Среда роста

Твердое вещество, жидкость или гель, используемые для выращивания микроорганизмов или клеток.

Чашка с агаром – пример среды для роста бактерий*: В частности, это чашка с полосками ; оранжевые линии и точки образованы колониями бактерий.

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.

Типы

Ученый Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США провел тест на сальмонеллу

Культура бактерий сальмонеллы

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 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

• СМИ культуры
• минимум медиа
• выборочные СМИ
• дифференциальные среды
• транспортные средства массовой информации
• индикатор СМИ

Культурные СМИ

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.

Растения Physcomitrella patens , растущие аксенически на чашках с агаром ( чашка Петри , диаметр 9 см)

Неопределенная среда (также известная как базальная или комплексная среда) содержит:

• источник углерода, такой как глюкоза
• вода
• различные соли
• источник аминокислот и азота (например, говядина, дрожжевой экстракт)

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

• все используемые химикаты известны
• дрожжи, животные или растительные ткани отсутствуют

Примеры питательных сред:

• питательный агар
• агар для подсчета чашек
• триптиказо-соевый агар

Минимальные медиа

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:

• источник углерода, которым может быть сахар, такой как глюкоза, или менее богатый энергией источник, такой как сукцинат
• различные соли, которые могут различаться в зависимости от вида бактерий и условий выращивания; они обычно обеспечивают необходимые элементы, такие как магний , азот , фосфор и сера , которые позволяют бактериям синтезировать белок и нуклеиновые кислоты.
• вода

Дополнительные минимальные среды — это минимальные среды, которые также содержат один выбранный агент, обычно аминокислоту или сахар. Эта добавка позволяет культивировать определенные линии ауксотрофных рекомбинантов.

Выборочные СМИ

Бескровный селективный средний агар на основе древесного угля (CSM) для выделения кампилобактерий.

Пластины с кровяным агаром часто используются для диагностики инфекции. Справа — положительная культура стафилококка ; слева — положительная культура стрептококка .

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 .

Четыре типа чашек с агаром, демонстрирующие различный рост в зависимости от метаболизма бактерий.

Примеры селективных СМИ:

• Эозин метиленовый синий содержит красители, токсичные для грамположительных бактерий. Это селективная и дифференциальная среда для колиформ.
• YM ( агар с дрожжевым экстрактом ) имеет низкий уровень pH , что сдерживает рост бактерий.
• МЭА ( агар с солодовым экстрактом ) имеет низкий уровень pH , что сдерживает рост бактерий.
• Агар МакКонки предназначен для грамотрицательных бактерий.
• Гектоеновый энтеросолюбильный агар селективен в отношении грамотрицательных бактерий.
• HIS-селективная среда представляет собой типичную среду для культивирования клеток, в которой отсутствует аминокислота гистидин.
• Агар с маннитовой солью является селективным для грамположительных бактерий и дифференциальным для маннита.
• Ксилозо-лизина дезоксихолат селективен в отношении грамотрицательных бактерий.
• Агар с буферным угольным дрожжевым экстрактом является селективным в отношении некоторых грамотрицательных бактерий, особенно Legionella pneumophila .
• Агар Бэрда-Паркера предназначен для грамположительных стафилококков .
• Агар Сабуро селективен в отношении некоторых грибов из-за низкого pH (5,6) и высокой концентрации глюкозы (3–4%).
• DRBC (агар с дихлораном, бенгальской розой и хлорамфениколом) представляет собой селективную среду для подсчета плесени и дрожжевых грибков в пищевых продуктах. Дихлоран и бенгальский розовый ограничивают рост колоний плесени, предотвращая разрастание обильных видов и помогая точному подсчету колоний. ^[8]
• Для эктомикоризных грибов используют среду MMN (модифицированная среда Мелина-Норкранса) и среду BAF . ^{[9] [10]}

Дифференциальные СМИ

Агар МТИ представляет собой хромогенную среду для дифференциации основных микроорганизмов, вызывающих инфекции мочевыводящих путей (ИМП).

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:

• Кровяной агар (используемый в тестах на стрептококк ) содержит кровь бычьего сердца, которая становится прозрачной в присутствии β-гемолитических организмов, таких как Streptococcus pyogenes и Staphylococcus aureus .
• Эозин метиленовый синий отличается от ферментации лактозы.
• Среда Гранада является селективной и дифференциальной для Streptococcus agalactiae (стрептококк группы B), который растет в этой среде в виде характерных красных колоний.
• Агар МакКонки дифференциально подходит для ферментации лактозы.
• Агар с маннитовой солью отличается от ферментации маннита.
• Пластины X-gal являются дифференциальными для мутантов lac-оперона .

Транспортные средства массовой информации

Транспортные средства должны соответствовать следующим критериям:

• Временное хранение образцов, транспортируемых в лабораторию для культивирования.
• Поддерживать жизнеспособность всех организмов в образце без изменения их концентрации.
• Содержат только буферы и соль
• Отсутствие углерода, азота и органических факторов роста для предотвращения размножения микробов.
• Транспортные среды, используемые при выделении анаэробов, не должны содержать молекулярный кислород.

