Под процессом размножения обычно понимают развитие новых организмов из половых клеток. Но микроорганизмы не отвлекаются на подобные мелочи. Бактерии размножаются путем простого деления (большинство из них). Причем делают они это неимоверно быстро.

Некоторые виды при благоприятных условиях за шесть часов увеличивают свою популяцию в 250 000 раз (четверть миллиона!). То, что условия размножения многих видов бактерий находятся в довольно узком диапазоне, не может не радовать. Кроме того, микроорганизмы, безостановочно размножаясь, просто не находят себе пищи и банально гибнут от голода. Иначе нам с вами не нашлось бы места на этом маленьком голубом шарике.

Но ограниченные условия размножения не останавливают микроорганизмы. При неблагоприятных условиях бактерии отращивают вокруг себя своеобразную плотную оболочку. Образовавшиеся в результате споры отлично переносят и сильный мороз, и температуру выше 100⁰С, и полное отсутствие воды. Например, споры сибирской язвы могут на 30-50 лет затаиться в вечной мерзлоте или невероятной сухости и жаре пустыни, а затем, как ни в чем не бывало, снова выйти на смертельную охоту. Не добавляет оптимизма и тот факт, что и бактерии, и их споры могут переноситься ветром, водой, другими организмами в любую точку планеты.

Бесполое размножение

Процесс размножения может быть половым (с участием двух родительских организмов) или бесполым. К бесполым способам размножения относятся:

1. Прямое или бинарное деление (амитоз). Из одной клетки образуются две или несколько новых, совершенно идентичных исходной. Этот путь оптимален для бактерий.
2. Митоз. Основной путь деления клеток организма, содержащих ядро, но не относящихся к половым. Митоз – важнейший инструмент для роста и восстановления тканей и органов.
3. Образование спор. Бактерии образуют споры (капсулы), способные выдерживать крайне неблагоприятные условия и переноситься на значительные расстояния. Строго говоря, образование спор нельзя назвать способом размножения, т. к. количество клеток при этом не увеличивается, скорее это способ сохранения и переноса.
4. Вегетативное размножение подразумевает отделение от основного организма части клеток. Из небольшого фрагмента затем развивается взрослая особь. Вегетативно размножаются губки, кишечнополостные и некоторые растения.
5. Почкование. В этом случае из материнской клетки «выпячивается» небольшой фрагмент, который затем отделяется от основного организма. При почковании дочерняя клетка намного меньше по размерам, чем материнская, поэтому для последующего размножения потребуется время на рост и формирование необходимых структур клетки. Почкование – один из видов вегетативного размножения.
6. Фрагментация. Есть уникальные существа, способные вырастить полноценный организм из отдельной части тела. Например, плоские, кольчатые черви или иглокожие, будучи разделены на несколько фрагментов, не погибают, а образуют несколько новых организмов.

Эволюция процесса размножения двигалась от бесполой формы к половой. При бесполом размножении в процесс вовлечены все клетки, при половом, соответственно, только половые. Каждый из путей имеет свои преимущества. Для бесполого размножения характерен высокий темп и частая смена поколений. При половом пути упор делается на выживаемость потомства, а темпы прироста значительно уменьшаются.

Наследственность бактерий

Бактерии – одноклеточные безъядерные организмы (прокариоты). Просто так взять и разделиться на две половинки живой организм, тем более состоящий из одной клетки, не может. Нужна соответствующая подготовительная работа. Перед удвоением микроорганизма путем деления происходит:

• увеличение цитоплазмы (внутренняя полужидкая среда клетки);
• удвоение хромосомы, в случае с прокариотами (клетками без ядер) удваивается замкнутая в кольцо макромолекула ДНК (нуклеоид);

То есть каждая дочерняя клетка получает точную копию материнской ДНК.

Но для микроорганизмов это не единственный способ обмена и передачи генетического материала. Информация может предаваться даже между неделящимися клетками. Это происходит без слияния клеток или увеличения их количества. Такой процесс можно только условно называть половым размножением, так как передается часть генома, в отличие от полного набора генной информации, получаемой потомком от родителей.

