Специальные питательные среды используют для выращивания

Питательная среда

При культивировании микроорганизмов важно создать оптимальные условия для их роста. Одним из основных факторов успешного культивирования является состав и свойства питательной среды. Универсальной питательной среды, пригодной для роста и развития всех без исключения микроорганизмов не существует, поскольку конструктивные и энергетические процессы микробов различны.

Виды питательных сред

По составу питательные среды делят на:

1. Синтетические – представляют собой водные растворы химически чистых соединений в установленных дозировках. Состав таких питательных сред полностью известен, но используются они для немногих видов нетребовательных к питанию микроорганизмов.
2. Натуральные или естественные – состоят из продуктов животного или растительного происхождения. Химический состав таких сред сложен и точно не определен. К ним относят мясопептонный бульон и агар, солодовое сусло, сусло-агар, обезжиренное и гидролизованное молоко, отвары овощей.

По целевому назначению питательные среды делят на:

1. Основные – применяются для выращивания многих бактерий. К ним относят мясопептонный бульон (МПБ), триптические гидролизаты рыбных, мясных продуктов, казеина. Основные среды служат для приготовления сложных питательных сред. К ним добавляют молоко, сахар, кровь и прочие ингредиенты.
2. Селективные (избирательные) – предназначены для выделения и накопления микроорганизмов определенных видов или групп из объектов, содержащих разнообразную микрофлору. Сопутствующие микробы или совсем не растут на элективных средах или развитие их сильно подавляется. Разработка таких питательных сред основывается на биологических особенностях конкретных микроорганизмов, отличающих их от многих других.
3. Дифференциально-диагностические – позволяют быстро устанавливать и отличать группы микроорганизмов друг от друга. Их состав подбирается с расчетом четкого выявления характерных свойств конкретного вида. Во многих случаях это достигается введением в среды специальных красителей-индикаторов, окрашивающих колонии определяемых микробов в определенные цвета.

По физическому состоянию питательные среды делят на:

1. Жидкие (бульоны) – используют для накопления биомассы микробов, продуктов их метаболизма, а так же для выявления физиолого-биохимических особенностей микроорганизмов.
2. Полужидкие – питательные среды, содержащие от 0,08 до 0,7% агара.
3. Плотные – готовятся из жидких питательных сред, путем добавления желирующих веществ – агара или желатина (1,5–2,0%). Данные вещества при растворении в горячей воде формируют коллоидный раствор, дающий при охлаждении плотный гель (студень). Студеобразные среды возможно расплавить при помощи нагревания. Плотные среды используют для выделения чистых культур микроорганизмов, в диагностических целях, для количественного учета микроорганизмов, определения, протеолитической и антагонистической активности.
4. Сухие – выпускаются специализированными предприятиями, используются в микробиологических целях. Перед использованием в них добавляют воду и стерилизуют.

Требование к питательным средам

Для культивирования микроорганизмов используют различные по составу питательные среды. Но все они должны соответствовать ряду общих требований:

• содержать полный набор веществ необходимых для питания, выращиваемого микроорганизма, в легко усвояемой форме;
• обладать оптимальной влажностью, вязкостью, кислотностью среды (pH);
• быть изотоничными ( с осмотическим давлением равным осмотическому давлению внутри клетки);
• по возможности – быть прозрачными .

Основные компоненты любой питательной среды – источники азота и углерода. Их количественное отношение является определяющей характеристикой большинства сред.

Автотрофные микробы требовательны к наличию углекислого газа, поскольку его концентрация в воздухе составляет только 0,03 %. Для обеспечения питательных сред углекислым газом вносят обычно карбонат кальция (СаСО₃), иногда – гидрокарбонат натрия (NaHCO₃), либо другие карбонаты. В некоторых случаях через среду продувают воздух, искусственно обогащенный углекислым газом до 1–5%.

Гетеротрофные организмы успешно развиваются на средах, содержащих источники углерода в виде органических соединений. В зависимости от индивидуальных особенностей гетеротрофные микроорганизмы используют разнообразные органические соединения – спирты, органические кислоты, углеводы, углеводороды, ароматические соединения. Обычно в лабораторной практике в качестве источника углерода применяют глюкозу, поскольку именно это соединение углерода легче всего утилизируется микробами.

Потребности в источниках азота удовлетворяются азотосодержащими соединениями, с разной степенью восстановленности азота. В основном это соли аммония вносимые в питательную среду в форме сульфатов и хлоридов. При использовании этих веществ необходимо учитывать их высокую физиологическую кислотность, влияющую на кислотность среды и развитие микроорганизмов. Кроме того, потребность в азоте удовлетворяется нитратами. Нитриты используются очень редко, поскольку токсичны для многих микроорганизмов.

