Ростовая или культуральная среда представляет собой твердую, жидкую или полутвердую среду, предназначенную для поддержки роста популяции микроорганизмов или клеток посредством процесса пролиферации клеток [1] или небольших растений , таких как мох Physcomitrella patens . [2] Для выращивания разных типов клеток используются разные типы сред. [3]
Двумя основными типами питательных сред являются те, которые используются для культивирования клеток , в которых используются определенные типы клеток, полученные из растений или животных, и те, которые используются для микробиологической культуры , которые используются для выращивания микроорганизмов, таких как бактерии или грибы . Наиболее распространенными средами роста микроорганизмов являются питательные бульоны и чашки с агаром ; для роста микроорганизмов и клеточных культур иногда требуются специализированные среды. [1] Некоторым организмам, называемым прихотливыми, требуется специализированная среда из-за сложных потребностей в питании. Вирусы , например, являются облигатными внутриклеточными паразитами и требуют питательной среды, содержащей живые клетки.
Наиболее распространенными средами роста микроорганизмов являются питательные бульоны (жидкие питательные среды) или лизогенные бульонные среды. Жидкие среды часто смешивают с агаром и разливают через дозатор стерильных сред в чашки Петри для затвердевания. Эти чашки с агаром представляют собой твердую среду, на которой можно культивировать микробы. Они остаются твердыми, так как очень немногие бактерии способны разлагать агар (исключение составляют некоторые виды родов: Cytophaga , Flavobacterium , Bacillus , Pseudomonas и Alcaligenes ). Бактерии, выращиваемые в жидких культурах, часто образуют коллоидные суспензии . [4] [5]
Разница между питательными средами, используемыми для клеточной культуры, и средами, используемыми для микробиологической культуры, заключается в том, что клетки, полученные из целых организмов и выращенные в культуре, часто не могут расти без добавления, например, гормонов или факторов роста , которые обычно возникают in vivo . [6] В случае клеток животных эту проблему часто решают путем добавления в среду сыворотки крови или синтетического заменителя сыворотки. В случае микроорганизмов таких ограничений не существует, поскольку они часто являются одноклеточными организмами . Еще одним важным отличием является то, что клетки животных в культуре часто выращивают на плоской поверхности, к которой они прикрепляются, а среда предоставляется в жидкой форме, которая покрывает клетки. Напротив, такие бактерии, как Escherichia coli, можно выращивать на твердой или жидкой среде.
Важным различием между типами питательных сред является различие между химически определенными и неопределенными средами. [1] Определенная среда будет содержать известные количества всех ингредиентов. Для микроорганизмов они включают обеспечение микроэлементов и витаминов, необходимых микробу, а также определенных источников углерода и азота . В качестве источников углерода часто используются глюкоза или глицерин , а в качестве источников неорганического азота — соли или нитраты аммония . Неопределенная среда содержит некоторые сложные ингредиенты, такие как дрожжевой экстракт или гидролизат казеина, которые состоят из смеси многих химических веществ в неизвестных пропорциях. Неопределенные среды иногда выбираются по цене, а иногда и по необходимости – некоторые микроорганизмы никогда не культивировались на определенных средах.
Хорошим примером питательной среды является сусло, используемое для изготовления пива . В сусле содержатся все питательные вещества, необходимые для роста дрожжей, а в анаэробных условиях вырабатывается спирт. Когда процесс брожения завершен, сочетание средних и спящих микробов, теперь пиво, готово к употреблению. Основными типами являются
Питательные среды содержат все элементы, необходимые большинству бактерий для роста, и не являются селективными, поэтому их используют для общего культивирования и поддержания бактерий, содержащихся в лабораторных коллекциях культур.
Неопределенная среда (также известная как базальная или комплексная среда) содержит:
Это неопределенная среда, поскольку источник аминокислот содержит множество соединений; точный состав неизвестен.
