Bactéries: croissance et cycle cellulaire des bactéries
Lisez cet article pour en savoir plus sur la croissance et le cycle cellulaire d'une bactérie!
Croissance de bactéries:
Lorsqu'une cellule procaryote est ensemencée dans un milieu contenant tous les ingrédients essentiels à la croissance, elle: accumulera les éléments nutritifs; synthétiser de nouveaux constituants cellulaires; grandir en taille; reproduire son matériel génétique; fixer une nouvelle paroi cellulaire; et, éventuellement, diviser en deux.
En conséquence, une cellule devient deux, puis, après une autre période, elles se divisent pour devenir quatre. Ce type de division cellulaire est appelé fission binaire et ce type de croissance doublante est appelé croissance exponentielle.
Une population de procaryotes en croissance va doubler pendant un laps de temps appelé temps de génération ou de doublement.
Temps de génération (g) = temps (t) / nombre de générations (n)
Le nombre de générations peut être calculé si le nombre de cellules d'origine (N 0 ) et final (N) est connu, à l'aide de la formule n = 3, 3 (log N - log N 0 )
Le taux de croissance d'une population (le nombre de générations par unité de temps) est exprimé en tant que moyenne, ou constante du taux de croissance spécifique, mesuré à l'aide de l'équation suivante:
Taux de croissance moyen (μ) = 0.69 / g
À partir de cette formule, on peut voir que le temps de génération va diminuer à mesure que le taux de croissance spécifique augmente.
La vitesse à laquelle les bactéries se développent et se divisent dépend de la nature du microbe, des ingrédients du milieu dans lequel il est développé et des conditions environnementales. Par exemple, E. coli, lorsqu'il est cultivé dans un milieu riche et bien aéré à 37 ° C, est capable de se diviser toutes les 20 minutes.
Ce taux de division cellulaire diminue si les procaryotes sont placés dans un milieu minimal où ils doivent synthétiser des précurseurs macromoléculaires essentiels tels que les acides aminés et les bases. En revanche, Mycobacterium tuberculosis a un temps de doublage maximum d’environ 18 heures et prendra beaucoup plus de temps que E. coli, par exemple, pour former des colonies sur une plaque de gélose.
Cycle de cellules bactériennes:
La séquence d'événements s'étendant de la formation d'une nouvelle cellule à la division suivante s'appelle le cycle cellulaire. Dans ce cycle, une cellule d'E. Coli grossira, avec un changement de diamètre minime, jusqu'à atteindre une taille critique, deux fois la longueur d'une unité de cellule.
La division cellulaire est amorcée: un anneau contractile est formé au milieu de la cellule, des protéines de septation synthétisent une nouvelle paroi cellulaire et deux nouvelles cellules sont formées, chacune contenant au moins une copie de l'ADN bactérien. Par conséquent, pendant ce temps, une copie du chromosome doit être synthétisée et les deux chromosomes séparés dans les deux cellules descendantes.
La réplication de l'ADN se produit pendant la phase C (réplication chromosomique) et la ségrégation des chromosomes se produit pendant la phase G (gap), qui peut être de longueur variable. Le mécanisme par lequel les chromosomes se séparent est encore incertain. Enfin, une paroi transversale (septum) est établie entre les deux chromosomes et la cellule se divise en deux (phase D). La division cellulaire et la réplication de l'ADN doivent être coordonnées.
L'initiation de la réplication de l'ADN à l'origine (oriC), séquence courte riche en adénine et en thymine, dépend de la capacité de la cellule à atteindre une masse critique (masse d'initiation) et nécessite un certain nombre de facteurs d'initiation de protéines.
La ségrégation et la division de l'ADN sont toutefois contrôlées par la longueur de la cellule, laquelle doit atteindre une longueur de seuil particulière avant que les chromosomes ne soient partitionnés et que la division cellulaire ne soit initiée. Une multitude de facteurs cellulaires et environnementaux contrôlent le processus.
Croissance rapide:
Lorsque les conditions de croissance sont favorables, E. coli peut se développer en un temps de génération d’environ 20 minutes. Cependant, le temps nécessaire pour synthétiser une copie complète du chromosome de E. coli est de 40 min, dans des conditions optimales, et la ségrégation de l'ADN et la division prennent encore 20 min.
