Bình thường quần thể vi khuẩn đang sinh trưởng và phân chia là một hỗn hợp tế bào ở các pha sinh trưởng rất khác nhau của sự phân chia tế bào, nghĩa là vào lúc bất kỳ, trong mơi trường nuơi cấy ta cĩ thể đồng thời gặp các tế bào vừa phân chia xong, sắp phân chia hoặc ở những giai đoạn kế tiếp. Tuy nhiên, muốn nghiên cứu các quá trình trao đổi chất trong suốt chu kỳ phân chia tế bào ta cần cĩ một quần thể vi khuẩn trong đĩ các tế bào phân chia đồng thời (đồng bộ). Cĩ thể làm đồng bộ sự phân chia tế bào bằng một phương pháp nhân tạo như thay đổi sinh lý tế bào hoặc dựa vào việc chọn lọc cơ học các tế bào cĩ cùng kích thước.
Phương pháp sinh lý làm đồng bộ sự phân chia tế bào phổ biến là phương pháp gây chống nhiệt. Như ta biết, trong những điều kiện nuơi cấy bình thường ở nhiệt độ thích hợp (ở vi khuẩn là 300C, 370C) các quá trình tổng hợp phần lớn các cao phân tử (DNA, RNA, protein) diễn ra song song và ở trạng thái cân bằng. Bằng cách giảm nhiệt độ ta sẽ phá huỷ cân bằng này. Trong khi tổng hợp DNA cịn tiếp tục một thời gian thì việc tổng hợp RNA và protein bị ngừng. Kết quả là sự phân chia tế bào cũng bị ngừng. Nếu phục hồi lại nhiệt độ thích hợp ban đầu thì chỉ sau một thời gian lag ngắn, tế bào sẽ bắt đầu phân chia nhưng bây giờ phân chia đồng bộ tức là phần lớn tế bào đều phân chia trong một khoảng thời gian tương đối ngắn. Sau khi nâng nhiệt độ quá trình tổng hợp RNA và protein được phục hồi cịn hàm lượng DNA vẫn ở mức ban đầu tương ứng với chặng kết thúc nhân đơi của nhiễm sắc thể.
Tuy nhiên, sự phân chia đồng bộ, khơng phải là trạng thái bền vững , chỉ sau vài thế hệ tính đồng bộ lại bị phá huỷ và quần thể vi khuẩn lại là một hỗn hợp tế bào ở các pha phân chia khác nhau.
Phương pháp nâng cao nhiệt độ đã được ứng dụng đầu tiên với động vật nguyên sinh (Tetrahymena).
Việc phân tích sinh lý các tế bào phân chia đồng bộ chứng minh rằng do sự phá huỷ thứ tự bình thường của sự phân chia nhiễm sắc thể và sự phân chia tế bào mà gây
nên hiện tượng sinh trưởng mất cân bằng đĩ là nguyên nhân của sự phân chia đồng bộ. Như ta biết điều kiện để mở đầu việc phân chia tế bào là sự kết thúc quá trình nhân đơi nhiễm sắc thể. Mặt khác, một khi đã ở trong trạng thái nhân đơi nhiễm sắc thể sẽ độc lập với các điều kiện sinh trưởng và chu trình nhân đơi sẽ hồn thành ngay khi tổng hợp protein bị kìm hãm bởi cloramphenicol hoặc bởi thiếu một acid amin chủ yếu.
Trên cơ sở của những kết quả này ta cĩ thể hiểu được nguyên tắc làm đồng bộ khơng phải chỉ bằng gây chống nhiệt mà nĩi chung bằng mọi tác động khác đến trạng thái sinh lý bình thường của tế bào. Nhiệt độ thấp làm ngừng tổng hợp RNA và protein nhưng việc nhân đơi nhiễm sắc thể vẫn được hồn thành mặc dù với tốc độ chậm. Do tổng hợp RNA và protein bị kìm hãm mà sự phân chia tế bào và sinh trưởng cũng bị ngừng. Bởi vì dễ hiểu rằng, tổng hợp protein là cần khơng những cho việc mở đầu một chu trình nhân đơi mới của DNA mà cả cho việc tổng hợp các enzyme và các cấu trúc cần thiết đối với sự hình thành vách ngăn ngang. Cịn sinh trưởng bị ngừng thì cĩ thể hiểu rằng vì protein là thành phần chủ yếu của tế bào và sinh trưởng địi hỏi cĩ những enzyme thường xuyên hoạt động khơng những tham gia vào các quá trình sinh tổng hợp mà cả vào các quá trình phân giả (quá trình cung cấp năng lượng và các tiền chất cho việc tổng hợp). Nguyên nhân trực tiếp của sự phân chia đồng bộ sau khi phục hồi nhiệt độ thích hợp là trạng thái giống nhau của sự nhân đơi nhiễm sắc thể. Vào cuối lúc gây chống lạnh tất cả vi khuẩn đều chứa một nhiễm sắc thể đã nhân đơi, bất kể tế bào đã ở giai đoạn nào của sự nhân đơi khi hạ nhiệt độ. Việc phục hồi nhiệt độ dẫn đến việc hoạt động đồng thời của các quá trình kế tiếp sự nhân đơi : phân ly nhiễm sắc thể và hình thành các vách ngang.