Примеры транспортных средств:

• Тиогликолятный бульон предназначен для строгих анаэробов .
• Транспортная среда Стюарта ^{[12] [13]} представляет собой непитательный мягкий агаровый гель, содержащий восстановитель для предотвращения окисления и древесный уголь для нейтрализации.
• Некоторые бактериальные ингибиторы используются для гонококков, а забуференный глицериновый раствор – для кишечных бацилл.
• Среда Венкатарамана Рамакришны (VR) используется для V. cholerae .

Обогащенные медиа

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]

Физиологическая значимость

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] .}

Смотрите также

• Культура клеток
• Импедансная микробиология
• Модифицированная среда Чи

Рекомендации

1. Мэдиган М., Мартинко Дж., ред. (2005). Брок Биология микроорганизмов (11-е изд.). Прентис Холл. ISBN 0-13-144329-1.
2. Биргит Хаделер; Сиркка Шольц; Ральф Рески (1995). «Гельрит и агар по-разному влияют на цитокининовую чувствительность мха». Журнал физиологии растений (146): 369–371.
3. Райан К.Дж., Рэй К.Г., ред. (2004). Медицинская микробиология Шерриса (4-е изд.). МакГроу Хилл. ISBN 0-8385-8529-9.
4. Ганс Гюнтер Шлегель (1993). Общая микробиология. Кембриджский университет. п. 459. ИСБН 978-0-521-43980-0. Проверено 6 августа 2013 г.
5. Пария, Шубхаш Чандра (1 января 2009 г.). Учебник микробиологии и иммунологии. Эльзевир Индия. п. 45. ИСБН 978-81-312-2163-1. Проверено 6 августа 2013 г.
6. Купер, GM (2000). «Инструменты клеточной биологии». Клетка: молекулярный подход . Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. ISBN 0-87893-106-6.
7. Кэтрин А. Ингрэм, Джон Л. Ингрэм (2000). Введение в микробиологию .
8. Корри, Джанет Э.Л.; Кертис, GDW; Бэрд, Розамунд М., ред. (1 января 1995 г.). «Агар с дихлорановой розой и бенгальским хлорамфениколом (DRBC)». Прогресс промышленной микробиологии . Эльзевир. 34 : 303–305. дои : 10.1016/s0079-6352(05)80036-0. ISBN 978-0-444-81498-2. Проверено 20 апреля 2020 г.
9. Ислам, Ферзана; Ога, Сёдзи (12 марта 2013 г.). «Влияние состава среды на рост и морфологию эктомикориз и их связь с растением-хозяином». Уведомления о международных научных исследованиях . 2013 : e317903. дои : 10.1155/2013/317903 .
10. Чайтали Бхаттачарья; Алок Адхолея. «Демонстрация эктомикоризной культуры». книжный магазин.teri.res.in . Проверено 4 февраля 2023 г.
11. Вашингтон, JA (1996). «Принципы диагностики». В Бароне, С; и другие. (ред.). Медицинская микробиология барона (4-е изд.). Университет Техасского медицинского отделения. ISBN 0-9631172-1-1.
12. Мицухаси, Джун (2002), «Подготовка среды», Методы культуры тканей беспозвоночных , Токио: Springer Japan, стр. 25–32, ISBN 978-4-431-70313-6, получено 7 сентября 2023 г.
13. Смрити, Сайфун Нахар (07 сентября 2023 г.). «Культурные среды: определение, типы и методы приготовления». GreenLeen.Com . Проверено 7 сентября 2023 г.
14. «Культура обогащения - обзор» . Темы ScienceDirect . Проверено 7 сентября 2023 г.
15. Лагзиэль С., Готлиб Э., Шломи Т. (2020). «Заботьтесь о своих СМИ». Природный метаболизм . 2 (12): 1369–1372. дои : 10.1038/s42255-020-00299-y. PMID  33046912. S2CID  222319735.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
16. Лагзиэль, С; Ли, штат Вирджиния; Шломи, Т (2019). «Вывод о зависимости рака от метаболических генов на основе крупномасштабного генетического скрининга». БМК Биология . 17 (1): 37. дои : 10.1186/s12915-019-0654-4 . ПМК 6489231 . ПМИД  31039782. 
17. Ванде Вурде, Дж; Акерманн, Т; Пфетцер, Н; Самптон, Д; Маккей, Дж; Кална, Г; и другие. (2019). «Улучшение метаболической точности моделей рака с помощью физиологической среды для культивирования клеток». Достижения науки . 5 (1): eaau7314. Бибкод : 2019SciA....5.7314V. doi : 10.1126/sciadv.aau7314. ПМК 6314821 . ПМИД  30613774. 
18. Кантор-младший, Абу-Ремайлех М, Канарек Н, Фрейнкман Э, Гао X, Луисен А; и другие. (2017). «Физиологическая среда меняет клеточный метаболизм и обнаруживает мочевую кислоту как эндогенный ингибитор UMP-синтазы». Клетка . 169 (2): 258–272.e17. дои : 10.1016/j.cell.2017.03.023. ПМЦ 5421364 . ПМИД  28388410. {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

Внешние ссылки

• «Потребности клеток в питательных веществах»