Питательные среды в микробиологии - определение, виды и требования

Что такое питательные среды?

Среди методов микробиологической диагностики особое место занимает культуральный (бактериологический), основой которого являются питательные среды. Первые из них были разработаны во времена знаменитых исследований Луи Пастера и Роберта Коха на основе желатина. Немногим позже исследовательница лаборатории Коха Анджелина Гессе предложила агар, как компонент питательной среды. С помощью агара были разрешены многие технические проблемы, препятствующие развитию экспериментов, что позволило микробиологии получить интенсивное развитие. По настоящее время роль питательной среды в работе микробиологов остается определяющей.

Питательной средой называют основу, содержащую различные соединения сложного и простого состава, обеспечивающие культивирование и рост микроорганизмов в лабораторных или промышленных условиях.

Основные компоненты питательных сред

• Пептон - источник углерода и азота;
• Мясной экстракт - источник аминокислот, витаминов, минералов;
• Дрожжевой экстракт - источник витаминов, углерода, азота;
• Сульфаты и тиосульфаты – источники серы;
• Неорганические соли – источники металлов;
• Дистиллированная вода – важнейший компонент сред, обеспечивает физиологические функции бактерий;
• Микробиологический агар - отверждающий агент.

Выбор той или иной питательной среды зависит от целей исследования, и для того, чтобы ориентироваться в большом многообразии сред существует несколько классификаций, учитывающих их основные особенности.

По консистенции питательные среды подразделяются

• Плотные среды

• Жидкие среды

• Полужидкие среды

• Сухие среды
  

Плотная питательная среда

Используется для изучения морфологии колоний, диагностических целей, для выделения чистых культур микроорганизмов,  для их хранения, а так же для количественного учета бактерий, определения их антагонистических свойств и в ряде других случаев. На такой питательной среде рост бактерий можно наблюдать в виде круглых, выпуклых, плоских колоний, с ровным или не ровным краем, разных по цвету, наличию блеска, гладких или шороховатых и т.д.

Примеры плотных питательных сред – Агар МакКонки, Шоколадный агар, Среда Мюллера-Хинтон с лошадиной кровью.

 

Жидкая питательная среда

Представляет собой бульон, применимый для изучения физиолого-биохимических особенностей микроорганизмов, для накопления биомассы или продуктов обмена, а также поддержания и хранения микроорганизмов, плохо развивающихся на плотных средах. Рост на жидкой среде наблюдается в мутности, изменения цвета среды.
Примеры жидких питательных сред – питательная среда RVS, бульон Мосселя, трипказо-соевый бульон, мясо-пептонный бульон.

Полужидкая питательная среда

Используется для хранения культур, а так же для накопления биомассы (например, анаэробов). Такая среда содержит агар в концентрации 0,5% или менее, а рост бактерий проявляется в виде линии в среде. Примерами полужидких питательных сред являются тиогликолевая среда, среда Эймса.  

Сухие среды
Сухие питательные среды представляют собой легко растворимые в воде порошки или гранулы. Удобны для хранения и транспортировки и приготовления готовых к использованию сред.

По составу

• натуральные
• полусинтетические 
• синтетические.

Натуральные среды состоят из продуктов животного или растительного происхождения, имеют неопределённый химический состав. Такие среды, в основном, используются для поддержания культур и их накопления, так как из-за неопределенного химического состава они мало пригодны для изучения физиологии микроорганизмов. Примеры таких сред: мясо-пептонный агар, мясо-пептонный бульон, картофельный агар и др.

Самыми распространенными средами в микробиологическом исследовании являются полусинтетические, в состав которых входят продукты неопределённого состава – пептоны, мясные перевары, дрожжевой экстракт, и известные химические соединения – хлорид натрия, сульфаты, углеводы, индикаторы и др. Примерами этих сред являются элективная солевая среда, среда Сабуро, агар Шедлера, Колумбийский агар с бараньей кровью и теллуритом.

Синтетическими питательными средами являются те, чей состав полностью определён в отношении химических веществ и их точных концентраций. Такие среды более других удобны для исследования обмена веществ микроорганизмов, однако лишь для немногих из них разработаны синтетические среды. Например, среда Симмонса, принцип которого основан на способности микроорганизмов использовать цитрат в качестве источника энергии, создана для дифференциации грамотрицательных бактерий. 

