نموالاحياء المجهرية

نمو الاحياء المجهرية Microbial growth
النمو يمثل زيادة في حجوم الاحياء في حالة الاحياء متعددة الخلايا اما الاحياء وحيدة الخلية فيمثل النمو فيها زيادة عدد افرادها وعملية الزيادة في عدد الاحياء تنتج عن الانقسام الخلوي
الانقسام الخلوي
الانقسام يعني تضاعف عدد الخلايا وهذا ينتج عن انقسام الخلية الواحدة الى خليتين واستمرار انقسام الخلايا الناتجة بالانقسام وهذا يتم بطريقة الانقسام اللاجنسي الذي يستمر باستمرار توفر الظروف المناسبة وينتج عن هذا الانقسام اعداد كبيرة من الاحياء المتوالدة
في الاحياء متعددة الخلايا كالحيوانات والنباتات ينتج عن انقسام الخلايا الجسمية زيادة في حجم الكائن دون حصول زيادة في عدد الاحياء اما الانقسام في الاحياء المحهرية فينتج عنه تضاعف وزيادة عدد الافراد فتنشطر كل خلية الى اثنتين اواكثر احيانا في حالة الفطريات والخمائر المتبرعمة
تتكاثر البكتريا بالانشطار الثنائي العرضي فتنقسم الخلية الواحدة الى خليتين متساويتين فتحصل مجموعة من التغيرات في الخلية الام تخدم عملية النمو والتكاثر منها تكوين جدار خلوي عرضي يقسم الخلية الى خليتين وتبدأ عملية الانقسام اولا باستطالة الخلية ثم يحصل استنساخ للمادة النووية والتي تتوزع على على نصفي الخلية المنقسمة ثم تنشطر الخلية الى قسمين متماثلين بعد تكون الجدار الفاصل بينهما ان عملية الانقسام تلاحظ بشكل واضح في البكتريا العصوية باستخدام تقنيات التصبيغ وتقنيات المجهر الالكتروني

ولكن ماهي العوامل التي تؤدي وتحفزالخلية على الانقسام
ان شكل وحجم الخلايا البكتيرية يلعب دورا مهما في الانقسام اذ يزداد حجم الخلية بشكل اسرع من مساحتها السطحية وباستمرار النمو وخاصة في الخلايا الكروية او البيضوية يصبح الفرق بين الحجم والمساحة السطحية كبير جدا وهنا يصبح الغشاء السايتوبلازمي عاجزا عن تجهيز الخلية بحاجتها من الغذاء والمتطلبات الاخرى اوتخليصها من الفضلات لذاتصبح الخلية مضطرة الى اعادة التوازن بين الججم والمساحة ويحصل هذا بانقسامها، اما البكتريا العصوية فان شكل الخلية الاسطواني يعطيها قدرة على الاستطالة الى ابعد مدى مع الحفاظ على قطر الخلية وبذلك تسهل مرور المغذيات
نموالاحياء المجهرية مرتبط غالبا بانقسام الخلية ولكن قد يحصل النمو دون حصول انقسام بسبب وجود بعض المؤثرات الخارجية كما في البكتريا العصوية اذ تحصل فيها كل متطلبات الانقسام من استنساخ الحامض النووي وتكون الجدار والغشاء الخلوي والمحتويات السايتوبلازمية الاخرى ولكن لاتنشطر الخلية وانما تستطيل وتصبح بشكل خيوط طويلة غير مجزأة وهنالك الكثير من المواد والعوامل التي تعيق الانشطار وتمنعه من خلال منع او اعاقة تكوين الجدار العرضي في الخلية المنقسمة ومن هذه العوامل الاشعة فوق البنفسجية وبعض الادوية والمضادات واملاح الصفراء والمعقمات او المنظفات او احداث الطفرات او ازالة بعض المغذيات المهمة من وسط التنمية كل هذه المواد تعيق الانشطار ولكنها لاتمنع النمو
ان عملية التكاثر في البكتريا لاتتم فقط بالانشطار اذ ان هناك بعض الاجناس ممكن ان تتكاثر بطرق اخرى منها طريقة التكاثر بالتجزأ كما في بعض انواع رتبة الاكتينومايسيتاليسactinomycetalase اذ يتكون خيط طويل مجزأ الى وحدات صغيرة او قد يحصل التكاثر بالتبرعم كما في رتبة هايفومايكروبياليس فينفصل البرعم عن الام ليكون خلية جديدة اما عملية استنبات السبورات البكتيرية فهي ليست طريقة تكاثري حيث لايحصل زيادة عددية وانما نمووتحول السبور الى خلية خضرية
اما طرق التكاثر الجنسي واللاجنسي فتحصل في الاحياء المجهرية حقيقية النواة ويكون التكاثر اللاجنسي بالانقسام المباشر والجنسي من خلال وجود الكميتات الذكرية والانثوية وانتقال الجينات وعمليات اعادة الخلط التي تمثل احد العوامل المهمة في تطور الاحياء عضويا
اما في الاحياء المجهرية احادية الخلية وتحديدا البكتريا فلا وجود للطرق الجنسية للتكاثر اذ لاوجود للكميتات ولا تتضمن عملية الخلط الوراثي خلايا جنسية ولكن قد يحصل في بعض الانواع البكتيرية الاقتران البكتيري وهو قد يمثل شكل بدائي من الاقتران الجنسي تكون فيه الخلية احيانا انثوية واخرى ذكرية

