A flask of *E. coli* in mid-exponential phase in glucose minimal medium at 37 °C is split. Portion P is diluted into fresh glucose minimal medium at 37 °C; portion Q is held until it reaches stationary phase and is then diluted into the same fresh medium. What is expected?

P continues growing with little or no lag, whereas Q shows a lag while its cells rebuild ribosomes and repair damage

Both show the same lag, because the lag phase depends only on the composition of the fresh medium

P continues growing with little or no lag, whereas Q shows a lag while its cells rebuild ribosomes and repair damage

P shows a longer lag than Q, because exponential cells must first pass through stationary phase before they can divide again in fresh medium

Neither shows a lag, because both are transferred into a medium that contains the same carbon source

In a batch culture kept for several days, the optical density at 600 nm stays almost constant while the plate count falls from 10⁹ to 10⁷ CFU mL⁻¹. The best explanation is that

the culture is in the death phase, and the dead cells remain intact and still scatter light although they no longer form colonies

the culture is still in exponential phase, and the plate count is wrong because colonies merge when cells divide rapidly

the cells have entered a second lag phase, during which optical density is constant and the viable count always falls

the cells have lysed completely, and the optical density now comes from dissolved proteins absorbing at 600 nm

Which method of measuring a bacterial population counts only cells that are able to multiply?

Spreading serial dilutions on agar plates and counting the colonies that appear

Direct microscopic counting of an unstained sample in a Petroff–Hausser chamber

Measuring optical density at 600 nm and reading cell number from a standard curve

Drying a known volume of culture and weighing the cell mass that is left behind

Spreading serial dilutions on agar plates and counting the colonies that appear

In the Helmstetter–Cummings technique, cells are bound to a membrane filter, the filter is inverted and medium is pumped through it. Why do the cells collected in the effluent form a synchronous population?

Because the cells released are newborn daughters freed at division, so all of them begin the cycle at the same point

Because the flowing medium starves the bound cells, and starvation arrests all of them at the same stage before release

Because only the largest cells, which are about to divide, are detached from the filter by the flow of medium

Because the cells released are newborn daughters freed at division, so all of them begin the cycle at the same point

Because a temperature shift applied to the filter induces every bound cell to divide at the same moment

A glucose-limited chemostat at steady state is moved from D = 0.2 h⁻¹ to D = 0.3 h⁻¹; both values are well below the critical dilution rate, and the feed glucose concentration is unchanged. Assuming the Monod model with a constant yield, at the new steady state

the specific growth rate rises to 0.3 h⁻¹, the residual glucose rises and the cell concentration falls slightly

the specific growth rate stays at its old value, and the extra flow simply lowers the cell concentration in proportion

the specific growth rate rises to 0.3 h⁻¹, the residual glucose rises and the cell concentration falls slightly

the specific growth rate rises to 0.3 h⁻¹, the residual glucose falls and the cell concentration rises

the specific growth rate rises to 0.3 h⁻¹, while both the residual glucose and the cell concentration stay unchanged

Which of the following statements about continuous culture are correct?

In a chemostat at steady state, the specific growth rate of the cells equals the dilution rate

If the dilution rate of a chemostat is held above μ_{max}, the cell population is progressively washed out of the vessel

In a chemostat at steady state, the specific growth rate of the cells equals the dilution rate

At a fixed dilution rate, doubling the feed concentration of the limiting nutrient doubles its residual concentration in the vessel at steady state

A turbidostat keeps one nutrient limiting and works best at dilution rates far below the maximum growth rate

If the dilution rate of a chemostat is held above μ_{max}, the cell population is progressively washed out of the vessel

A bacterium inoculated into a tube of thioglycollate broth grows only as a narrow band a short distance below the surface, with no growth at the very top or in the depths. It is best described as

a microaerophile that needs oxygen but is harmed by its concentration in air

an aerotolerant anaerobe that ferments and is unaffected by the oxygen gradient

a facultative anaerobe that respires near the surface and ferments in the depths

a microaerophile that needs oxygen but is harmed by its concentration in air

an obligate anaerobe that is killed wherever any oxygen has diffused into the tube

Which of the following statements about the effect of environmental factors on microbial growth are correct?

Psychrotrophs can grow at refrigeration temperatures, but their optimum temperature is well above 15 °C

Many bacteria tolerate low water activity by accumulating compatible solutes such as glycine betaine or proline

Obligate anaerobes generally lack catalase and superoxide dismutase, so reactive oxygen species formed in air harm them

Psychrotrophs can grow at refrigeration temperatures, but their optimum temperature is well above 15 °C

Thermophiles keep their membranes functional at high temperature by using lipids richer in unsaturated fatty acids than those of mesophiles

Many bacteria tolerate low water activity by accumulating compatible solutes such as glycine betaine or proline

Obligate anaerobes generally lack catalase and superoxide dismutase, so reactive oxygen species formed in air harm them

During endospore formation in *Bacillus subtilis*, in which compartment, and in what order, do the sigma factors σF and σG act?

Both act in the forespore, σF early after the asymmetric division and σG after engulfment

Both act in the mother cell, σG first and σF later, to make the cortex and the coat

σF acts in the mother cell and σG in the forespore, both before the asymmetric septum forms

Both act in the forespore, σF early after the asymmetric division and σG after engulfment

σF acts in the forespore and σG in the mother cell, both only after the spore is released

Two non-luminous mutants of *Vibrio fischeri* are grown to high density: one lacks a functional LuxI, the other a functional LuxR. Cell-free spent medium from a dense wild-type culture is added to each. What result is expected?

Only the LuxI mutant luminesces, because the medium supplies the diffusible acyl-homoserine lactone it cannot make

Only the LuxR mutant luminesces, because the medium supplies the receptor protein that it is missing

Only the LuxI mutant luminesces, because the medium supplies the diffusible acyl-homoserine lactone it cannot make

Both mutants luminesce, because any mutant in the lux system is rescued once the population is dense enough

Neither mutant luminesces, because autoinducers act only inside the cell that made them and cannot be supplied from outside

A *Pseudomonas aeruginosa* strain is engineered to overproduce a diguanylate cyclase, raising its intracellular cyclic di-GMP. Which change in behaviour is expected?

Increased matrix polysaccharide production, stronger surface attachment and reduced motility

Higher swimming motility and dispersal of cells from existing biofilms into the surrounding liquid

Loss of quorum sensing, because cyclic di-GMP degrades the acyl-homoserine lactone signals

Faster planktonic growth with no change in surface attachment or matrix production

Increased matrix polysaccharide production, stronger surface attachment and reduced motility

Which of the following statements about bacterial biofilms and biofouling are correct?

Biofilm cells are more tolerant of antibiotics partly because inner cells grow slowly or are dormant, and many antibiotics act on actively growing cells

Biofouling of a heat exchanger reduces heat transfer, and fouling of a ship's hull increases drag and fuel consumption

Biofilms of sulfate-reducing bacteria on steel surfaces can accelerate corrosion of pipelines

Biofilm cells are more tolerant of antibiotics partly because inner cells grow slowly or are dormant, and many antibiotics act on actively growing cells

The biofilm matrix consists of capsular polysaccharide alone, which is why biofilms form only from encapsulated species

Biofouling of a heat exchanger reduces heat transfer, and fouling of a ship's hull increases drag and fuel consumption

Biofilms of sulfate-reducing bacteria on steel surfaces can accelerate corrosion of pipelines

सूक्ष्मजीवी वृद्धि: वृद्धि वक्र व बलगतिकी, मापन व लब्धि, सतत संवर्धन, पर्यावरण, बीजाणुजनन, कोरम संवेदन व बायोफ़िल्म

