Tema 4. Creterea i multiplicarea microorganisemlor procariote Creterea Cretere, n sens biologic, reprezint mrirea coordonat, ireversibil a dimensiunilor unui organism. Creterea este o consecin a sintezei specifice, coordonate a compuilor celulari noi pe baza substanelor nutritive din mediu. Sinteza constituenilor celulari noi este coordonat genetic, dar n acelai timp depinde de concentraia, tipul, accesibilitatea substanelor nutritive, precum i sursei de energie. La organismele pluricelulare creterea reprezint un rezultat al sporirii numrului de celule din care este format. Pentru organismele monocelulare creterea prezint sporirea dimensiunilor celulei, ca rezultat al sporirii tuturor elementelor celulare (creterea masei bacteriene), precum i sporirea numrului celulelor din cultur (creterea concentraie celulelor). Creterea celulei bacteriilor are loc tridimensional, prin mrirea coordonat a celor trei dimensiuni: lungimea, limea i grosimea. Deoarece creterea biologic a celulei bacteriilor este urmat de diviziunea ei sporirea numrului bacteriilor n cultur este rezultatul multiplicrii (diviziunii) celulare. Multiplicarea celulelor procariote Multiplicarea bacteriilor este o urmare a creterii dimensiunii celulei. Creterea biologic a bacteriei nu este un proces infinit, dar se ntrerupe la un anumit moment n care iniiaz diviziunea celular. Mecanismul care determin finalizarea creterii i iniierea diviziunii nu este stabilit. Multiplicarea celulei este precedat de replicarea cromozomului i multiplicarea tuturor constituenilor celulari care sunt determinai de informaia genetic a acestuia. Diviziunea bacteriilor se realizeaz prin cteva mecanisme: diviziune direct, simpl sau binar; nmugurire i ramificare; prin spori - caracteristic doar actinomicetelor. Multiplicarea prin diviziune direct Diviziunea direct este tipic bacteriilor care se afl n condiii optime de dezvoltare. n urma acestui mod de diviziune rezult dou celule noi care pot fi aproximativ egale izomorfe, sau de dimensiuni diferite heteromorfe. Diviziunea are loc n corespundere cu unul sau cteva plane de diviziune. Cocilor le este caracteristic un plan de diviziune (monococii, diplococii i streptococii), dou plane reciproc perpendiculare (tetracocii), trei plane reciproc perpendiculare (sarcinele) i mai multe plane de diviziune dispuse haotic (stafilococii). Bastonaele i bacteriile spiralate se divid, de regul ntr-un singur plan, transversal, de obicei perpendicular pe axa mare. Diviziunea binar la celulele procariote se produce n trei etape succesive: diviziunea n dou pri aproximativ egale a citoplasmei prin intermediul unui sept membranar perpendicular sau paralel cu axul mare a celulei;

creterea peretelui celular prin invaginare n regiunea median a septului transversal. La finele acestei etape septul transversal este separat n dou foie de peretele celular, iar bacteriile formate posed citoplasm, nucleoid i membran citoplasmatic proprie i perete celular comun celulele se separ prin scindare peretelui celular comun n dou pri egale. La unele bacterii peretele transversal nou constituit nu este complet, iar septul membranar la finele diviziunii nu se separ n dou pri formnd o plasmadesm, astfel nct celulele nou formate rmn legate. Multiplicarea prin nmugurire i ramificare Mugurii i ramificaiile se formeaz n urma apariiei unui apendice (umflturi) terminale n afara celulei. Apendicele crete devenind o celul ovoid care are un tub de conexiune cu celula mam. La finele diviziunii n partea median a tubului apare un sept transversal. Celulele generate prin nmugurire au tendina de a rmne mpreun i de a forma colonii de celule care sunt unite prin formaiuni tubulare. Multiplicarea prin spori a actinomicetelor La anumite etape de dezvoltare la extremitile miceliului aerian are loc sporogeneza prin fragmentare sau segmentare. n cazul sporogenezei prin fragmentare, se produce concentrarea citoplasmei sporofitului astfel nct apar formaiuni interne sferice care apoi sunt mbrcte n membrane. Dup maturizare sporii sunt pui n libertate n urma ruperii membranei sporofitului. Sporogeneza prin segmentare are loc prin apariia septelor transversale la extremitile hifelor aeriene. Celulele nou formate se transform n spori. Dinamica creterii numerice a procariotelor n culturi statice Dinamica acumulrii bacteriilor poate fi cu precizie stabilit pentru populaiile aflate n condiii stabile de laborator. Astfel de informaie este necesar pentru realizarea obiectivelor de cercetare a bacteriilor. n condiii de labortor culturile bacteriene pot fi de dou tipuri: statice (discontiui) care prezint sisteme de tip nchis: culturi care prezint un volum limitat de mediu, care nu primesc i nu cedeaz materie i energie mediului extern. continui (de tip deschis): culturi care cedeaz mediului extern i adiioneaz din mediul extern materie i energie. Acumularea bacteriilor n culturi satice are loc n cteva faze succesive: I. Faza de laten (eng. lag, a ntrzia, a rmne n urm) Aceast faz ncepe n momentul introducerii bacteriilor n mediul de cultur (nsmnrii) i momentul iniierii multiplicrii lor. Pe parcursul acestei faze numrul bacteriilor rmne constant sau scade din cauza incapabilitii unor bacterii de a suporta condiiile noi ale mediului. n aceast perioad au loc procese de adaptarea la condiiile noi ale mediului. Durata fazei de lag este diferit i depinde de originea i starea fiziologic a bacteriilor nsmnate care pot fi colectate din:

