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Crescita batterica
Giovanni DI BONAVENTURA, PhD
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Crescita batterica – fissione binaria
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Fissione binaria
E. coli può dividersi ogni 20 minuti.
Quindi, esso deve sintetizzare (duplicare) tutti I
suoi componenti cellulari entro questo tempo
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Durante la divisione, l’aumento dei costituenti cellulari può tradursi in: aumento delle dimensioni cellulari
microrganismi cenocitici presentano divisioni nucleari che non sono accompagnate da divisioni cellulari
aumento del numero cellulare
La Microbiologia generalmente studia la crescita di una popolazione, piuttosto che la crescita delle singole cellule
Crescita batterica – divisione cellulare
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Microrganismi cenocitici
Rhodophyta spp. (alga rossa)
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Cinetica della divisione cellulareLa curva di crescita
Osservata quando i microrganismi vengono coltivati in terreno liquido (brodo)
Misura la variazione della “quantità” (massa totale o concentrazione) di batteri nel tempo:
rappresentazione grafica di tipo “semilogaritmica”
Log10 (concentrazione cellulare espressa come CFU/ml, dove CFU= unità formanti colonie) vs tempo
Generalmente, si articola in 4 fasi (periodi) distinte e sequenziali
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Fase di latenza (lag phase)
Fase di adattamento metabolico:
Sintesi di nuovi enzimi per il metabolismo cellulare
Sintesi di nuovi componenti strutturali cellulari
Numero cellulare costante; lieve aumento volumetrico
Durata variabile (specie-specifica):
in alcuni casi può essere di breve durata od assente
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Fase esponenziale (log phase)
Tutti i microrganismi sono in fase di riproduzione attiva Gli eventi riproduttivi (di ciascuna cellula della popolazione) non
avvengono nello stesso tempo (coltura non sincronizzata)
Velocità di crescita costante nel tempo: Aumento del numero cellulare
Aumento della massa cellulare totale
Popolazione uniforme per proprietà chimico-fisiche
Chiamata anche fase logaritmica
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Coltura non sincronizzata:ogni cellula si riproduce a tempi leggermente differenti
La curva ha andamento lineare
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Crescita cellullareModello matematico
Tempo di generazione:
tempo necessario perchè il numero cellulare raddoppi
Mean growth rate constant
numero di generazioni per unità di tempo
espresso come n. generazioni / h
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Nt = No x 2n
Nt = No x 2t
logNt = logNo + t
Nt = n. cellule al tempo tNo = n. cellule al tempo 0n= n. generazioni al tempo t = n. generazioni nell’unità di tempot = tempo trascorso
k = n/t = velocità di crescitag = t/n = tempo di generazione
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doubling time or generation time (g)
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Log phase (fase esponenziale)Crescita “bilanciata”
Durante tale fase le cellule esibiscono una crescita bilanciata:
i costituenti cellulari vengono sintetizzati a velocità costante ed in maniera congiunta
Di contro, si osserva crescita non bilanciata, quando:
modificazione del livello dei nutrienti
shift-up (terreno "povero” terreno “ricco”)
shift-down (terreno “ricco” terreno “povero”)
modificazioni delle condizioni ambientali
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Concentrazione di nutrienti vs crescita
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Fase stazionaria
Numero totale di cellulare vitali rimane costante: Arresto della riproduzione
Tasso riproduttivo controbilanciato dal tasso di mortalità
Possibili cause: Raggiungimento di una densità critica di popolazione
Accumulo dei cataboliti (azione tossica)
Limitazione dei nutrienti
Limitata disponibilità di O2
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Fase di morte (declino)
Morte cellulare a velocità esponenziale
Morte:
perdita irreversibile della capacità di riprodursi
In alcuni casi, il tasso di mortalità rallenta a causa di un accumulo di cellule “resistenti”
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Tecniche per la determinazione della densità cellulare
Conta diretta cellulare
Conteggio in camera contaglobuli
Contatori elettronici
Filtrazione su membrana
Conta vitale cellulare
Metodo della semina su terreno agarizzato
Metodo di filtrazione su membrana
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Semplice, economico e veloce
Adatto per la conta degli eucarioti e dei procarioti
NON fornisce informazioni sulla vitalità cellulare
Conteggio mediante contaglobuli
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Passaggio “forzato” della sospensione microbica attraverso un orifizio di piccole dimensioni
Il batterio viene investito da una corrente elettrica applicata all’orifizio
Conteggio degli eventi “interruzione” della corrente elettrica
Veloce e di semplice esecuzione
Adatto per microrganismi di dimensioni rilevanti e per cellule ematiche
NON distingue le cellule vive dalle morte
Contatori elettronici
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Conta vitale cellulare
Determina il numero di cellule vitali
La dimensione di popolazione viene espressa come unità formanti colonie (UFC; oppure CFU: colony-forming units)
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Conta vitale cellulare
Diluizioni seriali (10-fold) del campione
Semina (su terreno solido) delle diluizioni del campione
Conteggio del numero di colonie (UFC)
Calcolo del numero di cellule nella popolazione UFC/ml = n UFC x fattore diluizione
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Particolarmente adatto per l’analisi dei campioni ambientali
Metodo delle membrane filtranti
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Misura della massa cellulare
Peso secco
tempi lunghi
scarsamente sensibile
Quantità di un particolare costituente cellulare
proteina, DNA o ATP
adeguato se la quantità del target è costante in ogni cellula
Misurazione turbidimetrica (light scattering)
comune impiego
veloce, semplice e sensibile
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La densità ottica è la quantità di luce in grado di passare attraverso la sospensione batterica.
Tanto maggiore sarà il numero cellulare, tanto più densa sarà la coltura. Questo significa che una quantità minore di luce sarà in grado di passare attraverso il campione e la coltura viene considerata essere torbida all’esame visivo.
Misurazione turbidimetrica
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Colture continueChemostato
Coltura “vecchia” (in fase stazionaria)
Coltura “giovane” (in fase logaritmica)
Necessità di un modello che riproduca fedelmente la situazione in vivo
Chemostato:
velocità del terreno in ingresso = velocità del terreno in uscita
nutriente essenziale in quantità limitanti
incremento costante del numero cellulare e della massa batterica