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]
Два основных типа питательных сред - это 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. Например, вирусы являются облигатными внутриклеточными паразитами и требуют среды для роста, содержащей живые клетки.
Типы [ править ]
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 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 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 [ 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.
Неопределенная среда (также известная как базальная или сложная среда) содержит:
- источник углерода, такой как глюкоза
- вода
- 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
Минимальный медиа [ править ]
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.
- 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.
Селективные СМИ [ править ]
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 .
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.
- 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 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) 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 [ править ]
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 средства [ править ]
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 [ 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 ]
Физиологическое значение [ править ]
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.
См. Также [ править ]
- Культура клеток
- Импедансная микробиология
- Модифицированная среда Чи
Ссылки [ править ]
- ^ 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 бенгальской розой и дихлораном» . 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: multiple names: authors list (link)
- ^ 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: multiple names: authors list (link)
- ^ 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: multiple names: authors list (link)
- ^ Кантор JR, Абу-Ремайле М, Канарек N, 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: multiple names: authors list (link)
Внешние ссылки [ править ]
- «Потребности клеток в питательных веществах»