culturi vechi cu insuficien enzimatic; culturi tinere, n curs de multiplicare, din medii similare celor n care au fost nsmnate; culturi tinere, n curs de multiplicare dar din medii diferite de cele n care au fost nsmnate. n cursul acestei faze bacteriile sunt active din punct de vedere matabolic, cresc n dimensiuni, i utilizeaz toate substanele nutritive de rezerv din citoplasm. II. Faza iniierii i accelerrii ritmului de cretere n aceast faz ncepe multiplicarea bacteriilor cu scurtarea progresiv a timpului de generaie pn la atingerea unei valori constante tipice fazei ulterioare. III. Faza de multiplicare exponenial sau de cretere logaritmic Evoluia culturii bacteriene n aceast etap de cretere se produce n progresie geometric (se multiplic printr-un factor constant la fiecare unitate de timp). n aceast perioad celulele bacteriene au dimensiuni mai mari comparativ cu cele obinuite, cu forme constante caracteristice speciei, citoplasma omogen intens bazofil cu un coninut sporit de ARN i cu 2-4 molecule de ADN, lipsit de substane de rezerv. Astfel de celule sunt cele mai potrivite pentru studierea morfologiei, proprietilor fiziologice i biochimice. Evoluia acestei faze are loc pn n momentul cnd unul din componenii nutritivi eseniali ai mediului sunt consumai sau/i n mediu de cultivare se acumuleaz unul sau civa catabolii cu efect toxic asupra culturii. Indicii fazei exponeniale sunt timpul de generaie i rata de cretere. Ei pot fi stabilii cunoscnd concentraiile bacteriene n diferite momente. Timpul de generaie g este timpul de dublare a numrului de cellule n cultur. Rata de cretere r este numrul de generaii ntr-o anumit unitate de timp i preznt o mrime invers timpului de generaie. Timpul de generaie a unei populaii de bacterii n condiii optime de cultivare este determinat genetic, deci are caracter specific. De exemplu pentru Bacilllus megatherium este 9 min, pentru E.coli de 20 min, iar pentru Mycobacterium tuberculosis de 27 ore. Rata de cretere a unei populaii de bacterii variaz n funcie de condiiile de mediu. IV. Faza de ncetenire a creterii (faza creterii negative) Factorul limitativ al mediului, (nutritiv sau/i cel cu efect toxic) determin reducerea vitezei de multiplicare a bacteriilor i a ratei de cretere. Apar celule moarte. V. Faza staionar Rata de cretere numeric a bacteriilor devine nul. Numrul bacteriilor vii este stabil, iar raportul dintre numrul de bacterii vii i numrul total de bacterii depinde de semnificaia factorului limitativ pentru aceast cultur: n faza staionar bacteriile au forma tipic speciei, n citoplasma lor se acumuleaz substane de rezerv i ea capt un aspect granular. VI. Faza de declin

