Chapter 6: Microbial growth

Mikrobien kasvukäyrä suljettussa systeemissä

kaikki solut

lag-vaihe

kiihtymis-vaihe

eksponentiaali-vaihe

hidastumusvaihe

stationäärivaihe

kuolin-vaihe

Log

elä

vien

sol

ujen

luku

mää

rä

Aika

Kasvu

• Lagvaihe

• Kiihtymisvaihe/akseleraatiovaihe

• eksponentiaalivaihe

• hidastumisvaihe

• stationäärivaihe

• kuolinvaihe

Kasvastus ja ravintoainekonsentraatioK

okon

aism

äärä

(so

lulu

kum

äärä

tai m

g/m

l)

Ravintoainekonsentraatio Ravintoainekonsentraatio

Kas

vuno

peus

Logaritminen kasvu

Logaritminen kasvu esim.

• kahdentumisaika: 30 min.

• 1 bakteerista (2 x 10-11 g) tulee 1. vuorokaudessa:

• 2,8 x 1014 bakteeria (= 5,6 kg)

Logaritminen kasvu

Aika (t)

Sol

umää

rä (

x107 )

eksponentiaali-vaihe

Lag-vaihe

Kaavoja• N0 = alku bakteerimäärä

• Nt = bakteerimäärä aika (t)

• n = sukupolvit

• Nt = N0 x 2n esim. 1 x 210=1024

• logNt = logN0 + (n x log2)

• n =logNt-logN0/log2 n =logNt-logN0/0,301

• keskiarvoinen kasvatus k = n/t (esm. sukupolvit/t)

• k= logNt-logN0/0,301t

• kahdentumis-/generaatioaika g=1/k (t/sukupolvi)

Esimerkki

0

5E+10

1E+11

0 5 10 15

Aika (t)

Bakt

eeri

mää

rä

1,E+02

1,E+04

1,E+06

1,E+08

1,E+10

1,E+12

0 5 10 15 20

Aika (t)

Bakt

eeri

mää

rä

Laskuesimerkki

• N0 = 1000 bakteeria = 103

• t = 18t

• Nt = 100 000 000 000 = 1011

k = (log 1011 - log 103)/(0,301x18)

k = (11-3)/5,42 = 1,48

g = 1/1,48 = 0,68 t = 41 min/sukupolvi

Bakteerimäärän laskeminen, solulaskuri

• Bürker kammio• 1/50 mm3 ( = 1/50 l)• bakt/mm3 = (bakt/neliö)x25x50• bakt/ml = (bakt/neliö)x25x50000

Bakteerimäärän laskeminen,maljausmenetelmä

Vesinäyte

•Most probable number (MPN)Todennäköisin lukumäärä

Bakteerimäärän laskeminen, absorbanssi

Bakteerimäärän laskeminen, virtaussytometria

Molekyylibiologiset tekniikat

• Kvantitatiivinen PCR

• Fluorescent In Situ

Hybridisation (FISH)

Quorum sensing

Mikrobien kasvutus avoin systeemi: kemostaatti

Kemostaatti

Arv

o

Generaatioaika

Ravintoaine konsentraatio

Biomassa

Laimennosnopeus

Ympäristö, veden aktivisuus

Veden aktivisuusOsmotoleranti kestää korkean osmoottisen arvon Staphylococcus aureus, hiivat, homeetHalofiili Tarvitsee korkean suolakonsentraation Halobacterium

aw=Plius

Pvesi

Ympäristö, pH

pH kasvuolosuhdeAcidofiili matala pH Lactobacillus acidophilusNeutrofiili neutraali pH Escherichia coliAlkalofiili korkea pH Bacillus alcalophilus

Ympäristö, lämpötilla

Lämpötila kasvulämpötillaPsykrofiili kasva 0°C, optimi <15°C Bacillus psychrophilusPsykrotrofi kasva 0-7°C, optimi 20-30°C Listeria monocytogenesMesofiili optimi 20-45°C Escherichia coli, Lactobacillus acidophilusTermofiili optimi 55-65°C Thermus aquaticusHypertermofiili optimi 80-113°C Sulfolobus, Pyrococcus

Ancylonema nordenskioldii

lämpötila (pH)/kasvu

Lämpötila (pH,...)

Minimi Maximi

Optimi

Kas

vuno

peus

lämpötila (pH)/kasvu

Lämpötila (°C)

Kas

vuno

peus

Psychrofiilit

Psychrotrofit

Mesofiilit

Termofiilit

Hypertermofiilit

Ympäristö, happiO2

Aeroobi O2 Staphylococcus aureusAnaeroobi O2 BifidobacteriumFakultatiivianaeroobi

O2/O2 Escherichia coli

Aerotolerantti O2 (O2) Lactobacillus/StreptococcusMikroaerofiili tarvitsee vähän O2 Helicobacter pylori

Katalysaattori

Redoxindikatori

Anaeroobikaappi

Ympäristö, paine

PainoBarofiili tarvitsee korkean paineen Shewanella benthica

-6356 m

Ympäristö säteily

Ympäristö, säteily• Gamma-säteily resistentti:

Deinococcus radiodurans (30 000-50 000 Gy)

Lactobacillus rhamnosus GG (800 Gy)

Ihminen (1Gy)

• UV

Lactobacillus rhamnosus GG (5 min.)

O2 1O2

AVAINSANAT

• Lag-, eksponentiaali-, stationääri-, kuolinvaihe

• k= logNt-logN0/0,301t

• g=1/k• Kemostaatti• asido-, neutro-, alkalofiilit• psychro-, meso-, termofiilit• anerobit, aerobit,

mikroaerofiilit• Barofiilit

• Säteilytoleranssi• vesiaktiivisuus• solulaskuri, maljaus-

menetelmä, virtaussytometri, absorbanssi

• Quorum sensing