Mají-li mikrobi správné podmínky (potrava, správná teplota atd.), mohou růst velmi rychle. V závislosti na situaci to může být pro člověka dobré (růst kvasinek v mladině pro výrobu piva) nebo špatné (růst bakterií v krku způsobující angínu). Je důležité mít znalosti o jejich růstu, abychom mohli jejich růst za určitých podmínek předvídat nebo řídit.

Zatímco růst u mutilních organismů se obvykle měří podle nárůstu velikosti jednoho organismu, růst mikrobů se měří podle nárůstu populace, a to buď měřením nárůstu počtu buněk, nebo nárůstu celkové hmotnosti.

Bakteriální dělení

Bakterie a archea se rozmnožují pouze nepohlavně, zatímco eukartyotické mikroby se mohou zabývat jak pohlavním, tak nepohlavním rozmnožováním. Bakterie a archea se nejčastěji zapojují do procesu známého jako binární dělení, kdy se jedna buňka rozdělí na dvě stejně velké buňky. Mezi další, méně časté procesy může patřit vícenásobné dělení, pučení a tvorba spor.

Proces začíná prodloužením buňky, které vyžaduje kromě zvětšení objemu buňky také pečlivé zvětšení buněčné membrány a buněčné stěny. Buňka začne replikovat svou DNA, aby se připravila na to, že bude mít dvě kopie svého chromozomu, jednu pro každou nově vzniklou buňku. Protein FtsZ je nezbytný pro vytvoření přepážky, která se zpočátku projevuje jako prstenec uprostřed prodloužené buňky. Po segregaci nukleoidů na obou koncích prodloužené buňky je tvorba septa dokončena a prodloužená buňka se rozdělí na dvě stejně velké dceřiné buňky. Celý proces neboli buněčný cyklus může u aktivní kultury bakterie E. coli trvat pouhých 20 minut.

Růstová křivka

Protože bakterie lze v laboratoři snadno pěstovat, byl jejich růst hojně studován. Bylo zjištěno, že v uzavřeném systému nebo dávkové kultuře (bez přidávání potravy, bez odstraňování odpadů) bakterie rostou podle předvídatelného vzorce, což vede k růstové křivce složené ze čtyř odlišných fází růstu: lag fáze, exponenciální nebo log fáze, stacionární fáze a fáze smrti nebo poklesu. Z této růstové křivky lze navíc získat generační dobu pro daný organismus – dobu, za kterou se populace zdvojnásobí.

Podrobnosti spojené s každou růstovou křivkou (počet buněk, délka jednotlivých fází, rychlost růstu nebo odumírání, celková doba) se budou lišit organismus od organismu nebo dokonce při různých podmínkách u stejného organismu. Vzorec čtyř odlišných fází růstu však obvykle zůstane zachován.

Zpožděná fáze

Zpožděná fáze je adaptační období, kdy se bakterie přizpůsobují novým podmínkám. Délka lag fáze se může značně lišit podle toho, jak moc se podmínky liší od podmínek, ze kterých bakterie přišly, a také podle stavu samotných bakteriálních buněk. Aktivně rostoucí buňky přenesené z jednoho typu média do stejného typu média se stejnými podmínkami prostředí budou mít nejkratší dobu prodlevy. Poškozené buňky budou mít dlouhou dobu zpoždění, protože se musí opravit, než se mohou zapojit do reprodukce.

Typicky buňky v době zpoždění syntetizují RNA, enzymy a základní metabolity, které mohou v novém prostředí chybět (například růstové faktory nebo makromolekuly), a také se přizpůsobují změnám prostředí, jako jsou změny teploty, pH nebo dostupnosti kyslíku. Mohou také provádět případné nezbytné opravy poškozených buněk.

Exponenciální neboli Log fáze

Jakmile buňky nashromáždí vše, co potřebují k růstu, přejdou do buněčného dělení. Exponenciální neboli logaritmická fáze růstu se vyznačuje předvídatelným zdvojením populace, kdy se z 1 buňky stanou 2 buňky, ze 4 buňky, z 8 buněk atd. Podmínky, které jsou pro buňky optimální, budou mít za následek velmi rychlý růst (a strmější sklon růstové křivky), zatímco méně než ideální podmínky budou mít za následek pomalejší růst. Buňky v exponenciální fázi růstu jsou nejzdravější a nejrovnoměrnější, což vysvětluje, proč většina experimentů využívá buňky z této fáze.