Определенная среда (также известная как химически определенная среда или синтетическая среда) — это среда, в которой
Примеры питательных сред:
Определенная среда, в которой содержится ровно столько ингредиентов, сколько необходимо для поддержания роста, называется «минимальной средой». Количество ингредиентов, которые необходимо добавить в минимальную среду, сильно варьируется в зависимости от того, какой микроорганизм выращивается. [7] Минимальные среды — это те, которые содержат минимальное количество питательных веществ, возможное для роста колоний, как правило, без присутствия аминокислот и часто используются микробиологами и генетиками для выращивания микроорганизмов «дикого типа». Минимальные среды также можно использовать для отбора за или против рекомбинантов или эксконъюгантов .
Минимальная среда обычно содержит:
Дополнительные минимальные среды — это минимальные среды, которые также содержат один выбранный агент, обычно аминокислоту или сахар. Эта добавка позволяет культивировать определенные линии ауксотрофных рекомбинантов.
Селективные среды используются для выращивания только избранных микроорганизмов. Например, если микроорганизм устойчив к определенному антибиотику , например ампициллину или тетрациклину , то этот антибиотик можно добавить в среду, чтобы предотвратить рост других клеток, не обладающих устойчивостью. Среды, в которых отсутствует такая аминокислота, как пролин, в сочетании с E. coli, неспособной ее синтезировать, обычно использовались генетиками до появления геномики для картирования бактериальных хромосом.
Селективные среды для выращивания также используются в культуре клеток, чтобы обеспечить выживание или пролиферацию клеток с определенными свойствами, такими как устойчивость к антибиотикам или способность синтезировать определенный метаболит . Обычно наличие определенного гена или аллели гена придает клетке способность расти в селективной среде. В таких случаях ген называют маркером .
Селективные среды для выращивания эукариотических клеток обычно содержат неомицин для отбора клеток, которые были успешно трансфицированы плазмидой, несущей ген устойчивости к неомицину в качестве маркера. Ганцикловир является исключением из правил, поскольку он используется для специфического уничтожения клеток, несущих соответствующий маркер — тимидинкиназу вируса простого герпеса .
Примеры селективных СМИ:
Дифференциальные или индикаторные среды отличают один тип микроорганизмов от другого, растущего на той же среде. [11] Этот тип среды использует биохимические характеристики микроорганизма, растущего в присутствии определенных питательных веществ или индикаторов (таких как нейтральный красный , феноловый красный , эозин или метиленовый синий ), добавленных в среду, чтобы визуально указать определяющие характеристики среды. микроорганизм. Эти среды используются молекулярными биологами для обнаружения микроорганизмов и для обнаружения рекомбинантных штаммов бактерий.
Примеры дифференциальных сред:
Транспортные средства должны соответствовать следующим критериям:
Примеры транспортных средств:
Обогащенные среды содержат питательные вещества, необходимые для поддержания роста широкого спектра организмов, в том числе некоторых наиболее прихотливых. Их обычно используют для сбора как можно большего количества различных типов микробов, присутствующих в образце. Кровяной агар представляет собой обогащенную среду, в которой богатая питательными веществами цельная кровь дополняет основные питательные вещества. Шоколадный агар обогащен термообработанной кровью (40–45 °C или 104–113 °F), которая становится коричневой и придает среде цвет, в честь которого она названа. [14]
Выбор культуральной среды может повлиять на физиологическую значимость результатов экспериментов на тканевых культурах , особенно для метаболических исследований. [15] Кроме того, было показано, что на зависимость клеточной линии от метаболического гена влияет тип среды. [16] При проведении исследования с участием нескольких клеточных линий использование единой культуральной среды для всех клеточных линий может уменьшить погрешность в генерируемых наборах данных. Использование питательной среды, которая лучше отражает физиологические уровни питательных веществ, может повысить физиологическую значимость исследований in vitro , и недавно были разработаны такие типы сред, как Plasmax [17] и человеческая плазмоподобная среда (HPLM) [18] .
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )