Питательные среды (ПС), классификация ПС

Для роста и размножения бактерии нуждаются в питательных веществах: им необходимы источники углерода, азота, витамины, минералы и другие соединения простого и сложного состава. Большинство бактерий, имеющих медицинское значение, являются гетерохемоорганотрофами, которые питаются по законам осмоса.

ПС применяют для:

выращивания микробов,

выделения их в чистой культуре,

изучения ряда свойств микробов

длительного сохранения свежевыделенных и производственных культур.

Бактериологическая диагностика инфекционных заболеваний и производство бактерийных препаратов часто зависят от полноценности состава примененных питательных сред: это касается, прежде всего, содержания в питательной среде пластического материала для построения тела микробных клеток, а также источников энергии. ПС готовят из продуктов животного и растительного происхождения. Состав ПС определяется метаболическими потребностями той или иной группы бактерий.

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 источники углерода не нужны.

Основное внимание следует уделить источникам азота. Все искусственные питательные среды, как самостоятельно изготовляемые 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, мясо-костная мука, казеин. С таким же успехом применяют для этой цели заменители полноценного мяса – плаценту, кровяные сгустки, а также дрожжи; можно использовать и белки растительного происхождения (соевые бобы, горох, ячмень и т. п.).

Так как бактериальная клетка усваивает лишь растворимые продукты, то для ее жизнедеятельности необходима вода как основной растворитель питательных веществ; количество воды в бактериальных клетках относительно постоянно (75–90% от влажной массы).

Микробам для нормального развития нужны минимальные количества некоторых металлов (железо, медь, марганец и др.). Эти микроэлементы участвуют в образовании коферментов, посредством которых такие сложные вещества, как белки, жиры и полисахариды, подвергаются гидролизу до более простых и растворимых в воде соединений. Например, крахмал гидролизуется до мальтозы, белки – до аминокислот, жиры – до глицерина и жирных кислот. Такие низкомолекулярные продукты гидролиза растворимы в воде и уже в водорастворимом состоянии ассимилируются микробами.

Так как все микробные клетки состоят из сложного комплекса не только органических, но и минеральных соединений, для построения цитоплазмы, а также для создания необходимых для жизни микробных клеток физико-химических условий питательные среды должны содержать и неорганические вещества – соединения хлора, фосфора, натрия, калия, кальция, магния и некоторых других.

Кроме основных компонентов питательной среды (пластических, энергетических), для нормального развития микробов, особенно патогенных, необходимы еще добавочные вещества, которые носят название «факторов роста». Они имеют для микробов то же значение, что витамины для высших организмов. Ростовые вещества, которыми в основном являются витамины группы В, играет важную роль регуляторов и стимуляторов обмена веществ у микробов, главным образом для построения активных групп ферментов. Отсутствие их ведет к нарушению обмена и прекращению роста.

Мясо-пептонные среды, а также гидролизаты мяса, казеина и ряд других основных сред содержат в большинстве случаев достаточное количество факторов роста. В качестве примесей последние имеются также в агаре. Большинство микробов способно самостоятельно синтезировать необходимые им факторы роста. Для тех же микроорганизмов, которые не обладают такой способностью, необходимо вносить в питательную среду готовые факторы роста, например дрожжевой аутолизат, никотиновую кислоту и др.

К числу наиболее универсальных факторов роста относятся никотиновая кислота, которая содержится в мясных экстрактах, тиамин (витамин B₁), рибофлавин (витамин В₂) и другие витамины комплекса В. Для роста некоторых видов микробов в питательные среды необходимо добавлять углеводы, нативные белки (кровь, сыворотку).

Все ПС должны отвечать следующим требованиям:

быть влажными, изотоническими и нетоксичными (для микробов);

иметь определенную вязкость;

иметь оптимальный показатель рН и окислительно-восстановительный (редокс) потенциал;

обладать буферными свойствами;

быть стерильными;

быть прозрачными (по возможности).

