Wachstum von Bakterien

Bakterien besitzen keinen Zellkern (Prokaryoten). Die DNA ist im Cytoplasma gelagert und nicht speziell von allen anderen Zellbestandteilen abgegrenzt, wie dies bei den Zellkern besitzenden Eukaryoten (Hefe, Mensch) der Fall ist. So sind Bakterien in ihrer Anatomie einfach strukturiert, was ihre Funktionalität angeht sind Prokaryoten aber sehr vielfältig.

Die Vermehrung von Bakterien erfolgt durch asexuelle Zweiteilung. Die entstehenden Tochterzellen sind also genetische Klone der Mutter.

E. coli teilt sich unter optimalen Wachstumsbedingungen ca. alle 20 Minuten. Die neu entstehenden Bakterien sind Klone der "Mutterzelle"!

Phasen des Bakterienwachstums

Bakterienwachstum lässt sich in drei Phasen unterteilen:

• lag-Phase
  = langsames Anwachsen einer  Bakterienkultur in frischem, nährstoffreichen Wachstumsmedium
• exponentielle Phase
  = optimale Wachstumsphase unter optimaler Nährstoffversorgung. Die Bakterien teilen sich ca. alle 20 Minuten durch Zweiteilung. Die Individuenzahl steigt exponentiell an.
• stationäre Phase
  = Nährstoffe im Medium sind verbraucht. Die Bakterienpopulation stirbt ab, kann sich nicht mehr vermehren oder fällt einfach nur in eine "Wartehaltung". Die Messung der Suspension zeigt identische Messwerte über lange Zeiträume (mehrere Stunden) an, bevor die Suspension von ihrer Trübung in eine klare Lösung übergeht. Die Bakterien sterben unter lange andauerndem Nährstoffmangel und lösen sich auf (= Sterbephase; nicht in Abbildung gezeigt!)

Bakterielles Wachstum zeigt verschiedene Phasen. Im Laborexperiment kann das Wachstum von E. coli-Bakterien sehr genau durch Messung der optischen Dichte der Bakteriensuspension untersucht werden. So ist das Wachstum der Bakterien durch die Begrenzung von Nahrung limitiert. Dies ist gut an der stationären Phase erkennbar. In der exponentiellen Phase findet eine optimale Nahrungsversorgung und damit ein optimales Wachstumsverhalten statt. Für E. coli bedeutet dies alle 20 Minuten eine Zweiteilung zu durchlaufen. Die lag-Phase beschreibt das Wachstumsverhalten von Bakterienzellen, die aus der stationären Phase heraus in reiches Nährmedium gegeben werden.

Verdünnung einer Bakteriensuspension

Um molekularbiologische Aussagen treffen zu können, werden einzeln sichtbare Bakterienkolonien benötigt. Alle Zellen dieser Kolonie sind Klone der ersten Zelle dieser Kolonie. Um Einzelzellen auf Nährstoffböden sichtbar zu machen, muss eine Bakteriensuspension mehrfach verdünnt werden (siehe Abbildung).

So kann zum Beispiel eine bestimmte Menge Bakterien zu einer Transformation mit Vektor-DNA eingesetzt werden, die positiven Klone sind durch Wachstum auf Nährmedien mit Antibiotika sichtbar (Vergleiche Kapitel Klonierung und Transformation).

Für die Auswertung der Bakterienanzahl ist es wichtig Nährmedien mit einer zählbaren Anzahl Bakterienkolonien zu erzeugen. Dazu werden Verdünnungsreihen einer unbekannten Kultur angelegt. Die zählbare Platte wird ausgewertet, die Anzahl Bakterien auf die unverdünnte Kultur hochgerechnet.