Pertumbuhan Bakteri dan Kinetika Pertumbuhan

Pertumbuhan bakteri mengacu pada peningkatan jumlah sel dalam suatu populasi, biasanya melalui pembelahan biner, dan kinetika pertumbuhan adalah deskripsi kuantitatif tentang seberapa cepat peningkatan itu terjadi dan apa yang membatasinya. Dalam kultur tertutup (batch), pertumbuhan mengikuti kurva karakteristik dengan fase lag, eksponensial, stasioner, dan kematian, sedangkan fase eksponensial dijelaskan oleh laju pertumbuhan konstan dan waktu penggandaan (generasi).

Definition

Pertumbuhan bakteri adalah peningkatan teratur jumlah sel bakteri dalam suatu populasi seiring waktu, biasanya melalui pembelahan biner; kinetika pertumbuhan menggambarkan peningkatan tersebut secara kuantitatif, termasuk laju pertumbuhan, waktu penggandaan, dan ketergantungan pertumbuhan pada konsentrasi substrat.

Scope

Topik ini mencakup bagaimana populasi bakteri tumbuh, fase-fase kurva pertumbuhan batch, matematika pertumbuhan eksponensial dan waktu generasi, serta bagaimana laju pertumbuhan bergantung pada pasokan nutrisi. Ini membahas pertumbuhan pada tingkat populasi sebagai subjek referensi dalam mikrobiologi, bukan sebagai saran klinis tentang infeksi.

Core questions

• Apa saja fase kurva pertumbuhan bakteri dalam kultur batch?
• Bagaimana laju pertumbuhan eksponensial dan waktu penggandaan didefinisikan dan diukur?
• Bagaimana laju pertumbuhan bergantung pada konsentrasi nutrisi pembatas?
• Apa yang menyebabkan transisi dari pertumbuhan eksponensial ke fase stasioner?

Key concepts

• Pembelahan biner
• Fase lag, eksponensial (log), stasioner, dan kematian
• Laju pertumbuhan spesifik dan waktu penggandaan (generasi)
• Nutrisi pembatas dan saturasi substrat
• Kultur batch versus kultur kontinu (kemostat)
• Respons stringent dan kontrol laju pertumbuhan

Key theories

Kinetika pertumbuhan Monod

Monod menjelaskan bagaimana laju pertumbuhan spesifik kultur bakteri meningkat dengan konsentrasi substrat pembatas, mendekati maksimum pada saturasi, memberikan hukum kuantitatif yang menghubungkan ketersediaan nutrisi dengan laju pertumbuhan.

Mechanisms

Sebagian besar bakteri tumbuh melalui pembelahan biner, sehingga populasi yang tidak terbatas meningkat secara eksponensial, mengganda pada interval konstan; laju pertumbuhan spesifik menentukan interval tersebut. Dalam kultur batch, populasi pertama-tama beradaptasi (fase lag), kemudian tumbuh secara eksponensial, kemudian mendatar pada fase stasioner karena nutrisi habis atau limbah menumpuk, dan akhirnya menurun. Kinetika Monod mengaitkan laju pertumbuhan spesifik dengan konsentrasi nutrisi pembatas, sehingga pertumbuhan melambat saat substrat menjadi langka (Monod, 1949). Ketika nutrisi menipis, respons stringent, yang dimediasi oleh molekul sinyal (p)ppGpp, memprogram ulang sel untuk memperlambat sintesis ribosom dan pertumbuhan (Potrykus & Cashel, 2008).

Clinical relevance

Seberapa cepat bakteri tumbuh memengaruhi seberapa cepat infeksi dapat terbentuk dan bagaimana kultur laboratorium berperilaku, dan subpopulasi yang tumbuh lambat atau tidak tumbuh relevan dengan mengapa beberapa infeksi sulit diatasi. Topik ini menjelaskan dinamika pertumbuhan untuk pemahaman; tidak memberikan rekomendasi diagnostik atau pengobatan.

History

Studi kuantitatif tentang pertumbuhan bakteri diletakkan pada pijakan yang kuat oleh Jacques Monod, yang tesisnya pada tahun 1942 dan tinjauannya pada tahun 1949 memformalkan kurva pertumbuhan dan ketergantungan laju pertumbuhan pada konsentrasi nutrisi (Monod, 1942; Monod, 1949). Kerangka kerjanya, bersama dengan kemostat kultur kontinu yang lebih baru, menjadikan pertumbuhan sebagai variabel yang terukur dan terkontrol. Penemuan respons stringent dan (p)ppGpp menambahkan penjelasan molekuler tentang bagaimana sel menyesuaikan pertumbuhan dengan pasokan nutrisi (Potrykus & Cashel, 2008).

Key figures

• Jacques Monod
• Michael Cashel

Seminal works

• monod-1949
• monod-1942

Frequently asked questions

Apa empat fase kurva pertumbuhan bakteri?

Dalam kultur batch, bakteri melewati fase lag adaptasi, fase eksponensial (log) penggandaan laju konstan, fase stasioner di mana pertumbuhan dan kematian seimbang saat sumber daya habis, dan fase kematian (penurunan).

Apa itu waktu generasi?

Waktu generasi, atau waktu penggandaan, adalah interval yang diperlukan bagi populasi bakteri untuk mengganda jumlahnya selama pertumbuhan eksponensial; ini sangat bervariasi antar spesies dan dengan kondisi pertumbuhan.