Характеризуя микроорганизмы, следует отметить 4 разновидности роста, типичные для бактерий, дрожжей, микроскопических грибов и вирусов.
Бактерии размножаются непосредственно делением клеток, когда в процессе роста клетка удваивает свою массу и количество всех составляющих ее компонентов. Перед разделением формируются оболочка и мембрана клетки, и родительская клетка делится на две идентичные дочерние клетки, каждая из которых растет точно так же, как исходная клетка.
Дрожжи относятся к одноклеточным грибам. Обычно делятся почкованием, которое включает в себя образование почки на материнской клетке. Она растет до тех пор, пока не достигнет размера материнской клетки. Затем новая клетка отделяется от нее. Исключение составляют дрожжи, которые растут за счет разделения клеток или благодаря образованию гифов. В отличие от деления бактерий в данном случае можно различать материнские и дочерние клетки. Растущая популяция дрожжей в связи с этим и в отличие от бактерий характеризуется непрерывно изменяющимся распределением клеток по возрасту.
Мицелиальные грибы растут путем удлинения и разветвления грибных цепочек. Рост идет от конца мицелия («вершинный рост») путем образования «мостиков» между клетками. В зависимости от физико-химических условий мицелий может быть длинным и объемным, коротким и сильно разветвленным и представлять собой смесь указанных форм.
Микробные вирусы, или фаги, не подчиняются законам обычного роста. Они требуют наличия организма — «хозяина», который может относиться к бактериям, дрожжам, микроскопическим грибам и клеткам высших форм.
Основные положения обратимого равновесного автокаталитического роста популяции микроорганизмов можно сформулировать следующим образом:
- размножение микроорганизмов определяется протеканием двух противоположных процессов — образования и гибели клеток, т.е. синтеза и деструкции;
- скорость образования микроорганизмов (синтеза биомассы) пропорциональна все увеличивающейся в процессе их культивирования концентрации X и уменьшается с уменьшением концентрации лимитирующего субстрата S;
- скорость отмирания клеток (деструкции биомассы) пропорциональна квадрату их концентрации;
- концентрация питательных веществ, необходимых для размножения микроорганизмов, определяется содержанием в питательной среде одного или нескольких лимитирующих компонентов;
- продукты лизиса погибших клеток (Sx) в кинетическом отношении (количественно, но не качественно) эквивалентны исходному субстрату;
- процесс размножения в условиях периодического способа культивирования заканчивается установлением равновесия, при котором скорости синтеза и деструкции биомассы равны, а поэтому концентрации микроорганизмов и субстрата не меняются во времени.
Компоненты питательной среды по характеру их превращения в процессе размножения и влиянию на кинетику роста популяции можно разделить на две группы:
- вещества, которые при включении в структуру клеток и последующем лизисе погибших клеток не претерпевают изменений, и не исключают возможность их повторного использования в метаболическом обмене при образовании новых микроорганизмов;
- вещества, которые в процессе синтеза биомассы претерпевают такие превращения, что их повторное использование микроорганизмами в качестве субстрата невозможно.