Классификация питательных сред:

Натуральные – состоят из продуктов животного или растительного происхождения и имеют неопределенный химический состав. Например: овощные и фруктовые соки, животные ткани, кровь, молоко, яйца и т.д. (МПА, МПБ).

Полусинтетические – в состав входят соединения известной химической природы и вещества неопределенного состава. Например: МПБ с глюкозой, среда Эндо, среда Сабуро.

Синтетические – содержат только химически чистые соединения в точных концентрациях. Применяют в лабораторных экспериментах. Например: среда Чапека, Омелянского, Ушинского и т.д.

Назначение питательных сред

Универсальные (общего назначения)- пригодны для выращивания многих видов микроорганизмов и применяются как основа для специальных питательных сред. Примеры: МПБ, МПА, среда Хоттингера, ГРМ, тиогликолевая среда.

Специальные применяют в тех случаях, когда микроорганизмы не растут на простых средах. К ним принадлежит кровяной, сывороточный агар, сывороточный бульон, асцитический бульон, асцит-агар и другие.

1. Элективные среды - на них одни микроорганизмы растут быстрее и более интенсивно, чем другие виды бактерий. Например, 1 % щелочная пептонная вода является элективной средой для холерных вибрионов, среды Ру и Леффлера – для возбудителей дифтерии.

2. Селективные - благодаря селективным добавкам (желчь, краски, антибиотики и др.) способны подавлять развитие одних видов микроорганизмов, но не влияют на другие виды. Примеры: среда Мюллера является селективной для тифо-паратифозных бактерий, фуразолидоно-твиновий агар – для коринебактерий и микрококков. Добавление антибиотиков в состав сред делает их селективными для грибов (напр. среда Сабуро и др.).

3. Дифференциально-диагностические - группа сред, которые позволяют определить биохимические свойства микроорганизмов и провести их дифференциацию. Они разделяются на среды для определения протеолитических, пептолитических, сахаролитических, гемолитических, липолитических, редуцирующих свойств (среды Эндо, Левина, Плоскирева, Гисса).

4. Консервирующие (траспортные)-

предназначены для сохранения жизнеспособности микроорганизмов от момента взятия

биоматериала до посева для диагностики

Жидкие (бульоны) – изучение физиолого-биохимических особенностей и накопление биомассы микроорганизмов

Полужидкие (1% агара) – хранение культур и культивирование анаэробов

Плотные (3-5% агара)– выделение чистых культур, накопление, количественный учет, изучение культуральных свойств, антагонистические взаимоотношения

Сыпучие – хранение посевного материала в промышленности (пшено, отруби)

Сухие – выпускаются промышленностью для приготовления питательных сред

Транспортная система со средой Стюарта

Среда Стюарта представляет собой полужидкий, бедный питательными веществами субстрат для сохранения и транспортировки широкого спектра патогенных микроорганизмов, таких, как Neisseria gonorrhoeae, Haemophilus influenzae, Corynebacterium diphteriae, Trichomonas vaginalis, Streptococcus sp., Salmonella sp., Shigella sp. и др. Наиболее требовательные микроорганизмы сохраняются в данной среде более суток, прочие – до нескольких дней.

Наличие в среде тиогликолата подавляет ферментативную активность бактерий, а отсутствие азота предотвращает их размножение.

Транспортная система со средой Кери Блэйр

Транспортная среда Кери Блейр представляет собой модификацию базовой транспортной среды Стюарта, предназначенную специально для фекальных образцов.

Глицерофосфат, являющийся метаболитом некоторых энтеробактерий (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, и др.), заменен неорганическим фосфатом,

удален метиленовый синий и рН среды увеличена до 8,4.

Среда Кери Блейр позволяет сохранять большинство патогенов, включая требовательные микроорганизмы, такие как Neisseria sp., Haemophilus sp., Streptococcus sp .

Данная среда является стандартной для транспортировки анаэробов.

Транспортная система со средой Эймса

Транспортная среда Эймса представляет собой очередную модификацию базовой транспортной среды Стюарта, в которой глицерофосфат заменен неорганическим фосфатом, поскольку глицерофосфат является метаболитом некоторых энтеробактерий (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, ets .) и может поддерживать рост некоторых грамотрицательных микроорганизмов.

Метиленовый синий заменен на активированный уголь фармацевтического качества.

В среду добавлены кальций и магний для поддержания проницаемости бактериальных клеток.

Эта среда способна более 3 дней поддерживать такие микроорганизмы, как Neisseria sp., Haemophilus sp., Corynebacteria, Streptococci, Enterobacteriaceae и др., однако наилучшие результаты дает культивирование в течение первых 24 часов.

Универсальные накопительные среды: Мясопептонный агар (МПА) и мясопептонный бульон (МПБ)

Являются основными средами для посевов микроорганизмов, для проверки чистоты культур перед биохимическим и серотипированием.

Их используют для культивирования и подсчета неприхотливых микроорганизмов. В полужидком виде среда может быть использована для хранения контрольных (эталонных) микроорганизмов.

Универсальные накопительные среды Среда Хоттингера

Предназначен для культивирования различных микроорганизмов, таких как энтеробактерии, синегнойная палочка, стафилококки, некоторые виды стрептококков. При необходимости может быть обогащен углеводами, солями.

Содержит гидролизат Хоттингера, который получают путём ферментативного гидролиза мясного фарша (говяжьего) панкреатином с последующим фильтрованием и добавлением хлороформа в качестве консерванта.

Универсальные накопительные среды: Среда Мюллера-Хинтона

Эту среду используют для культивирования Neisseria sp. и для определения чувствительности микроорганизмов к антимикробным средствам.

Среда МакКонки

Среды МакКонки в качестве дифференциальных рекомендуют для селективного выделения энтеробактерий и близких к ним грамотрицательных палочек.

Лактозоположительные штаммы растут с образованием розовых или красных колоний, которые могут быть окружены зоной преципитации желчных солей.

Красный цвет появляется в результате закисления среды продуктами разложения лактозы (при падении рН ниже 6,8) и адсорбции нейтрального красного.

Штаммы, не ферментирующие лактозу (шигеллы, сальмонеллы), обычно образуют прозрачные бесцветные колонии и не изменяют среду.

Дифференциально-диагностические среды: Среда Эндо

Эта среда разработана Endo как культуральная среда для дифференциации микроорганизмов, ферментирующих и неферментирующих лактозу. Она используется для микробиологического исследования воды, стоков, молочных и других пищевых продуктов.