यह अध्याय XL3 सूक्ष्मजीव विज्ञान के खंड XL3.5, “सूक्ष्मजीवी वृद्धि” का उत्तर है, जो जीवन विज्ञान (XL) पेपर के पाँच वैकल्पिक खंडों में से एक है: “वृद्धि की परिभाषा; वृद्धि वक्र; चरघातांकी वृद्धि प्रावस्था की गणितीय अभिव्यक्ति; वृद्धि का मापन व वृद्धि लब्धि; समकालिक वृद्धि; सतत संवर्धन; वृद्धि पर पर्यावरणीय कारकों का प्रभाव; बीजाणुजनन; कोरम संवेदन; जीवाणु बायोफ़िल्म व जैव-दूषण।” यह सिखाता है कि सूक्ष्मजीव के लिए वृद्धि का अर्थ क्या है, बैच संवर्धन की चार प्रावस्थाएँ व उनके कारण, चरघातांकी वृद्धि का गणित, वृद्धि मापने की विधियाँ और वृद्धि लब्धि का अर्थ, समकालिकता, केमोस्टैट व टर्बिडोस्टैट, ताप, pH, जल व ऑक्सीजन के मूल प्रभाव, तथा वे तीन व्यवहार जो जीवाणुओं को स्वतंत्र कोशिकाओं से अधिक बनाते हैं: अंतःबीजाणु निर्माण, कोरम संवेदन व बायोफ़िल्म। संख्यात्मक प्रश्न पीढ़ी-काल, पीढ़ियों की संख्या, विशिष्ट वृद्धि दर, वृद्धि लब्धि, तथा केमोस्टैट की स्थिर अवस्था, उत्पादकता व वॉशआउट पर हैं।

1. वृद्धि का अर्थ और बैच वृद्धि वक्र

वृद्धि कोशिका के समस्त घटकों में व्यवस्थित वृद्धि है। एक जीवाणु बढ़ता है और फिर द्विविभाजन से बँटता है, अतः सूक्ष्मजीव विज्ञान में वृद्धि का अर्थ लगभग सदैव समष्टि वृद्धि है, अर्थात कोशिका-संख्या या जैवभार में वृद्धि, न कि एक कोशिका का आकार। यीस्ट मुकुलन से बँट सकते हैं और फफूँद कवकतंतु के सिरे बढ़ाते हैं, अतः तंतुमय जीवों में वृद्धि संख्या के बजाय द्रव्यमान से मापी जाती है।

बैच संवर्धन (बंद फ़्लास्क, कोई नया माध्यम नहीं डाला जाता) चार प्रावस्थाओं से गुज़रता है। पश्चता (lag) प्रावस्था में कोशिकाएँ विभाजित नहीं होतीं पर व्यस्त रहती हैं: वे क्षति सुधारती हैं, राइबोसोम बनाती हैं और नए माध्यम द्वारा माँगे गए एंज़ाइम प्रेरित करती हैं। पश्चता तब लंबी होती है जब निवेशद्रव्य (inoculum) पुराने (स्थिर) संवर्धन से आए, समृद्ध से निर्धन माध्यम में ले जाया जाए, या कोशिकाएँ क्षतिग्रस्त हों; जब चरघातांकी कोशिकाएँ उसी संघटन के ताज़ा माध्यम में डाली जाएँ तो पश्चता नहीं होती। चरघातांकी (log) प्रावस्था में प्रत्येक कोशिका स्थिर दर से विभाजित होती है; वृद्धि संतुलित होती है (प्रत्येक घटक साथ-साथ दोगुना होता है), कोशिकाएँ सर्वाधिक एकरूप होती हैं, और पेनिसिलिन जैसे उन कारकों के प्रति सबसे संवेदनशील होती हैं जो बढ़ती कोशिकाओं पर क्रिया करते हैं। स्थिर प्रावस्था तब आरंभ होती है जब कोई आवश्यक पोषक समाप्त हो जाए या अपशिष्ट (जैसे अम्ल) जमा हो जाएँ; संख्या सपाट रहती है क्योंकि विभाजन मृत्यु को संतुलित करता है, और अनेक जीव अब द्वितीयक उपापचयज बनाते हैं तथा Bacillus अंतःबीजाणु बनाता है। मृत्यु प्रावस्था में जीवनक्षम कोशिकाएँ प्रायः चरघातांकी रूप से घटती हैं, यद्यपि आविलता (turbidity) मुश्किल से घटती है क्योंकि मृत कोशिकाएँ अक्षत रहती हैं; एक छोटा अंश लंबे समय तक बचा रह सकता है।

⚠️ परीक्षा जाल

द्विप्रावस्थी वृद्धि (diauxie)। ग्लूकोज़ व लैक्टोज़ साथ पाने पर E. coli पहले ग्लूकोज़ पर चरघातांकी बढ़ता है, दूसरी पश्चता में रुकता है, फिर लैक्टोज़ पर बढ़ता है। यह विराम मृत्यु प्रावस्था नहीं है: यह ग्लूकोज़ (जो अपचयज दमन व प्रेरक-अपवर्जन से इन्हें बंद रखता है) के समाप्त होने के बाद lac एंज़ाइमों को प्रेरित करने में लगा समय है।

2. चरघातांकी वृद्धि का गणित

यदि एक कोशिका से 2, फिर 4, 8, 16… बनें, तो n पीढ़ियों के बाद N = N₀ × 2ⁿ। लघुगणक लेने पर n = (log N − log N₀)/log 2 = 3.32 (log N − log N₀)। पीढ़ी-काल (द्विगुणन काल) g = t/n है, और वृद्धि-दर स्थिरांक k = n/t = 1/g प्रति घंटा पीढ़ियाँ गिनता है। सतत प्रक्रिया के रूप में लिखें तो dN/dt = μN, अतः N = N₀e^μt, जहाँ μ विशिष्ट वृद्धि दर (h⁻¹) है। चूँकि e^μg = 2, μ = ln 2/g = 0.693/g। चरघातांकी प्रावस्था में log N बनाम समय का आलेख सीधी रेखा होता है, जिसकी ढलान log₁₀ पैमाने पर μ/2.303 है।

हल किया उदाहरण। एक संवर्धन 3 h की चरघातांकी वृद्धि में 1 × 10⁴ से 6.4 × 10⁵ कोशिका mL⁻¹ हो जाता है। N/N₀ = 64 = 2⁶, अतः n = 6, g = 180/6 = 30 min, k = 2 पीढ़ी h⁻¹ तथा μ = 0.693/0.5 = 1.39 h⁻¹। यदि 4 h के अंतराल में 1 h की पश्चता होती, तो केवल 3 चरघातांकी घंटे गिने जाते।

⚠️ परीक्षा जाल

k (प्रति घंटा पीढ़ियाँ) तथा μ (प्रति घंटा, प्राकृतिक लघुगणक आधारित) में ln 2 गुणक का अंतर है: μ = 0.693k। जो प्रश्न μ = 1.2 h⁻¹ देता है वह प्रति घंटा 1.2 द्विगुणन नहीं कह रहा; उसका अर्थ 1.2/0.693 = 1.73 है। साथ ही केवल चरघातांकी समय गिनें, पश्चता कभी नहीं।

3. वृद्धि का मापन, वृद्धि लब्धि और समकालिक वृद्धि

वृद्धि मापने की विधियाँ
विधि	क्या गिनती है	सीमा
गणना कक्ष (Petroff–Hausser), इलेक्ट्रॉनिक गणक, फ़्लो साइटोमेट्री	कुल कोशिकाएँ, जीवित व मृत	बिना अभिरंजक के जीवित व मृत में भेद नहीं
क्रमिक तनुकरण के बाद प्लेट गणना (स्प्रेड या पोर); तनु नमूनों हेतु झिल्ली निस्यंदन	जीवनक्षम कोशिकाएँ, कॉलोनी-निर्माण इकाइयों (CFU) के रूप में	एक गुच्छ से एक कॉलोनी; केवल लगभग 30–300 कॉलोनियों वाली प्लेटें गिनी जाती हैं
सर्वाधिक संभावित संख्या (MPN)	नलिकाओं में विलोपन तक तनुकरण से, सांख्यिकीय रूप से जीवनक्षम कोशिकाएँ	चौड़ी विश्वास्यता सीमाओं वाला अनुमान
आविलता (प्रकाशीय घनत्व, प्रायः 600 nm पर)	कोशिका-द्रव्यमान द्वारा प्रकीर्णित प्रकाश	मानक वक्र चाहिए; केवल कम घनत्व पर रैखिक; मृत कोशिकाएँ भी गिनता है
शुष्क भार, प्रोटीन, DNA, O₂ उपभोग या अम्ल उत्पादन	जैवभार या सक्रियता	अधिक सामग्री चाहिए; तंतुमय कवकों हेतु एकमात्र व्यावहारिक मार्ग

