9.1: Jinsi Microbes inavyokua

Malengo ya kujifunza

• Eleza wakati wa kizazi kwa ukuaji kulingana na fission ya binary
• Kutambua na kuelezea shughuli za microorganisms kufanyiwa awamu ya kawaida ya fission binary (rahisi kiini mgawanyiko) katika Curve ukuaji
• Eleza mbinu kadhaa za maabara zinazotumiwa kuamua makosa ya kiini yenye faida na jumla katika idadi ya watu wanaoendelea ukuaji wa kielelezo
• Eleza mifano ya mgawanyiko wa seli usiohusisha fission ya binary, kama vile budding au kugawanyika
• Eleza malezi na sifa za biofilms
• Kutambua hatari za afya zinazohusiana na biofilms na jinsi zinavyoshughulikiwa
• Eleza kiwango cha kuhisi na jukumu lake katika mawasiliano ya kiini hadi kiini na uratibu wa shughuli za mkononi

Mwelekeo wa kliniki: Sehemu ya 1

Jeni, mwanamke mjamzito mwenye umri wa miaka 24 katika miezi mitatu yake ya pili, anatembelea kliniki akiwa na malalamiko ya homa kubwa, 38.9 °C (102 °F), uchovu, na maumivu ya misuli—dalili za kawaida za homa na dalili. Jeni hufanya mazoezi mara kwa mara na kufuata chakula cha lishe na msisitizo juu ya vyakula vya kikaboni, ikiwa ni pamoja na maziwa ghafi ambayo ananunua kutoka soko la mkulima wa ndani. Chanjo yake yote ni ya sasa. Hata hivyo, mtoa huduma wa afya ambaye anaona Jeni ana wasiwasi na kuagiza sampuli ya damu kutumwa kwa ajili ya kupima na maabara ya mikrobiolojia.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Kwa nini mtoa huduma wa afya anahangaika kuhusu dalili na dalili za Jeni?

Mzunguko wa seli za bakteria unahusisha uundaji wa seli mpya kwa njia ya kuiga kwa DNA na kugawanya vipengele vya seli katika seli mbili za binti. Katika prokaryotes, uzazi daima ni asexual, ingawa recombination kubwa ya maumbile kwa namna ya uhamisho wa jeni usawa unafanyika, kama itakuwa kuchunguzwa katika sura tofauti. Bakteria nyingi zina kromosomu moja ya mviringo; hata hivyo, baadhi ya tofauti zipo. Kwa mfano, Borrelia burgdorferi, wakala wa causative wa ugonjwa wa Lyme, ana chromosome linear.

binary fission

Utaratibu wa kawaida wa replication ya seli katika bakteria ni mchakato unaoitwa binary fission, ambayo inaonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{1}\):. Kabla ya kugawanya, kiini kinakua na huongeza idadi yake ya vipengele vya seli. Halafu, replication ya DNA inaanza mahali kwenye kromosomu ya mviringo inayoitwa asili ya kuiga, ambapo kromosomu inaunganishwa na utando wa seli za ndani. Replication inaendelea katika mwelekeo kinyume kando ya kromosomu hadi mwisho ufikiwe.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): (a) Micrograph ya elektroni inaonyesha seli mbili za Salmonella typhimurium baada ya tukio la kufuta binary. (b) Binary fission katika bakteria huanza na replication ya DNA kama elongates kiini. Aina ya mgawanyiko wa mgawanyiko katikati ya seli. Seli mbili za binti za fomu sawa na tofauti, kila mmoja hupokea nakala ya chromosome ya awali. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na Vituo vya Kudhibiti na Kuzuia Magonjwa).

Katikati ya kiini kilichozidi kikwazo mpaka seli mbili za binti zinatengenezwa, kila mtoto hupokea nakala kamili ya genome ya wazazi na mgawanyiko wa cytoplasm (cytokinesis). Utaratibu huu wa cytokinesis na mgawanyiko wa seli unaongozwa na protini inayoitwa FTSZ. FTSZ hukusanyika kwenye pete ya Z kwenye membrane ya cytoplasmic (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Pete ya Z imefungwa na protini za FTSZ na hufafanua ndege ya mgawanyiko kati ya seli mbili za binti. Protini za ziada zinazohitajika kwa mgawanyiko wa seli zinaongezwa kwenye pete ya Z ili kuunda muundo unaoitwa divisome. Mgawanyiko huwezesha kuzalisha ukuta wa seli ya peptidoglycan na kujenga septum ambayo hugawanya seli mbili za binti. Seli za binti zinatenganishwa na mgawanyiko wa mgawanyiko, ambapo tabaka zote za nje za seli (ukuta wa seli na utando wa nje, ikiwa ni sasa) lazima urekebishwe ili kukamilisha mgawanyiko. Kwa mfano, tunajua kwamba enzymes maalum huvunja vifungo kati ya monomers katika peptidoglycans na kuruhusu kuongeza kwa subunits mpya kwenye septum ya mgawanyiko.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Protini za FTSZ zinakusanyika ili kuunda pete ya Z ambayo imefungwa kwenye membrane ya plasma. Pete ya Z inapiga bahasha ya seli ili kutenganisha cytoplasm ya seli mpya.

Zoezi\(\PageIndex{2}\)

Jina la protini linalokusanyika ndani ya pete Z kuanzisha cytokinesis na mgawanyiko wa seli?

Muda wa kizazi

Katika viumbe vya eukaryotic, wakati wa kizazi ni wakati kati ya pointi sawa za mzunguko wa maisha katika vizazi viwili vilivyofuata. Kwa mfano, wakati wa kizazi cha kawaida kwa idadi ya watu ni miaka 25. Ufafanuzi huu sio vitendo kwa bakteria, ambayo inaweza kuzaliana haraka au kubaki dormant kwa maelfu ya miaka. Katika prokaryotes (Bakteria na Archaea), wakati wa kizazi pia huitwa muda wa mara mbili na hufafanuliwa kama wakati unachukua kwa idadi ya watu mara mbili kupitia duru moja ya fission binary. Bakteria mara mbili kutofautiana sana. Ingawa Escherichia coli inaweza mara mbili katika kidogo kama dakika 20 chini ya hali bora ya ukuaji katika maabara, bakteria ya spishi hiyo inaweza kuhitaji siku kadhaa mara mbili katika mazingira magumu hasa. Vimelea vingi vinakua haraka, kama E. coli, lakini kuna tofauti. Kwa mfano, Mycobacterium kifua kikuu, wakala causative ya kifua kikuu, ina muda wa kizazi kati ya masaa 15 na 20. Kwa upande mwingine, M. leprae, ambayo husababisha ugonjwa wa Hansen (ukoma), hukua polepole zaidi, na muda wa mara mbili wa siku 14.

Kuhesabu Idadi ya seli

Inawezekana kutabiri idadi ya seli katika idadi ya watu wakati wanagawanyika na fission ya binary kwa kiwango cha mara kwa mara. Kwa mfano, fikiria kinachotokea ikiwa kiini kimoja kinagawanya kila dakika 30 kwa masaa 24. Mchoro katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\) unaonyesha ongezeko la namba za seli kwa vizazi vitatu vya kwanza.

