Способы посева микроорганизмов принципы культивирования бактерий

Обновлено: 05.10.2024

Анаэробиоз (от греч. аег — воздух + bios — жизнь) — жизнедеятельность, протекающая при отсутствии свободного кислорода. Если донорами и акцепторами водорода являются органические соединения, то такой процесс называется брожением. При брожении происходит ферментативное расщепление органических соединений, преимущественно углеводов, в анаэробных условиях. С учетом конечного продукта расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и другие виды брожения.

По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на три основные группы: облигатные, т.е. обязательные, аэробы, облигатные анаэробы и факультативные анаэробы.

Методы культивирования анаэробов.

Для культивирования анаэробов необходимо понизить окислительно-восстановительный потенциал среды, создать условия анаэробиоза, т. е. пониженного содержания кислорода в среде и окружающем ее пространстве. Это достигается применением физических, химических и биологических методов.

Физические методы. Основаны на выращивании микроорганизмов в безвоздушной среде, что достигается:

1) посевом в среды, содержащие редуцирующие и легко окисляемые вещества;

2) посевом микроорганизмов в глубину плотных питательных сред;

3) механическим удалением воздуха из сосудов, в которых выращиваются анаэробные микроорганизмы;

4) заменой воздуха в сосудах каким-либо индифферентным газом.

В качестве редуцирующих веществ обычно используют кусочки (около 0,5 г) животных или растительных тканей (печень, мозг, почки, селезенка, кровь, картофель, вата). Эти ткани связывают растворенный в среде кислород и адсорбируют бактерии. Чтобы уменьшить содержание кислорода в питательной среде, ее перед посевом кипятят 10—15 мин, а затем быстро охлаждают и заливают сверху небольшим количеством стерильного вазелинового масла. Высота слоя масла в пробирке около 1 см.

В качестве легко окисляемых веществ используют глюкозу, лактозу и муравьинокислый натрий.

Лучшей жидкой питательной средой с редуцирующими веществами является среда Китта — Тароцци, которая используется с успехом для накопления анаэробов при первичном посеве из исследуемого материала и для поддержания роста выделенной чистой культуры анаэробов.

Посев микроорганизмов в глубину плотных сред производят по способу Виньяль — Вейона, который состоит в механической защите посевов анаэробов от кислорода воздуха. Берут стеклянную трубку длиной 30 см и диаметром 3—6 мм. Один конец трубки вытягивают в капилляр в виде пастеровской пипетки, а у другого конца делают перетяжку. В оставшийся широкий конец трубки вставляют ватную пробку. В пробирки с расплавленным и охлажденным до 50°С питательным агаром засевают исследуемый материал. Затем насасывают засеянный агар в стерильные трубки Виньяль — Вейона. Капиллярный конец трубки запаивают в пламени горелки и трубки помещают в термостат. Так создаются благоприятные условия для роста самых строгих анаэробов. Для выделения отдельной колонии трубку надрезают напильником, соблюдая правила асептики, на уровне колонии, ломают, а колонию захватывают стерильной петлей и переносят в пробирку с питательной средой для дальнейшего выращивания и изучения в чистом виде.

Удаление воздуха производят путем его механического откачивания из специальных приборов — анаэроста-тов, в которые помещают чашки с посевом анаэробов. Переносный анаэростат представляет собой толстостенный металлический цилиндр с хорошо притертой крышкой (с резиновой прокладкой), снабженный отводящим краном и вакуумметром. После размещения засеянных чашек или пробирок воздух из анаэростата удаляют с помощью вакуумного насоса.

Замену воздуха индифферентным газом (азотом, водородом, аргоном, углекислым газом) можно производить в тех же анаэростатах путем вытеснения его газом из баллона.

Химические методы. Основаны на поглощении кислорода воздуха в герметически закрытом сосуде (анаэро-стате, эксикаторе) такими веществами, как пирогаллол или гидросульфит натрия Na₂S20₄.

Биологические методы. Основаны на совместном выращивании анаэробов со строгими аэробами. Для этого из застывшей агаровой пластинки по диаметру чашки вырезают стерильным скальпелем полоску агара шириной около 1 см. Получается два агаровых полудиска в одной чашке. На одну сторону агаровой пластинки засевают аэроб, например часто используют S. aureus или Serratia marcescens. На другую сторону засевают анаэроб. Края чашки заклеивают пластилином или заливают расплавленным парафином и помещают в термостат. При наличии подходящих условий в чашке начнут размножаться аэробы. После того, как весь кислород в пространстве чашки будет ими использован, начнется рост анаэробов (через 3—4 сут). В целях сокращения воздушного пространства в чашке питательную среду наливают возможно более толстым слоем.

Рост и размножение бактерий. Фазы размножения бактерий в замкнутой среде (периодическая культура).Непрерывное культивирование. Промышленное культивирование бактерий.

Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам, реже путем почкования. Актиномицеты, как и грибы, могут размножаться спорами. Актиномицеты, являясь ветвящимися бактериями, размножаются путем фрагментации нитевидных клеток. Грамположительные бактерии делятся путем врастания синтезирующихся перегородок деления внутрь клетки, а грамотрицательные — путем перетяжки, в результате образования гантелевид-ных фигур, из которых образуются две одинаковые клетки.