Reducerea logaritmic a numrului de celule viabile din populaie ca urmare a morii lor cauzat de lipsa nutrienilor i acumularea n mediu a substanelor toxice. La aceast etap celulele prezint abateri de la forma lor specific, n culturile populaiilor sporogene apar sporii sau alte forme de supravieuire. Metodele de apreciere a creterii bacteriilor Creterea bacteriilor este apreciat de doi indici: creterea numeric a bacteriilor unei populaii i creterea masei bacteriene. Aceast difereniere este determinat de faptul c creterea numeric a unei culturi bacteriene statice nu ntotdeauna este proporional cu creterea masei bacteriilor (dimensiunilor celulare), iar dinamica creterii numerice a populaie depinde de numrul bacteriilor viabile Determinarea creterii numerice a bacteriilor Creterea numrului bacteriilor ntr-o populaie poate fi determinat prin stabilirea numrului de celule din mediu raport la o anumit unitatea a mediului (de regul bacterii/litru). Numrul sau concentraia bacteriilor ntr-o unitate de volum poate fi determinat prin numrarea lor direct n preparate microscopice cu ajutorul camerelor de numrat Neibauri, Toma, PetrovHauzer. Sau cu ajutorul contorului electronic Caunter. Deoarece culturile de bacterii, de rnd cu celule vii, viabile conin i organisme moarte, au fost elaborate un ir de metode de determinare a numrului de bacterii viabile. Principiul acestor metode const n calcularea numrului de colonii generate de o bacterie pe medii solide, iar deosebirea const n tehnicile de nsmnare a bacteriilor. Determinarea masei bacteriene (biomasei) Metodele de determinare a masei bacteriene sunt clasificate n dou grupe: metode directe i indirecte: Metodele directe se reduc la aprecierea masei celulelor bacteriene separate de mediul de cultur prin centrifugare sau filtrare. Masa celular poate fi cntrit nemijlocit dup separare n stare nativ sau dup uscare pna la masa absolut uscat. Metodele indirecte constau n aprecierea intensitii anumitor efecte metabolice ale creterii bacteriilor: turbiditatea, cantitatea de CO2, O2 NH4, acizilor, proteinelor, antibioticelor etc. Fiziologia creterii microorganismelor procariote Procesul de cretere a microbilor este determinat de trei factori fiziologici eseniali: prezena membranelor biologice la suprafaa celulei, care prin proprietile sale de permeabilitate selectiv menin n interiorul celulei o mare concentraie de molecule absolut necesare procesului de biosintez i permit transportarea substanelor nutritive n celul; sursa energetic: solar sau chimic. prezena i activitatea enzimelor care catalizeaz procesele de transformare a substanelor moleculare n constitueni celulari noi; De rnd cu aceti factori, creterea bacteriilor este controlat de condiiile mediului extern: regimul termic, hidric, pH, presiunea osmotic etc. n practica cultivrii microorganismelor creterea bacteriilor (numeric i a biomasei) are ca suport anumite principii specifice bazate cerinele nutritive, energetice, condiiile de respiraie etc.

Medii nutritive destinate cultivrii microorganismelor Fiecare organism primete din mediul extern substane nutritive (substane i elemente chimice) necesare pentru biosinteza celular i pentru obinerea energiei. Microorganismele procariote care populeaz apele, solurile, aerul, organismele animale i vegetale obin substanele i elementele chimice din mediul nconjurtor. Procariotele cultivate n condiii artificiale obin substanele nutritive din medii nutritive sintetice elaborate de om. Creterea i dezvoltarea microrganismelor este condiionat de mediile nutritive care prezint un amestec de substane chimice diferite ca natur chimic, complexitate, provenien, consisten care le asigur cu substane nutritive i energie (microorganismele chimiotrofe). Primul mediu nutritiv utilizat n scopul cultivrii microorganismelor a fost constituit din fragmente de cartofi sterilizate propus de R.Koch n 1832. Ulterior savantul a propus utilizarea mediilor solidificate cu gelatin. Fannie Eilshemius Hesse n 1883 a folosit agarul ca solidificant a mediilor nutritive. Complexitatea chimic a mediilor nutritive utilizate pentru cultivarea microorganismelor depinde de capacitile de biosintez a acestora, de setul lor enzimatic. De exemplu microorganismele autotrofe necesit medii nutritive constituite din substane anorganice simple (surse de C i N) din care pe ci metabolice complicate i sintetizeaz de novo toi conctituienii necesari. Din cauza diversitii foarte mari a capacitilor biosintetice a microorganismelor nu exist medii nutritive care ar satisface cerinele nutritive a tuturor microorganismelor. Clasificarea mediilor nutritive Clasificarea mediilor nutritive este efectuat n baza a mai multor criterii. n acelai timp nu putem vorbi despre o clasificare absolut, suprapunerile fiind foarte frecvente. Clasificarea mediilor nutritive dup provenien Medii naturale care nu au o compoziie chimic definit. Medii artificiale care au o compoziie chimic definit. Medii seminaturale sau semiartificiale. Clasificarea mediilor nutritive dup scopul utilizrii Medii uzuale utilizate pentru cultivarea unui mare numr de microorganisme (bulionul, apa peptonat, gelatina) Medii speciale utilizate n scopuri bine determinate care permit creterea preferenial a anumitor specii de microorganisme, evidenierea anumitor caractere particulare de metabolism. Mediile speciale sunt clasificate n Medii selective care includ unul sau mai muli ageni care inhib sau limiteaz (bacteriostatice) creterea i dezvoltarea anumitor specii de microorganisme i creeaz condiii de dezvoltare pentru alte specii. Astfel de inhibitori sunt: coloranii, antibioticele, srurile biliare, srurile metalelor grele etc. Medii de mbogire care nu conin substane bacteriostatice dar ofer prin componena sa preferine de cretere pentru anumite specii de microorganisme care au o viteza mare de dezvoltare comparativ cu alte specii asociate lor. La prepararea acestor medii se ine cont de particularitile