Idadi ya seli huongezeka kwa kiasi kikubwa na inaweza kuelezwa kama 2 ⁿ, ambapo n ni idadi ya vizazi. Ikiwa seli zinagawanyika kila baada ya dakika 30, baada ya masaa 24, mgawanyiko 48 ungefanyika. Kama sisi kutumia formula 2 ⁿ, ambapo n ni sawa na 48, kiini moja bila kutoa kupanda kwa seli 2 ⁴⁸ au 281,474,976,710,656 katika vizazi 48 (masaa 24). Wakati wa kushughulika na idadi kubwa hiyo, ni vitendo zaidi kutumia notation ya kisayansi. Kwa hiyo, tunaelezea idadi ya seli kama seli 2.8 × 10 ¹⁴.

Katika mfano wetu, tulitumia kiini kimoja kama idadi ya awali ya seli. Kwa idadi yoyote ya seli za kuanzia, formula inachukuliwa kama ifuatavyo:

\[N_n = N_02^n\]

N _n ni idadi ya seli katika kizazi chochote n, N ₀ ni idadi ya awali ya seli, na n ni idadi ya vizazi.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Kiini cha wazazi hugawanya na hutoa seli mbili za binti. Kila moja ya seli za binti, kwa upande wake, hugawanya, kutoa jumla ya seli nne katika kizazi cha pili na seli nane katika kizazi cha tatu. Kila mgawanyiko mara mbili idadi ya seli.

Zoezi\(\PageIndex{3}\)

Kwa muda wa mara mbili wa dakika 30 na ukubwa wa idadi ya watu wa seli 1 × 10 ⁵, ni seli ngapi zitakuwapo baada ya masaa 2, bila kuchukua kifo cha seli?

Curve ya Ukuaji

Vijiumbe vilivyopandwa katika utamaduni uliofungwa (pia unajulikana kama utamaduni wa kundi), ambapo hakuna virutubisho vinavyoongezwa na taka nyingi haziondolewa, fuata muundo wa ukuaji wa reproducible unaojulikana kama Curve ya ukuaji. Mfano wa utamaduni wa kundi katika asili ni bwawa ambalo idadi ndogo ya seli hukua katika mazingira yaliyofungwa. Uzito wa utamaduni hufafanuliwa kama idadi ya seli kwa kiasi cha kitengo. Katika mazingira ya kufungwa, wiani wa utamaduni pia ni kipimo cha idadi ya seli katika idadi ya watu. Maambukizi ya mwili hayafuati kila wakati pembe ya ukuaji, lakini uhusiano unaweza kuwepo kulingana na tovuti na aina ya maambukizi. Wakati idadi ya seli za kuishi zinapangwa dhidi ya wakati, awamu tofauti zinaweza kuzingatiwa kwenye pembe (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Curve ya ukuaji wa utamaduni wa bakteria inawakilishwa na logarithm ya idadi ya seli za kuishi zilizopangwa kama kazi ya wakati. Grafu inaweza kugawanywa katika awamu nne kulingana na mteremko, ambayo kila mmoja inafanana na matukio katika seli. Awamu nne ni lag, logi, stationary, na kifo.

Awamu ya Lag

Mwanzo wa pembe ya ukuaji inawakilisha idadi ndogo ya seli, inayojulikana kama inoculum, ambazo zinaongezwa kwenye katikati ya utamaduni safi, mchuzi wa lishe unaounga mkono ukuaji. Awamu ya awali ya curve ya ukuaji inaitwa awamu ya lag, wakati ambapo seli zinajitokeza kwa awamu inayofuata ya ukuaji. Idadi ya seli hazibadilika wakati wa awamu ya bakia; hata hivyo, seli zinakua kubwa na zinafanya kazi kimetaboliki, zinaunganisha protini zinazohitajika kukua ndani ya kati. Ikiwa seli yoyote ziliharibiwa au kutishwa wakati wa uhamisho wa kati mpya, ukarabati unafanyika wakati wa awamu ya lag. Muda wa awamu ya lag imedhamiriwa na mambo mengi, ikiwa ni pamoja na aina na maumbile ya maumbile ya seli, muundo wa kati, na ukubwa wa inoculum ya awali.

Awamu ya Ingia

Katika awamu ya ukuaji wa logarithmic (logi), wakati mwingine huitwa awamu ya ukuaji wa kielelezo, seli zinagawanyika kikamilifu na fission ya binary na idadi yao huongezeka kwa kiasi kikubwa. Kwa aina yoyote ya bakteria, wakati wa kizazi chini ya hali maalum ya ukuaji (virutubisho, joto, pH, na kadhalika) huamua jeni, na wakati huu wa kizazi huitwa kiwango cha ukuaji wa ndani. Wakati wa awamu ya logi, uhusiano kati ya muda na idadi ya seli sio linear lakini kielelezo; Hata hivyo, Curve ya ukuaji mara nyingi hupangwa kwenye grafu ya semilogarithmic, kama inavyoonekana kwenye Kielelezo\(\PageIndex{5}\), ambayo inatoa muonekano wa uhusiano wa mstari.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Grafu zote zinaonyesha ukuaji wa idadi ya watu wakati wa awamu ya logi kwa sampuli ya bakteria na idadi ya awali ya seli moja na muda wa mara mbili wa saa 1. (a) Unapopangwa kwa kiwango cha hesabu, kiwango cha ukuaji kinafanana na pembe. (b) Wakati wa kupangwa kwa kiwango cha semilogarithmic (maana ya maadili kwenye mhimili wa y ni logarithmic), kiwango cha ukuaji kinaonekana linear.

Viini katika awamu ya logi huonyesha kiwango cha ukuaji wa mara kwa mara na shughuli za kimetaboliki sare Kwa sababu hii, seli katika awamu ya logi zinatumiwa kwa matumizi ya viwanda na kazi ya utafiti. Awamu ya logi pia ni hatua ambapo bakteria ni wengi wanahusika na hatua ya disinfectants na antibiotics ya kawaida ambayo huathiri protini, DNA, na usanisi wa ukuta wa seli.

Awamu ya Kituo

Kama idadi ya seli huongezeka kupitia awamu ya logi, mambo kadhaa huchangia kupunguza kasi ya ukuaji. Bidhaa za taka hujilimbikiza na virutubisho hutumiwa hatua kwa hatua. Aidha, kupungua kwa oksijeni kwa taratibu huanza kupunguza ukuaji wa seli za aerobic. Mchanganyiko huu wa hali mbaya hupungua na hatimaye huhifadhi ukuaji wa idadi ya watu. Idadi ya seli za kuishi hufikia sahani inayojulikana kama awamu ya stationary (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Katika awamu hii, idadi ya seli mpya zilizoundwa na mgawanyiko wa seli sasa ni sawa na idadi ya seli zinazokufa; hivyo, jumla ya idadi ya seli hai ni kiasi palepale. Uzito wa utamaduni katika utamaduni wa stationary ni mara kwa mara. Uwezo wa kubeba utamaduni, au wiani wa kiwango cha juu cha utamaduni, unategemea aina za vijidudu katika utamaduni na hali maalum za utamaduni; hata hivyo, uwezo wa kubeba ni mara kwa mara kwa viumbe fulani vilivyopandwa chini ya hali hiyo.