Не маловажными для построения веществ микробной клетки являются соединения фосфора, серы, калия, магния, кальция и других микроэлементов, которые так же должны содержаться в питательной среде в доступной форме. Их потребность удовлетворяется за счет минеральных солей.

Потребность в сере удовлетворяются сульфатами. В фосфоре – солями фосфорной кислоты. Все необходимые металлы и прочие элементы – в форме катионов или анионов неорганических солей. В частности, источник магния – сульфат магния (MgSO₄), натрия – хлорид натрия или поваренная соль (NaCl), кальция – хлорид кальция (CaCl₂) или карбонат кальция (CaCO₃).

Для нормального развития микробов, в том числе бактерий, необходимы так называемые факторы роста (аминокислоты, азотистые основания, витамины, жирные кислоты, железоприны и многие другие соединения). Их добавляют в питательные среды в значительно меньшем количестве, чем макроэлементы.

Потребность в нескольких аминокислотах удовлетворяют, добавляя гидролизат белка. Для его получения используют белки животного или растительного происхождения. В первом случае это мясо, рыба, желатин, казеин. Во втором – семена сои, подсолнечника, кукурузы. Источником аминокислот могут служить клетки микроорганизмов – дрожжи, водоросли, бактерии.

Гидролиз проводится с использованием протеолитических ферментов, кипячением крепких щелочей или минеральных кислот. Некоторые натуральные вещества (дрожжевой или кукурузный экстракт) содержат несколько факторов роста (минеральные соли, витамины, аминокислоты).

Использование питательных сред

Питательные среды используются для:

• выделения чистых культур бактерий из биогенных и абиогенных объектов;
• для определения культуральных и ферментативных свойств микробов;
• для определения устойчивости микробов к химическим, биологическим и физическим факторам;
• для накопления микробной биомассы и продуктов биосинтеза;
• для хранения музейных культур.

Источник

Питательные среды, используемые для выращивания микроорганизмов, их общая характеристика и компонентный состав

Питательные среды, используемые для выращивания микроорганизмов, их общая характеристика и компонентный состав.

Микроорганизмам для нормального роста, развития и размножения необходим комплекс питательных, веществ, позволяющий поддерживать в рабочем состоянии все структурные компоненты и функциональную активность микробной клетки. Поэтому в микробиологии в целом и биотехнологии в частности успехи в культивировании микроорганизмов в значительной степени определяются знанием их физиолого-биохимических особенностей и подбором питательных сред.

Питательные среды применяют при выращивании микроорганизмов и выделении их в чистой культуре, при получении биотехнологическими методами различных микробных препаратов (антибиотиков, вакцин, аминокислот, биостимуляторов, витаминов и т.д.) и изучении свойств микробов. Состав питательных сред и условия культивирования микроорганизмов в значительной степени определяют результаты микробиологических исследований.

Для построения белков клетки требуется азот, углерод, водород, кислород. Снабжение водородом и кислородом осуществляется за счет воды. Источники углерода многочисленны и многообразны. На первом месте стоят сахара, многоатомные спирты и кислоты. Углерод является также составной частью всех органических соединений, в том числе белков, пептонов, аминокислот. Поэтому в составе питательных сред специальные дополнительные источники углерода не нужны.

Основное внимание следует уделять источникам азота. Все искусственные питательные среды как самостоятельно изготавливаемые в лабораториях, так и» выпускаемые централизованно (сухие питательные среды), имеют в своей основе вещества, содержащие азот. В качестве азотистого субстрата для изготовления питательных сред служат в основном белки животного происхождения — мясо (преимущественно говяжье), рыба, мясокостная мука, казеин. В ряде случаев используются заменители полноценного мяса — отходы мясомолочной промышленности, плаценту, кровяные сгустки, а также дрожжи и белки растительного происхождения (соевые бобы, горох, ячмень и др.).

Микробам для нормального роста и развития нужны микроэлементы — небольшие количества некоторых металлов (железо, медь, марганец и др.). Микроэлементы участвуют в образовании коферментов, посредством которых сложные вещества подвергаются гидролизу до более простых и растворимых в воде соединений, ассимилируемых микробами. Не-органические вещества — соли, содержащие хлор, фосфор, натрий, калий, кальций, магний и некоторые другие элементы, нужны для построения и нормального функционирования различных структур микробной клетки. Ростовые вещества или «факторы роста», которыми в основном являются витамины группы В, играют важную роль стимуляторов и регуляторов обмена веществ у микробов.

Синтетическим питательными средаминазываются такие, которые состоят из растворов химически чистых соединений в точно установленных дозировках. В качестве источника азота обычно используют различные аминокислоты или аммонийные соли.

По консистенциипитательные среды могут быть плотными, жидкими и полужидкими.Плотные среды готовят путем добавления к жидкой основе 1.5-2% агара, полужидкие 0.3-0.4% агара, который представляет собой сложный полисахарид — продукт переработки особого вида морских водорослей, и в застывшем состоянии придает среде плотность. Агар плавится при температуре 80-86°С и затвердевает при температуре около 40°С. В некоторый случаях для получения плотных питательных сред используют желатин (10-15%). Такие естественные среды, как свернутая сыворотка крови, свернутый яичный белок, сами по себе являются плотными.

По целевому назначениипитательные среды делят на основные, элективные и дифференциально-диагностические. К основнымотносятся среды, применяемые для выращивания многих бактерий. По составу принято выделять естественные или натуральные среды неопределенного состава и синтетические среды, о которых уже говорилось выше. К основным средам, используемым в .микробиологии, относят триптические гидролизаты казеина, рыбных продуктов, мясокостной муки и др., из которых готовят жидкую среду — питательный бульон и плотную — питательный агар. Такие среды служат основой для приготовления более сложных: сахарных, кровяных, сывороточных и др., удовлетворяющих пищевой потребности более требовательных патогенных бактерий.

Элективные питательные средыпредназначены для избирательного выделения и накопления микроорганизмов определенного вида в местах их естественного обитания из материалов, содержащих разнообразную постороннюю микрофлору. Создавая элективные (для определенных микробов) питательные среды, исходят из биологических особенностей, которые, отличают данные микроорганизмы от большинства других. Например, избирательный рост стафилококка наблюдается при повышенной концентрации хлорида натрия, холерного вибриона — в щелочной среде.

Дифференциально-диагностические питательные средыприменяются для разграничения отдельных видов или групп микроорганизмов. Принцип построения дифференциально-диагностических сред основан на том, что равные виды бактерий различаются между собой по биохимической активности и имеют неодинаковый набор ферментов, расщепляющих субстраты, входящие в состав питательной среды. Компонентами дифференциально-диагностических сред являются: а) основная питательная среда, обеспечивающая размножение бактерий; б) определенный химический субстрат (например, лактоза в среде Эндо), различное отношение к которому является диагностическим признаком для микроорганизмов; в цветной индикатор (например, индикатор Андреде), изменение цвета которого свидетельствует о биохимической реакции и наличии данной ферментной системы у исследуемого микроорганизма. Дифференциально-диагностические среды широко используются в диагностических исследованиях для идентификации бактерий.

Реакция среды.Для роста разных видов микробов требуется определенная реакция среды, которая выражается показателем концентрации водородных ионов (рН). Для большинства бактерий устанавливают рН среды в пределах 6.8-8.0. Ориентировочную реакцию питательной среды можно устанавливать стандартной индикаторной бумагой. Чаще всего для ее изготовления используют индикатор крезоловый красный (диапазон изменения цвета смотри табл.1). Для более точного измерения среды используют рН-метр.

Для успешного роста микробов недостаточно правильно установить первоначальную реакцию питательной среды. Микроорганизмы в процессе роста образуют ряд кислот, что делает реакцию среды кислой и является основной причиной прекращения роста. Во избежание этого необходимо создать условия, препятствующие резкому изменению реакции среды. Отчасти препятствуют изменению рН азотистые вещества, имеющиеся в среде. Чем больше аминокислот в субстрате, тем большими буферными свойствами обладает среда. В настоящее время ко многим питательным смесям прибавляют еще фосфатные буферные смеси.

Индикаторы, меняющие свай цвет при изменении рН среды, используют не только для определения реакции среды. Их вводят также в состав специальных сред, которые служат для выявления биохимических свойств микробов. Изменение цвета среды указывает на образование кислоты или щелочи при ферментативной деятельности микробов. Известны индикаторы, приобретающие ту или иную окраску лишь при щелочной или кислой реакции, вне этой реакции они бесцветны. Так, среда, содержащая индикатор Андредеменяет свою интенсивную красную окраску при значениях рН=5.3-5.5, в случае подщелачивания среды, становится бесцветной — при рН=7.2. Фенолфталеинбесцветен при кислой реакции, а окраску приобретет з диапазоне рН=8.3-10.0.

Более удобны двухцветные индикаторы, имеющие разную окраску в кислой и щелочной среде. Наиболее широко распространены индикаторы Кларка.Они имеют различную окраску в кислой и щелочной среде. В средах, содержащих такие индикаторы, хорошо выражены переходные тона. Кроме того, диапазон чувствительности индикаторов Кларка весьма широк.

Источник