Сульфит натрия и основной фуксин обладают подавляющим эффектом на грамположительные микроорганизмы. Лактоза разлагается микроорганизмами до альдегида и кислоты. Альдегид в свою очередь освобождает фуксин из фуксин-сульфитного комплекса, усиливая красное окрашивание колоний. У кишечных палочек эта реакция очень выражена и сопровождается кристаллизацией фуксина, что проявляется зеленоватым металлическим блеском (фуксиновый глянец) колоний.

Дифференциально-диагностические среды: Желточно-солевой агар

Эту среду используют в качестве селективной для выделения клинически значимых культур стафилококков.

Маннит является ферментируемым и дифференцирующим субстратом, а также источником углерода.

Добавление (до 5% об/об) эмульсии яичного желтка дает возможность определить липазную активность микроорганизмов. Эмульсия в солевой среде становится прозрачной, поэтому при наличии липазной активности вокруг колоний формируется желтая непрозрачная зона.

Дифференциально-диагностические среды: Вильсона-Блера или Висмут-сульфитный агар

Селективная среда для выделения сальмонелл.

Пептический перевар животной ткани и мясной экстракт служат источником азотистых питательных веществ, углерода, серы, витаминов группы В и микроэлементов, необходимых для роста указанных бактерий.

Бриллиантовый зеленый подавляет рост всех грамположительных бактерий. Глюкоза является ферментируемым углеводом. Сульфат железа позволяет выявить продукцию сероводорода.

Висмут является тяжелым металлом, который подавляет рост большинства грамотрицательных кишечных бактерий, кроме сальмонелл.

Сальмонеллы восстанавливают сульфат железа в присутствии глюкозы и сульфита висмута до сульфида железа, который окрашивает их колонии в черный цвет.

Специальные элективные среды: Среда Леффлера

Эту среду с добавлением лошадиной сыворотки используют для культивирования Corynebacterium diphtheriae из клинического материала и пересевов чистых культур этих микроорганизмов.

Высокая концентрация сыворотки помогает определить протеолитическую активность микроорганизмов, а также пигментообразование. Пептон и мясной экстракт обеспечивают микроорганизмы важнейшими питательными веществами. Глюкоза является ферментируемым субстратом и источником энергии.

Специальные селективные среды: Кампилобакагар

Селективная среду для кампилобактерий которая состояла из основы кровяного агара с бараньей кровью или лошадиной кровью и антибиотиками.

Антимикробные компоненты, существенно подавляют рост нормальной микрофлоры, способствуя росту и выделению из испражнений Campylobacter fetus ssp. jejuni .

Присутствие амфотерицина В в добавке существенно или полностью подавляет рост грибов, введенный позже цефалотин усиливает подавление нормальной кишечной микрофлоры.

Колонии Campylobacter fetus ssp. jejuni имеют слизистый характер, плоские серые с неправильными очертаниями или приподнятые, округлые, без гемолиза.

Некоторые штаммы могут образовывать желто-коричневые или розоватые колонии.

На влажной поверхности среды может наблюдаться слияние роста или роение

микроорганизм анаэробный культивирование микробиология

Для культивирования микроорганизмов используются различные по составу питательные среды, в которых должны содержаться все вещества, необходимые для роста. Потребности микроорганизмов в питательных веществах чрезвычайно разнообразны и определяются особенностями их метаболизма. Поэтому универсальных сред, одинаково пригодных для роста всех микроорганизмов, не существует.

В широком смысле слова питательная среда должна соответствовать следующим требованиям :

1) включать доступный для клетки источник энергии. Для одних организмов (фототрофов) таким источником служит свет, для других - органический (хемоорганотрофы) или неорганический (хемолитотрофы) субстрат.

2) содержать все необходимые компоненты для реализации конструктивных процессов в клетке. Причем синтетические способности микроорганизмов могут варьировать от использования углекислого газа в качестве единственного источника углерода (автотрофы) до потребности в более восстановленных соединениях углерода - кислотах, спиртах, углеводах и др. (гетеротрофы).

В узком смысле слова любая искусственная питательная среда должна соответствовать следующим требованиям : содержать все необходимые для роста питательные вещества в легко усвояемой форме; иметь оптимальную влажность, оптимальную вязкость, оптимальную рН, (оптимальные - для конкретного микроорганизма), быть изотоничной, сбалансированной с высокой буферной емкостью и, по возможности, прозрачной.

Питательной средой в микробиологии называют среды, содержащие различные соединения сложного или простого состава, которые применяются для размножения микроорганизмов, их культивирования и сохранения в лабораторных или промышленных условиях.

Выбор состава питательной среды зависит в значительной степени от целей эксперимента либо промышленного процесса.

Существует следующая классификация питательных сред :

· По составу питательные среды делятся на натуральные, синтетические и полусинтетические . Также они могут классифицироваться как среды определенного и неопределенного состава. Натуральными называют среды, которые состоят из продуктов растительного или животного происхождения, имеющих неопределенный химический состав . Примерами питательных сред такого типа являются среды, представляющие собой смесь продуктов распада белков (казеина, мышц млекопитающих), образующихся при их гидролизе. К питательным средам неопределенного состава можно отнести и среды, полученные на основе растительного сырья: картофельный агар, томатный агар, отвары злаков, дрожжей, пивное сусло, настои сена и соломы и др. Основное назначение таких питательных сред - выделение, культивирование, получение биомассы и поддержание культур микроорганизмов.

К числу сред неопределенного состава относят и среды полусинтетические . В такую среду вносят известные соединения как явно необходимые; а также добавляют небольшое количество дрожжевого или кукурузного экстракта (или любого другого природного продукта) для обеспечения неизвестных потребностей роста. Такие среды часто используются в случае промышленного культивирования биологических объектов для получения продуктов метаболизма, например, для получения аминокислот, антибиотиков, витаминов и т.д.

Синтетические среды - это среды определенного состава , представленные чистыми химическими соединениями, взятыми в точно указанных концентрациях и соотношениях отдельных элементов. Обязательными компонентами таких сред являются неорганические соединения (соли) и углерод- и азотсодержащие вещества (типичными представителями являются глюкоза и (NH 4) 2 SO 4 . Часто к таким средам добавляют буферные растворы и хелатирующие соединения. Основное назначение таких питательных сред - изучение особенностей физиологии и метаболизма микроорганизмов, выделение генетических рекомбинантов и т.д.