Wakati wa awamu ya stationary, seli zinabadili mode ya kuishi ya kimetaboliki. Kama ukuaji unapungua, hivyo pia awali ya peptidoglycans, protini, na asidi ya nucleic-; hivyo, tamaduni za stationary haziathiriwa na antibiotics zinazoharibu taratibu hizi. Katika bakteria zinazoweza kuzalisha endospores, seli nyingi hupata sporation wakati wa awamu ya stationary. Metabolites ya sekondari, ikiwa ni pamoja na antibiotics, hutengenezwa katika awamu ya stationary. Katika baadhi ya bakteria ya pathogenic, awamu ya stationary pia inahusishwa na usemi wa mambo ya virulence, bidhaa zinazochangia uwezo wa microbe kuishi, kuzaliana, na kusababisha ugonjwa katika kiumbe cha jeshi. Kwa mfano, kiwango cha kuhisi katika Staphylococcus aureus huanzisha uzalishaji wa enzymes ambazo zinaweza kuvunja tishu za binadamu na uchafu wa seli, kusafisha njia kwa bakteria kuenea kwa tishu mpya ambapo virutubisho ni nyingi zaidi.

Awamu ya Kifo

Kama kati ya utamaduni hujilimbikiza taka za sumu na virutubisho vimechoka, seli hufa kwa idadi kubwa na kubwa zaidi. Hivi karibuni, idadi ya seli za kufa huzidi idadi ya seli za kugawa, na kusababisha kupungua kwa kiasi kikubwa kwa idadi ya seli (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Hii ni awamu inayoitwa kifo, wakati mwingine huitwa awamu ya kushuka. Seli nyingi lyse na kutolewa virutubisho katika kati, kuruhusu seli kuishi kudumisha uwezekano na kuunda endospores. Seli chache, kinachojulikana kama wanaojitokeza, zina sifa ya kiwango cha polepole cha metabolic. Seli za kudumu ni muhimu kiafya kwa sababu zinahusishwa na maambukizi fulani ya muda mrefu, kama vile kifua kikuu, ambayo hayajibu matibabu ya antibiotiki.

Kuendeleza ukuaji wa Microbial

muundo ukuaji inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{4}\) unafanyika katika mazingira ya kufungwa; virutubisho si aliongeza na taka na seli wafu si kuondolewa. Mara nyingi, ingawa, ni faida kudumisha seli katika awamu ya logarithmic ya ukuaji. Mfano mmoja ni katika viwanda vinavyovuna bidhaa za microbial. Chemostat (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)) hutumiwa kudumisha utamaduni unaoendelea ambao virutubisho hutolewa kwa kiwango cha kutosha. Kiasi cha hewa kilichodhibitiwa kinachanganywa kwa michakato ya aerobic. Kusimamishwa kwa bakteria huondolewa kwa kiwango sawa na virutubisho vinavyoingia ili kudumisha mazingira bora ya ukuaji.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Chemostat ni chombo cha utamaduni kilichofungwa na ufunguzi wa kuongeza virutubisho (kulisha) na bandari ili kuondoa yaliyomo (majivu), kwa ufanisi kuondokana na taka za sumu na seli zilizokufa. Kuongezea na kuondolewa kwa maji ya maji hubadilishwa ili kudumisha utamaduni katika awamu ya logarithmic ya ukuaji. Ikiwa bakteria ya aerobic imeongezeka, viwango vya oksijeni vinavyofaa vinasimamiwa.

Zoezi\(\PageIndex{4}\)

1. Wakati wa awamu gani ukuaji hutokea kwa kiwango cha haraka zaidi?
2. Taja mambo mawili ambayo hupunguza ukuaji wa microbial.

Upimaji wa ukuaji wa bakteria

Kukadiria idadi ya seli za bakteria katika sampuli, inayojulikana kama hesabu ya bakteria, ni kazi ya kawaida inayofanywa na microbiologists. Idadi ya bakteria katika sampuli ya kliniki hutumika kama dalili ya kiwango cha maambukizi. Udhibiti wa ubora wa maji ya kunywa, chakula, dawa, na hata vipodozi hutegemea makadirio ya makosa ya bakteria kuchunguza uchafuzi na kuzuia kuenea kwa magonjwa. Mbinu mbili kuu hutumiwa kupima nambari ya seli. Mbinu za moja kwa moja zinahusisha kuhesabu seli, wakati mbinu zisizo za moja kwa moja zinategemea kipimo cha uwepo wa seli au shughuli bila kuhesabu seli za mtu binafsi. Njia zote za moja kwa moja na zisizo za moja kwa moja zina faida na hasara kwa programu maalum.

Moja kwa moja Kiini Hesabu

Hesabu ya moja kwa moja ya seli inahusu kuhesabu seli katika utamaduni wa kiowevu au makoloni kwenye sahani. Ni njia moja kwa moja ya kukadiria jinsi viumbe wengi wanapo katika sampuli. Hebu tuangalie kwanza kwa njia rahisi na ya haraka ambayo inahitaji tu slide maalumu na darubini ya kiwanja.

Njia rahisi zaidi ya kuhesabu bakteria inaitwa moja kwa moja microscopic kiini kuhesabu, ambayo inahusisha kuhamisha kiasi kinachojulikana cha utamaduni kwa slide sanifu na kuhesabu seli chini ya darubini mwanga. Slide ya sanifu inaitwa chumba cha Petroff-Hausser (Kielelezo\(\PageIndex{7}\)) na ni sawa na hemocytometer inayotumiwa kuhesabu seli nyekundu za damu. Eneo la kati la chumba cha kuhesabu limewekwa katika mraba wa ukubwa mbalimbali. Sampuli ya kusimamishwa kwa utamaduni imeongezwa kwenye chumba chini ya kifuniko kilichowekwa kwenye urefu maalum kutoka kwenye uso wa gridi ya taifa. Inawezekana kukadiria mkusanyiko wa seli katika sampuli ya awali kwa kuhesabu seli za mtu binafsi katika mraba kadhaa na kuamua kiasi cha sampuli iliyozingatiwa. Eneo la mraba na urefu ambao coverslip imewekwa ni maalum kwa chumba. Mkusanyiko lazima urekebishwe kwa dilution ikiwa sampuli ilipunguzwa kabla ya malipo.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): (a) Chumba cha Petroff-Hausser ni slide maalum iliyoundwa kwa ajili ya kuhesabu seli za bakteria kwa kiasi cha kipimo cha sampuli. Gridi ya taifa imewekwa kwenye slide ili kuwezesha usahihi katika kuhesabu. (b) Mchoro huu unaeleza gridi ya chumba cha Petroff-Hausser, ambacho kinaundwa na mraba wa maeneo inayojulikana. Mtazamo ulioenea unaonyesha mraba ndani ambayo bakteria (seli nyekundu) huhesabiwa. Ikiwa coverslip ni 0.2 mm juu ya gridi ya taifa na mraba ina eneo la 0.04 mm ², basi kiasi ni 0.008 mm ³, au 0.000008 ml. Kwa kuwa kuna seli 10 ndani ya mraba, wiani wa bakteria ni seli 10/0.000008 ml, ambayo inalingana na seli 1,250,000/ml. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na Jeffrey M. Vinocur)

Viini katika viwanja kadhaa vidogo vinapaswa kuhesabiwa na wastani kuchukuliwa ili kupata kipimo cha kuaminika. Faida za chumba ni kwamba njia ni rahisi kutumia, kwa haraka, na gharama nafuu. Kwa upande wa chini, chumba cha kuhesabu haifanyi kazi vizuri na tamaduni za kuondokana kwa sababu kunaweza kuwa na seli za kutosha kuhesabu.

