Bakteriyel Büyüme ve Büyüme Kinetiği
Bakteriyel büyüme, genellikle ikili bölünme (binary fission) yoluyla bir popülasyondaki hücre sayısının artışını ifade etmektedir. Büyüme kinetiği ise bu artışın ne kadar hızlı gerçekleştiğini ve onu nelerin sınırladığını nicel olarak tanımlamaktadır. Kapalı (kesikli) bir kültürde büyüme, gecikme, üstel, durağan ve ölüm fazlarından oluşan karakteristik bir eğriyi takip etmektedir. Üstel faz ise sabit bir büyüme hızı ve ikiye katlanma (generasyon) süresi ile tanımlanmaktadır.
Tanım
Bakteriyel büyüme, genellikle ikili bölünme (binary fission) yoluyla, bir popülasyondaki bakteri hücrelerinin sayısında zaman içinde düzenli bir artıştır. Büyüme kinetiği ise bu artışı, büyüme hızı, ikiye katlanma süresi ve büyümenin substrat konsantrasyonuna bağımlılığı dahil olmak üzere nicel olarak tanımlamaktadır.
Kapsam
Bu konu, bakteri popülasyonlarının nasıl büyüdüğünü, kesikli büyüme eğrisinin fazlarını, üstel büyümenin ve generasyon süresinin matematiğini ve büyüme hızının besin tedarikine nasıl bağlı olduğunu kapsamaktadır. Konu, enfeksiyonla ilgili klinik tavsiye olarak değil, mikrobiyolojide bir referans konusu olarak popülasyon düzeyindeki büyümeyi ele almaktadır.
Temel sorular
- Kesikli bir kültürde bakteriyel büyüme eğrisinin fazları nelerdir?
- Üstel büyüme hızı ve ikiye katlanma süresi nasıl tanımlanır ve ölçülür?
- Büyüme hızı, sınırlayıcı bir besin maddesinin konsantrasyonuna nasıl bağlıdır?
- Üstel büyümeden durağan faza geçişe ne sebep olur?
Anahtar kavramlar
- İkili bölünme (Binary fission)
- Gecikme, üstel (logaritmik), durağan ve ölüm fazları
- Spesifik büyüme hızı ve ikiye katlanma (generasyon) süresi
- Sınırlayıcı besin maddesi ve substrat doygunluğu
- Kesikli ve sürekli kültür (kemostat)
- Sıkı yanıt (stringent response) ve büyüme hızı kontrolü
Temel kuramlar
- Monod büyüme kinetiği
- Monod, bir bakteri kültürünün spesifik büyüme hızının sınırlayıcı bir substratın konsantrasyonuyla nasıl arttığını, doygunlukta bir maksimuma yaklaştığını ve besin mevcudiyeti ile büyüme hızı arasında nicel bir yasa sağladığını tanımlamıştır.
Mekanizmalar
Çoğu bakteri ikili bölünme (binary fission) yoluyla büyümektedir, bu nedenle kısıtlanmamış bir popülasyon üstel olarak artmakta, sabit bir aralıkta ikiye katlanmaktadır; spesifik büyüme hızı bu aralığı belirlemektedir. Kesikli bir kültürde popülasyon önce adapte olmakta (gecikme fazı), ardından üstel olarak büyümekte, besinler tükendiğinde veya atıklar biriktiğinde durağan faza geçerek sabitlenmekte ve son olarak azalmaktadır. Monod kinetiği, spesifik büyüme hızını sınırlayıcı bir besin maddesinin konsantrasyonuyla ilişkilendirmektedir, böylece substrat azaldıkça büyüme yavaşlamaktadır (Monod, 1949). Besinler azaldığında, sinyal molekülü (p)ppGpp aracılığıyla gerçekleşen sıkı yanıt (stringent response), hücreyi ribozom sentezini ve büyümeyi yavaşlatacak şekilde yeniden programlamaktadır (Potrykus & Cashel, 2008).
Klinik önem
Bakterilerin ne kadar hızlı büyüdüğü, bir enfeksiyonun ne kadar çabuk yerleşebileceğini ve laboratuvar kültürlerinin nasıl davrandığını etkilemektedir. Yavaş büyüyen veya büyümeyen alt popülasyonlar ise bazı enfeksiyonların neden temizlenmesinin zor olduğuyla ilgili önem taşımaktadır. Bu konu, büyüme dinamiklerini anlama amacıyla açıklanmaktadır; tanı veya tedavi önerileri sunmamaktadır.
Tarihçe
Bakteriyel büyümenin nicel çalışması, 1942 tarihli tezi ve 1949 tarihli derlemesiyle büyüme eğrisini ve büyüme hızının besin konsantrasyonuna bağımlılığını formüle eden Jacques Monod tarafından sağlam bir temele oturtulmuştur (Monod, 1942; Monod, 1949). Onun çerçevesi, daha sonraki sürekli kültür kemostatı (chemostat) ile birlikte, büyümeyi ölçülebilir ve kontrol edilebilir bir değişken haline getirmiştir. Sıkı yanıt (stringent response) ve (p)ppGpp'nin keşfi, hücrelerin büyümeyi besin tedarikine nasıl ayarladığının moleküler bir açıklamasını eklemiştir (Potrykus & Cashel, 2008).
Öne çıkan isimler
- Jacques Monod
- Michael Cashel
İlgili konular
Temel eserler
- monod-1949
- monod-1942
Sıkça sorulan sorular
- Bakteriyel büyüme eğrisinin dört fazı nelerdir?
- Kesikli bir kültürde bakteriler, adaptasyonun gerçekleştiği bir gecikme fazından, sabit hızda ikiye katlanmanın olduğu bir üstel (logaritmik) fazdan, kaynaklar tükendiğinde büyüme ve ölümün dengelendiği bir durağan fazdan ve bir ölüm (gerileme) fazından geçmektedir.
- Generasyon süresi nedir?
- Generasyon süresi veya ikiye katlanma süresi, üstel büyüme sırasında bir bakteri popülasyonunun sayısının iki katına çıkması için gereken süredir; türler arasında ve büyüme koşullarına göre büyük farklılıklar göstermektedir.