toate
celulele sporogene sunt Gram-pozitive, fapt ce ar putea determina
funcia peretelui celular n procesul de sporogenez. n funcie de
modul de formare, structur i rezisten, sporii bacterieni formeaz
patru categorii: 1. Sporul propriu-zis sau endosporul forma cea mai
caracteristic pentru bacterii o formaie intracelular dotat, cu mare
rezisten la condiiile nefavorabile. 2. Artrosporul se formeaz la
bacterii prin fragmentarea unor cellule vegetative, care devin din
ce n ce mai mari. El are o form neregulat i o rezisten intermediar
ntre cea a formei vegetative if endoscopul. 3. Microcistul
(Chlamidosporiu), descrie la Azotobacter chroococcum, este o form
de existen care provine din transformarea unei cellule vegetative,
n ntregul ei, prin ngrarea pereilor if acumularea de material de
rezerv. El are o rezisten mai mic ca cea a endoscopului. 4. Gonidia
(gonidie-smn) este o structur deschis la bacteria Leptothrix
ochracea la care, apare, endocelular prin contracie, condensarea i
fragmentarea protoplasmei unei celule vegetative numite gonidangiu.
n interoorul unei cellule pot aprea mai multe gonide, care se
elibereaz n mediu, dup ruperea peretelui gonidiangiului. Principala
lor funcie privete capacitate de reproducere. Gonidiile nu au
rezisten caracteristic sporilor if semnificarea lor este nc
discutat. Sporogeneza Sporogeneza dureaza in mediu 15 ore si
initiaza in momentul cind mediul nutritive, precum si conditiile de
crestere devin dificiente, si decurge in sapte etape definite,
successive. Initial are loc replicarea cromozomului, apoi urmeaza
formarea compartimentului sporal in interiorul celulei materne,
etepa care este urmata inevitabil de geneza sporului. Etapele
ulterioare se caracterizeaza prin formarea invelisurilor sporului.
In acaste procese participa active atit sporul cit si celula
materna. La etapele finale sporul pierde apa si are loc sinteza
dipicolinatului de calciu.
1. replicare AND-ului, formare a doi nucleoizi; 2. aparitia
septului membranar la una din extremitatile celulei; 3. septul
concreste si astfel nucleoidul sporal este inconjurat de membrana
citoplasmatica.Initiaza formarea prosporului. 4. este sintetizata
cea de-a doua membrane citoplasmatica si se costituie prosporul.Al
doilea nucleoid se dezintegreaza. 5. formarea prosporului:AND-ul
nou format este inconjurat de a doua membrane citoplasmatica,
enzimele membranelor prosporale catalizeaza sinteza stratului
peptidoglican, care ocupa spatial dintre aceste membrane; 6.
maturizarea sporului: in interiorul prosporului se produce sinteza
dipicolinatului de calciu, are loc constituirea cortexului format
din cele doua membrane citoplasmatice si stratul peptidoglican
sintetizat de ele. 7. sinteza stratului membranar din invelisul
sporului. 8. degradare restului celulei. Germinarea sporilor Sporii
o perioada indelungata de timp se pot gasi in stare de repaus, dar
nimerind in conditii favorabile de dezvoltare (umeditate
satisfacatoare, prezenta substantelor nutritive), are loc
germinarea lor: ivelisurile sporale sunt dezintegrate enzymatic,
continutul de apa libera in spor creste.In spor icepe o accelerare
vadita a proceselor enzimatice biochimice.Germinarea sporilor
finalizeaza cu formarea unor fisuri in membrane si aparitia
mugurelui ce se alungeste in forma de bastonas. Mugurile sporului
poate aparea polar, subterminal, echilateral. Procesul de germinare
a sporului are loc mai repede comparative cu sporogeneza si dureaza
cca 4-5 ore.