Kutumia chumba cha kuhesabu sio lazima kutoa hesabu sahihi ya idadi ya seli za kuishi kwa sababu haiwezekani kutofautisha kati ya seli zilizo hai, seli zilizokufa, na uchafu wa ukubwa sawa chini ya darubini. Hata hivyo, mbinu mpya za uchafu wa fluorescence hufanya iwezekanavyo kutofautisha bakteria inayofaa na iliyokufa. Madoa haya ya uwezekano (au madhara ya kuishi) hufunga kwa asidi ya nucleic, lakini stains za msingi na za sekondari zinatofautiana katika uwezo wao wa kuvuka utando wa cytoplasmic. Taa ya msingi, ambayo hufluoresces kijani, inaweza kupenya utando wa cytoplasmic intact, kudanganya seli zote zilizo hai na zilizokufa. Taa ya sekondari, ambayo huangaza nyekundu, inaweza kuharibu kiini tu ikiwa membrane ya cytoplasmic imeharibiwa sana. Hivyo, seli kuishi fluoresce kijani kwa sababu tu kunyonya doa kijani, ambapo seli wafu kuonekana nyekundu kwa sababu doa nyekundu displaces stain kijani juu ya asidi yao nucleic (Kielelezo\(\PageIndex{8}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{8}\): Madoa ya fluorescence yanaweza kutumika kutofautisha kati ya seli za bakteria zinazofaa na zilizokufa katika sampuli kwa madhumuni ya kuhesabu. Seli zinazofaa zinaharibiwa kijani, wakati seli zilizokufa zinaharibiwa nyekundu. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Panseri S, Cunha C, D'Alessandro T, Sandri M, Giavaresi G, Maracci M, Hung CT, Tampieri A)

Mbinu nyingine hutumia kifaa cha kuhesabu kiini cha elektroniki (Coulter counter) kuchunguza na kuhesabu mabadiliko katika upinzani wa umeme katika suluhisho la salini. Bomba la kioo na ufunguzi mdogo linaingizwa katika suluhisho la electrolyte. Electrode ya kwanza imesimamishwa katika tube ya kioo. Electrode ya pili iko nje ya tube. Kama seli zinazotolewa kwa njia ya kufungua ndogo katika tube ya kioo, zinabadilisha kwa ufupi upinzani uliopimwa kati ya electrodes mbili na mabadiliko yameandikwa na sensor ya umeme (Kielelezo\(\PageIndex{9}\)); kila mabadiliko ya upinzani yanawakilisha kiini. Njia hiyo ni ya haraka na sahihi ndani ya viwango mbalimbali; hata hivyo, ikiwa utamaduni umejilimbikizia sana, zaidi ya seli moja inaweza kupita kupitia aperture wakati wowote na skew matokeo. Njia hii pia haina kutofautisha kati ya seli zilizo hai na zilizokufa.

Makosa ya moja kwa moja hutoa makadirio ya idadi ya seli katika sampuli. Hata hivyo, katika hali nyingi, ni muhimu kujua idadi ya seli za kuishi, au zinazofaa. Mahesabu ya seli za kuishi zinahitajika wakati wa kuchunguza kiwango cha maambukizi, ufanisi wa misombo ya antimicrobial na dawa, au uchafuzi wa chakula na maji.

Kielelezo\(\PageIndex{9}\): Coulter counter ni kifaa elektroniki kwamba makosa seli. Inapima mabadiliko katika upinzani katika suluhisho la electrolyte linalofanyika wakati kiini kinapita kupitia ufunguzi mdogo ndani ya ukuta wa chombo. Detector moja kwa moja huhesabu idadi ya seli zinazopita kupitia ufunguzi. (mikopo b: mabadiliko ya kazi na Taasisi za Taifa za Afya)

Zoezi\(\PageIndex{5}\)

1. Kwa nini unaweza kuhesabu idadi ya seli katika mraba zaidi ya moja katika chumba cha Petroff-Hausser ili kukadiria namba za seli?
2. Katika njia ya kudanganya uwezekano, kwa nini seli zilizokufa zinaonekana nyekundu?

Bamba Hesabu

Faida sahani kuhesabu, au tu sahani kuhesabu, ni hesabu ya seli faida au kuishi. Inategemea kanuni ambayo seli zinazofaa zinaiga na hutoa makoloni inayoonekana wakati wa kuingizwa chini ya hali zinazofaa kwa specimen. Matokeo kwa kawaida huonyeshwa kama vitengo vya kutengeneza koloni kwa mililita (CFU/mililita) badala ya seli kwa mililita kwa sababu zaidi ya seli moja huenda ikawa imetua kwenye doa moja ili kutoa kupanda kwa koloni moja. Zaidi ya hayo, sampuli za bakteria zinazokua katika makundi au minyororo ni vigumu kueneza na koloni moja inaweza kuwakilisha seli kadhaa. Baadhi ya seli zinaelezewa kuwa zinafaa lakini hazipatikani na hazitaunda makoloni kwenye vyombo vya habari vilivyo imara. Kwa sababu hizi zote, hesabu ya sahani inayofaa inachukuliwa kuwa makadirio ya chini ya idadi halisi ya seli za kuishi. Vikwazo hivi havizuizi kutokana na manufaa ya njia hiyo, ambayo hutoa makadirio ya idadi ya bakteria hai.

Wataalamu wa microbiolojia kawaida huhesabu sahani zilizo na makoloni 30—300. Sampuli zilizo na makoloni machache sana <30) do not give statistically reliable numbers, and overcrowded plates (> makoloni 300) hufanya iwe vigumu kuhesabu kwa usahihi makoloni ya mtu binafsi. Pia, hesabu katika aina hii hupunguza matukio ya seli zaidi ya moja ya bakteria inayounda koloni moja. Hivyo, CFU iliyohesabiwa iko karibu na idadi halisi ya bakteria hai katika idadi ya watu.

Kuna njia mbili za kawaida za sahani za inoculating kwa hesabu zinazofaa: sahani ya kumwaga na mbinu za sahani za kuenea. Ingawa utaratibu wa mwisho wa inoculation unatofautiana kati ya njia hizi mbili, wote huanza na dilution ya serial ya utamaduni.

Serial Dilution

Dilution ya serial ya utamaduni ni hatua muhimu ya kwanza kabla ya kuendelea na sahani ya kumwaga au kueneza njia ya sahani. Lengo la mchakato wa dilution ya serial ni kupata sahani na CFUs katika aina mbalimbali ya 30—300, na mchakato kwa kawaida huhusisha dilutions kadhaa kwa wingi wa 10 ili kurahisisha hesabu. Idadi ya dilutions ya serial huchaguliwa kulingana na makadirio ya awali ya wiani wa utamaduni. Kielelezo\(\PageIndex{10}\) kinaonyesha njia ya dilution ya serial.

