Среда для выращивания

Чашка с агаром - пример среды для роста бактерий *: в частности, это пластинка с полосами ; оранжевые линии и точки образованы колониями бактерий.

Среда для роста или культуральной среды представляет собой твердый, жидкий или полутвердый предназначен для поддержания роста популяции микроорганизмов или клеток с помощью 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 сред для выращивания являются те, которые используются для культивирования клеток , в которых используются определенные типы клеток, полученных из растений или животных, и среды , используемые для микробиологических культур , которые используются для выращивания микроорганизмов, таких как бактерии или грибы . Наиболее распространенными питательными средами для микроорганизмов являются питательные бульоны и чашки с агаром ; Иногда требуются специализированные среды для роста микроорганизмов и культур клеток. ^[1] Некоторые организмы, называемые привередливыми организмами, нуждаются в специальной среде из-за сложных пищевых потребностей. Вирусы , например, являются облигатными внутриклеточными паразитами. и требуют ростовой среды, содержащей живые клетки.

Типы

США пищевых продуктов и медикаментов испытания ученые для сальмонелл

Культура бактерий сальмонеллы

Наиболее распространенными питательными средами для микроорганизмов являются питательные бульоны (жидкие питательные среды) или лизогенные бульоны . Жидкие среды часто смешивают с агаром и разливают через дозатор стерильных сред в чашки Петри для застывания. Эти чашки с агаром обеспечивают твердую среду, на которой можно культивировать микробы. Они остаются твердыми, так как очень немногие бактерии способны разлагать агар (за исключением некоторых видов этих родов: Cytophaga , Flavobacterium , Bacillus , Pseudomonas и Alcaligenes ). Бактерии, выращенные в жидких культурах, часто образуют коллоидные суспензии.. ^[4]^[5]

Разница между средами для выращивания, используемыми для культивирования клеток, и средами, используемыми для микробиологических культур, 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 встречаются in vivo . ^[6] В случае с клетками животных эта проблема часто решается путем добавления сыворотки крови или синтетического заменителя сыворотки в среду. В случае микроорганизмов таких ограничений не существует, поскольку они часто являются одноклеточными организмами.. Еще одно важное отличие состоит в том, что клетки животных в культуре часто выращивают на плоской поверхности, к которой они прикрепляются, а среда предоставляется в жидкой форме, которая покрывает клетки. Напротив, бактерии, такие как Escherichia coli, можно выращивать на твердой или жидкой среде.

Важное различие между типами питательной среды - это определенная и неопределенная среда. ^[1] Определенная среда должна содержать известные количества всех ингредиентов. Для микроорганизмов они состоят из обеспечения микроэлементов и витаминов, необходимых микробу, и специально определенных источников углерода и азота . Глюкоза или глицерин часто используются в качестве источников углерода, а соли или нитраты аммония - в качестве источников неорганического азота. 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, из которого делают пиво . Сусло содержит все питательные вещества, необходимые для роста дрожжей, а в анаэробных условиях вырабатывается спирт. Когда процесс ферментации завершен, комбинация средних и спящих микробов, теперь пиво, готова к употреблению. Основные типы:

культурные СМИ
минимальные медиа
селективные СМИ
дифференциальная среда
транспортные средства массовой информации
индикатор СМИ

Культурные СМИ

Питательные среды содержат все элементы, которые необходимы большинству бактерий для роста, и не являются селективными, поэтому они используются для общего культивирования и поддержания бактерий, хранящихся в коллекциях лабораторных культур.

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

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

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

Это неопределенная среда, потому что 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
нет дрожжевой, животной или растительной ткани

Примеры питательных сред:

питательный агар
пластинчатый агар
триптиказо-соевый агар

Минимальные медиа

Определенная среда, в которой содержится ровно столько ингредиентов, чтобы поддерживать рост, называется «минимальной средой». Количество ингредиентов, которые необходимо добавить в минимальную среду, сильно варьируется в зависимости от выращиваемого микроорганизма. ^[7] Минимальные среды - это среды, которые содержат минимально возможное количество питательных веществ для роста колоний, обычно без присутствия аминокислот, и часто используются микробиологами и генетиками для выращивания микроорганизмов «дикого типа». Минимальные среды также можно использовать для селекции за или против рекомбинантов или экзонъюгантов .