· По назначению среды разделяют на основные , элективные (селективные) и дифференциально-диагностические . К основным относятся среды, применяемые для выращивания многих бактерий. Это питательный бульон и питательный агар. Такие среды служат основой для приготовления более сложных питательных сред. Элективные среды обеспечивают преимущественное развитие одного или целой физиологической группы микроорганизмов. Например, для выделения стафилоккоков в среду может быть добавлен хлористый натрий в концентрации 7,5%. При этой концентрации рост других бактерий подавляется. Элективные среды применяются на первом этапе выделения чистой культуры бактерий, т.е. при получении накопительной культуры.

Дифференциально-диагностические среды применяются для быстрой идентификации близкородственных видов микроорганизмов, для определения видовой принадлежности, в клинической бактериологии и др. В состав дифференциально-диагностической среды входят: а) основная питательная среда, обеспечивающая размножение бактерий; б) определенный химический субстрат, отношение к которому является диагностическим признаком для данного микроорганизма; в) цветной индикатор, изменение окраски которого свидетельствует о биохимической реакции и наличии данной ферментной системы у исследуемого микроорганизма. Например, среда Эндо позволяет отличить клоны, сбраживающие лактозу от клонов, не обладающих этим свойством.

· По консистенции среды могут быть жидкими, полужидкими, твердыми, сыпучими . Жидкие питательные среды получают при растворении в воде определенного необходимого набора питательных веществ, макро- и микроэлементов. По составу они могут быть как натуральными, так и синтетическими.

· Среды в твердом состоянии в форме плотных гелей используются в бактериологии со времен Р. Коха. Наиболее важным преимуществом использования твердых сред является то, что на них можно выращивать микроорганизмы в виде колоний, образующихся из отдельных клеток популяции. Приготовление твердых питательных сред достигается добавлением к жидким средам определенных уплотнителей, в качестве которых могут выступать агар, желатина, силикагель, каррагенан.

Полужидкие среды содержат гелеобразующее вещество в низкой (0,3 - 0,7%) концентрации и имеют мягкую желеподобную консистенцию. Такие среды пригодны для изучения подвижности и хемотаксиса клеток, культивирования микроаэрофилов.

Сыпучие среды представляют собой массу в той или иной степени измельченного и увлажненного сырья (обычно, растительного). Основное их назначение - использование в пищевой промышленности (получение соевого соуса или рисовой водки), сельском хозяйстве (силосование кормов) и т.д.

В бактериологической практике чаще всего используются сухие питательные среды, которые получают в промышленных масштабах - триптические гидролизаты дешевых непищевых продуктов (рыбные отходы, мясокостная мука, технический казеин) с добавлением агара. Сухие среды являются достаточно дешевым сырьем, могут храниться в течение длительного времени, удобны при транспортировке, имеют относительно стандартный состав, на их основе быстро и легко готовить питательные среды.

Питательные среды предназначены для накопления, выделения, изучения и сохранения микроорганизмов. При составлении искусственных питательных сред учитывают как потребности микроорганизмов в веществах, необходимых для жизни, так и физико-химические условия, в которых они могут осуществлять обмен между клеткой и средой.

Для обеспечения разнообразных типов метаболизма микроорганизмов питательные среды должны соответствовать следующим требованиям.

• 1. Содержать все элементы, из которых строится клетка: макроэлементы (углерод, азот, кислород, сера, фосфор, калий, кальций, магний, железо) и микроэлементы (марганец, молибден, цинк, медь, кобальт, никель, ванадий, хлор, натрий, кремний и др.). Все элементы должны находиться в удобоусвояемых конкретным микроорганизмом соединениях. Источником углерода могут быть разнообразные органические соединения: углеводы, многоатомные спирты, органические кислоты, аминокислоты, белки и др. Источником азота служат аммонийные соединения, аминокислоты, пептиды, белки. Источником остальных макроэлементов являются неорганические соединения - соли фосфорной и других кислот. Микроэлементы поступают в питательную среду с органическими субстратами, солями и водой. Витамины (особенно группы В) и другие факторы роста вносят в среду в составе органических субстратов или в виде чистых веществ.
• 2. Иметь достаточную влажность (не менее 20% воды).
• 3. Концентрация солей в среде должна обеспечивать изотонию, т.е. соответствовать концентрации солей в микробной клетке (для большинства микроорганизмов - 0,5%; галофильных - 3%).
• 4. Концентрация водородных ионов (pH) среды должна быть оптимальной для выращиваемого микроорганизма (диапазон pH 4,5-8,5).
• 5. Окислительно-восстановительный потенциал (Eh) среды должен соответствовать потребностям микроорганизма: для анаэробов - 0,120-0,060 В, для аэробов - более 0,080 В.
• 6. Питательная среда должна быть стерильной.

По составу питательные среды могут быть синтетическими и натуральными. Питательные среды являются синтетическими, если содержат только химически чистые соединения в установленных дозировках, т.е. состав их полностью известен. Достоинством таких сред являются стандартность и воспроизводимость. Однако только для немногих патогенных бактерий имеются синтетические среды. Их применяют главным образом для экспериментального изучения метаболизма микробов.

Для практических исследований широко используют натуральные среды. Натуральные (естественные) питательные среды состоят из продуктов животного и растительного происхождения и имеют неопределенный химический состав.

Различают питательные среды общего назначения (универсальные) и специальные питательные среды. Питательные среды общего назначения пригодны для выращивания многих видов микроорганизмов и применения в качестве основы для приготовления специальных питательных сред. К ним относятся, например, мясопептонный бульон, мясопептонный агар, бульон Хоттингера, агар Хоттингера и другие. Специальные питательные среды предназначены для избирательного культивирования определенных видов микроорганизмов, изучения их свойств и хранения.

Различают следующие виды специальных сред: элективные (избирательные), дифференциально-диагностические, консервирующие. Избирательность питательной среды для определенных видов микробов достигается путем создания оптимальных для них условий (pH, Eh, концентрация солей, состав питательных веществ), т.е. положительной селекцией, или путем добавления в среду веществ, угнетающих другие микробы (желчь, азид натрия, теллурит калия, антибиотики идр.), т.е. отрицательной селекцией. Дифференцирующие свойства питательной среды создаются внесением субстрата, к которому определяется отношение микроба (например, сахаров, аминокислот), соответствующих индикаторов (например, pH-индикаторов - бромти- молблау, фуксин; Eh-индикаторов).