वृद्धि लब्धि बने जैवभार को उपयुक्त सब्सट्रेट से जोड़ती है: Y_X/S = ΔX/ΔS (g कोशिका प्रति g सब्सट्रेट)। मोलर वृद्धि लब्धि प्रति मोल सब्सट्रेट शुष्क कोशिकाओं के ग्राम है, और Y_ATP, प्रति मोल ATP ग्राम, अनेक किण्वक जीवों में लगभग स्थिर (लगभग 10 g mol⁻¹) है, अतः मोलर लब्धि बताती है कि कोई पथ कितना ATP देता है। Y_X/S = 0.5 g g⁻¹ होने पर 10 g L⁻¹ ग्लूकोज़ अधिकतम 5 g L⁻¹ कोशिकाएँ दे सकता है; बैच में अंतिम कोशिका-घनत्व सीमाकारी पोषक के समानुपाती होता है।

सामान्य संवर्धन में कोशिकाएँ विभाजन-चक्र के प्रत्येक चरण में होती हैं। समकालिक संवर्धन में सब एक ही चरण पर होती हैं, अतः संख्या सीढ़ीनुमा बढ़ती है, प्रति पीढ़ी एक बार अचानक दोगुनी होती है, और कोशिका-चक्र की जैवरासायनिक घटनाएँ समूह में देखी जा सकती हैं। समकालिकता चयन से (Helmstetter–Cummings विधि कोशिकाओं को झिल्ली-फ़िल्टर पर बाँधकर उससे धुलकर निकली नवजात संतति-कोशिकाएँ एकत्र करती है; निस्यंदन या घनत्व-प्रवणता अपकेंद्रण से आकार-आधारित पृथक्करण) या प्रेरण से (ताप-परिवर्तन, भुखमरी के बाद पुनः पोषण, शैवालों हेतु प्रकाश–अंधकार चक्र) प्राप्त होती है। यह कुछ ही पीढ़ियों में मिट जाती है क्योंकि अलग-अलग कोशिकाओं के पीढ़ी-काल भिन्न होते हैं।

4. सतत संवर्धन: केमोस्टैट और टर्बिडोस्टैट

केमोस्टैट संवर्धन को अनिश्चित काल तक चरघातांकी वृद्धि में रखता है। ताज़ा माध्यम आयतन V के पात्र में प्रवाह-दर F से प्रवेश करता है और संवर्धन उसी दर से निकलता है, अतः तनुकरण दर D = F/V (h⁻¹)। एक पोषक सीमाकारी रखा जाता है। वृद्धि मोनोड समीकरण, μ = μ_maxS/(K_s + S) का अनुसरण करती है, जहाँ K_s वह सब्सट्रेट सांद्रता है जो अधिकतम दर की आधी दर देती है। कोशिकाएँ दर D से बहकर निकलती हैं और दर μ से बढ़ती हैं, अतः स्थिर अवस्था में μ = D: प्रयोगकर्ता पंप तय करके वृद्धि दर तय करता है। तब शेष सब्सट्रेट S̄ = K_sD/(μ_max − D) और जैवभार X̄ = Y(S_R − S̄) होता है, जहाँ S_R पोषण-माध्यम में सब्सट्रेट सांद्रता है। जैवभार S_R से तय होता है; वृद्धि दर D से।

हल किया उदाहरण। V = 2 L, F = 0.5 L h⁻¹, अतः D = 0.25 h⁻¹। μ_max = 0.5 h⁻¹, K_s = 0.2 g L⁻¹, S_R = 10 g L⁻¹ व Y = 0.5 होने पर: S̄ = 0.2 × 0.25/0.25 = 0.2 g L⁻¹ और X̄ = 0.5 × 9.8 = 4.9 g L⁻¹। स्थिर अवस्था का द्विगुणन काल ln 2/D = 2.77 h है। वॉशआउट तब होता है जब D उस उच्चतम दर से अधिक हो जाए जो कोशिकाएँ पोषण-सांद्रता पर पा सकती हैं, अर्थात क्रांतिक दर D_c = μ_maxS_R/(K_s + S_R), यहाँ 0.49 h⁻¹; इससे ऊपर S̄ को S_R से अधिक होना पड़ेगा, जो असंभव है, और X शून्य हो जाता है। जैवभार उत्पादकता D·X̄ D_c से थोड़ा नीचे शिखर पर होती है।

टर्बिडोस्टैट उलटे ढंग से काम करता है: एक फ़ोटोसेल आविलता देखता है और जब भी घनत्व निर्धारित मान से ऊपर जाए, पंप माध्यम डालता है। कोई पोषक सीमाकारी नहीं होता, अतः यह μ_max के निकट उच्च तनुकरण दरों पर स्थिरता से चलता है, जहाँ केमोस्टैट अस्थिर होता है।

⚠️ परीक्षा जाल

केमोस्टैट में D बढ़ाने (वॉशआउट से नीचे) से जैवभार नहीं बढ़ता; वृद्धि दर और शेष सब्सट्रेट S̄ बढ़ते हैं, अतः X̄ = Y(S_R − S̄) थोड़ा घटता है। जैवभार बढ़ाना हो तो S_R बढ़ाएँ।

5. पर्यावरणीय कारक: ताप, pH, जल और ऑक्सीजन

प्रत्येक जीव के मूल (cardinal) ताप होते हैं: न्यूनतम (झिल्लियाँ जेल बनती हैं और परिवहन रुकता है), इष्टतम, और अधिकतम (प्रोटीन व झिल्लियाँ विकृत होती हैं), और इष्टतम अधिकतम के निकट होता है। शीतरागी (psychrophile) का इष्टतम लगभग 15 °C या कम है; शीतसह (psychrotroph) रेफ़्रिजरेटर में बढ़ते हैं पर इष्टतम 20–30 °C है, इसीलिए वे ठंडा भोजन बिगाड़ते हैं; मध्यतापरागी (mesophile) का इष्टतम लगभग 20–45 °C; ऊष्मरागी (thermophile) का लगभग 55–65 °C; अतिऊष्मरागी (hyperthermophile), अधिकतर आर्किया, का 80 °C या अधिक। शीत-अनुकूलित जीव अधिक असंतृप्त व छोटे वसा-अम्लों से झिल्ली तरल रखते हैं; ऊष्मरागी अधिक संतृप्त लिपिड, ताप-स्थिर प्रोटीन और, आर्किया में, ईथर-बंधित लिपिड प्रयोग करते हैं।

pH। अम्लरागी लगभग pH 5.5 से नीचे, उदासीनरागी 5.5–8 पर और क्षाररागी 8 से ऊपर सर्वोत्तम बढ़ते हैं, फिर भी सभी प्रोटॉन पंप करके अपना कोशिकाद्रव्य उदासीनता के कहीं निकट रखते हैं। जल सक्रियता (a_w, विलयन के वाष्प-दाब को शुद्ध जल के वाष्प-दाब से भाग) विलेय मिलाने पर घटती है; अधिकांश जीवाणुओं को लगभग 0.9 से ऊपर a_w चाहिए, जबकि परासरण-सहिष्णु Staphylococcus aureus, परासरणरागी यीस्ट व शुष्करागी फफूँद इससे नीचे भी बढ़ते हैं। कोशिकाएँ संगत विलेय (प्रोलीन, ग्लाइसीन बीटेन, एक्टोइन) जमा करके जल-ह्रास से बचती हैं; अति लवणरागी आर्किया, जिन्हें 15–30% NaCl चाहिए, इसके बजाय भीतर K⁺ जमा करते हैं।