Подразделение питательных сред по назначению 

Универсальные среды используются для выращивания большого количества микроорганизмов, не обладающих сложными питательными потребностями, а так же применимы в качестве основы для приготовления сред с более сложным составом.  Примерами таких сред являются: мясо-пептонный  агар, трипказо-соевый агар, бульон Хоттингера, сусло – агар.

Специальные среды предназначены для избирательного культивирования и изучения определенных видов микроорганизмов. В свою очередь специальные среды подразделяются на следующие виды:

• Селективные среды;

• Дифференциально-диагностические среды;

• Транспортные среды.

Селективные питательные среды обеспечивают преимущественное развитие определенных видов микроорганизмов. Избирательность среды достигается путем добавления различных компонентов, таких как антибиотики или различные химические вещества, регулирование уровня pH, которые ограничивают рост и размножение нежелательных организмов и способствуют росту и развитию исследуемых.

Примеры селективных питательных сред  - колумбийский агар с НДК и бараньей кровью,  XLD агар,  агар цетримидный, ареда Сабуро, агар МакКонки.

Дифференциально-диагностические питательные среды применяют для изучения биохимических свойств и дифференцирования микроорганизмов разных групп по характеру их ферментативной активности по отношению к определенным типам субстрата (углеводы, аминокислоты  и др.), индикаторам.

Например, среда Эндо позволяет отличить микроорганизмы, ферментирующие лактозу до ацетальдегида от тех, кто не обладает этим свойством. Состав среды включает питательную основу, агар, лактозу и цветной индикатор – основной фуксин. Исходная питательная среда имеет розовый цвет. Микроорганизмы, не ферментирующие лактозу, образуют на среде бесцветные или розовые колонии в тон среды. При ферментации лактозы до ацетальдегида последний реагирует с сульфитом, в результате чего колонии окрашиваются в малиновый или красный цвет с металлическим блеском.

Другие примеры дифференциально-диагностических сред – агар МакКонки, среда СШ (Плоскирева), хромогенный агар для обнаружения и подсчета уропатогенных бактерий.

Транспортные среды используют для сохранения жизнеспособности микроорганизмов от момента взятия материала до его посева. Состав такой среды должен позволить предотвратить избыточное размножение сопутствующей микрофлоры во время транспортировки и хранения.

Примеры транспортных сред – среда Эймса, среда Кери- Блэйр.

Типы питательных сред в зависимости от потребности в кислороде

Микроорганизмы имеют разные требования к условиям среды, включая доступ кислорода, в связи с чем и подразделяются на аэробных и анаэробных. При этом строго облигатными анаэробами считаются бактерии, рост которых невозможен в присутствии кислорода. Питательные среды для их культивирования, содержат большое количество источников белкового питания. Часто требуются стимуляторы роста бактерий, которые вводят в состав питательных среда так же селекционирующие вещества, поскольку менее требовательные микроорганизмы препятствуют росту анаэробов.

Степень анаэробиоза измеряется по окислительно-восстановительному потенциалу (Eh) среды - при увеличении присутствия растворенного кислорода подавляется рост всех анаэробных бактерий. Для удаления кислорода и создания соответствующих условий культивирования необходимо применение соответствующей строгой анаэробной техники (анаэростат, газогенерирующие пакеты и др.). 

Примеры питательных сред для облигатных анаэробов – Агар Шедлера с бараньей кровью, агар Шедлера, тиогликолевая среда.

Что касается культивирования микроорганизмов, способных  хорошо расти в присутствии кислорода (аэробных), то для их изучения в практике используется большое количество разнообразных по составу и по назначению сред, например, Колумбийский агар с НДК и бараньей кровью, агар CLED, шоколадный агар с факторами роста, цетримидный агар.

В связи с тем, что питательные среды являются основным звеном микробиологического исследования, от их качества и соблюдения верной методики приготовления во многом зависят результаты этого исследования. Питательная среда для культивирования определенного вида микроорганизмов должна соответствовать следующим требованиям:

• Содержать все необходимые для роста питательные вещества в оптимальной для изучаемого микроорганизма концентрации и в легко усвояемой форме;

• Иметь оптимальную влажность, чтобы вещества в ее составе находились в растворенном состоянии;

• Иметь определенный уровень кислотности – pH;

• Иметь определенный уровень окислительно-восстановительного потенциала (Eh);

• Изотоничность, то есть осмотическое давление в среде должно быть подобным внутриклеточному;

• Стерильность.