По консистенции питательные среды могут быть жидкими, полужидкими (0,2-0,7% агара) и плотными (1,5-2% агара). Сухие питательные среды, выпускаемые промышленностью, представляют собой форму консервации сред.

Для обеспечения микрообъемной технологии биохимической идентификации микроорганизмов выпускаются коммерческие ми- кротест-системы. Они представлены двумя группами, различающимися особенностями содержания субстрата реакции: 1 - в питательной среде; 2 - в шаблоне-носителе. Тест-системы первой группы содержат в микрообъемных лунках полистироловых пластин дегидрированные питательные среды, стабилизированные поливиниловым спиртом, например, API-20E, Enterotest (рис. 3.5), отечественные ПБДЕиММТЕ 1 иЕ2.

Рис. 3.5.

Тест-системы второй группы имеют субстрат и индикатор в бумажном или полимерном шаблоне-носителе, например, Micro-ID, Minitek. Разработаны также тест-системы на основе жидких дифференциальных сред, которые можно изготавливать непосредственно в лабораториях. По результатам биохимических тестов устанавливается вид микроорганизма с помощью таблиц идентификации, аналитического каталога кодов или приборов автоматизированных микробиологических систем биохимической идентификации микроорганизмов. Ввиду ускорения исследования и высокой экономичности микрообъемные тест-системы имеют широкое применение в работе лабораторий.

Для натуральных питательных сред используют животные, растительные и микробные продукты: мясо, рыбную муку, молоко, яйца, кровь, картофель, дрожжи и др. Из них готовят полуфабрикаты: настои и экстракты (мясная вода, дрожжевой экстракт), ферментативные и кислотные гидролизаты (пептон, перевар Хоттингера, перевар казеина идр.). Настои и экстракты являются источником факторов роста, гидролизаты - источником аминокислот и других органических питательных веществ.

В качестве уплотнителя питательных сред используют агар-агар или желатин. Агар-агар - полисахарид, получаемый из морских водорослей. Он способен образовывать в воде гель, плавящийся при 80-86 °С и застудневающий при 40-45 °С; не расщепляется большинством видов микроорганизмов. Желатин - белок, получаемый из кожи и костей; желатиновый гель плавится при 32-34 °С, застудневает при 26-28 °С (т.е. при температуре инкубации 37 °С находится в жидком состоянии); расщепляется многими видами микроорганизмов. Поэтому желатин применяют редко.

При необходимости осветляют питательную среду обработкой белком куриного яйца, сывороткой или осаждением. Разливают среду в колбы, флаконы, пробирки. Используют чистую нестерильную посуду, если среда подлежит стерилизации при 120 °С, либо стерильную, если среда требует стерилизации текучим паром (100 °С) или при 112 °С. Закрывают посуду со средой ватно-марлевыми пробками с бумажными колпачками. В зависимости от состава среды стерилизуют различными способами. Агаровые среды, не содержащие углеводов и нативного белка, а также синтетические среды стерилизуют в автоклаве при 115-120 °С в течение 15-20 мин. Среды, содержащие углеводы, молоко, желатин, стерилизуют текучим паром при 100 °С дробно или в автоклаве при 112 °С в течение 15 мин. Среды, содержащие нативный белок, мочевину, стерилизуют фильтрованием или добавляют стерильные компоненты (кровь, сыворотку и др.) в стерильную основу среды. Готовые стерильные питательные среды подвергают контролю на стерильность путем выдерживания в термостате при 37 °С в течение 1-3 сут.

В полевых условиях проще готовить питательные среды из сухих (консервированных) питательных сред. Навеску сухой среды, указанную на этикетке, вносят в дистиллированную или водопроводную воду и кипятят до полного растворения порошка. Затем разливают среду в стерильные колбы, пробирки и стерилизуют. Некоторые среды (например, Эндо, Плоскирева, Левина) можно использовать без стерилизации.

Бактериологическому контролю подлежат все серии питательных сред промышленного производства и все партии сред, приготовленных в лаборатории. В качестве тест-культур используют типовые или местные штаммы бактерий, типичные по всем признакам, в гладкой форме. Определяют следующие биологические показатели питательной среды: чувствительность (ростовую), ингибирующие свойства, дифференцирующие свойства, скорость роста бактерий на среде, воспроизводимость.

Чувствительность питательной среды определяют по минимальному количеству колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий, обеспечивающих появление роста колоний на среде, или по максимальному десятикратному разведению культуры из исходной концентрации 10 ед. мутности (по оптическому стандарту мутности), обеспечивающему появление роста бактерий на всех засеянных чашках Петри. Ингибирующие свойства среды оценивают как степень подавления прочей микрофлоры по величине посевной дозы в КОЕ, полностью подавляемой на среде, или по отношению количества выросших колоний бактерий к расчетному количеству посеянных бактерий. Дифференцирующие свойства сред изучают путем посева испытуемых видов бактерий в смеси с ассоциантами с последующим определением четкости дифференциации колоний искомых бактерий от ассоциан- тов. Специфичность дифференцирующего свойства среды выявляют по отсутствию этого свойства у прочих видов бактерий, кроме искомых. Скорость роста бактерий на среде устанавливают по минимальному времени инкубации посевов (в часах), в течение которого обеспечивается четкий, видимый невооруженным глазом рост культуры (для селективных сред) или формирование колоний с типичными дифференциальными признаками. Воспроизводимость биологических показателей сред оценивают по частоте одинаковых результатов (в %) при повторных использованиях сред с теми же штаммами бактерий. Контроль различных питательных сред по биологическим показателям проводят по конкретным методикам и нормативам, руководствуясь официальными документами.

Физико-химический контроль питательных сред в практике лабораторий осуществляют по показателям pH, гН, содержанию аминного азота. Прочие показатели изучают обычно при промышленном производстве питательных сред. Для определения pH и гН сред используют pH-метры, индикаторные бумажки, а также различные химические индикаторы pH и гН вносимые в питательные среды. Содержание аминного азота изучают методом pH-метрического формолового титрования питательных сред по ГОСТу.