Делению клеток предшествует репликация бактериальной хромосомы по полуконсервативному типу (двуспиральная цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной нитью), приводящая к удвоению молекул ДНК бактериального ядра — нуклеоида.

Репликация ДНК происходит в три этапа: инициация, элонгация, или рост цепи, и терминация.

Размножение бактерий в жидкой питательной среде. Бактерии, засеянные в определенный, не изменяющийся объем питательной среды, размножаясь, потребляют питательные элементы, что приводит в дальнейшем к истощению питательной среды и прекращению роста бактерий. Культивирование бактерий в такой системе называют периодическим культивированием, а культуру — периодической. Если же условия культивирования поддерживаются путем непрерывной подачи свежей питательной среды и оттока такого же объема культуральной жидкости, то такое культивирование называется непрерывным, а культура — непрерывной.

При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается придонный, диффузный или поверхностный (в виде пленки) рост культуры. Рост периодической культуры бактерий, выращиваемых на жидкой питательной среде, подразделяют на несколько фаз, или периодов :

2. фаза логарифмического роста;

3. фаза стационарного роста, или максимальной концентрации

4. фаза гибели бактерий.

Эти фазы можно изобразить графически в виде отрезков кривой размножения бактерий, отражающей зависимость логарифма числа живых клеток от времени их культивирования.

Лаг-фаза — период между посевом бактерий и началом размножения. Продолжительность лаг-фазы в среднем 4—5 ч. Бактерии при этом увеличиваются в размерах и готовятся к делению; нарастает количество нуклеиновых кислот, белка и других компонентов.

Фаза логарифмического (экспоненциального) роста является периодом интенсивного деления бактерий. Продолжительность ее около 5— 6 ч. При оптимальных условиях роста бактерии могут делиться каждые 20—40 мин. Во время этой фазы бактерии наиболее ранимы, что объясняется высокой чувствительностью компонентов метаболизма интенсивно растущей клетки к ингибиторам синтеза белка, нуклеиновых кислот и др.

Затем наступает фаза стационарного роста , при которой количество жизнеспособных клеток остается без изменений, составляя максимальный уровень (М-концентрация). Ее продолжительность выражается в часах и колеблется в зависимости от вида бактерий, их особенностей и культивирования.

Завершает процесс роста бактерий фаза гибели , характеризующаяся отмиранием бактерий в условиях истощения источников питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма бактерий. Продолжительность ее колеблется от 10 ч до нескольких недель. Интенсивность роста и размножения бактерий зависит от многих факторов, в том числе оптимального состава питательной среды, окислительно-восстановительного потенциала, рН, температуры и др.

Размножение бактерий на плотной питательной среде. Бактерии, растущие на плотных питательных средах, образуют изолированные колонии округлой формы с ровными или неровными краями (S- и R-формы), различной консистенции и цвета, зависящего от пигмента бактерий.

Пигменты, растворимые в воде, диффундируют в питательную среду и окрашивают её. Другая группа пигментов нерастворима в воде, но растворима в органических растворителях. И, наконец, существуют пигменты, не растворимые ни в воде, ни в органических соединениях.

Наиболее распространены среди микроорганизмов такие пигменты, как каротины, ксантофиллы и меланины. Меланины являются нерастворимыми пигментами черного, коричневого или красного цвета, синтезирующимися из фенольных соединений. Меланины наряду с каталазой, супероксидцисмутазой и пероксидазами защищают микроорганизмы от воздействия токсичных перекисных радикалов кислорода. Многие пигменты обладают антимикробным, антибиотикоподобным действием.

Основные принципы культивирования бактерий. Аппаратура для культивирования микроорганизмов. Культуральные свойства бактерий.

Колония представляет собой видимое изолированное скопление особей одного вида микроорганизмов, образующееся в результате размножения одной бактериальной клетки на плотной питательной среде (на поверхности или в глубине ее). Колонии бактерий разных видов отличаются друг от друга по своей морфологии, цвету и другим признакам.

Чистую культуру бактерий получают для проведения диагностических исследований — идентификации, которая достигается путем определения морфологических, культуральных, биохимических и других признаков микроорганизма.

Морфологические и тинкториальные признаки бактерий изучают при микроскопическом исследовании мазков, окрашенных разными методами, и нативных препаратов.

Культуральные свойства характеризуются питательными потребностями, условиями и типом роста бактерий на плотных и жидких питательных средах. Они устанавливаются по морфологии колоний и особенностям роста культуры.

Биохимические признаки бактерий определяются набором конститутивных и индуцибельных ферментов, присущих определенному роду, виду, варианту. В бактериологической практике таксономическое значение имеют чаще всего сахаролитические и протеолитические ферменты бактерий, которые определяют на дифференциально-диагностических средах.

При идентификации бактерий до рода и вида обращают внимание на пигменты, окрашивающие колонии и культуральную среду в разнообразные цвета. Например, красный пигмент образуют Serratia marcescens, золотистый пигмент — Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк), сине-зеленый пигмент — Pseu-domonas aeruginosa.

