Микробиологическая культура или микробная культура — это метод размножения микробных организмов , позволяющий им размножаться в заранее определенной культуральной среде в контролируемых лабораторных условиях. Микробные культуры являются основополагающими и основными методами диагностики, используемыми в качестве исследовательских инструментов в молекулярной биологии .
Термин « культура» также может относиться к выращиваемым микроорганизмам.
Микробные культуры используются для определения типа организма, его численности в тестируемом образце или того и другого. Это один из основных диагностических методов микробиологии , используемый в качестве инструмента для определения причины инфекционного заболевания путем размножения возбудителя в заранее определенной среде. Например, посев из горла берется путем соскабливания слизистой оболочки задней стенки глотки и переноса образца в среду для выявления вредных микроорганизмов, таких как Streptococcus pyogenes , возбудителя фарингита. [1] Более того, термин «культура» чаще используется неофициально для обозначения «выборочного выращивания» определенного вида микроорганизмов в лаборатории.
Часто бывает необходимо выделить чистую культуру микроорганизмов. Чистая (или аксеническая ) культура — это популяция клеток или многоклеточных организмов , растущая в отсутствие других видов или типов. Чистая культура может происходить из одной клетки или одного организма, и в этом случае клетки являются генетическими клонами друг друга. Для желирования микробной культуры используют среду агарозного геля ( агар ). Агар — желеобразное вещество, полученное из морских водорослей . Дешевым заменителем агара является гуаровая камедь , которую можно использовать для выделения и поддержания термофилов .
Первой питательной средой была жидкая среда, разработанная Луи Пастером в 1860 году. [2] Она использовалась в лаборатории до тех пор, пока Роберт Кох не разработал твердую среду в 1881 году. [3] Метод Коха по использованию плоской пластины для его твердых сред был заменен круглым ящиком Джулиуса Ричарда Петри в 1887 году. [2] Со времени этих основополагающих изобретений появилось множество разнообразных сред и методов, помогающих ученым выращивать, идентифицировать и очищать культуры микроорганизмов.
В культивировании прокариот обычно используются бактерии, поскольку археи трудно культивировать в лабораторных условиях. [4] Чтобы получить чистую культуру прокариот, необходимо начать культуру с одной клетки или одной колонии организма. [5] Поскольку колония прокариот представляет собой бесполое потомство одной клетки, все клетки генетически идентичны, и в результате образуется чистая культура.
Культурам вирусов и фагов необходимы клетки-хозяева, в которых размножается вирус или фаг. Культуры бактериофагов выращивают путем заражения бактериальных клеток. Затем фаг можно выделить из образовавшихся бляшек на бактериальной лужайке на чашке. Вирусные культуры получают из соответствующих эукариотических клеток-хозяев. Метод штриховой пластинки - это способ физического разделения микробной популяции, который осуществляется путем распределения инокулята взад и вперед с помощью инокулирующей петли по чашке с твердым агаром. При инкубации возникают колонии и из биомассы выделяются отдельные клетки . После выделения микроорганизма в чистой культуре необходимо сохранить его в жизнеспособном состоянии для дальнейшего изучения и использования в культурах, называемых маточными культурами. Эти культуры необходимо поддерживать таким образом, чтобы не была утрачена их биологические, иммунологические и культурные свойства.
Культуры эукариотических клеток обеспечивают контролируемую среду для изучения эукариотических организмов . Одноклеточные эукариоты, такие как дрожжи, водоросли и простейшие, можно культивировать теми же способами, что и прокариотические культуры. То же самое верно и для многоклеточных микроскопических эукариот, таких как C. elegans .
Хотя макроскопические эукариотические организмы слишком велики для культивирования в лаборатории, клетки, взятые из этих организмов, можно культивировать. Это позволяет исследователям изучать определенные части и процессы макроскопических эукариот in vitro .
Одним из методов микробиологического культивирования является жидкое культивирование, при котором нужные организмы суспендируют в жидкой питательной среде, например бульоне Луриа , в вертикальной колбе. Это позволяет ученым выращивать большое количество бактерий или других микроорганизмов для различных последующих применений.
Жидкие культуры идеально подходят для подготовки антимикробного анализа, при котором жидкий бульон инокулируют бактериями и оставляют расти в течение ночи (можно использовать «шейкер» для механического перемешивания бульона для обеспечения равномерного роста). Впоследствии аликвоты образца берутся для проверки антимикробной активности конкретного лекарства или белка ( противомикробных пептидов ).