ऑक्सीजन वर्ग और थायोग्लाइकोलेट माध्यम की नलिका में उनकी वृद्धि का स्थान
वर्ग	O₂ से संबंध	नलिका में वृद्धि
अविकल्पी वायुजीवी	श्वसन हेतु O₂ आवश्यक	केवल शीर्ष पर
सूक्ष्मवायुरागी	O₂ चाहिए पर वायु-स्तर से हानि	सतह से थोड़ा नीचे एक पट्टी
विकल्पी अवायुजीवी	O₂ से श्वसन, उसके बिना किण्वन या अवायवीय श्वसन	सर्वत्र, शीर्ष पर सबसे घनी
वायुसह अवायुजीवी	केवल किण्वन; O₂ से हानि नहीं	सर्वत्र समान रूप से
अविकल्पी अवायुजीवी	O₂ से मृत या संदमित	केवल तल पर

ऑक्सीजन-सहिष्णुता फ़्लेवोप्रोटीनों द्वारा बने सुपरऑक्साइड व हाइड्रोजन परऑक्साइड को निर्विष करने पर निर्भर है: सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज़ (2O₂⁻ + 2H⁺ → H₂O₂ + O₂), कैटालेज़ (2H₂O₂ → 2H₂O + O₂) तथा परऑक्सीडेज़। वायुजीवियों में ये होते हैं; कठोर अवायुजीवियों में प्रायः नहीं।

6. बीजाणुजनन: अंतःबीजाणु

जब Bacillus या Clostridium के पोषक समाप्त होते हैं, तो काइनेज़ों का एक फ़ॉस्फ़ोरिले मुख्य नियामक Spo0A को सक्रिय करता है और कोशिका असममित रूप से छोटे पूर्वबीजाणु (forespore) व बड़ी मातृ कोशिका में बँटती है। मातृ कोशिका पूर्वबीजाणु को निगल लेती है, जिसमें अब दो झिल्लियाँ हैं; उनके बीच शिथिल अनुप्रस्थ-बंधित पेप्टिडोग्लाइकन का कॉर्टेक्स और बाहर प्रोटीन की आवरण परतें बनती हैं। कोर कैल्शियम डाइपिकोलिनेट ग्रहण कर अत्यधिक निर्जलित हो जाता है, और लघु अम्ल-विलेय प्रोटीन उसके DNA को ढक लेते हैं। फिर मातृ कोशिका विघटित होकर बीजाणु मुक्त करती है। जीन-अभिव्यक्ति सिग्मा कारकों के क्रम से कक्षों में बँटी रहती है: पूर्वबीजाणु में σF फिर σG, मातृ कोशिका में σE फिर σK, और प्रत्येक कक्ष दूसरे को संकेत देता है ताकि दोनों कार्यक्रम कदम मिलाकर चलें।

बीजाणु का ताप, शुष्कन, विकिरण व रसायनों के प्रति प्रतिरोध निर्जलित कोर, डाइपिकोलिनेट, DNA-बंधी प्रोटीनों व अपारगम्य आवरणों से आता है; यह उपापचयी रूप से सुप्त है। अंकुरण विशिष्ट पोषकों से प्रेरित होता है: बीजाणु डाइपिकोलिनेट छोड़ता है, कॉर्टेक्स का जल-अपघटन करता है, पुनः जलयोजित होता है और मिनटों में अपनी अपवर्तनशीलता खो देता है, फिर बहिर्वृद्धि होती है। ध्यान दें कि अंतःबीजाणु उत्तरजीविता संरचना है, प्रजनन नहीं: एक कोशिका से एक बीजाणु। Streptomyces वायवीय कवकतंतुओं पर बहिर्बीजाणुओं (कोनिडिया) की शृंखलाएँ बनाता है, जो शुष्कन सह लेती हैं पर उबालना नहीं।

7. कोरम संवेदन, बायोफ़िल्म और जैव-दूषण

कोरम संवेदन जीवाणुओं को समष्टि-घनत्व के अनुसार जीन नियंत्रित करने देता है। प्रत्येक कोशिका एक छोटा संकेत, स्वप्रेरक (autoinducer), कम आधार दर पर बनाती है; उच्च घनत्व पर उसकी सांद्रता देहली पार करती है और लक्ष्य जीन चालू करती है, जिनमें प्रायः स्वयं संश्लेषक भी होता है (धनात्मक पुनर्भरण)। स्क्विड के प्रकाश-अंग में रहने वाले Vibrio fischeri में LuxI एक ऐसिल-होमोसेरीन लैक्टोन (AHL) बनाता है जो झिल्लियों से मुक्त विसरित होता है; उच्च घनत्व पर AHL कोशिकाद्रव्यी सक्रियक LuxR से बंधता है, जो lux ओपेरॉन चालू करता है और कोशिकाएँ दीप्त होती हैं। ग्राम-धनात्मक जीवाणु ओलिगोपेप्टाइड स्वप्रेरक प्रयोग करते हैं जो बाहर भेजे जाते हैं और झिल्ली के द्वि-घटक हिस्टिडीन काइनेज़ द्वारा संवेदित होते हैं (Staphylococcus aureus का agr तंत्र, Streptococcus pneumoniae में सक्षमता)। LuxS द्वारा बना AI-2 अनेक प्रजातियों में साझा है। कोरम संवेदन दीप्ति, उग्रता कारकों, सक्षमता व बायोफ़िल्म परिपक्वन को नियंत्रित करता है; AHL नष्ट करने वाले एंज़ाइम (कोरम शमन) उग्रता-रोधी कारकों के रूप में अध्ययनाधीन हैं।

बायोफ़िल्म किसी सतह से जुड़ा और स्वनिर्मित बाह्यकोशिकीय बहुलक पदार्थों (EPS: पॉलीसैकेराइड, प्रोटीन, बाह्यकोशिकीय DNA) में धँसा समुदाय है। यह चरणों में बनता है: कार्बनिक पदार्थों की अनुकूलन-परत सतह ढकती है; कोशिकाएँ पहले उत्क्रमणीय, फिर पिलाई व आसंजकों से अनुत्क्रमणीय रूप से जुड़ती हैं; सूक्ष्म-कॉलोनियाँ बनाती हैं; बायोफ़िल्म जल-नलिकाओं से अलग मीनारों में परिपक्व होता है; और कोशिकाएँ नए स्थल बसाने हेतु बिखरती हैं। उच्च अंतःकोशिकीय चक्रीय di-GMP स्थावर, EPS-निर्माता अवस्था को और निम्न स्तर गतिशीलता को बढ़ावा देता है। बायोफ़िल्म कोशिकाएँ प्रतिजैविकों को 10 से 1,000 गुना अधिक सह सकती हैं क्योंकि आधात्री प्रवेश धीमा करती है, प्रवणताएँ भीतरी कोशिकाओं को धीमी-बढ़ती या सुप्त (पर्सिस्टर) रखती हैं, और उनकी कार्यिकी भिन्न होती है। ये कैथेटर, प्रत्यारोपण, हृदय-कपाट व सिस्टिक-फ़ाइब्रोसिस फेफड़े (Pseudomonas aeruginosa) के दीर्घकालिक संक्रमण करते हैं और दंत-पट्टिका बनाते हैं।

