Baca artikel ini untuk mempelajari tentang pertumbuhan dan siklus sel bakteri!
Pertumbuhan Bakteri:
Ketika sel prokariota diinokulasi ke dalam (ditempatkan pada atau di dalam) medium, yang mengandung semua bahan penting untuk pertumbuhan, sel akan: mengumpulkan nutrisi; mensintesis konstituen sel baru; tumbuh dalam ukuran; mereplikasi materi genetiknya; meletakkan dinding sel baru; dan, akhirnya, membagi dua.
Konsekuensinya satu sel menjadi dua dan kemudian, setelah periode waktu yang lain, sel ini membelah menjadi empat. Jenis pembelahan sel ini disebut pembelahan biner dan jenis pertumbuhan penggandaan ini disebut pertumbuhan eksponensial.
Sebuah populasi prokariota tumbuh, dengan cara ini akan berlipat ganda jumlahnya selama jangka waktu tertentu yang disebut waktu generasi atau penggandaan.
Waktu generasi (g) = waktu (t)/jumlah generasi (n)
Jumlah generasi dapat dihitung, jika jumlah sel asli (N 0 ) dan akhir (N) diketahui, menggunakan rumus n = 3.3 (log N – log N 0 )
Laju pertumbuhan populasi (jumlah generasi per satuan waktu) dinyatakan sebagai rata-rata, atau konstanta laju pertumbuhan spesifik, dan ini diukur dengan menggunakan persamaan berikut:
Rata-rata laju pertumbuhan (μ) = 0,69/ g
Dari rumus tersebut terlihat bahwa semakin besar laju pertumbuhan spesifik maka waktu generasi akan semakin berkurang.
Tingkat di mana bakteri tumbuh dan membelah tergantung pada sifat mikroba, bahan media di mana ia tumbuh, dan kondisi lingkungan. Sebagai contoh, E. coli, bila ditanam dalam media yang kaya, dengan banyak aerasi pada suhu 37°C mampu membelah setiap 20 menit.
Tingkat pembelahan sel ini menurun jika prokariota ditempatkan dalam media minimal di mana mereka diperlukan untuk mensintesis prekursor makromolekul esensial seperti asam amino dan basa. Sebaliknya, Mycobacterium tuberculosis memiliki waktu penggandaan maksimum sekitar 18 jam dan akan memakan waktu lebih lama daripada E. coli, misalnya, untuk membentuk koloni pada cawan agar.
Siklus Sel Bakteri:
Urutan peristiwa yang membentang dari pembentukan sel baru ke pembelahan berikutnya disebut siklus sel. Dalam siklus ini, sel E. coli akan tumbuh panjang, dengan sedikit perubahan diameter, hingga mencapai ‘ukuran kritis, dua kali panjang satuan sel.
Pembelahan sel dimulai: cincin kontraktil terbentuk di tengah sel, protein septasi mensintesis dinding sel baru dan dua sel baru terbentuk, masing-masing berisi setidaknya satu salinan DNA bakteri. Akibatnya, selama ini, salinan kromosom harus disintesis dan kedua kromosom dipisahkan menjadi dua sel progeni.
Replikasi DNA terjadi selama fase C (replikasi kromosom) dan pemisahan kromosom terjadi pada fase G (gap), yang mungkin memiliki panjang yang bervariasi. Mekanisme pemisahan kromosom masih belum jelas. Akhirnya, melintasi dinding (septum) diletakkan di antara dua kromosom dan sel membelah menjadi dua (fase D). Pembelahan sel dan replikasi DNA harus terkoordinasi.
Inisiasi replikasi DNA pada asal (oriC), sekuens kaya adenin dan timin pendek, tergantung pada sel yang mencapai massa kritis (massa inisiasi) dan membutuhkan sejumlah faktor inisiasi protein.
Namun, pemisahan dan pembelahan DNA dikendalikan oleh panjang sel yang harus mencapai panjang ambang tertentu sebelum kromosom dipartisi dan pembelahan sel dimulai. Banyak faktor seluler dan lingkungan yang mengontrol proses tersebut.
Pertumbuhan yang cepat:
Ketika kondisi pertumbuhan menguntungkan, E. coli dapat tumbuh dengan waktu generasi kira-kira 20 menit. Namun, waktu yang diperlukan untuk mensintesis salinan lengkap kromosom E. coli adalah 40 menit, dalam kondisi optimal, dan pemisahan DNA serta pembelahan membutuhkan waktu 20 menit lagi.