Для установления биовара (хемовара, серовара, фаготипа) проводят дополнительные исследования по выялвениб соответствующего маркера – определению фермента, антигена, чувствительности к Фанам.

Методы выделения чистых культур бактерий.

Универсальным инструментом для производства посевов является бактериальная петля. Кроме нее, для посева уколом применяют специальную бактериальную иглу, а для посевов на чашках Петри — металлические или стеклянные шпатели. Для посевов жидких материалов наряду с петлей используют пастеровские и градуированные пипетки. Первые предварительно изготовляют из стерильных легкоплавких стеклянных трубочек, которые вытягивают на пламени в виде капилляров. Конец капилляра сразу же запаивают для сохранения стерильности. У пастеровских и градуированных пипеток широкий конец закрывают ватой, после чего их помещают в специальные пеналы или обертывают бумагой и стерилизуют.

При пересеве бактериальной культуры берут пробирку в левую руку, а правой, обхватив ватную пробку IV и V пальцами, вынимают ее, пронося над пламенем горелки. Удерживая другими пальцами той же руки петлю, набирают ею посевной материал, после чего закрывают пробирку пробкой. Затем в пробирку со скошенным агаром вносят петлю с посевным материалом, опуская ее до конденсата в нижней части среды, и зигзагообразным движением распределяют мате риал по скошенной поверхности агара. Вынув петлю, обжигают край пробирки и закрывают ее пробкой. Петлю стерилизуют в пламени горелки и ставят в штатив. Пробирки с посевами над_г писывают, указывая дату посева и характер посевного материала (номер исследования или название культуры).

Аппаратура для выращивания микроорганизмов, стерилизации и других микробиологических исследований

2. Микроанаэростат – аппарат для выращивания микроорганизмов в бескислородных условиях.

Универсальным инструментом для производства посевов является бактериальная петля . Кроме нее, используют иглу, а для посевов на среды в чашках Петри – металлические и стеклянные шпатели . Для посевов жидких материалов, кроме петли, используют пастеровские и градуированные пипетки .

культуральные свойства бактерий.

Колонии характеризуют по величине, форме, контуру края, рельефу, поверхности, цвету, структуре и консистенции. Величина колонии определяется ее диаметром. В за-висимости от диаметра различают колонии точечные (диаметр меньше 1 мм), мелкие (диаметр 1—2 мм), средние (диаметр 2—4 мм) и крупные (диаметр 4—6 мм и более). Форма колонии бывает правильная — круглая, неправильная — амебовидная, ризоидная — корневидная, напоминающая переплетающиеся корни деревьев. Характер контура края определяют при

рассмотрении колонии под лупой или микроскопом с малым увеличением. Различают ровные края в виде четко выраженной линии и неровные. Последние делят на: 1. фестончатый край, состоящий из крупных, слегка округлых или уплощенных зубцов правильной формы; 2. волнистый край, который несколько отличается от фестончатого тем, что крупные зубцы его выражены нечетко; 3. эрозированный, или зазубренный, край, состоящий из острых зубцов различной величины и формы; 4. бахромчатый край, имеющий нежные ворсинки. В некоторых случаях четко выраженная линия, отграничивающая колонию от поверхности среды, отсутствует. Такой край колонии называется расплывчатым. Рельеф колонии характеризуется приподнятостью ее над поверхностью питательной среды и контуром формы в вертикальном разрезе. Определяется рельеф колонии невооруженным глазом или с лупой при рассматривании сверху и сбоку. Различают: 1) каплеобразные и куполообразные колонии правильной круглой формы с различно выраженной степенью выпуклости, которые в вертикальном разрезе представляют собой сегмент шара и отличаются только длиной радиуса. Колонии слабовыпуклые имеют большую длину радиуса; куполо-образные — меньшую; 2) колонии плосковыпуклые с плоским верхом, пологими или круто обрывающимися краями; имеют в вертикальном разрезе форму трапеции; 3) колонии конусообразные, имеющие в вертикальном разрезе форму треугольника: 4) колонии с приподнятой в виде соска серединой и ва-ликом по периферии; 5) колонии с вдавленным центром; 6) колонии плоские, стелющиеся по поверхности среды. Поверхность колонии изучают с помощью лупы или под микроскопом

при малом увеличении. Поверхность колоний бывает матовая или блестящая с глянцем, сухая или влажная, гладкая или шероховатая. Цвет колонии определяется пигментом, который продуцирует культура микробов. Преобладающее большинство патогенных бактерий пигмента не образует, вследствие чего колонии их бесцветны или молочно-мутного цвета, похожи на опал. В проходящем свете такие колонии в большей или меньшей степени прозрачны. Пигментообразующие виды микробов дают колонии различных цветов: кремовые, желтые, золотисто-оранжевые, синие, красные, сиреневые, черные и др.

Структура колоний определяется в проходящем свете при слабом увеличении микроскопа, суженной диафрагме или при несколько опущенном конденсоре. У пигментированных колоний и колоний, не пропускающих света, она не определяется.