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 варьироваться в зависимости от вида бактерий и условий выращивания; они обычно содержат необходимые элементы, такие как магний , азот , фосфор и сера, чтобы бактерии могли синтезировать белок и нуклеиновые кислоты.
воды

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 СМИ

Бескровный агар селективной среды на основе древесного угля (CSM) для выделения Campylobacter

Пластинки с кровяным агаром часто используются для диагностики инфекции. Справа - положительный посев на стафилококк ; слева - положительный посев на Streptococcus .

Селективные среды используются для роста только избранных микроорганизмов. Например, если микроорганизм устойчив к определенному антибиотику , такому как ампициллин или тетрациклин , то этот антибиотик можно добавить в среду, чтобы предотвратить рост других клеток, не обладающих устойчивостью. Среды, в которых отсутствует аминокислота, такая как пролин, в сочетании с E. coli, неспособной ее синтезировать, обычно использовались генетиками до появления геномики для картирования бактериальных хромосом.

Среды для селективного роста также используются в культуре клеток для обеспечения выживания или пролиферации клеток с определенными свойствами, такими как устойчивость к антибиотикам или способность синтезировать определенный метаболит . Обычно присутствие определенного гена или аллеля гена придает клетке способность расти в селективной среде. В таких случаях ген называют маркером .

Среда для селективного роста эукариотических клеток обычно содержит 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, демонстрирующих дифференцированный рост в зависимости от метаболизма бактерий.

Примеры селективных сред:

Эозин метиленовый синий содержит красители, токсичные для грамположительных бактерий. Это селективная и дифференциальная среда для кишечных бактерий.
YM ( дрожжевой экстракт , агар с солодовым экстрактом ) имеет низкий pH , что сдерживает рост бактерий.
Агар МакКонки предназначен для грамотрицательных бактерий.
Кишечный агар Hektoen селективен в отношении грамотрицательных бактерий.
HIS-селективная среда - это среда для культивирования клеток, в которой отсутствует аминокислота гистидин.
Маннитоловый солевой агар селективен для грамположительных бактерий и дифференцирован для маннита.
Дезоксихолат лизина ксилозы селективен в отношении грамотрицательных бактерий.
Забуференный угольный агар с дрожжевым экстрактом селективен в отношении некоторых грамотрицательных бактерий, особенно Legionella pneumophila .
Агар Бэрда-Паркера предназначен для грамположительных стафилококков .
Агар Сабуро селективен к некоторым грибам из-за низкого pH (5,6) и высокой концентрации глюкозы (3–4%).
DRBC (агар с хлорамфениколом и дихлораном, розой, бенгалией) является селективной средой для подсчета плесени и дрожжей в пищевых продуктах. Дихлоран и бенгальский розовый ограничивают рост колоний плесени, предотвращая чрезмерный рост пышных видов и способствуя точному подсчету колоний. ^[8]

Дифференциальные среды

Агар ИМП - это хромогенная среда для дифференциации основных микроорганизмов, вызывающих инфекции мочевыводящих путей (ИМП).

Дифференциальные или индикаторные среды позволяют отличить один тип микроорганизмов от другого, растущего на той же среде. ^[9] Этот тип сред использует биохимические характеристики микроорганизма, растущего в присутствии определенных питательных веществ или индикаторов (таких как нейтральный красный , феноловый красный , эозин y или метиленовый синий ), добавленных в среду, чтобы наглядно указать определяющие характеристики микроорганизм. Эти среды используются для обнаружения микроорганизмов и молекулярными биологами для обнаружения рекомбинантных штаммов бактерий.

Примеры дифференциальных сред:

Кровяной агар (используемый в тестах на стрептококк ) содержит кровь из бычьего сердца, которая становится прозрачной в присутствии β-гемолитических организмов, таких как Streptococcus pyogenes и Staphylococcus aureus .
Эозин метиленовый синий является отличным средством для ферментации лактозы.
Среда Гранада является селективной и дифференцированной в отношении Streptococcus agalactiae (стрептококки группы B), которые растут в этой среде в виде характерных красных колоний.
Агар МакКонки отлично подходит для ферментации лактозы.
Маннитоловый солевой агар дифференцирован для ферментации маннита.
Планшеты X-gal являются дифференциальными для мутантов по lac-оперону .