Vzhledem k předvídatelnosti růstu v této fázi lze tuto fázi použít k matematickému výpočtu doby, za kterou se počet bakteriální populace zdvojnásobí, známé jako generační doba (g). Tuto informaci využívají mikrobiologové v základním výzkumu i v průmyslu. Pro určení generační doby lze přirozený logaritmus počtu buněk vynést do grafu v závislosti na čase (přičemž jednotky se mohou lišit v závislosti na rychlosti růstu konkrétní populace) pomocí semilogaritmického grafu a získat tak přímku s předvídatelným sklonem.
Sklon přímky je roven 0,301/g. Případně se lze spolehnout na pevný vztah mezi počátečním počtem buněk na začátku exponenciální fáze a počtem buněk po určité době, který lze vyjádřit takto:

\mathrm{N = N_{0}2^{n}}

kde N je konečná koncentrace buněk, N0 je počáteční koncentrace buněk a n je počet generací, které proběhly mezi daným časovým obdobím. Dobu generace (g) lze vyjádřit jako t/n, přičemž t je zadaný časový úsek v minutách, hodinách, dnech nebo měsících. Pokud tedy známe koncentraci buněk na začátku exponenciální fáze růstu a koncentraci buněk po určité době exponenciálního růstu, lze vypočítat počet generací. Pak lze pomocí doby, po kterou mohl růst probíhat (t), vypočítat g.

Stationary Phase

Všechno dobré musí jednou skončit (jinak by se bakterie vyrovnaly hmotnosti Země za 7 dní!). V určitém okamžiku dojde bakteriální populaci základní živina/chemikálie nebo je její růst brzděn vlastními odpadními produkty (je to uzavřená nádoba, pamatujete?) nebo nedostatkem fyzického prostoru, což způsobí, že buňky přejdou do stacionární fáze. V tomto okamžiku se počet nově vznikajících buněk rovná počtu odumírajících buněk nebo se růst zcela zastavil, což má za následek zploštění růstu na růstové křivce.

Fyziologicky se buňky v této fázi zcela mění, protože se snaží přizpůsobit novým podmínkám hladovění. Těch několik málo nových buněk, které se vytvoří, je menších rozměrů a bacily mají téměř kulovitý tvar. Jejich plazmatická membrána se stává méně tekutou a propustnou a na jejím povrchu je více hydrofobních molekul, které podporují adhezi a agregaci buněk. Nukleoid se kondenzuje a DNA se váže s DNA-vázajícími proteiny z vyhladovělých buněk (DPS), které chrání DNA před poškozením. Tyto změny mají buňce umožnit přežít delší dobu v nepříznivých podmínkách, zatímco čeká na optimálnější podmínky (například na přísun živin). Stejné strategie používají buňky v oligotrofním prostředí nebo v prostředí s nízkým obsahem živin. Byla vyslovena hypotéza, že buňky v přírodě (tj. mimo laboratoř) obvykle existují po dlouhou dobu v oligotrofním prostředí, přičemž pouze občasné přísuny živin je na velmi krátkou dobu vrátí k exponenciálnímu růstu.

Během stacionární fáze jsou buňky také náchylné k produkci sekundárních metabolitů nebo metabolitů produkovaných po aktivním růstu, jako jsou antibiotika. Buňky, které jsou schopny vytvořit endospory, aktivují v této fázi potřebné geny, aby zahájily proces sporulace.

Fáze smrti nebo poklesu

V poslední fázi růstové křivky, fázi smrti nebo poklesu, počet životaschopných buněk předvídatelně (neboli exponenciálně) klesá. Strmost sklonu odpovídá tomu, jak rychle buňky ztrácejí životaschopnost. Předpokládá se, že kultivační podmínky se zhoršily natolik, že buňky jsou nenapravitelně poškozeny, protože buňky odebrané v této fázi nevykazují růst, když jsou přeneseny do čerstvého média. Je důležité poznamenat, že pokud se měří zákal kultury jako způsob určení hustoty buněk, nemusí se měření během této fáze snížit, protože buňky mohou být stále nepoškozené.

Bylo navrženo, že buňky považované za mrtvé mohou být za specifických podmínek oživeny, což je stav popsaný jako životaschopný, ale nekultivovatelný (VBNC). Tento stav by mohl mít význam pro patogeny, které se dostanou do stavu velmi nízkého metabolismu a nedostatečného buněčného dělení, aby později, až se podmínky zlepší, obnovily růst.

Bylo také prokázáno, že 100% buněčná smrt je nepravděpodobná pro jakoukoli buněčnou populaci, protože buňky mutují, aby se přizpůsobily podmínkám prostředí, ať už jsou jakkoli drsné. Často je pozorován chvostový efekt, kdy malá populace buněk nemůže být usmrcena. Kromě toho mohou mít tyto buňky prospěch ze smrti svých spolubuněk, které poskytují živiny do prostředí, když se rozkládají a uvolňují svůj buněčný obsah.

.