По характеру структуры различают следующие виды колоний:

1) гиалиновые — бесцветные, прозрачные, без видимой определенной структуры;

2) ) зернистые, которые в зависимости от величины зерен разделяются на мелко - и грубозернистые

3) нитевидные или волокнистые, характеризующиеся наличием длинных, густо переплетающихся нитей в толще колонии

Колонии бывают однородные и неоднородные. Строение первых одинаково во всех частях, у вторых центральная часть отличается от периферической или отдельные сектора имеют строение, неодинаковое с остальной массой

Консистенцию колонии, определяющую ее физическое состояние, исследуют посредством прикосновения или взятия из нее части материала бактериальной петлей. По характеру консистенции колонии бывают:

1) пастообразные, легко снимающиеся и размывающиеся по поверхности питательной среды наподобие сливочного масла;

3) волокнистые или кожистые, плотные, снимающиеся с поверхности питательной среды в виде упругой пленки, соответствующей величине и форме колонии;

Питательной средой в микробиологии называют среды, содержащие различные соединения сложного или простого состава, которые применяются для размножения бактерий или других микроорганизмов в лабораторных или промышленных условиях.

Питательные среды готовят из продуктов животного или растительного происхождения. Большое значение имеет наличие в питательной среде ростовых факторов, которые катализируют метаболические процессы микробной клетки (витамины группы В, никотиновая кислота и др.).

Искусственные среды готовят по определенным рецептам из различных настоев или отваров животного или растительного происхождения с добавлением неорганических солей, углеводов и азотистых веществ.

В бактериологической практике чаще всего используют сухие питательные среды, которые получают на основе достижений современной биотехнологии. Для их приготовления используют экономически рентабельное непищевое сырье: утратившие срок годности кровезаменители (гидролизин—кислотный гидролизат крови животных, аминопептид — ферментативный гидролизат крови; продукты биотехнологии (кормовые дрожжи, кормовой лизин, виноградная мука, белколизин). Сухие питательные среды могут храниться в течение длительного времени, удобны при транспортировке и имеют относительно стандартный состав.

По консистенции питательные среды могут быть жидкими, полужидкими, плотными. Плотные среды готовят путем добавления к жидкой среде 1,5—2% агара, полужидкие — 0,3— 0,7 % агара. Агар представляет собой продукт переработки особого вида морских водорослей, он плавится при температуре 80—86 °С, затвердевает при температуре около 40 °С и в застывшем состоянии придает среде плотность. В некоторых случаях для получения плотных питательных сред используют желатин (10—15%). Ряд естественных питательных сред (свернутая сыворотка крови, свернутый яичный белок) сами по себе являются плотными.

По целевому назначению среды подразделяют на основные, элективные и дифференциально-диагностические.

К основнымотносятся среды, применяемые для выращивания многих бактерий. Это триптические гидролизаты мясных, рыбных продуктов, крови животных или казеина, из которых готовят жидкую среду — питательный бульон и плотную — питательный агар. Такие среды служат основой для приготовления сложных питательных сред — сахарных, кровяных и др., удовлетворяющих пищевые потребности патогенных бактерий.

Элективныепитательные среды предназначены для избирательного выделения и накопления микроорганизмов определенного вида (или определенной группы) из материалов, содержащих разнообразную постороннюю микрофлору. При создании элективных питательных сред исходят из биологических особенностей, которые отличают данные микроорганизмы от большинства других. Например, избирательный рост стафилококков наблюдается при повышенной концентрации хлорида натрия, холерного вибриона — в щелочной среде и т. д.

Дифференциально-диагностическиепитательные среды применяются для разграничения отдельных видов (или групп) микроорганизмов. Принцип построения этих сред основан на том, что разные виды бактерий различаются между собой по биохимической активности вследствие неодинакового набора ферментов.

Особую группу составляют синтетические и полусинтетические питательные среды. В состав синтетических сред входят химически чистые вещества: аминокислоты, минеральные соли, углеводы, витамины. В полусинтетические среды дополнительно включают пептон, дрожжевой экстракт и другие питательные вещества. Эти среды чаще всего применяют в научно-исследовательской работе и в микробиологической промышленности при получении антибиотиков, вакцин и других препаратов.

В последние годы в целях экономии питательных сред и ускоренной идентификации некоторых микроорганизмов (энтеробактерии, стафилококки, стрептококки и др.) применяются так называемые микротест-системы(МТС). Они представляют собой полистироловые пластины с лунками, в которых содержатся стерильные дифференциально-диагностические среды. Стерилизацию МТС проводят УФ-облучением. Микротест-системы особенно удобны при массовых бактериологических исследованиях в практических лабораториях.

Для успешного культивирования микроорганизмов важно не только правильно подобрать питательную среду и правильно произвести посев, но еще необходимо создать и оптимальные условия: обеспечить соответствующую температуру, влажность, аэрацию. Как правило, успешное культивирование микроорганизмов в лаборатории удается только при тщательном воспроизведении условий природной для них среды.

Оптимальную температуру при культивировании большинства патогенных для теплокровных (в том числе и человека) микроорганизмов (37 градусов) создают в термостате.

Термостат представляет собой прибор с двойными стенками, между которыми находится воздух или вода. Подогрев воды осуществляется при помощи электрического тока. Термостат снабжен терморегулятором, автоматически поддерживающим нужную температуру, и термометром для контроля за температурой.

