نمو البكتيريا وحركية النمو
يشير نمو البكتيريا إلى زيادة عدد الخلايا في مجتمع بكتيري، وعادة ما يكون ذلك عن طريق الانشطار الثنائي، وحركية النمو هي الوصف الكمي لمدى سرعة حدوث هذه الزيادة وما الذي يحد منها. في المزرعة المغلقة (الدفعة)، يتبع النمو منحنى مميزًا يتضمن مراحل التباطؤ، والنمو الأسي، والمرحلة الثابتة، ومرحلة الموت، بينما تتميز المرحلة الأسية بمعدل نمو ثابت ووقت تضاعف (جيل).
Definition
نمو البكتيريا هو الزيادة المنظمة في عدد الخلايا البكتيرية في مجتمع بكتيري بمرور الوقت، وعادة ما يكون ذلك من خلال الانشطار الثنائي؛ وتصف حركية النمو هذه الزيادة كميًا، بما في ذلك معدل النمو، ووقت التضاعف، واعتماد النمو على تركيز الركيزة.
Scope
يغطي هذا الموضوع كيفية نمو التجمعات البكتيرية، ومراحل منحنى نمو الدفعة، ورياضيات النمو الأسي ووقت الجيل، وكيف يعتمد معدل النمو على إمدادات المغذيات. يتناول النمو على مستوى التجمعات كموضوع مرجعي في علم الأحياء الدقيقة، وليس كنصيحة سريرية حول العدوى.
Core questions
- ما هي مراحل منحنى نمو البكتيريا في المزرعة الدفعية؟
- كيف يتم تعريف وقياس معدل النمو الأسي ووقت التضاعف؟
- كيف يعتمد معدل النمو على تركيز المغذيات المحددة؟
- ما الذي يسبب الانتقال من النمو الأسي إلى المرحلة الثابتة؟
Key concepts
- الانشطار الثنائي
- مراحل التباطؤ، والنمو الأسي (اللوغاريتمي)، والمرحلة الثابتة، ومرحلة الموت
- معدل النمو النوعي ووقت التضاعف (الجيل)
- المغذيات المحددة وتشبع الركيزة
- الزراعة الدفعية مقابل الزراعة المستمرة (الكيموستات)
- الاستجابة الصارمة والتحكم في معدل النمو
Key theories
- حركية نمو مونود
- وصف مونود كيف يزداد معدل النمو النوعي لمزرعة بكتيرية مع تركيز ركيزة محددة، مقتربًا من الحد الأقصى عند التشبع، مما يوفر قانونًا كميًا يربط توافر المغذيات بمعدل النمو.
Mechanisms
تنمو معظم البكتيريا عن طريق الانشطار الثنائي، لذا فإن التجمع غير المقيد يزداد بشكل أسي، ويتضاعف على فترات ثابتة؛ ويحدد معدل النمو النوعي هذه الفترة. في المزرعة الدفعية، يتكيف التجمع أولاً (مرحلة التباطؤ)، ثم ينمو بشكل أسي، ثم يستقر في المرحلة الثابتة مع استنفاد المغذيات أو تراكم النفايات، وأخيرًا يتراجع. تربط حركية مونود معدل النمو النوعي بتركيز المغذيات المحددة، بحيث يتباطأ النمو عندما تصبح الركيزة نادرة (Monod, 1949). عندما تنقص المغذيات، يعيد الاستجابة الصارمة، التي تتوسطها جزيئات الإشارة (p)ppGpp، برمجة الخلية لإبطاء تخليق الريبوسومات والنمو (Potrykus & Cashel, 2008).
Clinical relevance
تؤثر سرعة نمو البكتيريا على مدى سرعة ترسيخ العدوى وكيف تتصرف المزارع المخبرية، وتعتبر التجمعات الفرعية بطيئة النمو أو غير النامية ذات صلة بسبب صعوبة القضاء على بعض العدوى. يشرح هذا الموضوع ديناميكيات النمو للفهم؛ ولا يقدم توصيات تشخيصية أو علاجية.
History
أرسى جاك مونود الأسس المتينة للدراسة الكمية لنمو البكتيريا، حيث أضفت أطروحته عام 1942 ومراجعته عام 1949 الطابع الرسمي على منحنى النمو واعتماد معدل النمو على تركيز المغذيات (Monod, 1942; Monod, 1949). وقد جعل إطاره، جنبًا إلى جنب مع جهاز الكيموستات للزراعة المستمرة اللاحق، النمو متغيرًا قابلاً للقياس والتحكم. وقد أضاف اكتشاف الاستجابة الصارمة و(p)ppGpp تفسيرًا جزيئيًا لكيفية تعديل الخلايا للنمو وفقًا لإمدادات المغذيات (Potrykus & Cashel, 2008).
Key figures
- Jacques Monod
- Michael Cashel
Related topics
Seminal works
- monod-1949
- monod-1942
Frequently asked questions
- ما هي المراحل الأربع لمنحنى نمو البكتيريا؟
- في المزرعة الدفعية، تمر البكتيريا بمرحلة تباطؤ للتكيف، ومرحلة نمو أسي (لوغاريتمي) بمعدل تضاعف ثابت، ومرحلة ثابتة حيث يتوازن النمو والموت مع نفاد الموارد، ومرحلة موت (تراجع).
- ما هو وقت الجيل؟
- وقت الجيل، أو وقت التضاعف، هو الفترة الزمنية المطلوبة لتضاعف عدد التجمع البكتيري أثناء النمو الأسي؛ ويختلف اختلافًا كبيرًا بين الأنواع ومع ظروف النمو.