منحنى النموالبكتيري
عند تلقيح وسط زرعي بنوع معين من البكتريا و مع توفير كافة ظروف التنمية تنمو هذه الخلايا البكتيرية المزروعة وتتضاعف بالانقسام وبمعدل ثابت واذا قمنا بحساب معدل النمو والتضاعف من خلال حساب عدد الخلايا او المستعمرات النامية على فترات وتسجل عدد الخلايا المتكونة في كل فترة ثم ترسم علاقة بيانية بين عدد الخلايا المطلق ولوغارتم العدد المطلق من جهة وبين الوقت على المحور الاخر فاننا نحصل على خط بياني للعلاقة وبستمرار رسم العدد المطلق لعدد الخلايا دون استخدام اللوغارتم يؤدي الى تكون خط طويل على طول الورقة يصل الى عدة اميال وهنا يصل عدد الخلايا الى الملايين في الملمتر الواحد اذا استمرت العملية للحساب 24 ساعة ولذا ترسم العلاقة على ورقة بيانية
تحل هذه المشكلة باستخدام الورق البياني لرسم العلاقة وهنا يستخدم لوغارتم العدد البكتيري بدل العدد المطلق وبستمرار حساب الخلايا الى ان تتوقف الزيادة في العدد نحصل على خط بياني يمثل منحنى النمو ولكن باستخدام طرق العد الكلي للخلايا فاننا نحسب هنا جميع الخلايا الحية والميتة وبذا نحصل على منحنى مختلف ومعلوم ان الخلايا الميتة لاتكون مستعمرات لذا لاتستخدم في طريقة حساب العدد الحي
ان منحنى النمو يشمل عدة مراحل منها المرحلة الاولية والتي لايظهر فيها اي نمو ثم مرحلة النمو السريع ثم مرحلة توقف النمو واخيرا مرحلة التناقص في العدد.

اطوار ومراحل منحنى النمو
يضم منحنى النمو البكتيري 4 اطوار اساسية تمر بها المزرعة البكتيرية ويصل للخلايا البكتيرية مجموعة تغيرات تختلف في كل طور من الاطوار (شكل 3-1)



شكل (3-1)يوضح فيه اطوار النمو المختلفه

1- طور الركود Lag Phase
.
يسمى هذا الطور ايضا بطور الركود او الطور الكامن .Latentt phaseعند تلقيح وسط زرعي معين بنوع بكتيري تحت ظروف مناسبة لايحصل انقساما لهذه الخلايا البكتيرية مباشرة عند زرعها بل تبقى لفترة من الزمن دون تغير ولكن هذا لايعني ان هذه الخلايا خاملة في هذا الطور بل تمر بكتلة من النشاطات فيزداد حجمها بشكل واضح وتبني جميع المتطلبات البروتوبلازمية اللازمة للانقسام
في هذا الطور تحتاج البكتريا المزروعة الى فترة للتعرف على مكونات الوسط لكي تحدد وتعرف كيفية الاستفادة منه فتقوم بتجميع الحامض النووي الرايبوزي وتصنيع البروتينات المهمة والانزيمات ومساعدات الانزيم وهذه العمليات تحتاج الى وقت كما ان البكتريا في هذا الطور تقوم بعمليات ايض معينة الا انها لاتنقسم الا بعد توفير المتطلبات الاساسية للانشطار فتدخل عندها في طور اخر هو الطور اللوغارتمي وهو طور الانقسام