Транспортные СМИ

Транспортные средства массовой информации должны соответствовать этим критериям:

Временное хранение образцов, транспортируемых в лабораторию для выращивания
Поддержание жизнеспособности всех организмов в образце без изменения их концентрации
Содержат только буферы и соль
Недостаток углерода, азота и органических факторов роста, чтобы предотвратить размножение микробов.
Транспортная среда, используемая для изоляции анаэробов, не должна содержать молекулярный кислород.

Примеры транспортных средств массовой информации:

Бульон тиогликолата предназначен для строгих анаэробов .
Транспортная среда Стюарта представляет собой непитательный мягкий агаровый гель, содержащий восстанавливающий агент для предотвращения окисления и древесный уголь для нейтрализации.
Определенные бактериальные ингибиторы используются для борьбы с гонококками, а забуференный глицериновый раствор - для кишечных бацилл.
Среда Венкатарамана Рамакришны (VR) используется для V. cholerae .

Обогащенные СМИ

Обогащенная среда содержит питательные вещества, необходимые для поддержки роста самых разных организмов, в том числе некоторых из наиболее требовательных. Они обычно используются для сбора стольких различных типов микробов, сколько присутствует в образце. Кровяной агар - это обогащенная среда, в которой цельная кровь, богатая питательными веществами, дополняет основные питательные вещества. Шоколадный агар обогащен термообработанной кровью (40–45 ° C или 104–113 ° F), которая становится коричневой и придает среде тот цвет, в честь которого она названа. ^{[ необходима цитата ]}

Физиологическая значимость

Выбор питательной среды может повлиять на физиологическую значимость результатов экспериментов на культуре тканей , особенно для метаболических исследований. ^[10] Кроме того, было показано , что зависимость клеточной линии от метаболического гена зависит от типа среды. ^[11] При проведении исследования с участием нескольких клеточных линий использование единой культуральной среды для всех клеточных линий может снизить систематическую ошибку в сгенерированных наборах данных. Использование питательной среды, которая лучше отражает физиологические уровни питательных веществ, может улучшить физиологическую значимость исследований in vitro и, в последнее время, таких типов сред, как Plasmax ^[12] и человеческая плазмоподобная среда (HPLM), ^[13] были разработаны.

Смотрите также

Культура клеток
Импедансная микробиология
Модифицированная среда Чи

использованная литература

^ a b c Мэдиган М., Мартинко Дж., ред. (2005). Брок Биология микроорганизмов (11-е изд.). Прентис Холл. ISBN 0-13-144329-1.
^ Биргит Хаделер, Sirkka Scholz, Ральф Рески (1995). «Гелрит и агар по-разному влияют на цитокинин-чувствительность мха». Журнал физиологии растений (146): 369–371.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
^ Райан KJ, Рэй CG, ред. (2004). Шеррис Медицинская микробиология (4-е изд.). Макгроу Хилл. ISBN 0-8385-8529-9.
↑ Ганс Гюнтер Шлегель (1993). Общая микробиология . Кембриджский университет. п. 459. ISBN. 978-0-521-43980-0. Проверено 6 августа 2013 года .
^ Parija, Shubhash Chandra (1 января 2009). Учебник микробиологии и иммунологии . Эльзевир Индия. п. 45. ISBN 978-81-312-2163-1. Проверено 6 августа 2013 года .
^ Купер, GM (2000). «Инструменты клеточной биологии». Клетка: молекулярный подход . Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. ISBN 0-87893-106-6.
Перейти ↑ Catherine A. Ingraham, John L. Ingraham (2000). Введение в микробиологию .
^ Корри, Джанет Э.Л .; Кертис, GDW; Бэрд, Розамунд М., ред. (1995-01-01). «Агар с хлорамфениколом (DRBC) с дихлорановой розой и бенгальским хлорамфениколом» . Прогресс промышленной микробиологии . Эльзевир. 34 : 303–305. DOI : 10.1016 / s0079-6352 (05) 80036-0 . ISBN 9780444814982. Проверено 20 апреля 2020 .
^ Вашингтон, JA (1996). «Принципы диагностики». В Baron, S; и другие. (ред.). Медицинская микробиология Барона (4-е изд.). Univ Техасского медицинского отделения. ISBN 0-9631172-1-1.
^ Lagziel S, Готтлибен, Шломи Т (2020). «Следите за своими СМИ» . Метаболизм природы . DOI : 10.1038 / s42255-020-00299-у .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Lagziel S, Ли WD, Шломи Т (2019). «Вывод о зависимости рака от метаболических генов из крупномасштабных генетических скринингов» . BMC Biology . 17 (1): 37. DOI : 10,1186 / s12915-019-0654-4 . PMC 6489231 . PMID 31039782 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Vande Voorde J, Ackermann T, Pfetzer N, Sumpton D, Mackay G, Kalna G; и другие. (2019). «Повышение метаболической точности моделей рака с физиологической средой для культивирования клеток» . Наука продвигается . 5 (1): eaau7314. DOI : 10.1126 / sciadv.aau7314 . PMC 6314821 . PMID 30613774 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Кантор JR, Абу-Ремайле М, Канарек Н., Фрейнкман Э, Гао X, Луиссен А; и другие. (2017). «Физиологическая среда восстанавливает клеточный метаболизм и обнаруживает мочевую кислоту как эндогенный ингибитор синтазы UMP» . Cell . 169 (2): 258–272.e17. DOI : 10.1016 / j.cell.2017.03.023 . PMC 5421364 . PMID 28388410 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