fiziologice ale microorganismelor a cror izolarea se urmrete: temperatura optim de dezvoltare (probele pentru izolare sunt tratate termic pentru obinerea formelor sporogene sau termorezistente), pH mediului, tolerana la inhibitori, necesiti nutritive etc. Medii elective nu conin inhibitori de cretere dar prin componena sa satisfac necesitile minime ale unor specii date. De exemplu un mediu lipsit de azot este electiv pentru dezvoltarea azotfixatorilor. Medii de diagnostic diferenial sunt acele medii care prin componena sa evideniaz anumite particulariti metabolice ale microorganismelor care aparin aceleiai specii. Astfel speciile hemolitice pot di deosebite de cele nehemolitice prin examinarea coloniilor crescute pe medii gelozsnge. Mediile de meninere. Sunt destinate pentru pstrarea culturilor de microorganisme. Ele trebuie s asigure o bun viabilitate a celulelor pentru perioade mari de timp. n funcie de prezena sau lipsa oxigenului molecular se disting medii pentru aerobi i medii pentru anaerobi. Mediile pentru anaerobi se caracterizeaz prin adugarea substanelor chimice cu redox proprieti aa ca tioglicolat de sodiu, acid ascorbic, cisteina, fragmente proaspete de organe vegetale sau animale. Clasificarea mediilor nutritive dup consisten - solide - lichide - semilichide - granulate Clasificarea mediilor nutritive dup natura substanelor chimice - organice - minerale - organo-minerale Cerinele naintate mediilor nutritive 1. S ofere gradul optim de umiditate pentru microorganisme 2. S ofere substanele nutritive speciale (sursa de N, C, sruri minerale, factorii de cretere) 3. S asigure condiii optime de aeraie sau condiii de anaerobioz pentru anaerobi. 4. S fie sterile 5. S fie limpezi pentru a permite studierea proprietilor culturale ale microorganismelor.

Aciunea factorilor mediului extern asupra creterii i multiplicrii microorganismelor Activitatea vital a microbilor este dependent de factorii mediului extern. Influena factorilor mediului extern asupra activitii biologice a bacteriilor poate avea efect: stimulator: factorii mediului sunt la nivel optim n raport cu necesitile speciei; bacteriostat: unul sau mai muli factori ai mediului se afl la nivel minim n raport cu necesitile speciei sau cnd factorii mediului frneaz procesele metabolice celulare; bactericid: factorii mediului (de regul n concentraii sporite) provoac moartea bacteriilor; mutagen: induc modificri n structura genomului. Efectul provocat de factori mediului asupra microbilor depinde n special de natura, intensitatea i durata aciunii lor, precum i de particularitile biologice ale microbilor. Microbii sunt cele mai rezistente organisme la aciunea nefavorabil a factorilor mediului extern. Aceast rezisten poate fi explicat prin marea lor capacitate de adaptare. Factorii mediului extern, ce au divers aciune asupra activitii vitale a microbilor, convenional pot fi categorizai n trei grupe: - fizici (temperatura, undele elctromagnetice, presiunea osmotic, presiunea hisrostatic). - chimici - biologici Aciunea factorilor fizici Temperatura Temperatura are o aciune major asupra tuturor formelor vitale. n funcie de intensitatea i timpul de expoziie temperatura poate provoca efect stimulator temperatura de dezvoltare, efect nociv temperaturile extreme. Temperatura de dezvoltare Temperatura de dezvoltare este acea temperatur care asigur creterea unei populaii bacteriene ca rezultat a desfurrii normale a proceselor metabolice. Microbii, n funcie de limitele de variaie a temperaturii de dezvoltare se clasific n: stenotermi: limite restrnse (35-40 oC); euriterme: limite largi (6-50 oC). Temperatura de dezvoltare a microbilor euritermi poate fi exprimat prin trei puncte de baz: min, optim i max. Temperatura minim de dezvoltare - valoarea termic minim la care microorganismele se mai multiplic nc. La aceste temperaturi metabolismul celular decurge cu un ritm sczut, este sczut de asemenea i ritmul diviziunii celulare. De exemplu timpul ntre dou diviziuni la unele bacterii crete de la 15 min. la 6 ore. Temperatura optim de dezvoltare temperatura la care viteza de dezvoltare i multiplicare a microorganismelor este cea mai intens (maximal). Temperatura maxim de dezvoltare - temperatura maximal la care metabolismul i multiplicarea microbilor este posibil. Valoarea temperaturii maxime de dezvoltare este limitat de termolabilitatea proteinelor i acizilor nucleici i depete de regul cu 10-15 oC temperatur optim de dezvoltare pentru microbii respectivi.