जैव-दूषण (biofouling) गीली सतहों पर बायोफ़िल्म की, और उसके बाद शैवालों व अकशेरुकियों की, अवांछित वृद्धि है: जहाज़ के पेंदे (अधिक कर्षण व ईंधन व्यय), ऊष्मा-विनिमयक (ऊष्मा-स्थानांतरण में कमी), शीतलन मीनारें, जल-पाइप और झिल्ली-फ़िल्टर (प्रतिलोम-परासरण झिल्लियों का प्रवाह घटता है)। सल्फ़ेट-अपचायक जीवाणुओं की बायोफ़िल्म स्टील का सूक्ष्मजीव-प्रभावित संक्षारण भी करती है। नियंत्रण में सफ़ाई, क्लोरीनीकरण जैसे जैवनाशी, ताँबा-आधारित या सिलिकॉन फ़ाउल-रिलीज़ लेप और आसंजन-रोधी सतहें मिलाई जाती हैं; टिन-आधारित दूषणरोधी पेंट समुद्री जीवों को हानि पहुँचाने के कारण अंतरराष्ट्रीय स्तर पर प्रतिबंधित किए गए।

मुख्य बिंदु

सूक्ष्मजीवी वृद्धि समष्टि वृद्धि है। बैच संवर्धन में पश्चता (अनुकूलन, विभाजन नहीं), चरघातांकी (संतुलित, स्थिर-दर वृद्धि), स्थिर (पोषक-क्षय या अपशिष्ट, द्वितीयक उपापचयज, बीजाणु) व मृत्यु प्रावस्थाएँ दिखती हैं; द्विप्रावस्थी वृद्धि दूसरी पश्चता जोड़ती है।
N = N₀2ⁿ, n = 3.32(log N − log N₀), g = t/n, k = 1/g तथा μ = 0.693/g; केवल चरघातांकी समय गिनें और μ को प्रति घंटा पीढ़ियाँ कभी न समझें।
गणना कक्ष व आविलता मृत कोशिकाएँ भी गिनते हैं; प्लेट गणना व MPN जीवनक्षम कोशिकाएँ देते हैं। Y_X/S = ΔX/ΔS, और लगभग 10 g प्रति मोल ATP का Y_ATP लब्धि को पथों से जोड़ता है।
केमोस्टैट में D = F/V और स्थिर अवस्था में μ = D; S̄ = K_sD/(μ_max − D), X̄ = Y(S_R − S̄), और वॉशआउट D_c = μ_maxS_R/(K_s + S_R) पर आरंभ होता है। टर्बिडोस्टैट बिना सीमाकारी पोषक के μ_max के निकट चलता है।
मूल ताप, pH, जल सक्रियता व ऑक्सीजन तय करते हैं कि सूक्ष्मजीव कहाँ बढ़ेगा; SOD व कैटालेज़ ऑक्सीजन-सहिष्णुता और थायोग्लाइकोलेट प्रतिरूप समझाते हैं।
अंतःबीजाणु σF–σE–σG–σK क्रम के अधीन असममित विभाजन व निगलन से बनते हैं; कोरम संवेदन ग्राम-ऋणात्मक में LuxR-प्रकार ग्राहियों के साथ AHL और ग्राम-धनात्मक में द्वि-घटक संवेदकों के साथ पेप्टाइड प्रयोग करता है; बायोफ़िल्म EPS-आवृत, प्रतिजैविक-सहिष्णु समुदाय हैं जिनकी सतहों पर अवांछित वृद्धि जैव-दूषण है।