Một phương pháp sinh lý khác làm đồng bộ sự phân chia tế bào là thay đổi thành phần của mơi trường.
Nếu vào một lúc nào đĩ ta loại khỏi mơi trường nuơi cấy một chất dinh dưỡng hoặc một chất trao đổi chủ yếu nào đĩ vi khuẩn sẽ sinh trưởng mất cân bằng : sau khi phục hồi nồng độ chất này, tế bào sẽ phân chia đồng bộ. Chẳng hạn, cĩ thể gây đĩi timin trong thời gian ngắn ở các biến chứng E. coli trợ dưỡng đối với timin hoặc gây đĩi một số acid amin cần thiết cho sinh tổng hợp các protein của tế bào.
Về nguyên tắc làm đồng bộ sự phân chia tế bào bằng gây đĩi acid amin ta cĩ thể giải thích như sau: Trong trường hợp này tổng hợp RNA và protein bị ngừng ngay nhưng quá trình nhân đơi nhiễm sắc thể, nếu đã mở đầu, vẫn cĩ thể diễn ra cho đến khi hồn thành. Nguyên nhân ở đây lại là sự sinh trưởng mất cân bằng trong thời gian đĩi acid amin. Vì bước mở đầu một chu trình nhân đơi mới liên quan chặt chẽ đến tổng hợp protein nên nhiễm sắc thể của tất cả vi khuẩn sau khi đã nhân đơi thì ngừng lại. Việc thêm acid amin sẽ phục hồi tổng hợp RNA và protein, do đĩ cũng kích thích phản ứng mở đầu chu trình nhân đơi mới sau khi các nhiễm sắc thể nhân đơi đã được phân ly. Như thế làm đồng bộ sự phân chia tế bào là hậu quả của việc làm đồng bộ sự phân chia nhiễm sắc thể.
Nguyên tắc làm đồng bộ bằng gây đĩi timin, từ quan điểm tổng hợp DNA, vẫn chưa được giải thích. Việc loại bỏ timin cũng đồng thời làm ngừng tổng hợp DNA, nghĩa
là các tế bào trong quần thể chứa nhiễm sắc thể ở các giai đoạn khác nhau của sự nhân đơi. Khoảng thời gian gây đĩi khơng được quá giới hạn 30 - 45 phút, nếu khơng sau đĩ tế bào sẽ chết vì thiếu timin. Đây là quá trình khơng thuận nghịch, khơng thể loại bỏ bằng cách thêm đầy đủ timin.
Phương pháp chọn lọc cơ học xuất phát từ thực tế các tế bào cá thể vào thời kỳ trước khi phân chia đều tăng thể tích. Trong một quần thể vi khuẩn sinh trưởng dưới những điều kiện bình thường, những tế bào nhỏ nhất chính là những tế bào vừa phân chia xong. Nếu chọn lọc riêng những tế bào này ta sẽ thu được các vi khuẩn mà sau khi nuơi cấy tiếp sẽ phân chia đồng bộ. Người ta đã dùng các màng lọc cĩ kích thước lỗ tương ứng với các vi khuẩn nhỏ nhất, kết quả cho khá tốt. Ngồi ra cũng cĩ thể chọn lọc bằng cách ly tâm các tế bào.
Ý nghĩa của việc làm đồng bộ sự phân chia tế bào là ở chỗ nĩ cho ta khả năng nghiên cứu một quần thể tế bào đồng nhất, nghĩa là trong đĩ các đặc tính hình thái và sinh lý của một tế bào tương ứng với của cả quần thể. Nhờ đĩ ta cĩ thể chứng minh được rằng các thành phần của tế bào vi khuẩn khơng được tổng hợp với tốc độ như nhau vào thời gian giữa hai lần phân chia. Chẳng hạn, trong quá trình phân chia tế bào Azotobacter vinelandii ngừng tổng hợp DNA nhưng tăng cường tổng hợp các acid amin tự do. Trái lại, hàm lượng RNA và protein tăng như nhau trong pha này.