Пробирки с посевами устанавливают в штативах на полках термостата. Чашки в термостате должны стоять вверх дном.

Чтобы воздух в термостате свободно циркулировал и нагрев был равномерным, полки в термостате делают с прорезами и при работе плотно не загружают.

Чтобы не охладить культуры, термостат надолго не оставляют открытым.

Жизнь микроорганизмов возможна только во влажных условиях. Для микробов необходима капельно – жидкая среда – вода, так как питательные вещества проникают в клетку только в растворенном состоянии. Минимальное содержание свободной воды, при котором еще возможно развитие, для большинства микроорганизмов равно примерно 20%.

При культивировании в жидких питательных средах проблемы поддержания влажности не существует.

Свежеприготовленные агаризированные среды всегда содержат некоторое количество капельно – жидкой воды. Она бывает заметна в виде более или менее обильного конденсата, Однако при длительном хранении культур на плотных средах при комнатной температуре и даже в холодильнике среды подсыхают, что может привести к гибели микроорганизмов. Поэтому необходимо производить регулярные своевременные пересевы культур, не допуская подсыхания сред. Если предполагается длительное культивирование в термостате, то чашки или пробирки лучше всего поместить во влажную камеру, т.е в закрытый сосуд, где имеется емкость с водой. Некоторые грибы могут расти на плотных субстратах без капельно – жидкой среды, но во влажной атмосфере.

В день посева плотные питательные среды, основу которых составляет агар – агар, расплавляют на водяной бане и в жидком состоянии стерильно разливают в чашки Петри. После застывания агара и подсушивания конденсационной воды в термостате, можно производить посев на пластинчатый агар. Скашивать плотные питательные среды в пробирках также лучше в день посева. При культивировании микробов особенно чувствительных к отсутствию влаги (например, гонококков) в термостат ставят открытый сосуд с водой.

Подавляющему большинству микробов, в том числе и патогенным, свет не нужен. Прямые солнечные лучи отрицательно влияют на развитие многих микроорганизмов, поэтому их культивируют в неосвещенных термостатах. Однако, для изучения пигментообразования, которое происходит активнее при рассеянном свете, культуры после термостата выдерживают 2 – 3 дня при комнатном освещении.

Микроорганизмы, использующие в процессах обмена веществ энергию света, выращиваются при освещении. Для освещения обычно применяют лампы накаливания мощностью 75 – 100 вт. При культивировании водорослей можно использовать и люминесцентные лампы.

Большинство патогенных микробов культивируют 18 – 24 часа, но есть виды, развивающиеся значительно быстрее (холерный вибрион 8 – 10 часов) или медленнее (бруцеллы 5 – 27 дней, туберкулезные бактерии 4 – 6 недель и т.д.).

Продолжительность культивирования микроорганизмов зависит от скорости их размножения. Чтобы сохранить влагу в пробирках при длительном культивировании микробов, ватные пробки после посева заменяют стерильными резиновыми или надевают на них резиновые колпачки.

По потребности микробов в свободном кислороде их делят на облигатные аэробы (возбудители холеры, чумы, туберкулеза), анаэробы (возбудители столбняка, ботулизма, газовой раневой инфекции, бактероиды) и факультативные анаэробы (возбудители брюшного тифа, дизентерии, стафилококки и др.). Эти группы требуют различных условий культивирования.

При культивировании аэробов и факультативных анаэробов поступление необходимого кислорода осуществляется при пассивной и активной аэрации.

Пассивная аэрация – это культивирование микроорганизмов на плотных и жидких питательных средах, закрытых ватными или ватно – марлевыми пробками, а также на плотных питательных средах в чашках Петри. В этом случае микроорганизмы развиваются на поверхности среды и получают кислород непосредственно из воздуха пробирки или чашки Петри. Поэтому при поверхностном культивировании микроорганизмов стараются увеличить площадь соприкосновения среды с воздухом. Для этого среды наливают тонким слоем в посуду с широким дном (чашки Петри, колбы Виноградского, матрацы).

На жидких средах аэробные микроорганизмы растут в виде пленок, обычно достаточно плотных. Факультативные анаэробы развиваются также и в толще жидкой среды, образуя более или менее равномерное помутнение или хлопья. Для них характерны менее плотные пленки, чем для облигатных аэробов.

Поверхностное культивирование микроорганизмов применяют в лабораториях и в промышленности.

Активную аэрацию применяют при глубинном культивировании микробов, когда их выращивают в больших объемах среды. Чтобы достаточно снабдить кислородом такие культуры, их помещают в специальные качалки – постоянное перемешивание культуры обеспечивает соприкосновение ее с воздухом. При культивировании микробов в объемах жидкости, достигающих десятков и сотен литров, используются приборы, называемые реакторами или ферменторами. Воздух продувают через культуру при помощи специальных устройств.