внешние ссылки

«Потребности клеток в питательных веществах»

[Brock-1] Мэдиган М., Мартинко Дж., ред. (2005). Брок Биология микроорганизмов (11-е изд.). Прентис Холл. ISBN 0-13-144329-1.

[2] Биргит Хаделер, Sirkka Scholz, Ральф Рески (1995). «Гелрит и агар по-разному влияют на цитокинин-чувствительность мха». Журнал физиологии растений (146): 369–371.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )

[Sherris-3] Райан KJ, Рэй CG, ред. (2004). Шеррис Медицинская микробиология (4-е изд.). Макгроу Хилл. ISBN 0-8385-8529-9.

[Schlegel1993-4] Ганс Гюнтер Шлегель (1993). Общая микробиология . Кембриджский университет. п. 459. ISBN. 978-0-521-43980-0. Проверено 6 августа 2013 года .

[Parija2009-5] Parija, Shubhash Chandra (1 января 2009). Учебник микробиологии и иммунологии . Эльзевир Индия. п. 45. ISBN 978-81-312-2163-1. Проверено 6 августа 2013 года .

[6] Купер, GM (2000). «Инструменты клеточной биологии». Клетка: молекулярный подход . Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. ISBN 0-87893-106-6.

[7] Перейти ↑ Catherine A. Ingraham, John L. Ingraham (2000). Введение в микробиологию .

[8] Корри, Джанет Э.Л .; Кертис, GDW; Бэрд, Розамунд М., ред. (1995-01-01). «Агар с хлорамфениколом (DRBC) с дихлорановой розой и бенгальским хлорамфениколом» . Прогресс промышленной микробиологии . Эльзевир. 34 : 303–305. DOI : 10.1016 / s0079-6352 (05) 80036-0 . ISBN 9780444814982. Проверено 20 апреля 2020 .

[Baron-9] Вашингтон, JA (1996). «Принципы диагностики». В Baron, S; и другие. (ред.). Медицинская микробиология Барона (4-е изд.). Univ Техасского медицинского отделения. ISBN 0-9631172-1-1.

[MindYourMedia-10] Lagziel S, Готтлибен, Шломи Т (2020). «Следите за своими СМИ» . Метаболизм природы . DOI : 10.1038 / s42255-020-00299-у .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[pmid31039782-11] Lagziel S, Ли WD, Шломи Т (2019). «Вывод о зависимости рака от метаболических генов из крупномасштабных генетических скринингов» . BMC Biology . 17 (1): 37. DOI : 10,1186 / s12915-019-0654-4 . PMC 6489231 . PMID 31039782 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[pmid30613774-12] Vande Voorde J, Ackermann T, Pfetzer N, Sumpton D, Mackay G, Kalna G; и другие. (2019). «Повышение метаболической точности моделей рака с физиологической средой для культивирования клеток» . Наука продвигается . 5 (1): eaau7314. DOI : 10.1126 / sciadv.aau7314 . PMC 6314821 . PMID 30613774 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[pmid28388410-13] Кантор JR, Абу-Ремайле М, Канарек Н., Фрейнкман Э, Гао X, Луиссен А; и другие. (2017). «Физиологическая среда восстанавливает клеточный метаболизм и обнаруживает мочевую кислоту как эндогенный ингибитор синтазы UMP» . Cell . 169 (2): 258–272.e17. DOI : 10.1016 / j.cell.2017.03.023 . PMC 5421364 . PMID 28388410 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[1]