1. Бактериальная ДНК может попадать в клетку тремя способами:


2. Из окружающей среды бактерия захватывает отдельно существующую молекулу ДНК, оставшуюся от разрушения других микроорганизмов. Такой процесс называется трансформацией. Очень удобно использовать трансформацию в исследовательских целях, «подбрасывая» микробам нужный ученым набор генов.
3. Существуют особые структуры, неспособные жить вне клетки – вирусы. Те из них, кто своим «домом» выбирает бактерии, называются бактериофагами. Процесс переноса ДНК между клетками с помощью бактериофагов называется трансдукцией.

Третий вариант напоминает оплодотворение и называется конъюгацией. Микроорганизмы соединяются между собой временными «трубочками», и ДНК из одной клетки переходит в другую.

Новая бактериальная ДНК содержит информацию от двух «родителей». Это означает, что измененная клетка будет иметь ряд признаков, присущих только ей и отличных от родительских. Кстати, без изменения клеточной информации не был бы возможен процесс эволюции.

Немного химии и геометрии

Бактерии разделяются на грамположительные и грамотрицательные. Это условное разделение по реакции микроорганизмов на анилиновые красители предложил датский врач Грам. Одни клетки сохраняют окраску даже после промывки спиртосодержащей жидкостью, с других краска легко смывается. Этот метод облегчает обнаружение и идентификацию микроорганизмов при исследовании под микроскопом.

Такое поведение клеток обусловлено, в том числе, различиями в структуре клеточной стенки. Оболочка грамотрицательных бактерий тоньше, чем у грамположительных. В процессе деления грамположительные и грамотрицательные бактерии ведут себя по-разному:

1. Грамотрицательные делятся путем создания перетяжки. Клетка в конечной точке деления становится похожей на гантель.
2. Грамположительные отращивают поперечную перегородку от оболочки к центру клетки.

Клетки, имеющие форму цилиндра, делятся поперек длинной стороны. Шаровидные бактерии образуют перегородки в любых направлениях. Деление идет обязательно симметрично, то есть исходная клетка образует две (как минимум) совершенно одинаковые дочерние клетки. Если условия благоприятствуют, бактерии не отрываются друг от друга, а создают определенные структуры:

• при разделении в одной плоскости образуются цепочки последовательно соединенных клеток;
• если плоскостей деления было несколько, конечный результат может выглядеть цепочкой, гроздью, пакетом бактерий.

Источник: probakterii.ru

Бактерии — обширная группа живых организмов, преимущественно одноклеточных, у которых отсутствуют ядра. Они в основном представлены одиночными клетками, но встречаются и бактерии, образующие «союзы», например стрептококки выстраиваются цепью, а стафилококки сбиваются в гроздья. Также для бактерий характерно формирование пленочных структур, биопленок, и это затрудняет лечение бактериальных инфекций у человека — ведь сцепленные вместе бактерии сильнее, они создают сложные структуры и выступают единым фронтом. Таким свойством обладает, например, синегнойная палочка.

Наш мир просто кишит бактериями, они обнаруживаются в литосфере на большой глубине, в горячих источниках, во льдах, — и без них жизнь на Земле была бы невозможна.
огие виды бактерий полезны или хотя бы не вредны (на теле человека живут миллиарды их, не причиняя зла), но есть и крайне опасные убийцы, такие как энтеробактерия чумная палочка, погубившая в середине XIV века в разных регионах Европы от 20 до 90 процентов населения. Великая победа науки в том, что она победила чуму, но вот что делать с бактериями, которые сегодня приспосабливаются к антибиотикам и порождают всё новые, агрессивные штаммы? Это огромное поле для исследований микробиологов.  

Строение бактерий

1. Клеточная стенка. Бактерию-клетку защищает плотная оболочка из биополимера муреина. Она также служит опорой, создает форму клетки, а среди бактерий встречаются как простые шарики (кокки, а слитые в пары — диплококки), так и спирали (спириллы), запятые (вибрионы), звезды, тетраэдры… Нередко клеточная стенка снаружи дополнительно покрыта слоем слизи — эта капсула оберегает клетку от избыточной потери влаги.
2. Цитоплазма. Внутреннее содержание бактерий неподвижное и густое. Цитоплазма слоистая, содержит запасные питательные вещества и ферменты.