В качестве альтернативы можно использовать статические жидкие культуры. Эти культуры не встряхивают и обеспечивают микробам кислородный градиент. [6]
Микробиологические культуры можно выращивать в чашках Петри разного размера с тонким слоем питательной среды на основе агара. После того как питательная среда в чашке Петри инокулируется желаемыми бактериями, чашки инкубируют при оптимальной температуре для выращивания выбранных бактерий (например, обычно при 37 градусах Цельсия или температуре человеческого тела для культур человека). или животных, или ниже для экологических культур). После достижения желаемого уровня роста чашки с агаром можно хранить перевернутыми в холодильнике в течение длительного периода времени, чтобы сохранить бактерии для будущих экспериментов.
Существует множество добавок , которые можно добавлять в агар перед тем, как его выливают в чашку и дают ему затвердеть. Некоторые виды бактерий могут расти только в присутствии определенных добавок. Это также можно использовать при создании инженерных штаммов бактерий, содержащих ген устойчивости к антибиотикам . Когда выбранный антибиотик добавляется в агар, только бактериальные клетки, содержащие вставку гена, придающую устойчивость, смогут расти. Это позволяет исследователю выбирать только те колонии, которые были успешно трансформированы.
Миниатюрные версии чашек с агаром, реализованные в формате измерительных стержней, например, Dip Slide, Digital Dipstick [7], потенциально могут быть использованы в местах оказания медицинской помощи в диагностических целях. Они имеют преимущества перед чашками с агаром, поскольку они экономически эффективны, а их работа не требует специальных знаний или лабораторных условий, что позволяет использовать их в местах оказания медицинской помощи.
Селективные и дифференциальные среды позволяют выявить характеристики культивируемых на них микроорганизмов. Этот вид СМИ может быть избирательным, дифференциальным или одновременно избирательным и дифференциальным. Выращивание культуры на различных видах селективных и дифференциальных сред может очистить смешанные культуры и раскрыть ученым характеристики, необходимые для идентификации неизвестных культур.
Селективные среды используются для различения организмов, позволяя на них расти определенному виду организмов и подавляя рост других. Например, эозин-метиленовый синий (ЭМБ) можно использовать для селекции грамположительных бактерий, большинство из которых препятствуют росту на ЭМБ, а также для селекции грамотрицательных бактерий, рост которых не подавляется на ЭМБ. [8]
Ученые используют дифференциальные среды при культивировании микроорганизмов, чтобы выявить определенные биохимические характеристики организмов. Эти выявленные признаки затем можно сравнить с признаками известных микроорганизмов, чтобы идентифицировать неизвестные культуры. Примером этого является агар МакКонки (MAC), который выявляет бактерии, ферментирующие лактозу, с помощью индикатора pH, который меняет цвет, когда в результате ферментации образуются кислоты. [9]
На многоцелевых панелях бактерии, выделенные из ранее выращенной колонии, распределяются в каждую лунку, каждая из которых содержит питательную среду, а также ингредиенты для биохимического теста, который будет изменять поглощение лунки в зависимости от бактериальных свойств тестируемой мишени. . Панель будет инкубироваться в машине, которая впоследствии анализирует каждую лунку с помощью светового метода, такого как колориметрия, турбидиметрия или флуорометрия. [10] Объединенные результаты будут автоматически сравниваться с базой данных известных результатов для различных видов бактерий, чтобы поставить диагноз того, какие виды бактерий присутствуют в текущей панели. Одновременно проводится тестирование на чувствительность к антибиотикам .
Колотые культуры похожи на чашки с агаром, но образуются из твердого агара в пробирке. Бактерии вносят через инокуляционную иглу или кончик пипетки, втыкаемый в центр агара. В месте прокола размножаются бактерии. [11] Колокольчатые культуры чаще всего используются для кратковременного хранения или транспортировки культур. Кроме того, ножевые культуры могут выявить такие характеристики культивируемых микроорганизмов, как подвижность или потребность в кислороде.
Было доказано, что для твердых пластиночных культур термофильных микроорганизмов, таких как Bacillus acidocaldarius, Bacillus stearothermophilus, Thermus aquaticus и Thermus thermophilus и т. д., растущих при температуре от 50 до 70 градусов C, осветленная геллановая камедь с низким содержанием ацилов является предпочтительным гелеобразующим агентом по сравнению с агаром для подсчет или выделение или и то, и другое из вышеуказанных термофильных бактерий. [12]
Коллекции микробных культур ориентированы на приобретение, аутентификацию, производство, сохранение, каталогизацию и распространение жизнеспособных культур стандартных эталонных микроорганизмов , клеточных линий и других материалов для исследований в области микробной систематики . [13] [14] Коллекции культур также являются хранилищами типовых штаммов .
.jpg/1280px-%D0%A0%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B0_%D1%81_%D0%B1%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%BC_%D0%B0%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%BC_(cropped).jpg)