Wachstum von Mikroorganismen-Kulturen Vorlesung Allgemeine Mikrobiologie Wachstum von Mikroorganismen-Kulturen www.icbm.de/pmbio

Der Traum der Bakterien... • Mikroorganismen vermehren sich meist durch binäre Zweiteilung. • Dadurch sind sie potenziell unsterblich. • Durch schnelles und exponenzielles Wachstum werden Ressourcen verbraucht und es entsteht Hunger.

Zellteilung Einfacher Zellcyclus • Biomassezunahme, Längenwachstum • Replikation des Chromosoms, Auftrennung der Tochtermoleküle • Einziehung neuer Membranen und Zellwände

Kulturgefäße

Zellzahlen in einer Kultur o  o o  o o o o  o o o o o o o o  Z = Z0 * 2g mit Z0 = Zellzahl zu Beginn g = Anzahl der Generationen Zum Merken: 210 = 1024 220  1 Million 230  1 Milliarde  o o  o o o o  o o o o o o o o  o o o o o o o o o o o o o o o o  oooooooooooooooooooooooooooooooo  oooooooooooooooooooooooooooooooo oooooooooooooooooooooooooooooooo 

Wachstumsphasen Wachstumsphasen Die exponenzielle Phase zeigt in der logarithmischen Auftagung einen linearen Anstieg

Einige Begriffe Begriffe Generatonszeit: Zeit, die eine Bakterienzelle für eine Verdopplung braucht (h) Teilungsrate:1/Generationszeit (v, h-1) Wachstumsrate: Zuwachs pro Zeit (µ, h-1) [ vgl. Zinssatz] Verdopplungszeit: Zeit die ein Wachstumsparameter zur Verdopplung braucht (td, h) [Achtung: Zinseszins] Maximale Wachstumsrate µmax: Wachstumsrate während der exponentiellen Phase (h-1)

Super-Konto, Zinssatz µ = 100 % pro Jahr 1. Januar 100 Euro  31.Dezember: 200 Euro 1/12 Zuwachs pro Monat + Zinseszins  31.12.: 261 Euro Sofortiger Zuwachs + Zinseszins  31.12.: 271.18 Euro 100 x e Kontostand = Anfangskapital * e Zeit*Zinssatz Xt = X0 • eµ . t Logarithmiert: µ = (ln x – ln x0 )/(t – t0) = ln (x/x0)/(t – t0)

Verdopplungszeit Xt = X0 • eµ . t Logarithmiert: µ = ln (x/x0)/(t – t0) Wann hat sich mein Geld verdoppelt (td)? x/x0 = 2 ln 2 = 0.693 µ = ln 2/td µ = 0.693/td td = 0.693/µ Bei sofortiger Verzinsung brauche ich nur einen Zinsasatz von 69.3 %, um mein Kapital pro Jahr zu verdoppeln.

Wachstumsertrag Der Wachstumsertrag ist abhängig von den katabolischen Stoffwechselwegen bzw. anderen Möglichkeiten der Energiekonservierung Art der verfügbaren Kohlenstoffquellen Energieverbrauch für Erhaltungsstoffwechsel Der Ertrag ist viel besser vorhersagbar als die Wachstumsrate.

Chemostat Chemostat Im Chemostat können Zellen unter konstanten Bedingungen in einer exponentiellen Phase (mit µ < µmax) kultiviert werden