Kielelezo\(\PageIndex{10}\): Dilution ya Serial inahusisha kupanua kiasi cha kudumu cha seli zilizochanganywa na ufumbuzi wa dilution kwa kutumia dilution ya awali kama inoculum. Matokeo yake ni dilution ya utamaduni wa awali kwa sababu ya kuongezeka kwa exponentially. (mikopo: mabadiliko ya kazi na “Leberechtc” /Wikimedia Commons)

Kiasi cha kudumu cha utamaduni wa awali, 1.0 ml, kinaongezwa na kuchanganywa kabisa na suluhisho la kwanza la dilution tube, ambalo lina 9.0 ml ya mchuzi usio na kuzaa. Hatua hii inawakilisha sababu ya dilution ya 10, au 1:10, ikilinganishwa na utamaduni wa awali. Kutoka kwa dilution hii ya kwanza, kiasi sawa, 1.0 ml, kinaondolewa na kuchanganywa na tube safi ya 9.0 ml ya ufumbuzi wa dilution. Sababu ya dilution sasa ni 1:100 ikilinganishwa na utamaduni wa awali. Utaratibu huu unaendelea mpaka mfululizo wa dilutions ni zinazozalishwa ambayo bracket taka kiini mkusanyiko kwa ajili ya kuhesabu sahihi. Kutoka kila tube, sampuli imewekwa kwenye kati imara kwa kutumia njia ya sahani ya kumwaga (Kielelezo\(\PageIndex{11}\)) au njia ya sahani ya kuenea (Kielelezo\(\PageIndex{12}\)). Sahani zinaingizwa mpaka makoloni yanaonekana. Sahani mbili hadi tatu kwa kawaida huandaliwa kutoka kila dilution na idadi ya makoloni yaliyohesabiwa kwenye kila sahani ni wastani. Katika hali zote, kuchanganya vizuri sampuli na katikati ya dilution (kuhakikisha usambazaji wa seli katika tube ni random) ni muhimu kwa kupata matokeo ya kuaminika.

Kielelezo\(\PageIndex{11}\): Katika njia ya pour sahani ya kuhesabu kiini, sampuli huchanganywa katika agar ya joto ya kioevu (45—50° C) iliyotiwa kwenye sahani ya Petri yenye kuzaa na ikichanganywa zaidi na swirling. Utaratibu huu unarudiwa kwa kila dilution ya serial iliyoandaliwa. Makoloni yanayotokana yanahesabiwa na kutoa makadirio ya idadi ya seli katika sampuli ya awali ya kiasi.

Sababu ya dilution hutumiwa kuhesabu idadi ya seli katika utamaduni wa awali wa seli. Katika mfano wetu, wastani wa makoloni 50 yalihesabiwa kwenye sahani zilizopatikana kutoka dilution ya 1:10 ,000. Kwa sababu tu 0.1 ml ya kusimamishwa ilikuwa pipetted juu ya sahani, multiplier required upya mkusanyiko wa awali ni 10 × 10,000. Idadi ya CFU kwa kila mL ni sawa na 50 × 100 × 10,000 = 5,000,000. Idadi ya bakteria katika utamaduni inakadiriwa kuwa seli milioni 5/ml. Hesabu ya koloni iliyopatikana kutoka kwa dilution ya 1:1000 ilikuwa 389, chini ya 500 inayotarajiwa kwa tofauti ya mara 10 katika dilutions. Hii inaonyesha suala la kutokuwa sahihi wakati hesabu za koloni ni kubwa kuliko 300 na zaidi ya seli moja ya bakteria inakua kuwa koloni moja.

Kielelezo\(\PageIndex{12}\): Katika njia ya kuenea sahani ya kuhesabu kiini, sampuli hutiwa kwenye agar imara na kisha kuenea kwa kutumia spreader kuzaa. Utaratibu huu unarudiwa kwa kila dilution ya serial iliyoandaliwa. Makoloni yanayotokana yanahesabiwa na kutoa makadirio ya idadi ya seli katika sampuli za awali za kiasi.

Maji mengi ya sampuli-kunywa, kwa mfano-inaweza kuwa na viumbe vya kutosha kutumia mojawapo ya mbinu za kuhesabu sahani zilizoelezwa. Katika hali hiyo, sampuli ya awali inapaswa kujilimbikizia badala ya kupunguzwa kabla ya kupamba. Hii inaweza kukamilika kwa kutumia marekebisho ya mbinu ya kuhesabu sahani inayoitwa mbinu ya filtration ya membrane. Kiasi kinachojulikana ni utupu unaochujwa aseptically kupitia membrane na ukubwa pore ndogo ya kutosha mtego microorganisms. Mbinu huhamishiwa kwenye sahani ya Petri iliyo na katikati ya ukuaji sahihi. Makoloni yanahesabiwa baada ya incubation. Uhesabuji wa wiani wa seli hufanywa kwa kugawanya hesabu ya seli kwa kiasi cha kioevu kilichochujwa.

Unganisha na Kujifunza

Tazama video hii kwa ajili ya maandamano ya dilutions serial na kuenea mbinu sahani.

Idadi inayowezekana

Idadi ya microorganisms katika sampuli za kuondokana ni kawaida sana ili kugunduliwa na mbinu za kuhesabu sahani zilizoelezwa hadi sasa. Kwa sampuli hizi, microbiologists mara kwa mara hutumia njia inayowezekana zaidi (MPN), utaratibu wa takwimu wa kukadiria idadi ya microorganisms zinazofaa katika sampuli. Mara nyingi hutumika kwa sampuli za maji na chakula, njia ya MPN inatathmini ukuaji unaoonekana kwa kuchunguza mabadiliko katika turbidity au rangi kutokana na shughuli za kimetaboliki.

Matumizi ya kawaida ya njia ya MPN ni makadirio ya idadi ya coliforms katika sampuli ya maji ya bwawa. Coliforms ni bakteria ya gramu-hasi ambayo huvuta lactose. Uwepo wa coliforms katika maji unachukuliwa kuwa ishara ya uchafuzi na suala la fecal. Kwa njia mfano katika Kielelezo\(\PageIndex{13}\), mfululizo wa dilutions tatu ya sampuli ya maji ni kipimo kwa inoculating tano zilizopo lactose supu na 10 ml ya sampuli, tano zilizopo lactose supu na 1 ml ya sampuli, na tano zilizopo lactose supu na 0.1 ml ya sampuli. Vipande vya mchuzi wa lactose vina kiashiria cha pH kinachobadilisha rangi kutoka nyekundu hadi njano wakati lactose inapokanzwa. Baada ya inoculation na incubation, zilizopo zinachunguzwa kwa dalili ya ukuaji wa coliform na mabadiliko ya rangi katika vyombo vya habari kutoka nyekundu hadi njano. Seti ya kwanza ya zilizopo (sampuli 10-ml) ilionyesha ukuaji katika zilizopo zote; seti ya pili ya zilizopo (1 mL) ilionyesha ukuaji katika zilizopo mbili kati ya tano; katika seti ya tatu ya zilizopo, hakuna ukuaji unaozingatiwa katika zilizopo yoyote (dilution 0.1-ml). Nambari 5, 2, na 0 zinalinganishwa na Kielelezo B1 katika Kiambatisho B, ambacho kimetengenezwa kwa kutumia mfano wa uwezekano wa utaratibu wa sampuli. Kutokana na kusoma kwa meza, tunahitimisha kuwa 49 ni idadi inayowezekana zaidi ya bakteria kwa 100 ml ya maji ya bwawa.