अभ्यास प्रश्न (17)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

ग्लूकोज़ न्यूनतम माध्यम में 37 °C पर मध्य-चरघातांकी प्रावस्था का E. coli का एक फ़्लास्क बाँटा जाता है। भाग P को 37 °C पर ताज़ा ग्लूकोज़ न्यूनतम माध्यम में तनु किया जाता है; भाग Q को स्थिर प्रावस्था तक रखकर फिर उसी ताज़ा माध्यम में तनु किया जाता है। क्या अपेक्षित है?
1. दोनों में समान पश्चता, क्योंकि पश्चता प्रावस्था केवल ताज़ा माध्यम के संघटन पर निर्भर है
2. P बिना या नगण्य पश्चता के बढ़ता रहता है, जबकि Q में पश्चता दिखती है जब तक उसकी कोशिकाएँ राइबोसोम पुनर्निर्मित व क्षति सुधारती हैं
3. P में Q से लंबी पश्चता, क्योंकि चरघातांकी कोशिकाओं को ताज़ा माध्यम में पुनः विभाजन से पहले स्थिर प्रावस्था से गुज़रना होता है
4. किसी में पश्चता नहीं, क्योंकि दोनों उसी कार्बन स्रोत वाले माध्यम में स्थानांतरित किए गए हैं
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उत्तर: B — P बिना या नगण्य पश्चता के बढ़ता रहता है, जबकि Q में पश्चता दिखती है जब तक उसकी कोशिकाएँ राइबोसोम पुनर्निर्मित व क्षति सुधारती हैं
उसी संघटन के ताज़ा माध्यम में ले जाई गई चरघातांकी कोशिकाओं के पास आवश्यक राइबोसोम व एंज़ाइम पहले से होते हैं, अतः वे लगभग बिना पश्चता के बढ़ती रहती हैं। स्थिर-प्रावस्था कोशिकाओं की राइबोसोम मात्रा घट चुकी होती है और क्षति जमा होती है, अतः उन्हें उसी माध्यम में भी विभाजन से पहले पश्चता चाहिए। ‘किसी में पश्चता नहीं’ वाला भ्रामक उत्तर निवेशद्रव्य की कार्यिकीय अवस्था की उपेक्षा करता है, जो माध्यम जितनी ही महत्त्वपूर्ण है।
कई दिनों तक रखे गए बैच संवर्धन में 600 nm पर प्रकाशीय घनत्व लगभग स्थिर रहता है जबकि प्लेट गणना 10⁹ से 10⁷ CFU mL⁻¹ गिर जाती है। सर्वोत्तम व्याख्या यह है कि
1. संवर्धन मृत्यु प्रावस्था में है, और मृत कोशिकाएँ अक्षत रहकर अब भी प्रकाश प्रकीर्णित करती हैं यद्यपि वे अब कॉलोनी नहीं बनातीं
2. संवर्धन अब भी चरघातांकी प्रावस्था में है, और प्लेट गणना ग़लत है क्योंकि तेज़ विभाजन पर कॉलोनियाँ आपस में मिल जाती हैं
3. कोशिकाएँ दूसरी पश्चता प्रावस्था में हैं, जिसमें प्रकाशीय घनत्व स्थिर रहता है और जीवनक्षम संख्या सदैव गिरती है
4. कोशिकाएँ पूर्णतः विघटित हो चुकी हैं, और प्रकाशीय घनत्व अब 600 nm पर अवशोषित करने वाले घुले प्रोटीनों से आता है
उत्तर देखें
उत्तर: A — संवर्धन मृत्यु प्रावस्था में है, और मृत कोशिकाएँ अक्षत रहकर अब भी प्रकाश प्रकीर्णित करती हैं यद्यपि वे अब कॉलोनी नहीं बनातीं
आविलता सभी कोशिकाओं, जीवित या मृत, द्वारा प्रकीर्णित प्रकाश मापती है, जबकि प्लेट गणना केवल कॉलोनी बनाने योग्य कोशिकाएँ पकड़ती है। अपरिवर्तित आविलता के साथ गिरती जीवनक्षम संख्या मृत्यु प्रावस्था की पहचान है, जिसमें अधिकांश मृत कोशिकाएँ अक्षत रहती हैं। पूर्ण विघटन आविलता घटा देता, और घुले प्रोटीन 600 nm पर उल्लेखनीय अवशोषण नहीं करते, अतः वह विकल्प दोनों आधारों पर विफल है।
एक ब्रॉथ में 5.0 × 10⁴ कोशिका mL⁻¹ डाली जाती हैं। संवर्धन में ठीक 1 h की पश्चता होती है और फिर वह बिना रुकावट चरघातांकी रूप से बढ़ता है। निवेशन के चार घंटे बाद संख्या 3.2 × 10⁶ कोशिका mL⁻¹ है। चरघातांकी वृद्धि के दौरान पीढ़ी-काल ____ min है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 30
N/N₀ = 3.2 × 10⁶/5.0 × 10⁴ = 64 = 2⁶, अतः n = 6 पीढ़ियाँ। ये केवल चरघातांकी अवधि, 4 − 1 = 3 h = 180 min, में हुईं। g = 180/6 = 30 min। पूरे 4 h लेने से ग़लत मान 40 min आता है।
चरघातांकी रूप से बढ़ते एक जीवाणु की विशिष्ट वृद्धि दर μ = 1.2 h⁻¹ है (dN/dt = μN से परिभाषित)। समष्टि 2.5 h में कितनी पीढ़ियाँ पूरी करती है? ln 2 = 0.693 लें और उत्तर दो दशमलव स्थानों तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 4.33
μ प्राकृतिक-लघुगणक दर है, अतः ln(N/N₀) = μt = 1.2 × 2.5 = 3.0। द्विगुणनों की संख्या n = ln(N/N₀)/ln 2 = 3.0/0.693 = 4.329, अर्थात 4.33। समतुल्य रूप से g = 0.693/1.2 = 0.5775 h और n = 2.5/0.5775 = 4.33। μt = 3 को पीढ़ियों की संख्या मान लेना जाल है।
जीवाणु समष्टि मापने की कौन-सी विधि केवल उन कोशिकाओं को गिनती है जो गुणन करने में सक्षम हैं?
1. Petroff–Hausser कक्ष में बिना अभिरंजित नमूने की प्रत्यक्ष सूक्ष्मदर्शीय गणना
2. 600 nm पर प्रकाशीय घनत्व मापकर मानक वक्र से कोशिका-संख्या पढ़ना
3. संवर्धन का ज्ञात आयतन सुखाकर बचे कोशिका-द्रव्यमान को तौलना
4. क्रमिक तनुकरणों को अगर प्लेटों पर फैलाकर उभरी कॉलोनियाँ गिनना
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उत्तर: D — क्रमिक तनुकरणों को अगर प्लेटों पर फैलाकर उभरी कॉलोनियाँ गिनना
कॉलोनी केवल उस कोशिका (या गुच्छ) से बनती है जो बार-बार विभाजित हो सके, अतः प्लेट गणना CFU के रूप में जीवनक्षम कोशिकाएँ देती है। गणना कक्ष जीवनक्षमता अभिरंजक के बिना दिखने वाली प्रत्येक कोशिका, मृत या जीवित, गिनता है; आविलता व शुष्क भार मृत कोशिकाओं सहित द्रव्यमान मापते हैं।
एक समलैक्टिक जीवाणु ग्लाइकोलिसिस द्वारा ग्लूकोज़ को लैक्टेट में किण्वित करता है, प्रति ग्लूकोज़ शुद्ध 2 ATP पाता है, और कोई अन्य ऊर्जा स्रोत प्रयोग नहीं करता। Y_ATP = 10.5 g शुष्क कोशिका प्रति mol ATP तथा ग्लूकोज़ का मोलर द्रव्यमान 180 g mol⁻¹ लें। यदि संवर्धन प्रति लीटर 5.4 g ग्लूकोज़ उपभोग करता है, तो बना शुष्क कोशिका-द्रव्यमान ____ g L⁻¹ है (दो दशमलव स्थानों तक)।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 0.63
ग्लूकोज़ के मोल = 5.4/180 = 0.030 mol L⁻¹। बना ATP = 2 × 0.030 = 0.060 mol L⁻¹। जैवभार = 0.060 × 10.5 = 0.63 g L⁻¹। समतुल्य रूप से मोलर वृद्धि लब्धि 2 × 10.5 = 21 g प्रति mol ग्लूकोज़ है, और 21 × 0.030 = 0.63।
Helmstetter–Cummings तकनीक में कोशिकाएँ झिल्ली-फ़िल्टर पर बाँधी जाती हैं, फ़िल्टर उलटा किया जाता है और उसमें से माध्यम पंप किया जाता है। बहिःस्राव में एकत्र कोशिकाएँ समकालिक समष्टि क्यों बनाती हैं?
1. क्योंकि बहता माध्यम बंधी कोशिकाओं को भूखा रखता है, और भुखमरी सबको मुक्ति से पहले एक ही चरण पर रोक देती है
2. क्योंकि माध्यम के प्रवाह से केवल सबसे बड़ी, विभाजन के निकट कोशिकाएँ फ़िल्टर से अलग होती हैं
3. क्योंकि मुक्त कोशिकाएँ विभाजन पर छूटी नवजात संतति-कोशिकाएँ हैं, अतः सभी चक्र एक ही बिंदु से आरंभ करती हैं