Pentru microbi sunt caracteristice diferite preferine termice care reprezint rezultatul adaptrii lor la diferite condiii de mediu prin mutaii i selecie sub aciunea factorilor mediului extern. n corespundere cu limitele temperaturii de dezvoltare microbii sunt clasificate n trei grupe: psihrofile, mezofile, termofile. Microbii Psihrofili - (de la grec. psichros - frig), pentru reprezentanii acestei grupe temperatura optimal de dezvoltare este 15-200C. La ele se refer microorganismele ce populeaz bazinele reci, ale mrilor i oceanelor de nord, de asemenea a lacurilor adnci. Creterea acestor microorganisme este posibil n limitele de la punctul de nghe a mediului pn la temperatura de aproximativ 300C. Psihrofilele includ majoritatea bacteriilor luminiscente (genul Photobacterium). Pe mediile nutritive culturile lor reflect lumina. Iluminarea este alb, verzuie sau albstruie. La mezofili se refer microorganismele ce au temperatura optim 28-370C. Aici se includ microorganismele larg rspndite n natur saprofiii i bacteriile patogene. Termofilii prezint o grup ecologic interesant. La ele se refer microorganismele cu optimul de temperatur 50-600C. Ele snt larg rspndite n natur se ntlnesc n sol, ap, torf sau bligar. Cea mai mare intensitate de dezvoltare a lor se observ n locurile care se supun mereu sau un timp ndelungat temperaturii nalte. Domiciliu natural al termofililor snt rezervoarele fierbini. Snt cunoscute microorganisme acido-butirice, celulozice, metanobacterii. n rezervoarele termale din Camceatca, i Curile, cel mai des se ntlnesc bacteriile genului Clostridium, din apele fierbini a Siberiei se evideniaz bacteriile nesporulate. n ultimul timp au fost evideniate un ir de microorganisme noi cu un optim nalt al creterii 0 80-90 C. Ele snt incluse ntr-o grup aparte bacterii extrem-termofile. Reprezentanii acestei grupe: Thermus aquatricus nesporulat, bacil gram-negativ, evideniat de cercettorul american Brocon n 1968 din mlul rezervoarelor fierbtoare din parcul naional Ieloustonsc. Optimum de dezvoltare a acestei bacterii corespunde temperaturii 70-800C. Temperatura maxim de dezvoltare ajunge la 930C. n anul 1970 bacterii asemntoare sau descoperit n rezervoarele fierbini ale Japoniei.

Temperatura supraminimal Pentru majoritatea microorganismelor este caracteristic de obicei rezistena nalt la temperaturi joase. Unele specii pstreaz capacitatea vital la temperatura aerului lichid 1400C (E. coli) , iar sporii la -2530C. La temperaturi joase apare ncetinirea brusc a proceselor metabolice n celula microbian (anabioza) i nceteaz procesul nmulirii. Numai n cazul formrii cristalelor de ghea n interiorul celulei decurge deteriorarea i ruperea structurilor celulare. Temperatura supramaximal Majoritatea bacteriilor snt sensibile la temperaturile nalte. La temperatura de 56-600C muli microbi mor n timp de 30 sec. Printr-o rezisten vdit la temperatur se caracterizeaz sporii, ei pstreaz activitatea vital chiar dup fierbere timp de cteva ore. Pentru distrugerea sporilor de obicei se folosesc temperaturi nalte 160 1700C. Pentru distrugerea sporilor se utilizeaz de obicei temperaturi nalte. Aciunea distrugtoare a temperaturilor nalte se utilizeaz n practica microbiologic pentru sterilizarea veselei de laborator, mediilor nutritive i a altor materiale.

Punctul termic mortal temperatura la care sunt omorte n 10 minute toate celulale unei specii date. El este determinat expunnd bacteriile la diferite temperaturi (de exemplu 50, 60, 70 oC ) timp de 10 minute. Timpul termic mortal durata de timp necesar pentru a omor toate celulele unei specii la o temperatur dat. El este determinat prin expunerea bacteriilor la diferite durate de timp la o anumit temperatur.