Kielelezo\(\PageIndex{13}\): Katika njia inayowezekana zaidi, seti ya zilizopo tano za mchuzi wa lactose zinaingizwa na kiasi cha tatu cha maji ya bwawa: 10 ml, 1 ml, na 0.1ml. Ukuaji wa bakteria hupimwa kupitia mabadiliko katika rangi ya mchuzi kutoka nyekundu hadi njano kama lactose inavyovutiwa.

Zoezi\(\PageIndex{6}\)

1. Kitengo cha kutengeneza koloni ni nini?
2. Ni njia gani mbili zinazotumiwa mara kwa mara kukadiria idadi ya bakteria katika sampuli za maji?

Moja kwa moja Kiini Hesabu

Mbali na mbinu za moja kwa moja za kuhesabu seli, mbinu zingine, kulingana na kugundua moja kwa moja ya wiani wa seli, hutumiwa kwa kawaida kukadiria na kulinganisha msongamano wa seli katika utamaduni. Njia kuu ni kupima ugonjwa (mawingu) ya sampuli ya bakteria katika kusimamishwa kwa kioevu. Chombo cha maabara kinachotumiwa kupima ugonjwa huitwa spectrophotometer (Kielelezo\(\PageIndex{14}\)). Katika spectrophotometer, boriti ya mwanga huambukizwa kupitia kusimamishwa kwa bakteria, mwanga unaopitia kusimamishwa hupimwa na detector, na kiasi cha mwanga unaopita kupitia sampuli na kufikia detector hubadilishwa kuwa maambukizi ya asilimia au thamani ya logarithmic inayoitwa absorbance (wiani wa macho). Kama idadi ya bakteria katika ongezeko la kusimamishwa, turbidity pia huongezeka na husababisha mwanga mdogo kufikia detector. Kupungua kwa mwanga kupita kupitia sampuli na kufikia detector kunahusishwa na kupungua kwa maambukizi ya asilimia na ongezeko la absorbance kupimwa na spectrophotometer.

Kupima turbidity ni njia ya haraka ya kukadiria wiani wa seli kwa muda mrefu kama kuna seli za kutosha katika sampuli kuzalisha turbidity. Inawezekana kuunganisha masomo ya ugonjwa kwa idadi halisi ya seli kwa kufanya hesabu ya sahani inayofaa ya sampuli zilizochukuliwa kutoka kwa tamaduni zilizo na maadili mbalimbali ya absorbance. Kutumia maadili haya, curve ya calibration inazalishwa na kupanga turbidity kama kazi ya wiani wa seli. Mara baada ya Curve calibration imekuwa zinazozalishwa, inaweza kutumika kukadiria makosa ya seli kwa sampuli zote zilizopatikana au cultured chini ya hali kama hiyo na kwa densities ndani ya aina mbalimbali ya maadili kutumika kujenga Curve.

Kielelezo\(\PageIndex{14}\): (a) Spectrophotometer ni kawaida kutumika kupima turbidity ya kusimamishwa kiini bakteria kama kipimo moja kwa moja ya wiani wa seli. (b) Spectrophotometer inafanya kazi kwa kugawanya mwanga mweupe kutoka chanzo ndani ya wigo. Spectrophotometer inaruhusu uchaguzi wa wavelength ya mwanga kutumia kwa kipimo. Uzito wa macho (ugonjwa) wa sampuli itategemea wavelength, hivyo mara moja wavelength moja imechaguliwa, inapaswa kutumika mara kwa mara. Nuru iliyochujwa hupita kupitia sampuli (au udhibiti na kati tu) na kiwango cha mwanga kinapimwa na detector. Mwanga unaoingia katika kusimamishwa kwa bakteria hutawanyika na seli kwa namna ambayo sehemu fulani haijawahi kufikia detector. Kusambaza hii hutokea kwa kiwango cha chini sana katika tube ya kudhibiti na kati tu. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na Hwang HS, Kim MS; mikopo b “picha za tube za mtihani”: mabadiliko ya kazi na Suzanne Wakim)

Kupima uzito kavu wa sampuli ya utamaduni ni njia nyingine isiyo ya moja kwa moja ya kutathmini wiani wa utamaduni bila kupima moja kwa moja makosa ya seli. Kusimamishwa kwa seli kutumika kwa uzito lazima kujilimbikizia na filtration au centrifugation, kuosha, na kisha kavu kabla ya vipimo kuchukuliwa. Kiwango cha kukausha lazima kiwe sawa na akaunti kwa maudhui ya maji ya mabaki. Njia hii ni muhimu hasa kwa microorganisms filamentous, ambayo ni vigumu kuorodhesha kwa kuhesabu moja kwa moja au faida sahani.

Kama tulivyoona, mbinu za kukadiria idadi ya seli faida inaweza kuwa kazi kubwa na kuchukua muda kwa sababu seli lazima mzima. Hivi karibuni, njia zisizo za moja kwa moja za kupima seli za kuishi zimeandaliwa ambazo ni za haraka na rahisi kutekeleza. Mbinu hizi hupima shughuli za seli kwa kufuata uzalishaji wa bidhaa za kimetaboliki au kutoweka kwa reactants. Adenosine triphosphate (ATP) malezi, biosynthesis ya protini na asidi nucleic, na matumizi ya oksijeni yote yanaweza kufuatiliwa ili kukadiria idadi ya seli.

Zoezi\(\PageIndex{7}\)

1. Nini madhumuni ya Curve calibration wakati kukadiria kuhesabu kiini kutoka vipimo turbidity?
2. Njia mpya za moja kwa moja za kuhesabu seli za kuishi ni nini?

Mipangilio mbadala ya Idara ya Kiini

Fission ya binary ni mfano wa kawaida wa mgawanyiko wa seli katika prokaryotes, lakini sio pekee. Njia nyingine kwa kawaida huhusisha mgawanyiko wa asymmetrical (kama ilivyo katika budding) au uzalishaji wa spora katika filaments za angani.

Katika baadhi ya cyanobacteria, nucleoids nyingi zinaweza kujilimbikiza kwenye kiini kilichopanuliwa au kando ya filament, na kusababisha kizazi cha seli nyingi mpya mara moja. Seli mpya mara nyingi hugawanyika kutoka kwa filament ya mzazi na kuelea mbali katika mchakato unaoitwa kugawanyika (Kielelezo\(\PageIndex{15}\)). Kugawanyika ni kawaida kuzingatiwa katika Actinomycetes, kundi la gram-chanya, bakteria anaerobic kawaida hupatikana katika udongo. Mfano mwingine wa ajabu wa mgawanyiko wa seli katika prokaryotes, kukumbusha kuzaliwa kwa wanyama, unaonyeshwa na bakteria kubwa Epulopiscium. Seli kadhaa za binti hukua kikamilifu katika seli ya mzazi, ambayo hatimaye hutengana, ikitoa seli mpya kwenye mazingira. Spishi nyingine zinaweza kuunda ugani mrefu mwembamba kwenye pole moja katika mchakato unaoitwa budding. Ncha ya ugani huongezeka na huunda kiini kidogo, bud ambayo hatimaye hutoka kwenye kiini cha mzazi. Budding ni ya kawaida katika chachu (Kielelezo\(\PageIndex{15}\)), lakini pia inaonekana katika bakteria ya prosthecate na baadhi ya cyanobacteria.