Изучение биохимических свойств выделенных микроорганизмов проводят на третьем этапе. Культуру микроорганизмов, выросшую на скошенном агаре, проверяют на чистоту путем микроскопии мазков, окрашенных поГраму. При микроскопии обращают внимание на форму микроба, величину, расположение клетки. Специальными окрасками выявляют споры, капсулы, включения и жгутики.

Для идентификации культур, т.е. установления вида и типа бактерий, помимо морфологических и культуральных признаков изучают биохимические, антигенные и другие свойства.

Культивирование, дифференциация и выделение отдельных видов микроорганизмов стало возможным лишь с применением питательных сред. Это особые субстанции, которые создают благоприятные условия для размножения и роста определенного вида микробов и грибов, то есть чистых культур, что открывает возможность изучения их свойств и влияния на организм.

Сегодня питательные среды применяются как в медицине, так и в иных областях, например, в пищевой промышленности, где используются различные виды микроорганизмов для улучшения качества продуктов питания, увеличения срока годности, вкусовых и ароматических свойств. Так, чистые культуры, выделенные посредством использования питательных сред, применяются на хлебобулочных производствах, в винно-водочной промышленности, при создании сыров и молочных продуктов, для получения органических кислот, при квашении и консервации овощей и фруктов, в фармакологии.

Однако большая часть микробиологических исследований приходится на медицинский сектор. Именно поэтому основным покупателем субстратов являются клиники и лаборатории.

Компания БиоВитрум ведущий производитель и поставщик медицинского, диагностического и лабораторного оборудования, а также расходных материалов. Одно из направлений деятельности - это изготовление питательных сред для культивирования и выращивания микроорганизмов. Продукция компании производится из высококачественного сырья, которое содержит компоненты лошадиной и бараньей крови. Преимуществом, поставляемого из Великобритании исходного материала, являются особые условия, в которых выращивают животных. Их корма не содержат антибиотиков, что гарантирует стерильность питательных сред.

БиоВитрум предлагает купить питательные среды всех типов, которые соответствуют европейским стандартам.

Требования, предъявляемые к средам

Производимые сегодня субстраты, применяемые в целях культивирования, дифференциации и выделения микроорганизмов, должны соответствовать определенным показателям:

• Питательность. Среда обладает жизненно важными для питания и удовлетворения энергетических потребностей, выращиваемых культур. А именно, содержит витамины, минеральные и органические (натуральные) вещества, микроэлементы, входящие в клеточный состав и активизирующие выработку ферментов и не вырабатываемые естественным путем аминокислоты.
• Наличие водородных ионов. Поскольку микроорганизмы способны питаться только при условии проницаемости клеточной оболочки, то для ее обеспечения необходим оптимальный pH баланс.

Для патогенных микробов нужна слабощелочная питательная среда, для возбудителей туберкулеза пригодной является слабокислотная реакция.

• Буферность среды. Это свойство обеспечивает стабильность pH баланса, нейтрализуя продукты распада.
• Изотоничность - показатель давления внутри клетки и в среде, который должен находиться на одинаковом уровне для большинства микроорганизмов.
• Стерильность среды. Важно исключить наличие посторонних микробов, которые способны оказать влияние на рост интересующей культуры.

Среды должны иметь влажность, поэтому плотные и сухие среды требуют предварительной подготовки. Среды должны обладать окислительно-восстановительными характеристиками, прозрачностью. Такой показатель, как унифицированность обеспечивает возможность выращивания различных микроорганизмов.

Классификация

Каждая культура нуждается в определенных условиях для обильного размножения клеток, их интенсивного роста и оптимального развития, поэтому сложно создать универсальную среду. Помимо этого, в зависимости от целей проводимых исследований, изменяются параметры питательной среды.

Сегодня созданы несколько разновидностей сред, отличающихся свойствами:

• По составу исходных компонентов их классифицируют на синтетические и натуральные. Последние изготовляются из растительного либо животного сырья. Для снижения себестоимости используются непищевые продукты, например, костную муку или сгустки свернувшейся крови. Синтетические получают из органических, то есть натуральных и минеральных компонентов.

• По консистенции Среды делятся на жидкие, плотные, полужидкие. Увеличение густоты осуществляется посредством добавления желатина или агар-агара. Последний ингредиент не является для микробов питательным веществом, его задача состоит в создании оптимальной плотности. При этом температура плавления агара достигает 80-100 градусов, что позволяет выращивать на средах с его содержанием микроорганизмы, нуждающиеся в создании парниковых условий. Желатин же представляет собой животный белок, поэтому субстраты с его содержанием можно применять в условиях комнатной температуры. К плотным субстанциям относят свернувшуюся сыворотку крови, яичный белок, картофель. Некоторые производятся в виде порошков и требуют перед употреблением растворения и доведения до нужной консистенции.

• Состав питательных сред бывает простым и сложным. Первые представляют собой мясопептоидные бульоны, питательный желатин, пептоидные воды. Второй тип, кроме исходных компонентов, включает вещества, способствующие росту тех или иных бактерий. Существуют и специальные среды, используемые там, где не возможен рост бактерий на обычной субстанции.

• Элективные питательные среды. Применяются для выделения конкретного типа бактерий за счет подавления роста других. Жидкие среды этой категории называют накопительными.

• Дифференциально-диагностические среды используют для выделения одной культуры по ее ферментативной активности. Консервирующие субстраты используются при транспортировке материалов к месту исследования.

Приготовление сред

От качества питательной среды зависит точность полученных результатов, поэтому кроме соблюдения рецептуры, необходимо придерживаться следующих требований:

• Стерильность посуды. В производственных условиях, где изготовление осуществляется масштабно, варка сред проводится в специальных котлах. В лабораториях, когда необходимо получить небольшое количество питательных сред следует использовать эмалированную или стеклянную посуду, которая не выделяет кислоты и щелочи. Предварительно все резервуары моют, прополаскиваю и высушивают.

• Ранее не использованная стеклянная посуда подвергает стерилизации в хлороводородистой кислоте, в которой оставляется на ночь, после чего прополаскивается в соответствии с установленным режимом.

