رشد و تغذیه باکتریایی
رشد و تغذیه باکتریایی چگونگی به دست آوردن مواد مغذی و انرژی مورد نیاز میکروبها و افزایش جمعیت آنها را در طول زمان توصیف میکند و مبنای کمی برای کشت و کنترل میکروارگانیسمها فراهم میآورد.
Definition
رشد و تغذیه باکتریایی مطالعه نیازهای غذایی و انرژی میکروارگانیسمها و دینامیک کمی است که به وسیله آن جمعیتهای میکروبی افزایش، کاهش و به محیط فیزیکی و شیمیایی خود پاسخ میدهند.
Scope
این موضوع شامل دستهبندیهای تغذیهای تعریفشده بر اساس منبع کربن و انرژی؛ درشتمغذیها، ریزمغذیها و فاکتورهای رشد مورد نیاز؛ انتقال از طریق غشاء؛ شکافت دوتایی و ریاضیات رشد نمایی؛ مراحل رشد در کشت دستهای؛ کشت پیوسته در کموستات؛ و تأثیر دما، pH، اکسیژن و دسترسی به آب بر رشد میشود. این مبحث فیزیولوژی را به کشت آزمایشگاهی و کنترل محیطی مرتبط میکند.
Core questions
- میکروبها چگونه کربن، انرژی و مواد مغذی ضروری را به دست میآورند؟
- چه عواملی نرخ و محدودیتهای رشد جمعیت را تعیین میکنند؟
- عوامل محیطی مانند دما، pH و اکسیژن چگونه رشد را شکل میدهند؟
- چگونه میتوان نرخ رشد را به صورت تجربی در کشت پیوسته کنترل کرد؟
Key concepts
- دستهبندیهای تغذیهای و منابع انرژی
- درشتمغذیها، ریزمغذیها و فاکتورهای رشد
- شکافت دوتایی و زمان نسل
- مراحل منحنی رشد دستهای
- کشت پیوسته و کموستات
Key theories
- رشد نمایی و منحنی رشد
- در یک کشت بسته، جمعیت به صورت نمایی رشد میکند در حالی که مواد مغذی فراوان هستند، سپس با تغییر شرایط وارد فازهای تأخیر، ثابت و مرگ میشود و توصیف کمی قابل تکراری از رشد میکروبی ارائه میدهد.
Mechanisms
سلولها مواد مغذی را از طریق سیستمهای انتقال غشایی جذب میکنند و از آنها برای حفظ انرژی و بیوسنتز استفاده مینمایند. هنگامی که مواد مغذی فراوان هستند، رشد از طریق شکافت دوتایی با زمان نسل مشخصی پیش میرود و افزایش نمایی ایجاد میکند. با کاهش یک ماده مغذی محدودکننده یا تجمع مواد زائد، رشد کند میشود و جمعیت وارد فاز ثابت میگردد؛ در کشت پیوسته، تأمین یک ماده مغذی محدودکننده با نرخ ثابت، جمعیت را در حالت پایدار نگه میدارد.
Clinical relevance
دانش الزامات رشد و کینتیک، مبنای محیطهای کشت و شرایط انکوباسیون مورد استفاده برای جداسازی و شناسایی میکروبها، طراحی فرآیندهای تخمیر در صنعت، و استراتژیهای محدود کردن رشد میکروبی در نگهداری مواد غذایی و بهداشت است.
History
مطالعه کمی رشد میکروبی در قرن بیستم از طریق کار محققانی مانند ژاک مونو پیشرفت کرد. مطالعات او در مورد رشد در محیطهای تعریفشده و کموستات، رابطه بین غلظت مواد مغذی و نرخ رشد را رسمی کرد و بر اساس روشهای کشت خالص که توسط میکروبیولوژیستهای اولیه پایهگذاری شده بود، بنا نهاده شد.
Key figures
- Jacques Monod
- Sergei Winogradsky
Related topics
Seminal works
- madigan2018
- willey2020
Frequently asked questions
- زمان نسل چیست؟
- زمان نسل، یا زمان دوبرابر شدن، فاصلهای است که برای دوبرابر شدن تعداد جمعیت باکتریایی تحت شرایط معین لازم است. این زمان در بین گونهها و با عوامل محیطی مانند دما و دسترسی به مواد مغذی بسیار متفاوت است.