Radiaiile Radiaiile sau undele electromagnetice sunt clasificate n funcie de lungimea de und n cteva categorii: heriene, infraroii, vizibile, ultraviolete, radiaii X i . Efectul biologic a undelor electromagnetice depinde de: - lungimea lor de und - doza de iradiere - capacitatea de absorbie a materialului biologic. Radiaiile heriene i cele infraroii cu lungime de und mare (=12000 A) au un coninut energetic mic din care cauz nu modific structura chimic a substanelor care le absorb. Energia absorbit de la aceste unde este convertit n cldur. Lumina vizibil (radiaiile luminoase) cu lungimea de und 400 740 nm reprezint surs de energie pentru microoganismele fototrofe: cianobacterii, bacteriile verzi i purpurii (bacteriile purpurii pot utiliza i radiaiile infraroii). Cianobacteriile i bacteriile purpurii i verzi realizeaz fotosinteza. Radiaiile ultraviolete au lungimea de und 400 290 nm. Efectul cauzat de aceste radiaii depinde lungimea de und, intensitate i timp de expoziie. Undele ultraviolete cu lungimea 400 320 nm n doze mici provoac modificri morfologice, reinerea creterii i dezvoltrii culturilor de microorganisme. Expunerea culturilor de celule la intensiti mai mari a acestui spectru ultraviolet are ca urmare reinerea creterii din cauza mririi perioadei lag-feza, din cauza reducerii ratei de diviziune a celulei, de asemenea are lor frnarea induciei enzimelor. Dozele maxime de unde cu lungimea 400 320 nm. are efect mutagen i letal. Astfel de aciune depinde n mare msur de nivelul oxigenului molecular n mediul de cultur microorganismelor. Radiaiile corpusculare razele i , protonii i deutronii, radiaiile electromagnetice i X au efecte letale asupra microorganismelor. Aceste radiaii bombardeaz celulele lovind atomii din moleculele lor i astfel smulgnd electronii de pe orbitele respective. n consecin are loc ionizarea i distrugerea moleculelor semnificative pentru celul. Ionizarea duce la dereglarea proceselor de sintez i proceselor de diviziune celular.

Presiunea osmotic n condiii normale celula bacterian se afl n stare de turgiscen. Presiunea osmotic intracelular este neesenial mai mare comparativ cu presiunea mediului extern. Aceast inegalitatea

este determinat de o concentraie mai mare de substane chimice i este meninut de permeabilitatea selectiv a membranei citoplasmatice. Dezvoltarea celulelor procariote decurge de regul n medii cu presiunea osmotic aproximativ egal cu presiunea osmotic a citoplasmei. Astfel de medii sunt numite izotonice. Bacteriile fiind protejate de peretele celular elastic i rezistent au o sensibilitate redus al modificarea presiunii osmotice a mediului extern. n cazul cnd au loc abateri lente de la izotonie a soluiilor n care se afl bacteriile, membrana lor citoplasmatic reuete s se adapteze la noile condiii. Dac, ns modificrile presiunii osmotice a soluiilor survin brusc, are loc distrugerea mecanic a peretelui celular i ca urmare celula este expus la condiii nefavorabile. n medii hipertonice cum sun soluiile saline concentrate celulele procariote sufer fenomenul plasmolizei. Apa prsete celula trecnd n mediul extern. Celula se micoreaz n dimensiuni, citoplasma se detaeaz de le membrana citoplasmatic. n medii hipotonice de exemplu n ap distilat are loc fenomenul de deplasmoliz: apa ptrunde n interiorul celulei, turgiscena celulei crete pn n momentul cn elastiictatea i rigiditatea peretelui celular nu mai ace fa i ca urmare peretele plesnete. Membrana citoplasmatice de asemenea se distruge i coninutul celular se revars n mediul extern. Mediile izotonice sunt preferate de majoritatea microorganismelor procariote cu excepia procariotelor osmofile care se pot dezvolta doar n medii hipertonice. Procariotele osmofile sunt clasificate n halofile, cele care prefer medii cu salinitate mare i zaharofile care prefer medii cu concentraii mari de zahr. Presiunea hidrostatic Majoritatea celulele procariote acomodate la presiunea atmosferic normal au o sensibilitatea slab la variaiile presiunii hidrostatice. Rezistena la acest factor fizic depinde de habitatul natural al microorganismelor i de capacitatea lor de a forma spori. Printre microorganismele procariote marine izolate de la mari adncimi cu ajutorul sondelor au fost identificate bacterii barotolerante care pot fi cultivate att la presiunea normal, atmosferic, ct i la presiuni mari, 500 600 atm. Bacteriile care populeaz mrile la adncimi de 3000 6000 m unde presiunea hidrostatic atinge 300 600 atm sunt numite barofile. Organismele procariote care se dezvolt la presiuni ce depesc valoarea de 600 atm. formeaz grupul barofililor extremali. Aciunea ultrasunetului Vibraiile sonore cu lungime de und mare care nu sunt percepute de urechea omului (infrasunetele) i cele percepute de urechea omului nu influeneaz asupra creterii i dezvoltrii microorganismelor procariote. Vibraiile ultrasonore i cele supersonice cu lungime de und mic provoac moartea microorganismelor prin dezintegrarea membranei citoplasmatice i a peretelui celular. n consecin coninutul celulei se revars n mediul extern.