Ainsi, le cycle cellulaire le plus court et, par conséquent, le temps de génération pour E. coli devrait être de 60 minutes. Ce n'est évidemment pas le cas. Pour que les cellules se divisent plus rapidement que toutes les 60 minutes, la réplication de l’ADN doit commencer au cours d’un cycle et se terminer au cours d’un autre.
Lorsque les cellules croissent rapidement (temps de génération <60 min), la réplication commence normalement, produisant deux fourches de réplication qui se déplacent de manière bidirectionnelle autour du chromosome jusqu'au point de terminaison.
Cependant, les origines sur ces nouveaux brins initient ensuite de nouveaux cycles de réplication avant la fin du cycle précédent de réplication de l'ADN. Ainsi, lors de la division cellulaire, l'ADN des cellules filles se réplique déjà. Plus le taux de croissance cellulaire est rapide, plus il se forme de fourches de réplication, de sorte que l'ADN de nouvelles cellules peut avoir plusieurs fourches de réplication.
Croissance de la culture par lots:
La meilleure façon de produire un grand nombre de microbes est de les cultiver dans un milieu liquide. La technique que nous avons utilisée est appelée culture par lots, dans laquelle les cellules sont ensemencées dans des flacons d'un milieu approprié et cultivées à une température et à un degré d'aération appropriés. Les procaryotes ainsi développés présentent un schéma de croissance particulier appelé courbe de croissance bactérienne.
Le nombre de cellules bactériennes viables est mesuré dans le temps et est représenté graphiquement par le log 10 nombres de cellules viables en fonction du temps. C'est ce qu'on appelle un complot semi-logarithmique. Une échelle logarithmique est utilisée pour tracer la croissance des procaryotes en raison du grand nombre de cellules produites et pour révéler la nature exponentielle de la croissance microbienne.
Si une échelle arithmétique est utilisée pour représenter l'augmentation du nombre de cellules, une courbe de gradient croissant apparaît. Ceci est converti en une ligne droite lorsqu'une échelle logarithmique est utilisée. Le temps de génération du procaryote peut être lu directement à partir du graphique. La courbe de croissance procaryote révèle quatre phases de croissance.
je. Phase de latence:
Lorsque les bactéries sont inoculées pour la première fois dans un milieu, il n’ya pas de période de croissance. Au cours de cette phase, les cellules s’adaptent au nouvel environnement, synthétisent les nouvelles enzymes nécessaires et augmentent la taille des cellules pour la division cellulaire.
La durée de cette période dépend de la nature de l'inoculum. Si cela provient d'une culture fraîche dans le même milieu, la phase de latence sera courte, mais si l'inoculum est ancien ou si le milieu a été changé (en particulier les bactéries passant d'un milieu riche à un pauvre), la phase de latence sera plus longue. .
ii. Phase exponentielle (logarithmique):
Une fois que les procaryotes commencent à se diviser, les nombres augmentent à un taux constant, ce qui reflète le temps de génération (multiplication par deux) du procaryote. Ceci est vu comme une ligne droite dans cette partie du graphique.
iii. État stationnaire:
Lorsque les procaryotes augmentent en nombre, ils utilisent tous les nutriments disponibles et accumulent des inhibiteurs de croissance. Finalement, un point est atteint où il n'y a pas d'augmentation nette du nombre de cellules, considéré comme un aplatissement de la courbe de croissance. Durant cet état d'équilibre, les cellules fonctionnent toujours. Il y a une mort cellulaire qui est contrebalancée par de petites quantités de division cellulaire contrôlée.
iv. Phase de mort:
Au bout d'un moment, le taux de mort cellulaire devient supérieur à la division cellulaire et le nombre de cellules viables diminue. Les cellules lysent et la culture devient moins trouble.
Lock et al. (1965) ont proposé une terminologie différente pour ces stades de croissance. Ils ont utilisé «tropophase» pour la phase logarithmique et «idiophase» pour la phase stationnaire de la culture par lots. Cette courbe de croissance typique s'appelle «courbe de croissance sigmoïdale».
