Bactérias: Crescimento e Ciclo Celular de Bactérias
Leia este artigo para aprender sobre o crescimento e o ciclo celular de uma bactéria!
Crescimento de bactérias:
Quando uma célula procariota é inoculada em meio (colocado em ou dentro), contendo todos os ingredientes essenciais para o crescimento, a célula irá: acumular nutrientes; sintetizar novos constituintes celulares; crescer em tamanho; replicar seu material genético; estabelecer nova parede celular; e, eventualmente, dividir em dois.
Consequentemente, uma célula torna-se duas e, depois de outro período, elas se dividem em quatro. Esse tipo de divisão celular é chamado de fissão binária e esse tipo de crescimento duplicado é chamado de crescimento exponencial.
Uma população de procariontes crescendo, dessa forma, dobrará em número durante um período de tempo específico chamado de geração ou tempo de duplicação.
Tempo de geração (g) = tempo (t) / número de gerações (n)
O número de gerações pode ser calculado, se o número original (N 0 ) e final (N) das células for conhecido, usando a fórmula n = 3.3 (log N - log N 0 )
A taxa na qual uma população cresce (o número de gerações por unidade de tempo) é expressa como média, ou constante de taxa de crescimento específica, e isso é medido usando a seguinte equação:
Taxa média de crescimento (μ) = 0, 69 / g
Dessa fórmula, pode-se observar que à medida que a taxa de crescimento específica aumenta, o tempo de geração diminui.
A taxa de crescimento e divisão das bactérias depende da natureza do micróbio, dos ingredientes do meio em que é cultivado e das condições ambientais. Por exemplo, a E. coli, quando crescida em meio rico, com bastante arejamento a 37 ° C é capaz de se dividir a cada 20 min.
Esta taxa de célula, divisão diminui se os procariontes são colocados em um meio mínimo onde eles são obrigados a sintetizar precursores macromoleculares essenciais, como aminoácidos e bases. Em contraste, o Mycobacterium tuberculosis tem um tempo máximo de duplicação de cerca de 18 he demorará muito mais tempo do que E. coli, por exemplo, para formar colônias em uma placa de ágar.
Ciclo Celular Bacteriano:
A seqüência de eventos que se estende desde a formação de uma nova célula até a próxima divisão é chamada de ciclo celular. Neste ciclo, uma célula de E. coli crescerá em comprimento, com pouca mudança de diâmetro, até atingir um tamanho crítico, duas vezes o comprimento de uma célula unitária.
A divisão celular é iniciada: um anel contrátil é formado no meio da célula, proteínas de septação sintetizam nova parede celular e duas novas células são formadas, cada uma contendo pelo menos uma cópia do DNA bacteriano. Consequentemente, durante esse tempo, uma cópia do cromossomo deve ser sintetizada e os dois cromossomos segregados nas duas células progênicas.
A replicação do DNA ocorre durante a fase C (replicação do cromossomo) e a segregação do cromossomo ocorre na fase G (gap), que pode ser de comprimento variável. O mecanismo pelo qual os cromossomos segregam ainda não está claro. Finalmente, através da parede (septo) é colocado entre os dois cromossomos e a célula se divide em dois (fase D). A divisão celular e a replicação do DNA precisam ser coordenadas.
O início da replicação do DNA na origem (oriC), uma sequência rica em adenina e timina, depende da célula atingir uma massa crítica (massa de iniciação) e requer vários fatores de iniciação da proteína.
A segregação e a divisão do DNA, no entanto, são controladas pelo comprimento da célula que deve atingir um determinado limiar antes que os cromossomos sejam divididos e a divisão celular iniciada. Uma multiplicidade de fatores celulares e ambientais controlam o processo.
Crescimento rápido:
Quando as condições de crescimento são favoráveis, a E. coli pode crescer com um tempo de geração de aproximadamente 20 min. No entanto, o tempo necessário para sintetizar uma cópia completa do cromossomo de E. coli é de 40 min, sob condições ótimas, e a segregação do DNA e da divisão leva outros 20 min.
Assim, o menor ciclo celular e, portanto, o tempo de geração para E. coli deve ser de 60 min. Este não é obviamente o caso. Para que as células se dividam mais rapidamente do que a cada 60 min, a replicação do DNA deve começar em um ciclo e terminar em outro
Quando as células estão crescendo rapidamente (tempo de geração <60 min), o início da replicação ocorre, normalmente, produzindo dois garfos de replicação que se movem bidirecionalmente ao redor do cromossomo até o ponto de terminação.
No entanto, as origens dessas novas cadeias então iniciam novos ciclos de replicação antes que a rodada anterior de replicação de DNA tenha terminado. Assim, quando ocorre a divisão celular, o DNA nas células filhas já está se replicando. Quanto mais rápida a taxa de crescimento celular, mais os garfos de replicação são formados de tal forma que o DNA em novas células pode ter vários garfos de replicação.
Crescimento na Cultura de Lote:
A melhor maneira de produzir um grande número de micróbios é cultivá-los em um meio líquido, a técnica que usamos é chamada de cultura de lote na qual as células são inoculadas em frascos de um meio adequado e cultivadas em temperatura e grau de aeração apropriados. Os procariotas cultivados desta forma mostram um padrão particular de crescimento referido como a curva de crescimento bacteriano.
O número de células bacterianas viáveis é medido ao longo do tempo e é representado graficamente como um gráfico do log 10 de números de células viáveis em função do tempo. Isso é chamado de plotagem semi-logarítmica. Uma escala logarítmica é usada para traçar o crescimento de procariotas devido ao grande número de células produzidas e para revelar a natureza exponencial do crescimento microbiano.
Se uma escala aritmética é usada para traçar o aumento no número de células, uma curva de gradiente crescente seria vista. Isso é convertido em uma linha reta quando uma escala logarítmica é usada. O tempo de geração do procariota pode ser lido diretamente do gráfico. A curva de crescimento procariota revela quatro fases de crescimento.
Eu. Fase de atraso:
Quando as bactérias são inoculadas em um meio, há um período em que não ocorre crescimento. Durante esta fase, as células estão se adaptando ao novo ambiente, sintetizando novas enzimas conforme necessário e aumentando o tamanho das células prontas para a divisão celular.
A duração deste tempo depende da natureza do inóculo. Se isso vier de uma cultura nova no mesmo meio, a fase de retardo será curta, mas se o inóculo for antigo ou o meio tiver sido alterado (especialmente bactérias em movimento de um meio rico para um pobre) a fase de retardo será mais longa .
ii. Fase exponencial (logarítmica):
Uma vez que os procariontes começam a se dividir, os números aumentam a uma taxa constante que reflete o tempo de geração (duplicação) do procarioto. Isso é visto como uma linha reta nessa parte do gráfico.
iii. Fase estacionária:
À medida que os procariontes aumentam em número, eles usam todos os nutrientes disponíveis e acumulam inibidores de crescimento. Eventualmente, chega-se a um ponto em que não há aumento líquido no número de células, visto como um achatamento da curva de crescimento. Durante este estado de equilíbrio, as células ainda estão funcionando. Existe alguma morte celular que é equilibrada por algumas pequenas quantidades de divisão celular controlada.
iv. Fase de morte:
Depois de um tempo, a taxa de morte celular torna-se maior que a divisão celular e o número de células viáveis diminui. As células lisam e a cultura fica menos turva.
Lock et al. (1965) propôs diferentes terminologias para estes estágios de crescimento. Eles usaram 'tropofase' para a fase de log e 'idiofase' para a fase estacionária da cultura de lote. Esta curva de crescimento típica é conhecida como "curva de crescimento sigmóide".