Kielelezo\(\PageIndex{15}\): (a) Cyanobacteria ya Filamentous, kama wale walioonyeshwa hapa, kuiga kwa kugawanyika. (b) Katika micrograph hii ya elektroni, seli za bakteria Gemmata obscuriglobus ni budding. Kiini kikubwa ni kiini cha mama. Maandiko yanaonyesha nucleoids (N) na bahasha ya nyuklia inayoendelea (NE) ya kiini cha binti. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na CSIRO; mikopo b: mabadiliko ya kazi na Kuo-Chang Lee, Rick I Webb na John A Fuerst)

Bakteria ya udongo Actinomyces hukua katika filaments ndefu zilizogawanywa na septa, sawa na mycelia inayoonekana katika fungi, na kusababisha seli ndefu zilizo na nucleoids nyingi. Ishara za mazingira, labda zinazohusiana na upatikanaji mdogo wa virutubisho, husababisha kuundwa kwa filaments za angani. Ndani ya filaments hizi za angani, seli zilizounganishwa hugawanyika wakati huo huo Seli mpya, ambazo zina nucleoid moja, huendeleza kuwa spores zinazozalisha makoloni mapya.

Zoezi\(\PageIndex{8}\)

Tambua angalau tofauti moja kati ya kugawanyika na budding.

Biofilms

Kwa asili, microorganisms kukua hasa katika biofilms, mazingira magumu na nguvu kwamba fomu juu ya aina ya nyuso mazingira, kutoka mifereji ya viwanda na mabomba ya matibabu ya maji kwa miamba katika vitanda mto. Biofilms hazizuiliwi kwa substrates imara ya uso, hata hivyo. Karibu uso wowote katika mazingira ya kioevu yenye virutubisho vidogo vidogo hatimaye kuendeleza biofilm. Mikeka ya microbial inayoelea juu ya maji, kwa mfano, ni biofilms ambayo ina idadi kubwa ya microorganisms photosynthetic. Biofilms zinazopatikana katika kinywa cha binadamu zinaweza kuwa na mamia ya spishi za bakteria. Bila kujali mazingira ambako hutokea, biofilms si makusanyo ya random ya microorganisms; badala yake, wao ni jamii yenye muundo ambao hutoa faida ya kuchagua kwa microorganisms yao Constituent.

Muundo wa Biofilm

Uchunguzi kwa kutumia hadubini ya confocal umeonyesha kuwa hali ya mazingira huathiri muundo wa jumla wa biofilms. Filamu za filamentous zinazoitwa streamers zinaunda katika maji yanayotembea kwa haraka, kama vile mito ya maji safi, eddies, na seli maalum za mtiririko wa maabara ambazo zinaiga hali ya ukuaji katika maji ya haraka. Streamers ni nanga kwenye substrate na “kichwa” na “mkia” hupanda chini ya sasa. Katika maji bado au ya kusonga polepole, biofilms hasa huchukua sura kama uyoga. Muundo wa biofilms pia unaweza kubadilika na hali nyingine za mazingira kama vile upatikanaji wa virutubisho.

Uchunguzi wa kina wa biofilms chini ya laser ya confocal na skanning microscopes ya elektroni hufunua makundi ya microorganisms iliyoingia kwenye tumbo inayoingizwa na njia za wazi za maji. Matrix ya ziada ya ziada ina vitu vya ziada vya polymeric (EPS) vilivyofichwa na viumbe katika biofilm. Matrix ya ziada inawakilisha sehemu kubwa ya biofilm, uhasibu kwa 50% - 90% ya jumla ya molekuli kavu. Mali ya EPS hutofautiana kulingana na viumbe hai na hali ya mazingira.

EPS ni gel hidrati linajumuisha hasa polysaccharides na zenye macromolecules nyingine kama vile protini, asidi nucleic, na lipids. Ina jukumu muhimu katika kudumisha uadilifu na kazi ya biofilm. Njia katika EPS huruhusu harakati za virutubisho, taka, na gesi katika biofilm. Hii inaendelea seli hidrati, kuzuia desiccation. EPS pia huhifadhi viumbe katika biofilm kutoka predation na microbes nyingine au seli (kwa mfano, protozoans, seli nyeupe za damu katika mwili wa binadamu).

Uundaji wa Biofilm

Seli za microbial zinazozunguka bure zinazoishi katika mazingira ya majini huitwa seli za planktonic. Kuundwa kwa biofilm kimsingi kunahusisha kiambatisho cha seli za planktonic kwenye substrate, ambako huwa sessile (masharti ya uso). Hii hutokea kwa hatua, kama ilivyoonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{16}\). Hatua ya kwanza inahusisha kiambatisho cha seli za planktonic kwenye uso uliofunikwa na filamu ya hali ya vifaa vya kikaboni. Katika hatua hii, attachment kwa substrate ni kubadilishwa, lakini kama seli kueleza phenotypes mpya ambayo kuwezesha malezi ya EPS, wao mpito kutoka planktonic kwa maisha sessile. Biofilm inaendelea miundo ya tabia, ikiwa ni pamoja na matrix ya kina na njia za maji. Viambatisho kama vile fimbriae, pili, na flagella huingiliana na EPS, na hadubini na uchambuzi wa maumbile zinaonyesha kuwa miundo kama hiyo inahitajika kwa ajili ya kuanzishwa kwa biofilm iliyokomaa. Katika hatua ya mwisho ya mzunguko wa maisha ya biofilm, seli kwenye pembeni ya biofilm zinarudi kwenye maisha ya planktonic, hupunguza biofilm ya kukomaa ili kutawala maeneo mapya. Hatua hii inajulikana kama kutawanyika.

Kielelezo\(\PageIndex{16}\): Hatua katika malezi na mzunguko wa maisha ya biofilm. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Maktaba ya Umma ya Sayansi na Shirika la Marekani la Microbiolojia)

Ndani ya biofilm, aina mbalimbali za microorganisms huanzisha ushirikiano wa kimetaboliki ambapo bidhaa taka ya kiumbe kimoja inakuwa virutubisho kwa mwingine. Kwa mfano, microorganisms aerobic hutumia oksijeni, na kujenga mikoa anaerobic ambayo inakuza ukuaji wa anaerobes. Hii hutokea katika maambukizi mengi ya polymicrobial ambayo yanahusisha vimelea vya aerobic na anaerobic.

