適切な条件（食物、適切な温度など）があれば、微生物は非常に速く増殖することができます。 状況に応じて、これは人間にとって良いこと（麦汁の中で酵母が増殖してビールを作る）にも悪いこと（細菌が喉で増殖して溶連菌感染症を引き起こす）にもなりえます。 その成長に関する知識を得ることは重要で、特定の条件下での成長を予測したり制御したりできます。

突然変異体の成長は通常、単一の生物のサイズの増加という観点から測定されますが、微生物の成長は、細胞数の増加または全体の質量の増加を測定することによって、集団の増加で測定されます。

細菌分裂

細菌と古細菌は無性生殖のみを行うが、真核生物は有性生殖または無性生殖のいずれかを行うことが可能である。 細菌と古細菌は、最も一般的に、単一の細胞が2つの同じ大きさの細胞に分裂する、二元分裂として知られるプロセスに従事しています。 他の、あまり一般的ではないプロセスには、多重核分裂、出芽、および胞子の生産が含まれ得る。

このプロセスは、細胞の伸長から始まり、細胞の体積の増加に加えて、細胞膜と細胞壁の慎重な拡大が必要となる。 細胞はDNAの複製を開始し、新しく形成される細胞ごとに染色体の2つのコピーを持つように準備する。 FtsZタンパク質は隔壁の形成に不可欠であり、最初は伸長した細胞の中央にリングとして現れる。 ヌクレオイドが伸長した細胞の両端に分離した後、隔壁の形成が完了し、伸長した細胞は同じ大きさの2つの娘細胞に分割される。

成長曲線

細菌は実験室で簡単に培養できるため、その成長は広く研究されてきた。 閉鎖系またはバッチ培養（食物を加えず、廃棄物を除去しない）では、細菌は予測可能なパターンで成長し、その結果、4 つの異なる成長段階（ラグ期、指数期または対数期、定常期、死または衰退期）からなる成長曲線が得られることが判明している。 さらに、この成長曲線から、特定の生物の世代時間（個体数が2倍になるのにかかる時間）を求めることができます。

それぞれの成長曲線に関連する詳細（細胞の数、各段階の長さ、成長または死の速さ、全体の時間）は、生物によって、あるいは同じ生物でも異なる条件によって異なります。

ラグ相

ラグ相は適応期間であり、細菌が新しい条件に適応しているところである。 ラグフェーズの長さは、細菌が元来持っていた条件とどれだけ違うか、また細菌細胞自体の状態によってかなり異なる。 ある種の培地から、同じ環境条件の同じ種の培地に移され、活発に増殖している細胞は、ラグ期間が最も短くなります。

通常、遅延期間にある細胞は、RNA、酵素、新しい環境では不足するかもしれない必須代謝物（成長因子や高分子など）を合成し、また温度、pH、酸素利用率の変化などの環境変化に適応している。

Exponential or Log phase

細胞は成長に必要なものをすべて蓄積すると、細胞分裂に移行する。 指数関数期または対数期では、1細胞が2細胞になり、4細胞になり、8細胞になるなど、予測可能な2倍の個体数が見られます。 細胞にとって最適な条件であれば、成長は非常に速く（成長曲線の傾斜はより急に）なり、理想的でない条件であれば成長は遅くなります。 指数関数的な成長段階にある細胞は最も健康で均一であり、ほとんどの実験でこの段階の細胞が利用されるのはこのためです。

Bacterial Growth Rates.

この段階での成長は予測可能であるため、この段階を使用して、細菌集団が2倍になるまでの時間（世代時間 (g) として知られています）を数学的に計算することができます。 この情報は、基礎研究だけでなく、産業界でも微生物学者に利用されている。 世代時間を求めるには、細胞数の自然対数を時間（単位は特定の集団の増殖速度によって異なる）に対してプロットし、半対数グラフを使用して予測可能な傾きを持つ直線を生成することができる
直線の傾きは0.301/gに等しい。 別の方法として、指数相の開始時の初期細胞数とある期間後の細胞数との間の固定関係に頼ることもでき、それは次のように表すことができる：

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

ここでNは最終細胞濃度、N0は初期細胞濃度、nは指定期間の間に発生した世代数である。 世代数（g）はt/nで表すことができ、tは指定された期間を分、時間、日、または月で表す。 したがって、指数関数的な増殖の開始時の細胞濃度と、指数関数的な増殖のある期間後の細胞濃度が分かれば、世代数を算出することができる。 そして、成長を進めた時間（t）を使って、gを計算することができる。

定常期

すべての良いことには終わりがある（さもなければ、細菌は7日間で地球の質量に等しくなってしまう！）。 ある時点で、細菌集団は必須栄養素/化学物質を使い果たすか、自身の廃棄物（密閉容器であることを忘れていませんか）または物理的空間の不足によって成長が阻害され、細胞が定常期に入ることになります。 この時点で、新たに生産される細胞の数は、死滅する細胞の数と同じか、成長が完全に停止し、成長曲線上の成長が平坦になります。

生理的には、この段階で細胞は新しい飢餓状態に適応しようとして、まったく異なる状態になります。 生産される少数の新しい細胞はサイズが小さくなり、桿菌はほとんど球状になる。 細胞膜は流動性と透過性が低下し、表面には細胞接着と凝集を促進する疎水性分子が多くなる。 ヌクレオイドは凝縮し、DNAは損傷から保護するために、飢餓状態の細胞から得たDNA結合タンパク質（DPS）と結合する。 このような変化は、細胞がより最適な条件（栄養分の注入など）が起こるのを待つ間、悪条件下でより長く生き延びることができるようにするためのものである。 このような戦略は、貧栄養または低栄養の環境下にある細胞も同じように用いている。 自然界（すなわち実験室以外）の細胞は、通常、貧栄養環境に長期間存在し、ごく短期間に指数関数的な成長に戻す栄養分の注入を散発的に行うだけであるという仮説がある。 内胞子を作ることができる細胞は、この段階で必要な遺伝子を活性化し、胞子形成プロセスを開始する。

死滅または衰退期

成長曲線の最後の段階である死滅または衰退期には、生存細胞の数が予測可能な（または指数関数的な）方法で減少する。 傾斜の急さは、細胞が生存能力を失っていく速さに対応する。 この段階から採取した細胞を新鮮な培地に移植しても増殖しないことから、細胞が回復不能なほど培養条件が悪化していると考えられる。

死んだと思われた細胞が特定の条件下で復活する可能性が示唆されており、この状態はviable but nonculturable（VBNC）と呼ばれている。 この状態は病原体にとって重要かもしれません。病原体は非常に低い代謝と細胞分裂のない状態に入り、後で条件が良くなったときに増殖を再開します。

また、細胞はどんなに厳しい環境条件にも適応するように変異するので、どんな細胞集団でも100％の細胞死はあり得ないことが示されています。 しばしばテーリング効果が観察され、そこでは細胞の小さな集団が死滅することはない。 さらに、これらの細胞は、溶解して細胞内容物を放出する際に、環境に栄養を提供する仲間の細胞の死から利益を得ているかもしれない。

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