3. Ядерное вещество. В центре клетки находится нуклеоид — скопление ядерного вещества, хранящего наследственную информацию. ДНК бактерий имеет форму кольца. Ядерное вещество бактерий не окружено оболочкой-мембраной и не может считаться полноценным ядром, — именно поэтому бактерии являются прокариотами, доядерными живыми организмами.
4. Жгутики. На поверхности бактерии есть микроскопические жгутики, количество их отличается у разных видов: от одного до множества. Жгутики выполняют двигательную функцию. Организмы, не имеющие жгутиков, перемещаются особым способом, называемым «скольжение», причем даже по твердым поверхностям.
5. Органоиды. Бактерии лишены почти всех органоидов, у них нет ЭПС, митохондрий, лизосом, аппарата Гольджи, пластид. Такая обделенность компенсируется в какой-то мере наличием маленьких дополнительных ДНК, плазмид. Одна из важных функций плазмид — хранить гены, которые повышают невосприимчивость бактерий к антибиотикам и прочим агрессивным факторам.

Размножение бактерий

Половое размножение бактерий примитивно, в ходе него происходит генетическая рекомбинация. В основном же популяция бактерий увеличивается при помощи бесполого размножения — простого деления без митоза. На первом этапе делится кольцевая ДНК, за ней разделяется цитоплазма. Деление бактерий происходит с малым интервалом — каждые 20–25 минут. Если бы выживали все «новорожденные» клетки, одна бактерия могла бы оставить потомство общим весом 1 800 000 килограмм. У некоторых групп бактерий наблюдается почкование, при котором на материнской клетке растет дочерняя почка.

Источник: EgeVideo.ru

При наличии благоприятных условий бактериальная клетка размножается. Основной способ размножения бактерий – простое деление клетки пополам (бинарное деление). В начале деления клетка удлиняется, затем делится нуклеоид. Нуклеоид представлен суперспирализованной и плотно уложенной молекулой самореплицирующейся ДНК – репликон. Плазмиды также являются репликонами. Репликация ДНК осуществляется при участии ферментов ДНК-полимераз. Процесс начинается в определенной точке ДНК и происходит одновременно в двух противоположных направлениях. Заканчивается репликация также в определенном месте ДНК. В результате репликации количество ДНК в клетке удваивается. Вновь синтезированные молекулы ДНК, состоящие из одной материнской и одной вновь синтезированной цепи, постепенно расходятся в образующиеся дочерние клетки. Считают, что репликация ДНК занимает почти 80% всего времени, затрачиваемого бактериальной клеткой на деление. После завершения репликации ДНК начинается процесс деления клетки. Вначале синтезируется двуслойная цитоплазматическая мембрана, затем между слоями мембраны синтезируется пептидогликан. Заканчивается процесс формированием перегородки.

Во время репликации ДНК и образования делящейся перегородки клетка микроорганизма непрерывно растет. В этот период в клетке активно протекают следующие процессы: синтез пептидогликана клеточной стенки и составляющих цитоплазматической мембраны, образование новых рибосом и других органелл. На последней стадии деления дочерние клетки отделяются друг от друга, однако у некоторых видов бактерий процесс идет не до конца, в результате образуются цепочки клеток (стрептококки, тетракокки и др.). При делении палочковидных бактерий клетки вначале растут в длину. Когда бактерии становятся вдвое длиннее, палочка несколько сужается посередине, а затем распадается на две клетки.

Для некоторых бактерий характерен другой способ размножения – почкование, представляющий собой разновидность бинарного деления. Почкованием размножаются бактерии родов Hyphomicrobium,Pedomicrobium и другие, объединенные в группу почкующихся бактерий. Эти организмы имеют вид вытянутых палочек, иногда грушевидных, оканчивающихся гифами. Размножение у этих бактерий начинается с образования почки на конце гифы или непосредственно на материнской клетке. Почка разрастается в дочернюю клетку, формирует жгутик и отделяется от материнской клетки. По достижении зрелого состояния жгутик теряется, и процесс развития повторяется. Иногда у бактерий наблюдается половой процесс – конъюгация.