Mecanismul aciunii acestor unde const n faptul c la trecerea lor pin mediul lichid de suspensie a celulelor se formeaz bule mici de gaz care bombardeaz nveliurile celulare. Acest fenomen poart numele de cavitaie. Factorii chimici Microorganismele se dezvolt n medii constituite din substane chimice care exercit influen direct sau indirect asupra lor. Substanele chimice cauzeaz trei tipuri de efecte biologice: - favorizeaz dezvoltarea i multiplicarea celulelor - efect chimotaxie - blocheaz reversibil procesele de dezvoltare i multiplicare, efect microbiostatic - blocheaz ireversibil procesele de dezvoltare i multiplicare efect microbicid Aciunea substanelor chimice asupra microorganismelor este diferit i este condiionat de: - natura substanei chimice (organic sau anorganic) - concentraia substanelor chimice - timpul de aciune a substanelor chimice - condiiile mediului extern ( n special temperatura) - particularitile fiziologice ale celulelor microbiene( de exemplu sporul este inaccesibil pentru majoritatea substanelor chimice) De exemplu: H2S este toxic pentru majoritatea microorganismelor aerobe, iar pentru sulfobacterii este o substan absolut necesar ca donor de protoni (sulfobacterii purpurii) sau ca surs energetic (sulfobacterii chimiotrofe). Una i aceeai substan chimic poate aciona n mod diametral opus n funcie de concentraia ei. De exemplu zaharoza n concentraie de 1% este necesar ca surs de carbon i energie, iar n concentraie de 40% reprezint agent bacteriostatic. Substanele chimice care favorizeaz creterea i dezvoltarea microorganismelor Substanele chimice de natur organic sau mineral constituie componentele mediilor nutritive. Ele sunt incluse n metabolismul microorganismelor, avnd rol de substane nutritive, factori de cretere, sau meninnd potenialul electro-chimic al mediului. Dinamica dezvoltrii unei populaii de bacterii sub influenta diferitor concentraii a uneia din substanele favorabile poate fi reprezentat grafic: printr-o curba sinusoidal. Pe aceast curb pot fi evideniate trei zone de concentraii. - zona concentraiilor minime care limiteaz creterea i dezvoltarea microorganismelor - zona concentraiilor optime - zona concentraiilor limite maximale care inhib dezvoltarea populaiei n prezena concentraiilor minime a substanelor chimice, care formeaz mediu nutritiv, dinamica creterii culturii microorganismelor este slab. Odat cu creterea concentraiilor substanelor chimice din mediu are loc i intensificarea acumulrii biomasei microorgnismelor. Ritmul de cretere a microorganismelor atinge un anumit nivel dup care se oprete devenind constant indiferent de faptul ca creterea concentraiei substanelor chimice din mediu continu. Aceast stare dureaz pn cnd concentraia substanelor din mediu atinge valori la limita tolerrii pentru cultura dat. Odat cu depirea acestei limite populaia de microorganisme ncepe s pear.

Chimiotaxia Unele substane chimice determin fenomenul de chimiotaxie sau chimiotropism. Microorganismele procariote mobile se pot deplasa de la anumite substane chimice chimiotropism negativ sau spre substanele chimice chimiotropism pozitiv. Substanele au actiunea microbiostatic (bacteriostatic) i microbicid (bactericid) Clasificarea substanelor chimice n bacteriostate i bactericide este convenional, deoarece o substan care este bacteriostat n concentraii mici, sau cind aciunea ei este de scurt durat poate fi bactericid n concentraii mai mari, sau cnd aciunea ei este de lung durat. Caracteristica oricrei substane chimice ca bacteriostat sau bactericid este posibil daca sunt luate n consideraie trei criterii: - concentraia la care se manifest un anumit efect - viteza de aciune a substanei date - timpul de aciune n mod general o substan poate fi definit ca bacteriostat, dac efectul ei microbiostatic se manifest i la concentraii relativ mari de substan activ, iar viteza de omorre a celulelor este foarte mic, astfel nct cel puin unele celule i pastreaz viabilitatea timp ndelungat. O substan poate fi definit ca bactericid dac efectul microbiostatic se manifest i la concentraii foarte mici de substan activ, iar moartea celulelor are loc cu o vitez foarte mare. De rnd cu termenii bacteriostatic i bactericid, n practic pentru denumirea substanelor chimice cu aciune antimicrobian se folosesc i termenii antiseptice i dezinfectante. Antiseptice sunt substanele care, fiind aplicate pe esuturile vii mpedic activitatea i multiplicarea microorganismelor existente pe ele (efect microbiostatic). Dezinfectante sunt substanele care manifest effect bactericid asupra microorganismelor n afara organismului. Aciunea substanelor dezinfectante asupra microorganismelor este treptat, numrul bacteriilor viabile scade treptat. Timpul de aciune a acestor substane depinde de numrul iniial al microorganismelor pe care le conine obiectul supus sterilizrii, faza de cretere a bacteriilor, prezena sau absena sporilor. Efectele antimicrobiene ale dezinfectanilor scade n prezena unor substane organice, mediului alcalin i a temperaturilor sczute. Mecanismul aciunii substanelor antimicrobiene Efectele nocive ale unor substane chimice asupra microorganismelor au loc prin: - modificarea permeabilitii la nivelul membranei citoplasmatice i a peretelui celular (fenolii, spunurile, detergenii) - denaturarea compuilor de natur proteic (acizi, alcaliilor, alcoolii, acetona, solveni organici) - blocarea grupelor funcionale active ale enzimelor (fenolul, srurile, metalele grele, substane oxidante, detergeni) - inhibarea reaciilor de biosintez (sulfamide) Adaptrile structurale ale bacteriilor la condiiile nefavorabile ale mediului

