رشد باکتریایی و سینتیک رشد
رشد باکتریایی به افزایش تعداد سلولها در یک جمعیت، معمولاً از طریق تقسیم دوتایی، اشاره دارد و سینتیک رشد توصیف کمی از سرعت این افزایش و عوامل محدودکننده آن است. در یک کشت بسته (دفعهای)، رشد از یک منحنی مشخص با فازهای تأخیر، لگاریتمی (نمایی)، سکون و مرگ پیروی میکند، در حالی که فاز لگاریتمی با نرخ رشد ثابت و زمان دو برابر شدن (نسل) توصیف میشود.
Definition
رشد باکتریایی افزایش منظم تعداد سلولهای باکتریایی در یک جمعیت در طول زمان است که معمولاً از طریق تقسیم دوتایی صورت میگیرد؛ سینتیک رشد این افزایش را به صورت کمی، شامل نرخ رشد، زمان دو برابر شدن، و وابستگی رشد به غلظت سوبسترا، توصیف میکند.
Scope
این موضوع به چگونگی رشد جمعیتهای باکتریایی، فازهای منحنی رشد دستهای، ریاضیات رشد نمایی و زمان نسل، و چگونگی وابستگی نرخ رشد به تأمین مواد مغذی میپردازد. این موضوع رشد را در سطح جمعیتها به عنوان یک مبحث مرجع در میکروبیولوژی مورد بررسی قرار میدهد، نه به عنوان توصیههای بالینی در مورد عفونت.
Core questions
- فازهای منحنی رشد باکتریایی در یک کشت دستهای کدامند؟
- نرخ رشد نمایی و زمان دو برابر شدن چگونه تعریف و اندازهگیری میشوند؟
- نرخ رشد چگونه به غلظت یک ماده مغذی محدودکننده بستگی دارد؟
- چه چیزی باعث انتقال از رشد نمایی به فاز سکون میشود؟
Key concepts
- تقسیم دوتایی
- فازهای تأخیر، لگاریتمی (نمایی)، سکون و مرگ
- نرخ رشد ویژه و زمان دو برابر شدن (نسل)
- ماده مغذی محدودکننده و اشباع سوبسترا
- کشت دستهای در مقابل کشت پیوسته (کموستات)
- پاسخ سختگیرانه و کنترل نرخ رشد
Key theories
- سینتیک رشد مونود
- مونود توضیح داد که چگونه نرخ رشد ویژه یک کشت باکتریایی با غلظت یک سوبسترای محدودکننده افزایش مییابد و در اشباع به حداکثر خود میرسد، که یک قانون کمی برای ارتباط در دسترس بودن مواد مغذی با نرخ رشد ارائه میدهد.
Mechanisms
اکثر باکتریها از طریق تقسیم دوتایی رشد میکنند، بنابراین یک جمعیت نامحدود به صورت نمایی افزایش مییابد و در یک بازه زمانی ثابت دو برابر میشود؛ نرخ رشد ویژه این بازه را تعیین میکند. در یک کشت دستهای، جمعیت ابتدا سازگار میشود (فاز تأخیر)، سپس به صورت نمایی رشد میکند، سپس در فاز سکون با اتمام مواد مغذی یا تجمع مواد زائد، رشد متوقف میشود و در نهایت کاهش مییابد. سینتیک مونود نرخ رشد ویژه را به غلظت یک ماده مغذی محدودکننده مرتبط میکند، به طوری که با کمیاب شدن سوبسترا، رشد کند میشود (Monod, 1949). هنگامی که مواد مغذی کم میشوند، پاسخ سختگیرانه (stringent response)، که توسط مولکول سیگنالینگ (p)ppGpp واسطه میشود، سلول را برای کاهش سنتز ریبوزوم و رشد بازبرنامهریزی میکند (Potrykus & Cashel, 2008).
Clinical relevance
سرعت رشد باکتریها بر سرعت ایجاد عفونت و رفتار کشتهای آزمایشگاهی تأثیر میگذارد، و زیرجمعیتهای با رشد آهسته یا بدون رشد باکتریها در توضیح دشواری ریشهکن کردن برخی عفونتها مرتبط هستند. این موضوع دینامیک رشد را برای درک توضیح میدهد؛ توصیههای تشخیصی یا درمانی ارائه نمیدهد.
History
مطالعه کمی رشد باکتریایی توسط ژاک مونود، که پایاننامه او در سال 1942 و بررسی او در سال 1949 منحنی رشد و وابستگی نرخ رشد به غلظت مواد مغذی را رسمی کرد، بر پایه محکمی قرار گرفت (Monod, 1942; Monod, 1949). چارچوب او، همراه با کموستات کشت پیوسته بعدی، رشد را به یک متغیر قابل اندازهگیری و قابل کنترل تبدیل کرد. کشف پاسخ سختگیرانه و (p)ppGpp یک توضیح مولکولی از چگونگی تنظیم رشد سلولها با تأمین مواد مغذی را اضافه کرد (Potrykus & Cashel, 2008).
Key figures
- Jacques Monod
- Michael Cashel
Related topics
Seminal works
- monod-1949
- monod-1942
Frequently asked questions
- چهار فاز منحنی رشد باکتریایی کدامند؟
- در یک کشت دستهای، باکتریها از یک فاز تأخیر برای سازگاری، یک فاز لگاریتمی (نمایی) با دو برابر شدن با نرخ ثابت، یک فاز سکون که در آن رشد و مرگ با اتمام منابع تعادل مییابند، و یک فاز مرگ (کاهش) عبور میکنند.
- زمان نسل چیست؟
- زمان نسل، یا زمان دو برابر شدن، بازه زمانی مورد نیاز برای دو برابر شدن تعداد جمعیت باکتریایی در طول رشد نمایی است؛ این زمان بین گونهها و با شرایط رشد بسیار متفاوت است.