Dengan demikian, siklus sel terpendek dan waktu generasi E. coli harus 60 menit. Ini jelas bukan masalahnya. Agar sel membelah lebih cepat dari setiap 60 menit, replikasi DNA harus dimulai dalam satu siklus dan diakhiri dalam siklus lainnya
Ketika sel tumbuh dengan cepat (waktu generasi <60 menit), inisiasi replikasi terjadi, seperti biasa, menghasilkan dua garpu replikasi yang bergerak dua arah mengitari kromosom ke titik terminasi.
Namun, asal-usul untaian baru ini kemudian memulai putaran replikasi lebih lanjut sebelum putaran replikasi DNA sebelumnya selesai. Jadi, ketika pembelahan sel terjadi, DNA dalam sel anak sudah bereplikasi. Semakin cepat laju pertumbuhan sel, semakin banyak garpu replikasi yang terbentuk sehingga DNA dalam sel baru dapat memiliki banyak garpu replikasi.
Pertumbuhan dalam Budaya Batch:
Cara terbaik untuk memproduksi mikroba dalam jumlah besar adalah dengan menumbuhkannya dalam media cair, teknik yang kami gunakan disebut kultur batch di mana sel-sel diinokulasi ke dalam labu media yang sesuai dan ditanam pada suhu dan tingkat aerasi yang sesuai. Prokariota yang tumbuh dengan cara ini menunjukkan pola pertumbuhan tertentu yang disebut sebagai kurva pertumbuhan bakteri.
Jumlah sel bakteri yang layak diukur dari waktu ke waktu dan diplot sebagai grafik log 10 nomor sel yang layak terhadap waktu. Ini disebut plot semi-logaritmik. Skala logaritmik digunakan untuk memplot pertumbuhan prokariota karena banyaknya sel yang dihasilkan dan untuk mengungkap sifat eksponensial pertumbuhan mikroba.
Jika skala aritmatika digunakan untuk memplot ‘pertambahan jumlah sel, kurva peningkatan gradien akan terlihat. Ini diubah menjadi garis lurus ketika skala logaritmik digunakan. Waktu generasi prokariota dapat dibaca langsung dari grafik. Kurva pertumbuhan prokariota mengungkapkan empat fase pertumbuhan.
saya. Fase jeda:
Ketika bakteri pertama kali diinokulasi ke dalam media, ada periode di mana tidak terjadi pertumbuhan. Selama fase ini sel beradaptasi dengan lingkungan baru, mensintesis enzim baru sesuai kebutuhan dan meningkatkan ukuran sel yang siap untuk pembelahan sel.
Lamanya waktu ini tergantung pada sifat inokulum. Jika ini berasal dari kultur segar dalam media yang sama, fase lag akan pendek, tetapi jika inokulum sudah tua atau media telah diubah (terutama memindahkan bakteri dari media kaya ke media miskin) fase lag akan lebih lama. .
ii. Fase eksponensial (logaritmik):
Begitu prokariota mulai membelah, jumlahnya meningkat dengan kecepatan konstan yang mencerminkan waktu generasi (penggandaan) prokariota. Ini terlihat sebagai garis lurus di bagian grafik ini.
aku aku aku. Fase stasioner:
Saat prokariota bertambah jumlahnya, mereka menggunakan semua nutrisi yang tersedia dan ‘mengumpulkan penghambat pertumbuhan. Akhirnya suatu titik tercapai di mana tidak ada peningkatan bersih dalam jumlah sel, yang terlihat sebagai perataan kurva pertumbuhan. Selama keadaan keseimbangan ini, sel-sel masih berfungsi. Ada beberapa kematian sel yang diimbangi oleh sejumlah kecil pembelahan sel yang terkontrol.
iv. Fase kematian:
Setelah beberapa saat tingkat kematian sel menjadi lebih besar dari pembelahan sel dan jumlah sel yang hidup menurun. Sel lisis dan biakan menjadi kurang keruh.
Kunci dkk. (1965) telah mengusulkan terminologi yang berbeda untuk tahap pertumbuhan ini. Mereka menggunakan ‘tropofase’ untuk fase log dan ‘idiophase’ untuk fase stasioner kultur batch. Kurva pertumbuhan tipikal ini dikenal sebagai ‘kurva pertumbuhan sigmoidal’.