الطور اللوغارتمي . Exponential or logarithmic phase
في هذا الطور تمر البكتريا بالتضاعف والانشطار بشكل منتظم وثابت وتكون عملية الزيادة في عدد البكتريا تتناسب طرديا مع الوقت ( النمو يكون بشكل خط مستقيم ) . يكون الانشطار في هذا الطور سريع جدا حيث يتضاعف العدد كل 10 دقائق كما في بكتريا القولون وتكون الخلايا الناتجة متساوية في مكوناتها الكيميائية والايض وفي هذا الطور يكون
عدد الخلايا الحية + عدد الخلايا الكلي اي ان جميع الخلايا الناتجة تكون حية وفعالة ونسبة الموت قليلة لاتذكر .
ومن مميزات هذا البكتريا في هذا الطور :
1. جميع الخلايا البكتيرية تكون فتية ونشطة
2.حجم الخلايا اصغر مايمكن
3 . الجدار والغشاء الخلوي يكون رقيق
4 .تكون عمليات الايض في اعلى معدلاتها ولهذا تكون الخلايا في هذا الطور حساسة جدا للمؤثرات البيئية اكثر مما عليه في الاطوار الاخرى
يتأثر معدل النمو وطول فترة هذا الطور بعوامل البيئة وكذلك باختلاف الانواع البكتيرية فهناك انواع تنشطر في دقائق وانواع اخرى تحتاج الى ساعات او ايام لكي تنشطر ومثال على ذلك
تنشطر بفترة 28 دقيقة Bacillus mycoides تنشطر ب 17 دقيقة E .coli تنشطر ب 35 دقيقة Pseudomonas aeruginosa. اذا نقلت عينة بكتيرية من وسط الى وسط اخر مشابه وبنفس الظروف فان الخلايا لاتمر بطور الركود وانما تستمر بالانشطار وتبقى في الطور اللوغارتمي

في هذا الطور ممكن تحديد ومعرفة جميع الصفات التشخيصية للانواع البكتيرية الوقت اللازم لانشطار الخلية الى خليتين يدعى عمر الجيل وهذا الوقت ثابت للنوع الواحد في حالة ثبات ظروف الزرع اذن الفترة بين كل انشطار واخر يمثل عمر الجيل اي ان الانقسام الاول للخلية الى 2 يكون عمر الجيل مثلا 17 دقيفة ومن 2 الى 4 يكون ايضا 17 ومن 4 الى 8 يكون 17 وهكذا.
يمكن حساب عمر الجيل ومعدل النمو وفق معادلة معينة ويتطلب ذلك معرفة عدد الخلايا المزروعة في البداية وعدد الخلايا الناتجة في نهاية الزرغ فمثلا لو زرعنا خلية بكتيرية واحدة في وسط زرعي وتحت ظروف نمو مناسبة فانها ستتضاعف بعد مرور مدة عمر الجيل فيصبح عدد الخلايا في الجيل الثاني 2 والثالث 4 والرابع 8 وهكذا وبهذا يتضاعف العدد في كل جيل
فلو فرضنا ان أ = عدد الخلايا المزروعة في البداية في الوقت صفر و
ب = عدد الخلايا بعد مرور فترة زمنية معينة و
ن =المدة اللازمة لانهاء التجربة و
ج = عمر الجيل و ع = عدد الاجيال و
لو = لوغارتم 10
فلو بدأنا الزرع بخلية واجدة فان العدد النهائي للبكتريا ب في نهاية التجربة بعد مرور فترة زمنية ن سيكون :
ب = أ × 2 ع
ع يمثل عدد الافراد بعد مرور عدة اجيال قدره ع
ولو بدانا الزرع بعدد خلايا قدره أ فان المعادلة ستكون
ب = أ ×2 ع ولو اخذنا لوغارتم الطرفين يكون
لو ب = لو أ + ع لو 2 و ع = لو ب – لو أ / لو2
وبما ان لو 2 = 0.301 اذن تصبح المعادلة :
ع = لو ب –لوأ/0.301 وبهذا نستطيع حساب عدد الاجيال
عمر الجيل يساوي المدة الزمنية التي يستغرقها الجيل الواحد ولهذا فان عمر الجيل ج هو
ج = ن / ع ,وبالتعويض في المعادله تصبح ج = لو ب -لو أ/ 0.301 ن