ПС различают по консистенции (жидкие, полужидкие, плотные); по составу (простые и сложные); по целевому назначению (основные, консервирующие, транспортные, накопительные, селективные, дифференциально-диагностические, специальные – обогащенные, среды для хранения). Особой группой являются ПС для культивирования анаэробов.

Для различных целей (наука, производство) применятся ПС с точно известным химическим составом – синтетические ПС. Синтетическими ПС называются такие, которые состоят из растворов химически чистых соединений в точно установленных дозировках. В них в качестве источника азота обычно используют различные аминокислоты. Преимущество синтетических ПС состоит в том, что они воспроизводимы, так как имеют постоянный состав.

Различные потребности микробов отдельных видов обусловливают большое разнообразие питательных сред. Для многих видов бактерий существуют специальные ПС, т.к. химический состав микробной клетки в основном зависит от того субстрата, на котором она растет и размножается.

Основные среды (МПБ, МПА) – простые по составу и применяются для культивирования большинства неприхотливых бактерий. Содержат: мясной экстракт, пептон, хлорид натрия (МПА дополнительно содержит агар-агар).

Обогащенные среды можно приготовить на основе простых, включив в их состав кровь, гемин, сыворотку, асцитическую жидкость и др. Такие среды используют для культивирования бактерий со сложными питательными потребностями (прихотливых микроорганизмов).

Накопительные среды – это жидкие питательные среды, которые применяют при необходимости накопить в них бактерии определенной группы в результате их преимущественного размножения по сравнению с сопутствующими микробами. Состав этих сред подбирают таким образом, чтобы рост сопутствующей флоры частично или полностью был задержан.

Селективные (элективные) среды используют для избирательного культивирования микроорганизмов определенных видов при подавлении роста других микроорганизмов. Такой эффект достигается при добавлении различных ингибиторов роста микробов, изменении показателя рН, состава питательных веществ в среде и др.

Дифференциально-диагностические среды позволяют различать бактерии по их росту, биохимической активности и другим признакам. В состав этих сред, кроме питательных веществ, обычно включают субстрат, по отношению к которому дифференцируются бактерии, и индикатор. В результате культивирования микробы, ферментирующие субстрат, способствуют накоплению продуктов расщепления, сдвигу рН, редокс-потенциала среды, что сопровождается окрашиванием среды и собственных колоний в цвет индикатора (лактозопозитивная кишечная палочка).

К дифференциально-диагностическим относят также комбинированные полиуглеводные среды (Рассела, Клигера, трехсахарный железосодержащий агар, Олькеницкого и др.). Например, среда Олькеницкого содержит: 100 мл МПА, 1 г лактозы, 1 г сахарозы, 0, 1 г глюкозы, 1 г мочевины, 0, 02 г соли Мора, 0, 003 г тиосульфата натрия, 0, 4 мл фенолового красного (0, 4%-го раствора); рН 7, 2-7, 4.

Дифференциально-диагностические среды обычно являются плотными, реже полужидкими; в своем составе они имеют несколько ферментируемых субстратов и индикаторных систем, что позволяет использовать их не только для накопления чистой культуры в процессе ее выделения (см. ниже), но и одновременно проводить первичную идентификацию культуры по ряду фенотипических признаков. Так, на трехсахарном железосодержащем агаре можно определить способность культуры к продукции сероводорода, ферментацию глюкозы (до кислоты или кислоты и газа), лактозы, сахарозы.

Транспортные и консервирующие среды применяют для временного сохранения микроорганизмов после взятия исследуемого материала и при транспортировке его в лабораторию. Обычно эти среды содержат только буферные и солевые растворы (иногда агар-агар, активированный уголь, твин-80 – для придания полужидкой консистенции и нейтрализации токсических воздействий); они не предназначены для культивирования микробов.

Среды для хранения культур предназначены для длительного сохранения чистых культур микроорганизмов в условиях лаборатории. Основным требованием для них является способность длительного поддержания жизнеспособности без изменения основных свойств культур.