4. क्योंकि फ़िल्टर पर लगाया ताप-परिवर्तन प्रत्येक बंधी कोशिका को एक ही क्षण विभाजित होने हेतु प्रेरित करता है
उत्तर देखें
उत्तर: C — क्योंकि मुक्त कोशिकाएँ विभाजन पर छूटी नवजात संतति-कोशिकाएँ हैं, अतः सभी चक्र एक ही बिंदु से आरंभ करती हैं
बंधी कोशिकाएँ फ़िल्टर पर बढ़ती रहती हैं; जब कोई विभाजित होती है, तो झिल्ली से न जुड़ी संतति-कोशिका धुल जाती है। अतः बहिःस्राव में केवल नवजात कोशिकाएँ होती हैं, सभी विभाजन-चक्र के आरंभ पर। यह चयन विधि है, अतः भुखमरी या ताप-परिवर्तन (प्रेरण विधियाँ) पर आधारित व्याख्याएँ ग़लत हैं, और यह सबसे छोटी नवजात कोशिकाएँ एकत्र करती है, सबसे बड़ी नहीं।
स्थिर अवस्था का एक ग्लूकोज़-सीमित केमोस्टैट D = 0.2 h⁻¹ से D = 0.3 h⁻¹ पर ले जाया जाता है; दोनों मान क्रांतिक तनुकरण दर से काफ़ी नीचे हैं, और पोषण-माध्यम की ग्लूकोज़ सांद्रता अपरिवर्तित है। स्थिर लब्धि के साथ मोनोड मॉडल मानते हुए, नई स्थिर अवस्था में
1. विशिष्ट वृद्धि दर पुराने मान पर रहती है, और अतिरिक्त प्रवाह केवल कोशिका-सांद्रता को उसी अनुपात में घटाता है
2. विशिष्ट वृद्धि दर 0.3 h⁻¹ हो जाती है, शेष ग्लूकोज़ बढ़ता है और कोशिका-सांद्रता थोड़ी घटती है
3. विशिष्ट वृद्धि दर 0.3 h⁻¹ हो जाती है, शेष ग्लूकोज़ घटता है और कोशिका-सांद्रता बढ़ती है
4. विशिष्ट वृद्धि दर 0.3 h⁻¹ हो जाती है, जबकि शेष ग्लूकोज़ व कोशिका-सांद्रता दोनों अपरिवर्तित रहते हैं
उत्तर देखें
उत्तर: B — विशिष्ट वृद्धि दर 0.3 h⁻¹ हो जाती है, शेष ग्लूकोज़ बढ़ता है और कोशिका-सांद्रता थोड़ी घटती है
स्थिर अवस्था में μ = D, अतः μ 0.3 h⁻¹ हो जाता है। उच्च μ के लिए उच्च सीमाकारी-सब्सट्रेट सांद्रता चाहिए, S̄ = K_sD/(μ_max − D), जो D के साथ बढ़ती है। अतः जैवभार X̄ = Y(S_R − S̄) थोड़ा घटता है। ग्लूकोज़ घटने व जैवभार बढ़ने वाला विकल्प मोनोड संबंध को उलट देता है; μ पुराने मान पर नहीं रह सकता क्योंकि तब कोशिकाएँ बढ़ने से तेज़ बहकर निकलतीं।
एक 5.0 L केमोस्टैट को सीमाकारी सब्सट्रेट के 4.5 g L⁻¹ वाले माध्यम से पोषित किया जाता है। जीव μ_max = 0.80 h⁻¹ व K_s = 0.50 g L⁻¹ के साथ मोनोड समीकरण का पालन करता है। वह अधिकतम प्रवाह-दर जिस पर स्थिर-अवस्था समष्टि अब भी बनी रह सकती है (क्रांतिक तनुकरण दर पर प्रवाह-दर) ____ L h⁻¹ है (एक दशमलव स्थान तक)।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 3.6
प्राप्य उच्चतम वृद्धि दर पोषण-सांद्रता पर है: D_c = μ_maxS_R/(K_s + S_R) = 0.80 × 4.5/(0.50 + 4.5) = 3.6/5.0 = 0.72 h⁻¹। F = D_c × V = 0.72 × 5.0 = 3.6 L h⁻¹। स्वयं μ_max लेने से 4.0 L h⁻¹ आता है, जो सीमा को बढ़ा-चढ़ाकर बताता है।
एक केमोस्टैट D = 0.40 h⁻¹ पर, सीमाकारी सब्सट्रेट के 10 g L⁻¹ वाले पोषण-माध्यम के साथ चलाया जाता है। जीव μ_max = 0.60 h⁻¹ व K_s = 0.10 g L⁻¹ के साथ मोनोड समीकरण का पालन करता है, और उसकी लब्धि Y_X/S = 0.45 g g⁻¹ है। स्थिर-अवस्था जैवभार उत्पादकता (D × X̄) ____ g L⁻¹ h⁻¹ है (दो दशमलव स्थानों तक)।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 1.76
शेष सब्सट्रेट S̄ = K_sD/(μ_max − D) = 0.10 × 0.40/0.20 = 0.20 g L⁻¹। जैवभार X̄ = Y(S_R − S̄) = 0.45 × (10 − 0.20) = 4.41 g L⁻¹। उत्पादकता = D × X̄ = 0.40 × 4.41 = 1.764, अर्थात 1.76 g L⁻¹ h⁻¹। S̄ की उपेक्षा करने पर 0.40 × 4.5 = 1.80 आता है।
सतत संवर्धन के बारे में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?
1. स्थिर अवस्था के केमोस्टैट में कोशिकाओं की विशिष्ट वृद्धि दर तनुकरण दर के बराबर होती है
2. स्थिर तनुकरण दर पर सीमाकारी पोषक की पोषण-सांद्रता दोगुनी करने से स्थिर अवस्था में पात्र में उसकी शेष सांद्रता दोगुनी हो जाती है
3. टर्बिडोस्टैट एक पोषक को सीमाकारी रखता है और अधिकतम वृद्धि दर से बहुत नीचे की तनुकरण दरों पर सर्वोत्तम काम करता है
4. यदि केमोस्टैट की तनुकरण दर μ_max से ऊपर रखी जाए, तो कोशिका समष्टि क्रमशः पात्र से बहकर निकल जाती है
उत्तर देखें
उत्तर: A — स्थिर अवस्था के केमोस्टैट में कोशिकाओं की विशिष्ट वृद्धि दर तनुकरण दर के बराबर होती है; D — यदि केमोस्टैट की तनुकरण दर μ_{max} से ऊपर रखी जाए, तो कोशिका समष्टि क्रमशः पात्र से बहकर निकल जाती है
स्थिर अवस्था में μ = D, और जब D, μ_max से अधिक हो तो कोशिकाएँ अपनी अधिकतम संभव वृद्धि से तेज़ निकलती हैं, अतः बह जाती हैं। शेष सब्सट्रेट S̄ = K_sD/(μ_max − D) केवल D व जीव के स्थिरांकों पर निर्भर है, पोषण-सांद्रता पर नहीं; S_R दोगुना करने से जैवभार X̄ = Y(S_R − S̄) बढ़ता है, S̄ नहीं। टर्बिडोस्टैट केमोस्टैट का उलटा है: वह फ़ोटोसेल से बिना सीमाकारी पोषक के आविलता स्थिर रखता है और μ_max के निकट चलता है।
थायोग्लाइकोलेट ब्रॉथ की नलिका में डाला गया एक जीवाणु केवल सतह से थोड़ा नीचे एक पतली पट्टी के रूप में बढ़ता है, ठीक शीर्ष पर या गहराई में कोई वृद्धि नहीं। इसका सर्वोत्तम वर्णन है
1. एक वायुसह अवायुजीवी जो किण्वन करता है और ऑक्सीजन प्रवणता से अप्रभावित है
2. एक विकल्पी अवायुजीवी जो सतह के निकट श्वसन व गहराई में किण्वन करता है
3. एक सूक्ष्मवायुरागी जिसे ऑक्सीजन चाहिए पर वायु की सांद्रता से हानि होती है
4. एक अविकल्पी अवायुजीवी जो जहाँ भी ऑक्सीजन विसरित हुई हो वहाँ मर जाता है
उत्तर देखें
उत्तर: C — एक सूक्ष्मवायुरागी जिसे ऑक्सीजन चाहिए पर वायु की सांद्रता से हानि होती है
सतह के नीचे की पट्टी उस कम ऑक्सीजन-तनाव क्षेत्र को दर्शाती है जो सूक्ष्मवायुरागी को चाहिए। विकल्पी अवायुजीवी पूरी नलिका में, शीर्ष पर सबसे घना, बढ़ता है; वायुसह अवायुजीवी सर्वत्र समान बढ़ता है; अविकल्पी अवायुजीवी केवल तल पर बढ़ता है।
सूक्ष्मजीवी वृद्धि पर पर्यावरणीय कारकों के प्रभाव के बारे में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?
1. शीतसह रेफ़्रिजरेशन ताप पर बढ़ सकते हैं, पर उनका इष्टतम ताप 15 °C से काफ़ी ऊपर है
2. ऊष्मरागी उच्च ताप पर अपनी झिल्लियाँ कार्यशील रखने हेतु मध्यतापरागियों से अधिक असंतृप्त वसा-अम्ल वाले लिपिड प्रयोग करते हैं
3. अनेक जीवाणु ग्लाइसीन बीटेन या प्रोलीन जैसे संगत विलेय जमा करके कम जल सक्रियता सह लेते हैं
4. अविकल्पी अवायुजीवियों में प्रायः कैटालेज़ व सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज़ नहीं होते, अतः वायु में बनी अभिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ उन्हें हानि पहुँचाती हैं