Utaratibu ambao seli katika biofilm huratibu shughuli zao kwa kukabiliana na uchochezi wa mazingira huitwa quorum kuhisi. Jamii sensing-ambayo inaweza kutokea kati ya seli za spishi mbalimbali ndani ya biofilm-inawezesha microorganisms kuchunguza wiani wa seli zao kwa njia ya kutolewa na kumfunga kwa molekuli ndogo, diffusible iitwayo autoinducers. Wakati idadi ya seli inakaribia kizingiti muhimu (quorum), hizi autoinducers huanzisha kuteleza kwa athari zinazoamsha jeni zinazohusishwa na kazi za seli ambazo zina manufaa tu wakati idadi ya watu inafikia wiani muhimu. Kwa mfano, katika vimelea vingine, awali ya mambo ya virulence huanza tu wakati seli za kutosha zipo ili kuzidisha ulinzi wa kinga ya mwenyeji. Ingawa wengi alisoma katika idadi ya bakteria, kuhisi kiwango hufanyika kati ya bakteria na eukaryotes na kati ya seli eukaryoti kama vile kuvu Candida albicans, mwanachama wa kawaida wa microbiota binadamu ambayo inaweza kusababisha maambukizi katika watu binafsi immunocompridated.

Molekuli za kuashiria katika kuhisi kiwango ni za madarasa mawili makubwa. Bakteria ya Gram-hasi huwasiliana hasa kwa kutumia lactones ya homoserine ya N-acylated, wakati bakteria ya gram-chanya hutumia peptidi ndogo (Kielelezo\(\PageIndex{17}\)). Katika hali zote, hatua ya kwanza katika kuhisi ya quorum ina kisheria ya autoinducer kwa receptor yake maalum tu wakati mkusanyiko wa kizingiti cha molekuli za ishara hufikia. Mara baada ya kumfunga kwa receptor hufanyika, matukio ya ishara husababisha mabadiliko katika kujieleza kwa jeni. Matokeo yake ni uanzishaji wa majibu ya kibiolojia wanaohusishwa na kuhisi kiwango, hasa ongezeko la uzalishaji wa molekuli za kuashiria wenyewe, hivyo neno autoinducer.

Kielelezo\(\PageIndex{17}\): Peptidi fupi katika bakteria ya gram-chanya na lactones ya homoserine ya N-acetylated katika bakteria ya gram-hasi hufanya kama autoinducers katika kuhisi ya kiwango na kupatanisha majibu ya uratibu wa seli za bakteria. Mlolongo wa upande wa R wa lactone ya homoserine ya N-acetylated ni maalum kwa aina ya bakteria ya gramu-hasi. Baadhi ya lactones zilizofichwa za homoserine zinatambuliwa na aina zaidi ya moja.

Biofilms na Afya ya Binadamu

Mwili wa mwanadamu huhifadhi aina nyingi za biofilms, baadhi ya manufaa na yenye madhara. Kwa mfano, tabaka za microbiota za kawaida zinazofunika mucosa ya tumbo na kupumua zina jukumu la kuzuia maambukizi na vimelea. Hata hivyo, biofilms nyingine katika mwili inaweza kuwa na athari mbaya kwa afya. Kwa mfano, plaque inayounda meno ni biofilm ambayo inaweza kuchangia ugonjwa wa meno na periodontal. Biofilms pia inaweza kuunda majeraha, wakati mwingine husababisha maambukizi makubwa ambayo yanaweza kuenea. Bakteria Pseudomonas aeruginosa mara nyingi hutawala biofilms katika hewa ya wagonjwa wenye fibrosis ya cystic, na kusababisha maambukizi ya muda mrefu na wakati mwingine mbaya ya mapafu. Biofilms pia inaweza kuunda kwenye vifaa vya matibabu vinavyotumiwa ndani au kwenye mwili, na kusababisha maambukizi kwa wagonjwa wenye catheters za makao, viungo vya bandia, au lenses za mawasiliano.

Pathogens zilizoingia ndani ya biofilms zinaonyesha upinzani mkubwa dhidi ya antibiotics kuliko wenzao wa bure. Nadharia kadhaa zimependekezwa kueleza kwa nini. Viini katika tabaka za kina za biofilm ni metabolically inaktiv na inaweza kuwa chini ya kukabiliwa na hatua ya antibiotics ambayo huharibu shughuli za kimetaboliki. EPS pia inaweza kupunguza kasi ya usambazaji wa antibiotics na antiseptics, kuzuia kufikia seli katika tabaka za kina za biofilm. Mabadiliko ya Phenotypic yanaweza pia kuchangia upinzani ulioongezeka ulioonyeshwa na seli za bakteria katika biofilms. Kwa mfano, kuongezeka kwa uzalishaji wa pampu za efflux, protini zilizoingia kwa utando ambazo huongeza antibiotics nje ya seli za bakteria, zimeonyeshwa kuwa utaratibu muhimu wa upinzani wa antibiotic kati ya bakteria zinazohusiana na biofilm. Hatimaye, biofilms hutoa mazingira bora kwa kubadilishana DNA ya extrachromosomal, ambayo mara nyingi hujumuisha jeni zinazotoa upinzani wa antibiotic.

Zoezi\(\PageIndex{9}\)

1. Je, ni tumbo la biofilm linajumuisha nini?
2. Je! Ni jukumu gani la kuhisi kiwango katika biofilm?

Dhana muhimu na Muhtasari

• Seli nyingi za bakteria hugawanyika na fission ya binary. Wakati wa kizazi katika ukuaji wa bakteria hufafanuliwa kama wakati wa mara mbili wa idadi ya watu.
• Viini katika mfumo uliofungwa hufuata mfano wa ukuaji na awamu nne: lag, logarithmic (exponential), stationary, na kifo.
• Viini vinaweza kuhesabiwa na hesabu ya kiini inayofaa ya moja kwa moja. Mbinu za sahani za kumwaga na kuenea sahani hutumiwa kutengeneza dilutions ya serial ndani au kwenye, kwa mtiririko huo, agar kuruhusu kuhesabu seli zinazofaa zinazozalisha vitengo vya kutengeneza koloni. Filtration ya membrane hutumiwa kuhesabu seli za kuishi katika ufumbuzi wa kuondokana. Njia inayowezekana zaidi ya namba ya seli (MPN) inaruhusu ukadiriaji wa namba za seli katika tamaduni bila kutumia vyombo vya habari imara.
• Mbinu zisizo za moja kwa moja zinaweza kutumiwa kukadiria wiani wa utamaduni kwa kupima turbidity ya utamaduni au wiani wa seli hai kwa kupima shughuli za kimetaboliki.
• Mwelekeo mwingine wa mgawanyiko wa seli ni pamoja na malezi mengi ya nucleoid katika seli; mgawanyiko wa asymmetric, kama katika budding; na malezi ya spora za hyphae na terminal
• Biofilms ni jamii za microorganisms zilizoingizwa katika tumbo la dutu la polymeric ya ziada. Kuundwa kwa biofilm hutokea wakati seli za planktonic zimeunganishwa na substrate na kuwa sessile. Viini katika biofilms kuratibu shughuli zao kwa kuwasiliana kupitia quorum kuhisi.
• Biofilms kawaida hupatikana kwenye nyuso katika asili na katika mwili wa binadamu, ambapo wanaweza kuwa na manufaa au kusababisha maambukizi makubwa. Pathogens zinazohusiana na biofilms mara nyingi hupinga zaidi antibiotics na disinfectants.