Сам процесс приготовления питательных сред состоит из следующих этапов:

• Варка, которая осуществляется либо на огне и водяной бане (для лабораторных условий), либо в котлах и автоклавах с подачей пара (в промышленных масштабах).
• Установка оптимального pH соотношения требует использования бумажных индикаторов, потенциометров, стеклянных электродов.
• Осветление осуществляется при помощи введения в субстрат, взбитого с водой, яичного белка или кровяной сыворотки, которые в процессе варки увлекают в осадок взвешенные частицы.
• Фильтрации подвергаются жидкие среды, и на основе расплавленного желатина. Для этого используют тканевые и бумажные увлажненные фильтры. Существенно затрудняется очистка агаровых субстратов, поскольку основной компонент быстро застывает. Поэтому этот процесс чаще заменяется отстаиванием.
• Стерилизация осуществляется для каждого субстрата в определенный промежуток времени и при необходимой температуре. Эти параметры указаны рецептуре приготовления.

Завершающим этапом является расфасовка питательных сред в посуду - это флаконы, пробирки, чашки Петри. Сосуд заполняется только на 2/3 поскольку при стерилизации среда увеличивается в объеме и может достичь пробки, что повлияет на чистоту и свойства субстрата.

Разливается продукт с использованием воронок, шприцев, пипеток или иных приспособлений.

Каждый сосуд маркируется. На сосуды наносится название продукта, указывается количество и дата производства.

Готовая среда проходит несколько ступеней контроля. Первые испытания на стерильность осуществляются путем помещения продукции в термостат.

Птательная среда отправляется в лаборатории для проведения химических испытаний, целью которого является установление точного pH уровня.

Проводится биологический контроль, который заключается в определении питательных качеств среды.

Виды питательных сред

По своему назначению производимые сегодня питательные составы среды можно разделить на следующие категории:

• Универсальные среды. Они подходят для размножения различного типа культур.
• Селективные или избирательные среды. Используются для выделения одного вида микроорганизмов.
• Дифференциально-диагностические среды, которые открывают возможность отличить бактерии по их ферментативным свойствам, то есть продуктам жизнедеятельности.
• Специальные среды. Применяются для выращивания тех культур, которые неспособны размножаться на универсальных субстратах.
• Дифференциально-селективные средыиспользуются для оперативной идентификации бактерий.
• Полусинтетические питательные составы среды, в состав которых вводят компоненты природного происхождения.

Компания БиоВитрум предлагает широкий ассортимент питательных сред, которые поставляют как во флаконах различного объема, так и в готовом виде в чашках Петри. Последние закупориваются специально разработанной целлюлозной пленкой, которая обеспечивает стерильность среды и срок годности, достигающий 60 дней.

Преимуществом компании БиоВитрум является оперативность поставок, конкурентоспособные цены, соответствие стандартам ГОСТ. Все питательные составы среды изготовляются на собственных мощностях, оснащенных высокотехнологичным оборудованием из сырья Oxoid LTD известного производителя Великобритании.

В компании БиоВитрум можно приобрести 18 наименований продуктов, представленных в каталоге, которые проходя многоступенчатый контроль. Продукция поставляется с полным комплектом документации и маркировкой на русском языке.

Разработка питательных сред, и особенно плотных, для разных видов микроорганизмов позволила изучать их культуральные, биохимические, антигенные, вирулентные свойства.

Пастер для культивирования микробов использовал жидкие отвары. Первыми разработчиками плотных питательных сред были Кох и его ученики. Они первыми применили картофель, свернутую сыворотку, желатин, мясопептонный агар.

Плотные среды позволили получать чистую культуру микробов и изучать их свойства.

Стало возможным определять этиологические факторы многих инфекционных заболеваний, заняться созданием профилактических и лечебных препаратов.

Культивирование микробов на плотных питательных средах в лабораторных условиях позволило, получая чистые культуры, не только работать над созданием вакцин, диагностикумов, но и изучать спектр действия химиотерапевтических препаратов и антибиотиков, применяемых с лечебной целью, а также изучать действие химических препаратов, применяемых с целью профилактической, текущей и заключительной дезинфекции.

Постановка лабораторного диагноза связана с выяснением систематического положения микроорганизмов, полученных в чистой культуре (чистая культура – скопление микробов одного вида на питательной среде).

Получение чистой культуры часто является необходимым условием при изучении микроорганизмов, выделенных от больного.

Определение видовой принадлежности микроорганизмов включает определение целого ряда особенностей микроорганизмов: морфологии клетки, характера роста культуры на различных питательных средах, способности использовать те или иные химические соединения, отношения к температуре, рН среды, кислороду и пр. Кроме того, для определения вида у микроорганизмов часто необходимо знать продукты обмена веществ, антигенные свойства, нуклеотидный состав клеток, биохимическую активность, связанную с набором ферментов, и многое другое.

Определение всех этих признаков позволяет идентифицировать микроорганизмы.

Идентификация микроорганизмов очень важна при диагностике инфекций, установлении источников и путей передачи возбудителя.

Для того, чтобы можно было идентифицировать какой – либо микроорганизм, необходимо накопить особи в чистой культуре и в необходимом количестве.

Для выделения, культивирования, накопления и сохранения микроорганизмов пользуются питательными средами, содержащими все необходимые для микробов питательные вещества и имитирующими среду обитания микроорганизмов в естественных условиях.

Все питательные среды должны удовлетворять следующим требованиям:
1) наличие питательных веществ и факторов роста в легко усвояемой форме;
2) стерильность – отсутствие жизнеспособных микроорганизмов и спор;
3) изотоничность – одинаковое содержание минеральных солей внутри и вне клетки. Для патогенных микроорганизмов, адаптировавшихся к длительному пребыванию внутри организма человека, изотоничным считается 0,85% раствор хлорида натрия. Для микроорганизмов, обитающих, например, в океане (в соленой воде), изотоничность будет создаваться другой концентрацией солей, однако требование к изотоничности питательных сред остается;
4) оптимальное рН среды. Окислительно – восстановительный потенциал питательной среды создается ионами водорода, что способствует нормальному функционированию ферментов микроорганизмов;
5) прозрачность среды. Так как большинство бактерий одним из основных признаков роста на питательных средах является помутнение (на жидких средах – помутнение, осадок, пленка или смешанное; на плотных средах – образование колоний).

Важнейшей особенностью роста некоторых микроорганизмов на питательных средах: для лептоспир – отсутствие помутнения питательной среды (наблюдение за ростом и размножением этих микроорганизмов осуществляется при помощи фазово – контрастного микроскопа), для микоплазм и возбудителя туберкулеза – замедленный рост (помутнение или появление колоний не ранее чем через 21 сутки, а то и позже).