Культивирование анаэробов сложнее, чем аэробов, так как их необходимо лишить доступа свободного кислорода воздуха. Для этого из питательной среды удаляют воздух, применяя различные способы:
1. Удаление кислорода механическим путем. Анаэробные микроорганизмы можно культивировать в обычных чашках Петри, помещая их сразу после засева в анаэростат, из которого затем откачивается воздух. Анаэростаты – это вакуумные металлические или стеклянные эксикаторы. Металлические анаэростаты имеют герметически закрывающуюся крышку и снабжены манометром. Они способны сохранять высокое разряжение в течение длительного времени. Стеклянные вакуумные эксикаторы имеют пришлифованную крышку с краном на шлифах для откачивания воздуха. Пришлифованные поверхности эксикатора во избежание проникновения в него воздуха покрывают специальной вакуумной смазкой.
2. Замещение воздуха в анаэростате азотом, аргоном, водородом или смесью азота с углекислым газом.
3. Культивирование в высоком столбике агара с глюкозой. При этом способе микроорганизмы растут на дне, защищенные от воздуха высоким слоем среды.
4. Удаление кислорода химическим способом достигается при его окислении различных веществ кислородом, содержащимся в среде и сосудах для культивирования.
5. Метод Виньяля – Вейона заключается в том, что посев производят в пробирку с расплавленным и остуженным до 45 градусов агаром. Содержимое пробирки перемешивают и набирают в пастеровскую пипетку при помощи груши, заполняя пипетку до самого верха. Необходимо следить, чтобы в пипетку не попали пузырьки воздуха. Тонкий конец пипетки запаивают и пипетку помещают в термостат. В толще агара вырастают изолированные колонии анаэробов.
6. Добавление в среду редуцирующих (окисляющих) веществ. Используют среду Китт – Тароцци, содержащую в качестве редуцирующих веществ 0,5% раствор глюкозы, кусочки печени или яичного белка. Перед посевом среду кипятят 20 минут на водяной бане для удаления из нее растворенного кислорода. Перед посевом в пробирку на поверхность питательной среды наливают стерильное масло слоем 0,5 – 1,0 см для защиты анаэробов от проникновения кислорода.
7. Биологический метод Фортнера. В чашку Петри наливают толстым слоем агар с 5% крови. Чтобы культуры не смешивались, по диаметру чашки делают желобок в агаре. На одну половину питательной среды засевают аэробы, на другую – анаэробы. Края чашки тщательно заливают парафином. Посевы ставят в термостат. Сначала вырастают аэробы, а после поглощения ими кислорода, находящегося в чашке, начнут развиваться анаэробы.

Культивирование актиномицетов, грибов, микоплазм, L-форм, спирохет и простейших принципиально сходно с культивированием бактерий. Для них разработаны специальные среды и подобраны режимы, соответствующие их потребностям.

По типу питания грибы являются гетеротрофами. В качестве источника углерода грибы могут использовать большинство органических веществ. Однако, некоторые грибы лучше используют глюкозу, другие – фруктозу или пентозу. В качестве источника азота грибы могут использовать такие органические соединения как белки, пептон, пептиды, аминокислоты, соли аммония, нитраты, азот атмосферы. Диапазон использования перечисленных источников азота у разных видов грибов неодинаков.

Для роста и жизнедеятельности грибов необходимы минеральные вещества. Кроме макроэлементов (углерода, кислорода, водорода, азота, серы, фосфора, калия, кальция, магния, железа) им необходимы и микроэлементы (марганец, цинк, медь, кобальт, никель и др.).

Важную роль в физиологии грибов играют витамины. Потребность в витаминах у грибов зависит от ростовой реакции.

В отношении питательных сред большинство грибов крайне непритязательны. Они хорошо растут на самых разнообразных субстратах: картофеле, моркови, сахарном агаре, глицериновом агаре. Оптимальный рост грибов происходит при температуре 26 – 28 градусов. В зависимости от состава питательной среды особенности культуральных чвойств того или иного гриба могут варьировать.

Грибы культивируют с разными целями – для поддержания в жизнеспособном состоянии без потери функций и особенностей строения, для идентификации, получения продуктов метаболизма грибов, сохранения посевных культур и т.д. Подбор среды для культивирования грибов зависит от цели исследования и биологических особенностей микроорганизма.

Среды для культивирования грибов по составу ингредиентов бывают: 1. Природные – разнообразные субстраты растительного и животного происхождения (корнеплоды, зерно злаков, листья, стебли растений, органы и ткани животных).
2. Полусинтетические – это комбинированные среды из природных субстратов и химически известных компонентов.
3. Синтетические – состоящие из ингредиентов известного состава. Различные комбинации ингредиентов в синтетических средах и их концентраций практически не ограничены и могут служить для выяснения разнообразных процессов жизнедеятельности грибов, связанных с их ростом, размножением и физиологической активностью.

Для актиномицетов наиболее подходящими питательными средами являются щелочной глицериновый агар, картофель, сывороточные, мясные и асцитические среды, а также агар Сабуро. Посевы культивируют в аэробных и анаэробных условиях при 35 – 37 градусах не менее двух недель.

Культивирование кишечных простейших на специальных питательных средах является биологическим методом обогащения, позволяющим из единичных экземпляров паразитов получить достаточное их количество. Увеличение количества экземпляров в результате их размножения на питательной среде облегчает обнаружение и изучение паразитов.