Marea majoritate a bacteriilor pot suporta un timp ndelungat condiiile nefavorabile ale mediului (lipsa substratului nutritiv, uscciunea, etc.), prin modificri structurale: chimice sau anatomice. Modificrile adaptive ale structurii chimice bacteriene sunt procesele de nchidere a cilor metabolice i procesele de biosintez a proteinelor noi cu rol de protecie n condiii nefavorabile. Modificrile structurale anatomice constau n geneza structurilor inactive, dorminde: endospori, exospori, citi care pot exista un timp ndelungat n condiii nefavorabile. De regul toate celulele sporogene sunt Gram-pozitive, fapt ce ar putea determina funcia peretelui celular n procesul de sporogenez. n funcie de modul de formare, structur i rezisten, sporii bacterieni formeaz patru categorii: 1. Sporul propriu-zis sau endosporul forma cea mai caracteristic pentru bacterii o formaie intracelular dotat, cu mare rezisten la condiiile nefavorabile. 2. Artrosporul se formeaz la bacterii prin fragmentarea unor cellule vegetative, care devin din ce n ce mai mari. El are o form neregulat i o rezisten intermediar ntre cea a formei vegetative if endoscopul. 3. Microcistul (Chlamidosporiu), descrie la Azotobacter chroococcum, este o form de existen care provine din transformarea unei cellule vegetative, n ntregul ei, prin ngrarea pereilor if acumularea de material de rezerv. El are o rezisten mai mic ca cea a endoscopului. 4. Gonidia (gonidie-smn) este o structur deschis la bacteria Leptothrix ochracea la care, apare, endocelular prin contracie, condensarea i fragmentarea protoplasmei unei celule vegetative numite gonidangiu. n interoorul unei cellule pot aprea mai multe gonide, care se elibereaz n mediu, dup ruperea peretelui gonidiangiului. Principala lor funcie privete capacitate de reproducere. Gonidiile nu au rezisten caracteristic sporilor if semnificarea lor este nc discutat. Sporogeneza Sporogeneza dureaza in mediu 15 ore si initiaza in momentul cind mediul nutritive, precum si conditiile de crestere devin dificiente, si decurge in sapte etape definite, successive. Initial are loc replicarea cromozomului, apoi urmeaza formarea compartimentului sporal in interiorul celulei materne, etepa care este urmata inevitabil de geneza sporului. Etapele ulterioare se caracterizeaza prin formarea invelisurilor sporului. In acaste procese participa active atit sporul cit si celula materna. La etapele finale sporul pierde apa si are loc sinteza dipicolinatului de calciu.

1. replicare AND-ului, formare a doi nucleoizi; 2. aparitia septului membranar la una din extremitatile celulei; 3. septul concreste si astfel nucleoidul sporal este inconjurat de membrana citoplasmatica.Initiaza formarea prosporului. 4. este sintetizata cea de-a doua membrane citoplasmatica si se costituie prosporul.Al doilea nucleoid se dezintegreaza. 5. formarea prosporului:AND-ul nou format este inconjurat de a doua membrane citoplasmatica, enzimele membranelor prosporale catalizeaza sinteza stratului peptidoglican, care ocupa spatial dintre aceste membrane; 6. maturizarea sporului: in interiorul prosporului se produce sinteza dipicolinatului de calciu, are loc constituirea cortexului format din cele doua membrane citoplasmatice si stratul peptidoglican sintetizat de ele. 7. sinteza stratului membranar din invelisul sporului. 8. degradare restului celulei. Germinarea sporilor Sporii o perioada indelungata de timp se pot gasi in stare de repaus, dar nimerind in conditii favorabile de dezvoltare (umeditate satisfacatoare, prezenta substantelor nutritive), are loc germinarea lor: ivelisurile sporale sunt dezintegrate enzymatic, continutul de apa libera in spor creste.In spor icepe o accelerare vadita a proceselor enzimatice biochimice.Germinarea sporilor finalizeaza cu formarea unor fisuri in membrane si aparitia mugurelui ce se alungeste in forma de bastonas. Mugurile sporului poate aparea polar, subterminal, echilateral. Procesul de germinare a sporului are loc mai repede comparative cu sporogeneza si dureaza cca 4-5 ore.