Питательные среды являются основой микробиологической работы и их качество нередко определяет результаты исследования. Поэтому при подборе сред следует учитывать как требования микробов в отношении веществ, необходимых для поддержания их жизнедеятельности, так и их возможность осуществлять в данных условиях обмен веществ между клеткой и средой.

Питательные среды должны создавать оптимальные (наилучшие) условия для жизнедеятельности микробов.

Чтобы осуществлять биосинтез, рост и размножение, клетка должна получать извне в необходимых количествах все содержащиеся в ней элементы и должна быть обеспечена источником энергии. В соответствии с тем, какие именно элементы доставляются клетке, вещества питательной среды называют источниками углерода, азота, фосфора, серы и т.д.

Соединения, в виде которых необходимые для конструктивных целей элементы должны быть внесены в среды, определяются синтетическими способностями микроорганизмов.

Форма источника энергии определяется способом ее получения.

Синтетические возможности микроорганизмов и способы получения ими энергии отличаются чрезвычайным разнообразием, поэтому и различны их потребности в источниках питания. Этот факт необходимо учитывать при составлении питательных сред, четко представляя, что универсальных сред, одинаково пригодных для роста всех без исключения микроорганизмов, не существует.

Таким образом, состав питательных сред определяется прежде всего особенностями, разнообразием обмена веществ микроорганизмов.

Необходимыми элементами питания микроорганизмов, как и других существ, являются углерод, азот, сера, фосфор, зольные элементы, а для многих микроорганизмов – различные дополнительные питательные вещества, такие как витамины, факторы роста и т.д.

Многие микроорганизмы, подобно высшим животным, помимо нормальных источников углерода, азота, минеральных солей и других элементов, служащих им источником энергии и материалом для синтеза, нуждаются еще в весьма существенных факторах роста. Особенностью факторов роста является их активность в чрезвычайно малых количествах.

Впервые фактор роста был обнаружен Вильде в 1901 году при культивировании дрожжей. Он заметил, что при засеве синтетической среды небольшим количеством дрожжей их роста не наблюдалось. Однако, если одновременно с посевом дрожжей в питательную среду внести дрожжи, убитые кипячением, рост появляется. Вильде объяснил это явление наличием в дрожжевой клетке некоторого фактора роста, названного им «БИОС».

Изучение природы БИОСа показало, что он представляет собой смесь нескольких компонентов. БИОС был расщеплен на две фракции «БИОС»-1 и «БИОС» -2. Обе фракции, взятые раздельно, не активны. Их способность стимулировать рост микробов проявляется только при совместном действии. «БИОС»-1 представляет собой инозит, «БИОС»-2 содержит гетероциклическое кольцо со свободной карбоксильной группой.

Вещества, аналогичные БИОСу, оказались необходимыми как факторы роста для многих микроорганизмов. Некоторые микроорганизмы нуждаются в добавлении к питательной среде витамина В.

По потребности в витамине В бактерии делятся на четыре группы:
а) бактерии, растущие на бульоне, лишенном витамина В. Эти бактерии не растут на синтетических средах (брюшнотифозная и дизентерийная палочки, гноеродный стафилококк);
б) бактерии, не нуждающиеся в экзогенном поступлении витамина В. Эти бактерии растут на безвитаминном бульоне и синтетических средах (кишечная палочка, холерный вибрион, синегнойная палочка, возбудитель сибирской язвы и др.). Микробы этой группы способны сами синтезировать витамин В;
в) бактерии, плохо растущие на безвитаминных средах (менингококк, возбудитель дифтерии);
г) бактерии, не растущие на безвитаминных средах (гемолитический стрептококк, пневмококк).

Установлено, что витамины группы В обладают способностью стимулировать рост и кислотообразование у пропионово – кислых и молочно – кислых бактерий.

Палочка инфлюэнцы, возбудители коклюша и мягкого шанкра нуждаются в факторе роста, состоящем из Х и Y факторов. Оба эти фактора находятся в крови, а также в картофеле и других растительных экстрактах.

Х – фактор термостабилен, он является гематином и может быть заменен некоторыми неорганическими соединениями железа, имеющими оксидную или каталазную активность. Гематин и другие соединениия железа необходимы для синтеза цитохромов, участвующих в процессах дыхания.

Y – фактор имеет витаминную природу, разрушается при автоклавировании, вырабатывается бактериями, дрожжами, клетками животных и растений.

Анаэробный микроб Bac. sporogenes использует в качестве фактора роста ненасыщенную жирную кислоту. ЕЕ наличие необходимо также и для роста Cl.botulinum и Cl. Perfringens. Это вещество образуется многими аэробными бактериями, например, брюшнотифозной, туберкулезной палочками, а также плесневыми грибами. Очевидно, это вещество необходимо для жизнедеятельности всех микроорганизмов, но анаэробные клостридии лишены способности сами его синтезировать.

Весьма активным фактором роста, имеющим универсальное биологическое распространение, является пантотеновая кислота. Амид никотиновой кислоты служит фактором роста для стафилококков. Без него стафилококки не растут на синтетических средах, содержащих гидролизованную желатину, триптофан, тирозин, цистин и глюкозу. Никотинамид синтезируется кишечной, брюшнотифозной палочками, а также холерным вибрионом.

К факторам роста относятся некоторые аминокислоты (необходимые для синтеза белка), пуриновые и пиримидиновые основания (идущие на построение нуклеиновых кислот) и др. Многие факторы роста входят в состав различных ферментов и играют роль катализаторов в биологических процессах. Вопрос о факторах бактериального роста весьма существенен. С одной стороны, он помогает понять физиологическую роль мясной воды, на которой готовятся лабораторные питательные среды для культивирования многих микроорганизмов. С другой стороны, разрешение вопроса о факторах роста позволяет более широко применять синтетические среды для культивирования микробов.

Питательные среды для одного и того же микроорганизма могут быть разными в зависимости от задач исследования. Например, среды, подходящие для длительного поддержания жизнедеятельности культур микроорганизмов, могут сильно отличаться от сред, предназначенных для получения тех или иных продуктов обмена, когда требуется стимулировать отдельные стороны жизнедеятельности микробов. Особые среды нужны для образования спор и других форм жизненного цикла.

По возможности питательные среды должны быть унифицированными, т. е. содержать постоянные количества отдельных ингредиентов. Для удобства слежения за ростом культур и контролем за загрязнением среды посторонними микроорганизмами питательные среды должны быть прозрачными.