В результате роста и размножения из одной клетки микроорганизма образуется колония его потомков. Микроорганизмы отличаются высоким темпом размножения, оцениваемым по времени генерации, т.е. времени, в течение которого происходит деление клетки: за 24 часа иногда сменяется столько поколений, сколько у человека за пять тысяч лет. Скорость размножения зависит от ряда условий и для каждого вида бактерий может быть весьма различной. При наличии в среде необходимых питательных веществ, благоприятной температуре, оптимальной реакции среды деление каждой клетки, например у E. coli, может повторяться через каждые 20-30 мин. При такой скорости размножения из одной клетки за сутки может получиться 472•10¹⁹клеток (72 генерации). Если принять, что 1 млрд. бактериальных клеток весит 1 мг, то 472•10¹⁹клеток будут весить 4720 т. такая масса живого вещества могла бы получиться при наличии идеальных условий, исключающих гибель клеток.

Высокая интенсивность размножения обеспечивает сохранение микроорганизмов на земной поверхности: при наступлении неблагоприятных условий они погибают массами, но достаточно сохраниться где-нибудь нескольким клеткам, как при оптимальных условиях они вновь дадут огромное количество организмов.

Источник: StudFiles.net

Репликация бактериальной хромосомной ДНК

Репликация хромосомы в бактериальной клетке происходит по полуконсервативному типу, что приводит к удвоению ДНК нуклеоида – бактериального ядра. При этом типе репликации двухспиральная молекула ДНК раскрывается, а каждая отдельная нить ДНК достраивается комплементарной нитью.

Процесс репликации ДНК происходит от начальной точки ori и катализируется ДНК-полимеразами. В области ori хромосома клетки бактерии связана с цитоплазматической мембраной. В первую очередь происходит деспирализация (раскручивание) двойной цепи ДНК. Образуется репликативная вилка, представленная двумя разветвленными цепями. Одна цепь, достраиваясь связывает нуклеотиды от 5- к 3-концу, а у второй достраивание происходит посегментно.

Репликация ДНК включает следующие этапы:

• инициация;
• элонгация (рост цепи);
• терминация.

В результате репликации образуются две хромосомы, которые прикрепляются к цитоплазматической мембране или ее производным, и удаляются друг от друга мере увеличения клетки. После образования перегородки ил перетяжки деления происходит окончательное разъединение хромосом. Перегородки деления разрушают аутолитические ферменты.

Размножение бактерий в жидкой питательной среде

Культивирование микроорганизмов в такой системе является периодическим культивированием, а культуру бактерий называют непрерывной культурой.

Рост культуры на жидкой питательной среде может быть:

• придонным:
• диффузным;
• поверхностным.

Рост периодической культуры можно разделить на несколько фаз. Эти фазы можно показать в виде отрезков кривой размножения микроорганизмов (рисунок 1).

• Лаг-фаза. Период между посевом бактерий и началом процесса размножения. Длится $4-5$часов.Микроорганизмы увеличиваются в объеме и готовятся к делению. Увеличивается количество белка, нуклеиновых кислот и других соединений.
• Фаза логарифмического роста. Период интенсивного деления клеток. Продолжительность $5-6$ часов. Клетки бактерий наиболее чувствительны.
• Фаза стационарного роста (максимальной концентрации бактерий). Количество жизнеспособный клеток постоянно, наблюдается М-концентрация (максимальная концентрация). Продолжительность фазы зависит от вида и особенностей бактерий, культивирования.
• Фаза гибели бактерий. В условиях истощения питательной среды, а также накопления продуктов метаболизма происходит отмирание бактерий.

Продолжительность от $10$ часов до нескольких недель.

Размножение бактерий на плотной питательной среде

При росте на плотных питательных средах бактерии формируют изолированные колонии с ровными или неровными краями округлой формы, разного цвета и консистенции. Цвет питательной среды зависит от пигмента бактерии. Среди микроорганизмов наиболее распространенными пигментами являются каротины, меланины, ксантофиллы. Многие пигменты обладают антибиотикоподобным, антимикробным действием.

Источник: spravochnick.ru