Для культивирования кишечных амеб применяется среда, в состав которой входят четыре яйца и среда Локка (1000 мл дистиллированной воды, NaHCOз – 0,2г, хлористый кальций – 0,2г, KCl – 0,4г, NaCl – 9,0г, глюкозы – 2,5г, рН среды – 7,4). Для получения скошенной поверхности среды, пробирки в наклонном положении помещают в аппарат для свертывания и выдерживают при 70 градусах до затвердевания. Перед посевом в пробирку с плотной питательной средой добавляется несколько капель инактивированной человеческой или лошадиной сыворотки и 1 – 2 петли стерильного рисового отвара.

Для культивирования жгутиконосцев к 200 мл среды Локка добавляется одно яйцо, и полученная смесь подогревается на водяной бане в течение 15 минут. Затем смесь фильтруется через марлю, разливается по 5 – 6 мл в пробирки и стерилизуется в автоклаве под давлением в течение 20 минут.

При культивировании балантидий может быть использована среда Френкеля (4,0г аспарагина, 6,0г ammonium lacticum, 2,0г двухзамещенного фосфорнокислого калия, 5,0г NaCl, 1000 мл дистиллированной воды). Среда стерилизуется в автоклаве в течение 20 минут при 120 градусах, 1 атм. Затем к ней добавляются стерильные лошадиная сыворотка в разведении 1:10 и 2 – 3 капли крахмала (рН среды 7,2 – 7,4).

Культивирование простейших осуществляется в термостате при 37 градусах. Пересевы проводятся через день.

Риккетсии, хламидии и вирусы, являющиеся строгими внутриклеточными паразитами, совершенно не культивируются на искусственных питательных средах, используемых для культивирования бактерий, грибов, микоплазм и простейших.

Риккетсии обладают собственным метаболизмом, однако являются полностью энергетически зависимыми от тканевой клетки, поэтому риккетсии и являются внутриклеточными паразитами.. В клетке хозяина каждый вид риккетсий размножается только в определенных местах: в цитоплазме, ядре или вакуолях клеток. Риккетсии культивируются в кишечнике платяных вшей, желточном мешке развивающегося куриного эмбриона, в клетках легких белых мышей, в клетках неперевиваемых культур тканей.

У хламидий наблюдается не только энергетическая зависимость от клетки ткани, но и слабо выражена метаболическая активность. Поэтому хламидии можно культивировать только в желточном мешке развивающегося куриного эмбриона или в клетках культур тканей.

Культивирование вирусов проводится для их выделения и накопления с диагностическими целями, для последующего их изучения, для получения биологических препаратов, для изучения вирусного онкогенеза и патогенеза вирусных инфекций.

Вирусы являются строгими внутриклеточными паразитами и для их культивирования применяются (при строгом контроле) три метода:
1) в организме восприимчивого животного;
2) в развивающемся курином эмбрионе;
3) в культуре клеток.

В вирусологической практике для культивирования вирусов используют преимущественно новорожденных животных, поскольку они более чувствительны к вирусам. Этот метод имеет ограниченное применение, поскольку вирусы обладают очень выраженным специфическим тропизмом.

Куриные эмбрионы используются для культивирования только некоторых вирусов – гриппа, герпеса, натуральной и обезьяней оспы, паротита.

Наиболее широко в вирусологической практике для культивирования вирусов используются клетки культур тканей. Эти клетки по числу жизнеспособных генераций можно подразделить на три группы:
1. Первичные;
2. Перевиваемые;
3. Полуперевиваемые.

К первичным культурам относятся культуры клеток, способные выдерживать не более 5 – 10 пассажей. Их готовят преимущественно из эмбриональных тканей: почечной ткани эмбриона человека и обезьян, амниона человека, куриного эмбриона, эмбриона мышей, а также из почек взрослых обезьян.

К полуперевиваемым культурам клеток относятся культуры диплоидных клеток, получаемых из фибробластов человеческого эмбриона. Эти клетки выдерживают до 150 генераций, сохраняя исходный диплоидный набор хромосом. Диплоидные клетки нашли широкое применение в вирусологии.

Перевиваемые культуры получают преимущественно из опухолевых клеток одного типа, хорошо размножающихся in vitro в течение длительного времени. К таким клеткам относятся линии, ведущие свое начало от карцином человека (HeLa, Hep -2 и др.). Основное преимущество перевиваемых линий перед первичной культурой клеток состоит в их способности размножаться в лабораторных условиях в течение длительного срока в многочисленных генерациях.

Для выращивания культур клеток любого типа необходимы питательные среды. Наиболее широкое применение нашла среда 199. В состав этой среды входят минеральные соли, глюкоза, аминокислоты, витамины, ко – ферменты и многие другие компоненты. Кроме того, в питательную среду обязательно вносят сыворотку крови и буферные растворы для поддержания стабильного рН. Чтобы предотвратить бактериальное загрязнение, в среду добавляют антибиотики.

Под понятием культивирование бактерий, которое использует микробиология, подразумевается процесс выделения отдельных типов, видов либо клонов микроорганизмов. Благодаря естественным и искусственным субстратам можно получать комбинации из различных микроорганизмов.

Когда возникает потребность в чистых культурах?