По составу питательные среды подразделяются на натуральные, синтетические и полусинтетические.

Натуральными средами обычно называют среды, состоящие из продуктов животного или растительного происхождения, имеющие сложный неопределенный химический состав. Основой таких сред являются различные части зеленых растений, ткани животных, солод, дрожжи, фрукты, овощи, навоз, почва, вода морей, озер и минеральных источников. Большинство из них используются в виде экстрактов или настоев.

На натуральных средах хорошо развиваются многие микроорганизмы, так как в таких средах имеются, как правило, все компоненты, необходимые для роста и развития микробов. Однако среды с неопределенным составом мало пригодны для изучения физиологии обмена веществ микроорганизмов, поскольку они не позволяют учесть потребление ряда компонентов среды и выяснить, какие вещества образуются по ходу развития микроорганизмов.

Натуральные среды неопределенного состава используются, главным образом, для поддержания культур микроорганизмов, накопления их биомассы и для диагностических целей.

К числу сред неопределенного состава относят и так называемые полусинтетические среды. В их состав наряду с соединениями известной химической природы входят вещества и неопределенного состава. Такие среды находят особенно широкое применение в промышленной микробиологии для получения аминокислот, витаминов, антибиотиков и других важных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

В качестве примера таких сред можно назвать мясо – пептонный бульон (МПБ), в состав которого одновременно с мясным экстрактом и пептоном, имеющими сложный состав, входят хлорид натрия, фосфорнокислый калий, а также иногда глюкоза или сахароза. К полусинтетическим относятся и картофельные среды с глюкозой и пептоном.

Синтетические среды – это такие среды, в состав которых входят только определенные, химически чистые соединения, взятые точно в указанных концентрациях.

Синтетические среды наиболее удобны для исследования обмена веществ микроорганизмов. Зная точный состав и количество входящих в среду компонентов, можно изучить их потребление и превращение в соответствующие продукты обмена.

Питательные среды бывают элективные, дифференциально – диагностические и консервирующие.

Элективные среды были введены в микробиологическую практику С.Н.Виноградским и М.Бейеринком. Это такие питательные среды, в которых путем добавления одного или нескольких химических соединений, создаются оптимальные условия для роста и размножения одного вида микроорганизмов (или группы родственных микроорганизмов) и неблагоприятные – для всех остальных. Такие среды применяются главным образом для выделения чистой культуры микроорганизмов из мест их естественного обитания и для накопления массы культур (химический метод выделения чистой культуры). Например, питательная среда, которая представляет собой свернутую лошадиную сыворотку, является элективной средой для дифтерийных бактерий, щелочная пептонная вода – для холерных вибрионов, желчный бульон – для возбудителя брюшного тифа, печеночный бульон – для бруцелл и т.д.

Накопление микробов а элективных питательных средах во многих случаях служит важным предварительным этапом при выделении чистых культур из исходных исследуемых материалов (например, холерного вибриона или брюшнотифозных бактерий из испражнений больных или носителей и пр.).

Дифференциально – диагностические среды – это такие среды, в состав которых кроме веществ, обеспечивающих рост и развитие микроорганизмов, входят вещества, применяющиеся в качестве субстрата для определенных ферментов. По качественному изменению субстрата Определяется присутствие того или иного фермента (оценивается при помощи индикатора, реагирующего на наличие в питательной среде продуктов распада субстрата).

Каждый вид микроорганизмов характеризуется достаточно стабильным набором ферментов. Определение набора ферментов при помощи дифференциально – дагностических сред позволяет дифференцировать виды микроорганизмов. Например, кровяной агар позволяет выявить фермент гемолизин, среды Гиса – сахаролитические ферменты (карбогидразы), желатин используется для учета протеолитических свойств микробов и т.д.

Кровяной агар. О наличии фермента гемолизина судят по разрушению эритроцитов и образованию светлой зоны вокруг микробов, выросших на кровяном агаре.

Среды Гиса. О наличии ферментов – карбогидраз, расщепляющих углеводы до кислоты, свидетельствует изменение рН среды в кислую сторону и изменение цвета питательной среды. Различие в наборе ферментов может быть использовано для проверки чистоты выделяемой культуры, а также для быстрой дифференцировки одного вида от других при первичном исследовании посевов заразного материала.

Консервирующие среды предназначены для первичного посева и транспортировки исследуемого материала. В них предотвращается гибель патогенных микроорганизмов и подавляется развитие сапрофитов. В качестве примера можно назвать глицериновую смесь, используемую для сбора испражнений при исследованиях, проводимых с целью обнаружения некоторых видов бактерий.

По физическому состоянию среды разделяются на жидкие, плотные, полужидкие и сыпучие. Для выяснения физиолого – биохимических особенностей микроорганизмов, а также для накопления их биомассы или продуктов обмена наиболее удобно применять жидкие среды. Плотные среды используются для выделения чистых культур, получения изолированных колоний, для хранения культуры и количественного учета микроорганизмов, определения их антагонистических свойств и в ряде других случаев. Полужидкие питательные среды, как правило, используются для более длительного хранения микробных культур. Для уплотнения сред применяют агар – агар, желатин и кремнекислый гель.

В промышленной микробиологии применяют так называемые сыпучие питательные среды. К таким средам относятся, например, разваренное пшено, отруби, пропитанные питательным раствором и пр.

Питательные среды бывают простые и сложные. К числу простых жидких питательных сред относятся пептонная вода, мясо – пептонный бульон (МПБ). К плотным простым питательным средам принадлежат мясо – пептонный агар (МПА) и мясо – пептонный желатин.

Простые питательные среды, особенно МПБ и МПА, служат основой для изготовления из них более сложных сред путем добавления к ним различных веществ, повышающих питательную ценность субстрата. Например, при добавлении глюкозы получают сахарный бульон или сахарный агар; асцит – агар и асцит – бульон получают при добавлении асцитической жидкости; цельная кровь является составной частью кровяного агара и кровяного бульона, а при добавлении сыворотки крови получают сывороточные среды (агар или бульон).

Среды более сложного состава обычно предназначаются для культивирования требовательных к питательному субстрату микробов, не размножающихся на простых средах. К таким микроорганизмам относятся возбудители гонореи, дифтерии, бруцеллеза, туляремии, сифилиса, возвратного тифа, риносклеромы, туберкулеза и др.