طور الثبات او الاستقرار Stationary phase .
وفي هذا الطور تبقى اعداد الخلايا البكتيرية ثابت دون تغيير او زيادة لمدة من الزمن فيصبح منحنى النمو بشكل خط مستقيم افقي ----- عكس ماهو عليه في الطور اللوغارتمي والذي يكون منحنى النمو تصاعدي وبهذا يحصل في هذا الطور ثبات في النمو نتيجة توقف الخلايا عن الانشطار وهنا يحصل توازن بين الانشطار ومعدل الموت . ويبدأ هذا الطور بعد مرور فترة من النمو اللوعارتمي حيث تواجه المزرعة صعوبات نمو منها قلة المواد الغذائية وتجمع المواد السامة الناتجة من الايض

طور الموت Decline or Death phase .
في هذا الطور يكون معدل الموت اكثر من معدل الانشطار فيكون منحنى النمو تنازليا لوغارتميا وهو عكس الطور اللوغارتمي حيث تموت الخلايا بمعدل ثابت . ان موت الخلايا ناتج عن :
نفاذ المواد الغذائية وتجمع المواد التالفة والسامة مثل الحوامض . ويختلف معدل موت الخلايا البكتيرية باختلاف الانواع فبعضها يموت بسرعة قد تكون ساعات والبعض الاخر يستغرق اشهر

المراحل الانتقالية في اطوار النمو
عملية تحول الخلايا البكتيرية المزروعة من طور الى اخر لاتحصل بنفس الوقت وانما يكون تحولها انسيابي فبعض الخلايا تحتاج الى وقت للحاق بالحالة العضوية للخلايا الاخرى اي انها ليست جميعا بحالة عضوية واحدة

النمو التزامني Synochronous growth .
عملية انشطار الخلايا في الطور اللوغارتمي يكون عشوائي وليس متزامن اي ان الخلايا البكتيرية ليست جميعها في مرحلة نمو ومستوى نمو واحد فبعضها في حالة انشطار واخرى انهت الانشطار توا وبين الحالتين مجاميع اخرى في مراحل مختلفة من مراحل النمو وهذا ما يحصل في معظم المزارع
النمو التزامني هو نمو الذي يحصل لجميع الخلايا البكتيرية في المزرعة بوقت واحد وتسمى هذه المزرعة بالمزرعة التزامنية
ممكن الحصول على المزارع التزامنية باعتماد طرق خاصة ولكن المزرعة تفقد نموها بعد مرور بضعة اجيال وهذه المزارع يحتاجها الباحثين في اجراء بحوثهم مثل تجارب الاقتران البكتيري.
يحصل النمو التزامني عند نقل خلية من مزرغة لوغارتمية الى وسط غذائي جديد بنفس مكونات الوسط الاول وبتفس الظروف وهنا تنشطر الخلية الى 2 بعد بلوغ عمر الجيل وتكون الخليتان متشابهتان وبسبب هذا التشابه يكون انشطارها متزامن والتزامن يكون تقريبي ويستمر لغدة اجيال
يمكن حث المزرعة على النمو التزامني باستخدام عوامل فيزيائية وكيميائية مثل خفض درجة الحرارة الى الحد الذي يتوقف فيه الانقسام لمدة من الزمن لكن الخلايا مع ذلك تصل الى مرحلة الانشطار ولكنها لاتنشطر وتقف على حافة مرحلة الانشطار وبعد رفع درجة الحرارة فان جميع الخلايا تبدا بالنمو والانشطار بنفس المستوى تقريبا ( اي ان خفض الحرارة وقف نمو جميع الخلايا حتى تصل جميعها الى مرحلة واحدة ثم ترفع الحرارة فتنمو جميعا سوية
ممكن عزل الخلايا الفتية الصغيرة الحجم في المزرعة عن الخلايا القديمة باستخدام الطرد المركزي او الترشيح وبهذا فان نموها سيكون تزامنيا لانها بنفس المرحلة من العمر