Рост и размножение микроорганизмов

Основные понятия

Для микроорганизмов, как и для других живых существ, характерны рост и размножение. Под ростом клетки подразумевают согласованное увеличение количества всех химических компонентов (например, белка, РНК, ДНК), ведущее в конечном счете к возрастанию размеров и массы клетки. Рост клетки не безграничен, достигнув определенной величины, она прекращает рост и начинает размножаться. Размножение — это увеличение числа клеток микроорганизмов в популяции. Микроорганизмы размножаются поперечным делением, происходящим в процессе роста, почкованием или образованием спор.

Размножение.

Прокариоты обычно размножаются бесполым путем — бинарным делением. В начале деления клетка удлиняется, затем делится нуклеоид. Воспроизведение нуклеоида, содержащего всю генетическую информацию, необходимую для жизнедеятельности микроорганизма, — наиболее важный из всех процессов, которые происходят при росте клетки.

Нуклеоид представлен суперспирализованной и весьма плотно уложенной молекулой самореплицирующейся ДНК, известной под названием репликона. К репликонам относят также плазмиды — генетические структуры, способные к самостоятельной репликации. 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 постепенно расходятся в образующиеся дочерние клетки. Все это позволяет дочерней клетке иметь совершенно тождественную материнской по последовательности нуклеотидов молекулу ДНК. Считают, что репликация ДНК занимает почти 80% всего времени, затрачиваемого бактериальной клеткой на деление.

После завершения репликации ДНК наблюдается целый комплекс процессов, ведущих к образованию межклеточной перегородки. Начинаются они с врастания двух слоев цитоплазматической мембраны с обеих сторон клетки, затем между слоями мембраны синтезируется пептидогликан и, наконец, формируется перегородка из двух слоев цитоплазматической мембраны и пептидогликана.

Во время репликации ДНК и образования делящей перегородки клетка микроорганизма непрерывно растет. В этот период происходят синтез пептидогликана клеточной стенки и составляющих цитоплазматической мембраны, образование новых рибосом и других органелл и соединений цитоплазмы. На последней стадии деления дочерние клетки отделяются друг от друга. У некоторых видов бактерий процесс идет не до конца, в результате образуются цепочки клеток.

При делении палочковидных бактерий клетки вначале растут в длину (диаметр клетки не меняется). Когда бактерии становятся вдвое длиннее, палочка несколько сужается посередине, а затем распадается на две клетки. Таким образом, рост клетки идет вдоль длинной оси, а деление осуществляется в плоскости, перпендикулярной этой оси. Чаще всего клетка делится на две равные части (изоморфное деление), однако встречается и неравномерное {гетер оморфное) деление, когда дочерняя клетка больше материнской.

На рис. 34 показано окончание деления бактерии со жгутиками. Жгутики остаются у материнской клетки, у дочерней они вырастают позднее. При многочисленных исследованиях жгутики обычно находили только у одной клетки из недавно разделившейся пары. Можно полагать, что материнская клетка сохраняет главную часть первоначальной клеточной стенки, фимбрии и жгутики.

Рис. 34. Недавно разделившаяся клетка бактерии рода Klebsiella. Электронная микрофотография, х2500 (по: К. Дугюд) Спирохеты, риккетсии, а также некоторые дрожжи и мицелиальные грибы, простейшие и другие организмы размножаются поперечным делением клеток. Миксобактерии делятся перетяжкой. Сначала клетка в месте деления слегка сужается, далее клеточная стенка, постепенно впячиваясь с обеих сторон внутрь клетки, все больше и больше сужает ее и, наконец, делит на две. Дочерняя клетка, одетая уже собственной цитоплазматической мембраной, еще некоторое время сохраняет общую клеточную стенку.

Почкование у бактерий представляет собой разновидность бинарного деления и у ряда форм почти не отличается от деления. Например, у нитрифицирующих (Nitrobacter) и некоторых фотосинтезирующих (Rhodopseudomonas) бактерий клетки делятся, но растут лишь с одного полюса материнской клетки, поэтому образующиеся новые клетки неравноценны — в большинстве случаев между ними можно обнаружить морфологические отличия. Иногда у бактерий наблюдается половой процесс, или конъюгация (см. гл. 4).