Под чистыми культурами подразумевается набор бактерий, которые относятся к одному виду и обладают сходными культуральными, химическими и морфологическими характеристиками.

Применяться такие культуры могут в следующих случаях:

При необходимости изучить систематику и переменчивость отдельных бактерий.
При необходимости диагностировать инфекционное заболевание.
В промышленных целях – в виде сырья для создания антибиотиков, витаминных и ферментных препаратов, гормонов стероидного типа, вакцин и прочих продуктов.
В пищевой промышленности – в виде сырья для производства пива, вина, создания хлебобулочной и молочной продукции.

Чтобы получить чистые культуры отдельных микроорганизмов, применяются следующие методы: капельная технология Линднера, метод Ганзена с использованием влажной камеры, метод выделения из единой колонии на желатиновой либо агарной среде и микроманипуляторный метод.

Какие среды могут использоваться для культивирования аэробов?

Аэробы представляют собой микроорганизмы, для размножения и жизнедеятельности которых требуется кислород в свободном виде.

Современная микробиология предполагает принципы выделения аэробов на сложных и простых, полужидких, жидких, а также твердых питательных средах.

Среди самых распространенных простых питательных сред – мясопептонный агар, молоко, пептонная вода, картофельные ломтики, мясопептонный бульон.

Сложные среды представлены в виде простых составов, разбавленных специальными добавками – животной сывороткой, кровью, асцитической жидкостью и т.п.

Среды, в зависимости от целей дальнейшего использования микроорганизмов, подразделяют на следующие виды:

Элективные. К таким средам относятся те, на которых рост аэробных и анаэробных микроорганизмов происходит значительно интенсивнее.
Среды накопления (обогащения) дают возможность накопить либо же изолировать определенную разновидность бактерий. К данной группе относятся такие питательные среды, как среды Мюллера, Кауфмана и Килиана, благодаря которым удается изолировать распространение дифтерийных, паратифозных, тифозных и кишечных микроорганизмов.
Дифференциально-диагностические среды. Их применяют при необходимости дифференцирования разновидности исследуемого микроорганизма, а также определения его качественных характеристик.
Консервирующие среды, состоящие из веществ (к примеру, глицерина), благодаря которым имеется возможность в процессе транспортировки сохранять в живом виде патогенные микроорганизмы.

Какими методами выполняют культивирование?

В микробиологии выведение бактерий аэробного типа может происходить в следующих условиях:

Условия, для которых берутся плотные питательные среды либо прослойка жидкой среды, в которой получение кислорода происходит из окружающего воздуха.
Условия, при которых размножение происходит в питательных жидких средах (глубинный метод культивирования). Получение кислорода микроорганизмами в данном случае происходит из растворенных растворенных в жидкости молекул. Чтобы при низком содержании кислорода бактерии аэробного типа росли более интенсивно, жидкость потребуется аэрировать.

Используя такие методы, можно получить чистые аэробные культуры, используемые для разнообразных целей не только в медицине, но и промышленной и пищевой индустрии.

Культивирование микроорганизмов-анаэробов: основные особенности

Анаэробы представляют собой микроорганизмы, развитие и деление которых происходит в среде, не содержащей кислород в свободном виде. Обнаруживаются они практически во всех человеческих тканях, пробы берутся из воспалительно-гнойных очагов.

Принципы выращивания анаэробных микроорганизмов представляют собой более длительную и хлопотную процедуру, чем культивирование аэробных форм. Связано это с тем, что контакт культур с кислородом нужно свести к минимуму. Чтобы анаэробные условия были правильными, применяются разные методы, которые условно разделяются на биологические, химические и физические. Несмотря на свои особенности, все они имеют один сходный принцип – обеспечение замкнутого пространства.

Под физическими методами культивирования подразумевается выращивание микроорганизмов посредством микроанаэростата. В данном вакуумном агрегате вместо воздуха применяется газовая смесь.

К химическим методикам культивирования можно отнести:

Методы, при которых используются химические вещества, способные поглощать кислородные молекулы. Для реализации в лабораторных условиях берутся хлорид меди одновалентной, раствор пирогаллола щелочной, дитионит натрия, а также другие реактивы.
Метод, для которого используются восстанавливающие агенты, добавляемые с целью уменьшения окислительно-восстанавливающего эффекта среды. Происходить это может благодаря аскорбиновой кислоте, цистеину, тиогликолату натрия.

Что касается биологических способов размножения бактерий, то для их выполнения применяется, к примеру, чашка Петри, разделенная на две половины посредством желобка. В одной из половин помещаются анаэробные, а в другой – аэробные микроорганизмы, после чего края чаши заливаются парафином. Как только аэробы используют весь кислород, активируется рост анаэробных организмов.

Для культивирования молочнокислых бактерий могут применяться и другие способы:

Посев в высокие слоя питательных сред.
Размножение в плотных средах (с самой их толще).
Метод размножения в вязких условиях, при которых процесс диффузии кислородных молекул в жидкость снижается при повышении ее плотности.
Культивирование при помощи вазелинового масла либо стерильного парафина, заливаемого в питательную среду.

При наличии необходимых навыков, оборудования и реактивов, выделение анаэробных и других бактерий можно проводить и в домашних условиях.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Читайте также: