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

По консистенции питательные 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 назначении питательные среды делят на основные, элективные и дифференциально-диагностические. К основным относятся 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 среды предназначены 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 среды применяются 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 Андреде меняет свою интенсивную красную окраску при значениях рН=5.3-5.5, в случае подщелачивания среды, становится бесцветной - при рН=7.2. Фенолфталеин бесцветен 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.