Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Чашка с агаром - пример среды для роста бактерий *: в частности, это пластинка с полосами ; оранжевые линии и точки образованы колониями бактерий.

Ростовую среду или культуральную среду представляет собой твердые, жидкие или полутвердые предназначены для поддержания роста популяции микроорганизмов или клеток с помощью процесса клеточной пролиферации , [1] или маленькие растения , 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, полученных из растений или животных, и микробиологические культуры , 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 нуждаются в среде для роста, содержащей живые клетки.

Типы [ править ]

США пищевых продуктов и медикаментов испытания ученые для сальмонелл

Наиболее распространенными питательными средами для микроорганизмов являются питательные бульоны (жидкая питательная среда) или питательная среда для лизогенизации . 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 могут культивироваться микробы. Они остаются твердыми, так как очень немногие бактерии способны разлагать агар (за исключением некоторых видов из 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 клеток животных эта проблема часто решается путем добавления сыворотки крови или синтетической сыворотки, заменяющей среду. В случае с микроорганизмами 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 заключается в том, что определенная среда отличается от среды неопределенной. [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, который состоит 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 производится 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 [ править ]

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, 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
  • нет дрожжевой, животной или растительной ткани

Примеры питательных сред:

  • питательный агар
  • пластинчатый агар
  • триптиказо-соевый агар

Минимальный медиа [ править ]

Определенная среда, в которой достаточно ингредиентов 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 среды, которые содержат минимальное количество питательных веществ, возможных 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 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 [ править ]

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 для предотвращения роста 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 размножения 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 инфекций.
  • 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.
  • Солевой агар с маннитом селективен в отношении грамположительных бактерий и дифференцирован в отношении маннита.
  • Дезоксихолат лизина ксилозы селективен в отношении грамотрицательных бактерий.
  • Забуференный агар с угольным дрожжевым экстрактом селективен в отношении некоторых грамотрицательных бактерий, особенно Legionella pneumophila .
  • Агар Байрда-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 дихлорановой розы и бенгалии) представляет собой селективную среду 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 СМИ [ править ]

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 от 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 отлично подходит для ферментации маннита.
  • Планшеты X-gal являются дифференциальными для мутантов lac-оперона .

Транспортные средства [ править ]

Транспортные средства массовой информации должны соответствовать этим критериям:

  • Временное хранение образцов, перевозимых 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.
  • Некоторые бактериальные ингибиторы используются для борьбы с гонококками, а забуференный глицериновый солевой раствор - для кишечных бацилл.
  • Среда Венкатарамана Рамакришны (VR) используется для V. cholerae .

Обогащенные СМИ [ править ]

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 [ править ]

Выбор культуральной среды может повлиять на физиологическую значимость результатов экспериментов на культуре тканей , особенно для метаболических исследований. [10] Кроме того, было показано , что на зависимость клеточной линии от метаболического гена влияет тип среды. [11] При проведении исследования с участием нескольких клеточных линий использование единой культуральной среды для всех клеточных линий может уменьшить смещение в сгенерированных наборах данных. Использование питательной среды, которая лучше отображает 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.

См. Также [ править ]

  • Культура клеток
  • Импедансная микробиология
  • Модифицированная среда Чи

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c 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 )
  3. ^ Райан KJ, Рэй CG, ред. (2004). Шеррис Медицинская микробиология (4-е изд.). Макгроу Хилл. ISBN 0-8385-8529-9.
  4. ↑ Ганс Гюнтер Шлегель (1993). Общая микробиология . Кембриджский университет. п. 459. ISBN. 978-0-521-43980-0. Проверено 6 августа 2013 года .
  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» . Прогресс промышленной микробиологии . Эльзевир. 34 : 303–305. DOI : 10.1016 / s0079-6352 (05) 80036-0 . ISBN 9780444814982. Проверено 20 апреля 2020 .
  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.
  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 )
  11. ^ Lagziel S, Ли WD, Шломи Т (2019). «Вывод о зависимости рака от метаболических генов из крупномасштабных генетических тестов» . BMC Biology . 17 (1): 37. DOI : 10,1186 / s12915-019-0654-4 . PMC 6489231 . PMID 31039782 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  12. ^ Vande Voorde J, Ackermann T, Pfetzer N, Sumpton D, Mackay G, Kalna G; и другие. (2019). «Повышение точности метаболизма моделей рака с физиологической средой для культивирования клеток» . Успехи науки . 5 (1): eaau7314. DOI : 10.1126 / sciadv.aau7314 . PMC 6314821 . PMID 30613774 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  13. ^ Кантор JR, Абу-Ремайле М, Канарек Н., Фрейнкман Э, Гао X, Луиссен А; и другие. (2017). «Физиологическая среда обновляет 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 [ править ]

  • «Потребности клеток в питательных веществах»