Cinetica Proceselor de Biosinteză

1. DINAMICA MULTIPLICĂRII BACTERIILOR. CURBA DE CREŞTERE

Procesul de creştere a microorganismelor se desfăşoară prin sinteza specifică echilibrată a constituenţilor celulari, pornind de la substanţe nutritive simple aflate în mediul de cultură [Gh. Zarnea].

Procesul de creştere a microorganismelor este controlat genetic. Pe de altă parte, acesta depinde în evoluţia sa şi de natura şi concentraţia substanţelor nutritive în mediu, precum şi de asigurarea cu energia necesară reacţiilor de sinteză. Creşterea bacteriilor se realizează prin depunerea uni- sau tridimensională de substanţă nouă, ceea ce determină mărirea celulei bacteriene în sensul uneia dintre dimensiunile ei sau în sensul celor trei dimensiuni. Mărirea volumului celular se face atât prin sinteza de substanţă organică cât şi prin mărirea conţinutului în apă. Creşterea microorganismelor nu are loc indefinit, ci se întrerupe la un moment dat, când se produce diviziunea celulară.

Activitatea normală a microorganismelor este condiţionată de existenţa unui anumit raport între volumul celulei şi suprafaţa ei, prin care se face absorbţia substanţei nutritive şi eliminarea cataboliţilor. în cursul creşterii celulei, raportul suprafaţă/volum se modifică datorită faptului că, în timp ce suprafaţa creşte cu o relaţie pătratică, volumul ei se modifică cu o relaţie cubică, ceea ce determină o diminuare relativă a suprafeţei celulare, fapt ce îngreunează schimbul de substanţe şi, atunci când disproporţia dintre suprafaţă şi volum atinge un anumit punct critic, se produce diviziunea celulară.

în cadrul proceselor biotehnologice, studiul creşterii şi multiplicării micro¬organismelor producătoare are o importanţă deosebită pentru eficienţa tehnologiilor industriale. Spre deosebire de organismele pluricelulare, la care multiplicarea celulelor duce la mărirea taliei individuale, la toate celelalte organisme unicelulare, ea are ca rezultat creşterea numărului de indivizi. Viteza de multiplicare a bacteriilor este excepţional de mare. Durata unei generaţii - interval de timp dintre două diviziuni succesive - este tipică pentru fiecare specie, dar poate varia la aceeaşi specie în funcţie de condiţiile de mediu, fiind, în general, cuprinsă între 20 şi 30 de minute.

Procesul multiplicării populaţiilor bacteriene este bine cunoscut. Acesta cuprinde mai multe faze (fig. 1), care sunt descrise în continuare.

Fig. 1. Curba de creştere a unei populaţii bacteriene [Gh. Zarnea]: A - însămânţare; A-B - faza de lag B-C - faza de accelerare a ritmului de creştere; C-D - faza de multiplicare logaritmică; D-E - faze de încetinire a ritmului de creştere; E-F - faza staţionară; F-G - faza intermediară de declin; G-H - faza de declin;

număr de celule viabile (UFC - unităţi formatoare de colonii);

număr total de celule din mediul de cultură.

Faza de latenţă sau lag. Este cuprinsă între momentul introducerii microorganismului în mediul de cultură (inoculare) şi momentul în care celulele acestuia încep să se multiplice. In această fază, numărul bacteriilor din inocul rămâne neschimbat sau chiar scade temporar. Cultura nu este vizibilă macroscopic. Această fază durează în medie câteva ore. Faza de latenţă apare ca o perioadă de adaptare în noile condiţii de cultivare. In această perioadă bacteriile viabile din inocul îşi acumulează în celulă metaboliţii esenţiali şi sistemele enzimatice necesare creşterii.

La transvazarea inoculului într-un mediu nutritiv, se întâlnesc, în principal, două situaţii:

- dacă inoculul bacterian provine dintr-o cultură aflată în curs de multiplicare şi se transvazează într-un mediu nutritiv cu aceeaşi compoziţie, multiplicarea bacteriilor îşi menţine în continuare ritmul rapid (este cazul trans-vazării inoculului în intermediar, operaţie efectuată numai pentru obţinerea de cantităţi mai mari de inocul necesare fazei următoare de biosinteză numită: fază de reg .