उत्तर देखें
उत्तर: A — शीतसह रेफ़्रिजरेशन ताप पर बढ़ सकते हैं, पर उनका इष्टतम ताप 15 °C से काफ़ी ऊपर है; C — अनेक जीवाणु ग्लाइसीन बीटेन या प्रोलीन जैसे संगत विलेय जमा करके कम जल सक्रियता सह लेते हैं; D — अविकल्पी अवायुजीवियों में प्रायः कैटालेज़ व सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज़ नहीं होते, अतः वायु में बनी अभिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ उन्हें हानि पहुँचाती हैं
शीतसह ठंड में बढ़ते हैं पर उनका इष्टतम लगभग 20–30 °C है; संगत विलेय एंज़ाइमों को बिगाड़े बिना बाहरी परासरण दाब संतुलित करते हैं; और सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज़ व कैटालेज़ का अभाव ही कारण है कि ऑक्सीजन कठोर अवायुजीवियों हेतु विषैली है। ऊष्मरागी ग़लत कथन का उलटा करते हैं: वे अधिक संतृप्त (और आर्किया में ईथर-बंधित) लिपिड प्रयोग करते हैं, क्योंकि असंतृप्त शृंखलाएँ उच्च ताप पर झिल्ली को अत्यधिक तरल बना देतीं।
Bacillus subtilis में अंतःबीजाणु निर्माण के दौरान सिग्मा कारक σF व σG किस कक्ष में और किस क्रम में कार्य करते हैं?
1. दोनों मातृ कोशिका में, पहले σG फिर σF, कॉर्टेक्स व आवरण बनाने हेतु
2. σF मातृ कोशिका में और σG पूर्वबीजाणु में, दोनों असममित पट बनने से पहले
3. दोनों पूर्वबीजाणु में, σF असममित विभाजन के तुरंत बाद और σG निगलन के बाद
4. σF पूर्वबीजाणु में और σG मातृ कोशिका में, दोनों केवल बीजाणु मुक्त होने के बाद
उत्तर देखें
उत्तर: C — दोनों पूर्वबीजाणु में, σF असममित विभाजन के तुरंत बाद और σG निगलन के बाद
पूर्वबीजाणु का कार्यक्रम σF (असममित विभाजन के तुरंत बाद सक्रिय) और फिर σG (निगलन के बाद) चलाता है; मातृ कोशिका σE और फिर σK चलाती है, जो कॉर्टेक्स व आवरण संश्लेषण निर्देशित करते हैं। दोनों को मातृ कोशिका में रखने वाला भ्रामक उत्तर σF/σG को σE/σK से मिला देता है। मुक्त बीजाणु सुप्त होता है, अतः यह क्रम मुक्ति के बाद तक प्रतीक्षा नहीं करता।
Vibrio fischeri के दो अदीप्त उत्परिवर्ती उच्च घनत्व तक उगाए जाते हैं: एक में क्रियाशील LuxI नहीं है, दूसरे में क्रियाशील LuxR नहीं। सघन वन्य-प्रकार संवर्धन का कोशिका-मुक्त प्रयुक्त माध्यम प्रत्येक में मिलाया जाता है। कौन-सा परिणाम अपेक्षित है?
1. केवल LuxR उत्परिवर्ती दीप्त होता है, क्योंकि माध्यम वह ग्राही प्रोटीन देता है जो उसमें नहीं है
2. केवल LuxI उत्परिवर्ती दीप्त होता है, क्योंकि माध्यम वह विसरणशील ऐसिल-होमोसेरीन लैक्टोन देता है जो वह नहीं बना सकता
3. दोनों उत्परिवर्ती दीप्त होते हैं, क्योंकि lux तंत्र का कोई भी उत्परिवर्ती पर्याप्त सघन समष्टि होने पर बचा लिया जाता है
4. कोई उत्परिवर्ती दीप्त नहीं होता, क्योंकि स्वप्रेरक केवल उसी कोशिका के भीतर कार्य करते हैं जिसने उन्हें बनाया और बाहर से नहीं दिए जा सकते
उत्तर देखें
उत्तर: B — केवल LuxI उत्परिवर्ती दीप्त होता है, क्योंकि माध्यम वह विसरणशील ऐसिल-होमोसेरीन लैक्टोन देता है जो वह नहीं बना सकता
LuxI AHL स्वप्रेरक का संश्लेषक है, जो झिल्लियों से मुक्त विसरित होकर प्रयुक्त माध्यम में जमा होता है, अतः वन्य-प्रकार माध्यम मिलाने से संकेत मिल जाता है और LuxI उत्परिवर्ती दीप्त होता है। LuxR उत्परिवर्ती में कोशिकाद्रव्यी ग्राही-सक्रियक नहीं है; माध्यम का कोई प्रोटीन कोशिका में घुसकर उसकी जगह नहीं ले सकता, और अतिरिक्त AHL के पास बँधने को कुछ नहीं, अतः वह अदीप्त रहता है।
Pseudomonas aeruginosa के एक प्रभेद को एक डाइगुआनिलेट साइक्लेज़ के अतिउत्पादन हेतु अभियांत्रित किया जाता है, जिससे उसका अंतःकोशिकीय चक्रीय di-GMP बढ़ जाता है। व्यवहार में कौन-सा परिवर्तन अपेक्षित है?
1. तैरने की अधिक गतिशीलता और विद्यमान बायोफ़िल्म से कोशिकाओं का आसपास के द्रव में बिखराव
2. कोरम संवेदन का लोप, क्योंकि चक्रीय di-GMP ऐसिल-होमोसेरीन लैक्टोन संकेतों को नष्ट करता है
3. पृष्ठ-आसंजन या आधात्री उत्पादन में बिना परिवर्तन के तीव्र प्लवकीय वृद्धि
4. आधात्री पॉलीसैकेराइड का अधिक उत्पादन, सुदृढ़ पृष्ठ-आसंजन और कम गतिशीलता
उत्तर देखें
उत्तर: D — आधात्री पॉलीसैकेराइड का अधिक उत्पादन, सुदृढ़ पृष्ठ-आसंजन और कम गतिशीलता
चक्रीय di-GMP जीवनशैलियों के बीच अंतःकोशिकीय स्विच है: उच्च स्तर EPS संश्लेषण, आसंजन व स्थावर बायोफ़िल्म अवस्था को बढ़ाते हैं और कशाभिकीय गतिशीलता दबाते हैं; निम्न स्तर (फ़ॉस्फ़ोडाइएस्टरेज़ द्वारा) तैरने व बिखराव को बढ़ावा देते हैं। गतिशीलता-व-बिखराव वाला विकल्प निम्न c-di-GMP अवस्था बताता है, जो अभियांत्रित स्थिति का उलटा है। c-di-GMP AHL नष्ट नहीं करता।
जीवाणु बायोफ़िल्म व जैव-दूषण के बारे में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?
1. बायोफ़िल्म कोशिकाएँ आंशिक रूप से इसलिए प्रतिजैविकों को अधिक सहती हैं कि भीतरी कोशिकाएँ धीमी बढ़ती या सुप्त होती हैं, और अनेक प्रतिजैविक सक्रिय बढ़ती कोशिकाओं पर कार्य करते हैं
2. बायोफ़िल्म आधात्री केवल संपुटीय पॉलीसैकेराइड से बनी है, इसीलिए बायोफ़िल्म केवल संपुटित प्रजातियों से बनती हैं
3. ऊष्मा-विनिमयक का जैव-दूषण ऊष्मा-स्थानांतरण घटाता है, और जहाज़ के पेंदे का दूषण कर्षण व ईंधन व्यय बढ़ाता है
4. स्टील की सतहों पर सल्फ़ेट-अपचायक जीवाणुओं की बायोफ़िल्म पाइपलाइनों का संक्षारण तेज़ कर सकती है
उत्तर देखें
उत्तर: A — बायोफ़िल्म कोशिकाएँ आंशिक रूप से इसलिए प्रतिजैविकों को अधिक सहती हैं कि भीतरी कोशिकाएँ धीमी बढ़ती या सुप्त होती हैं, और अनेक प्रतिजैविक सक्रिय बढ़ती कोशिकाओं पर कार्य करते हैं; C — ऊष्मा-विनिमयक का जैव-दूषण ऊष्मा-स्थानांतरण घटाता है, और जहाज़ के पेंदे का दूषण कर्षण व ईंधन व्यय बढ़ाता है; D — स्टील की सतहों पर सल्फ़ेट-अपचायक जीवाणुओं की बायोफ़िल्म पाइपलाइनों का संक्षारण तेज़ कर सकती है
बायोफ़िल्म के भीतर धीमी वृद्धि व सुप्तावस्था, कम प्रवेश के साथ मिलकर, प्रतिजैविक-सहिष्णुता समझाती हैं; दूषण परतें ऊष्मा-विनिमयकों को ऊष्मारोधी बनाती हैं और पेंदों को खुरदरा करती हैं; और बायोफ़िल्म में सल्फ़ेट-अपचायक सूक्ष्मजीव-प्रभावित संक्षारण चलाते हैं। आधात्री पॉलीसैकेराइड, प्रोटीन व बाह्यकोशिकीय DNA का मिश्रण है जिसे अनेक प्रजातियाँ, संपुटित हों या नहीं, बनाती हैं, अतः इसे केवल संपुटीय पॉलीसैकेराइड तक सीमित करने वाला कथन ग़लत है।