Công thức môi trường nuôi cấy vi sinh vật

Lĩnh vực vi sinh vật học đã hình thành và phát triển hơn vài trăm năm. Hiện tại, các nhà khoa học có thể phân lập và nuôi cấy nhiều loại vi khuẩn trong các điều kiện và vị trí địa lý khác nhau. Vì vậy, môi trường nuôi cấy vi khuẩn và nấm ngày càng phát triển để đáp ứng cho từng loại sinh vật cụ thể. Thành phần của mỗi loại môi trường có thể khác nhau nhưng đều có những nguyên tắc chung để tạo ra các công thức môi trường nuôi cấy vi sinh vật này. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu các thành phần và vai trò của chúng trong nuôi cấy vi khuẩn và nấm.

Công thức môi trường nuôi cấy vi sinh

Có nhiều thành phần trong môi trường nuôi cấy vi khuẩn hoặc nấm và nó khác nhau đối với từng đối tượng. Tuy nhiên, chúng ta có thể chia thành 7 nhóm thành phần với vai trò khác nhau như sau:

1 chất dinh dưỡng: protein/peptit/axit amin

2 Chất cung cấp năng lượng: cacbohydrat

3 Kim loại và khoáng chất thiết yếu: canxi, magie, sắt, các kim loại vi lượng: photphat, sunfat…

4 Hệ đệm: photphat, axetat…

Chỉ thị thay đổi pH 5: đỏ phenol, tím bromo-cresol…

7 Chất tăng cường trung bình: thạch luôn

Thường sẽ có sự chồng chéo về chức năng của một số thành phần trong môi trường nuôi cấy, chẳng hạn như chất lỏng phân giải protein sẽ cung cấp nitơ, năng lượng, một số kim loại và khoáng chất, đồng thời hoạt động như một hệ thống đệm. . Hệ thống đệm phốt phát là một nguồn phụ gia khoáng và kim loại quan trọng.

chất dinh dưỡng

Naegeli được ghi nhận là người có ấn phẩm khoa học sớm nhất (1880/82) mô tả nhu cầu tổng hợp protein của vi sinh vật. Ông đặt tên cho hợp chất này là “peptone”. Công việc sau đó cho thấy rằng nhóm vi khuẩn này, chemoorganotrophs, yêu cầu các hợp chất axit amin chứa nitơ làm yếu tố tăng trưởng thiết yếu trong môi trường nuôi cấy của chúng.

Chiết xuất thịt (chiết xuất thịt) chứa các phân đoạn protein hòa tan trong nước (axit amin và peptide nhỏ) cùng với các sản phẩm hòa tan trong nước khác như vitamin, kim loại vi lượng, khoáng chất và carbohydrate (glycogen). Chiết xuất này có thể được coi là “peptone”, nhưng hàm lượng nitơ axit amin của chúng luôn thấp đến mức không thể hỗ trợ sự phát triển của số lượng lớn vi khuẩn. Trước đây, do không thể sản xuất đủ protein thủy phân cho nuôi cấy vi khuẩn nên nhiều môi trường đã sử dụng hỗn hợp protein thủy phân (peptone) và dịch chiết thịt.

Các dung dịch thủy phân proteolytic được phát hiện là rất khó sản xuất, vì vậy nhiều nhà sản xuất thương mại sản phẩm này đã được thành lập vào những năm 1920. Các sản phẩm peptone thương mại thường được sản xuất khô và từ đó, các môi trường nuôi cấy khô thương mại đã được sản xuất và bán trên thị trường.

Mặc dù nguồn protein phổ biến và rõ ràng nhất là thịt, nhưng có thể hiểu rằng ban đầu con người chủ yếu thủy phân và sản xuất peptone từ nguồn này. Tuy nhiên, các nhà khoa học sau đó đã thử nghiệm sản xuất peptone từ một số nguồn khác và tìm thấy những lợi ích cụ thể, những nguồn vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay. Ví dụ, casein thủy phân với màu sáng và hàm lượng tryptophan cao và peptone đậu nành với hàm lượng carbohydrate năng lượng cao là những nguồn phổ biến của peptone không phải thịt.

Thành phần dinh dưỡng của môi trường nuôi cấy thường được lựa chọn cẩn thận để thu được phổ vi sinh vật mong muốn trong mẫu. Môi trường mục tiêu chung như thạch máu thường chứa hỗn hợp pepton để đảm bảo rằng peptit đủ đa dạng đối với hầu hết các vi sinh vật có khả năng hiện diện. Tuy nhiên, các sinh vật khó tính hơn sẽ yêu cầu bổ sung các yếu tố tăng trưởng, chẳng hạn như môi trường dành cho việc nuôi cấy các loài Legionella.

Hầu hết các thành phần được sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật đều không rõ nguồn gốc và yêu cầu thử nghiệm rộng rãi với sự lựa chọn cẩn thận để đảm bảo mức độ đồng nhất cao. Người ta cũng đặt ra câu hỏi liệu có tốt hơn nếu sử dụng toàn bộ peptide và axit amin xác định để tạo môi trường có thành phần rõ ràng? Tuy nhiên, trong thực tế, mặc dù một phương tiện đồng nhất hơn, nhưng chúng cho thấy hiệu quả kém hơn so với các phương tiện khác. Hơn nữa, chi phí của các môi trường này cũng đắt so với các môi trường không xác định. Việc sử dụng môi trường nuôi cấy hoàn toàn xác định là một mục tiêu dễ hiểu đối với hầu hết các nhà vi trùng học, nhưng môi trường này vẫn chưa được chứng minh là có hiệu quả như hỗn hợp phức tạp của thịt và thủy phân protein thực vật.

Chất cung cấp năng lượng

Carbohydrate được thêm vào môi trường mở ở mức 5-10 g mỗi lít luôn có mặt dưới dạng chất nền sinh hóa để xác định việc sản xuất các enzym cụ thể trong quá trình xác định sinh vật. Chất chỉ thị pH luôn được thêm vào các công thức môi trường này.

Kim loại và khoáng chất thiết yếu

Các thành phần vô cơ cần thiết của môi trường nuôi cấy rất nhiều và có thể được phân chia trên cơ sở bán định lượng:

• Lượng lớn điển hình (g/lít): Na, K, Cl, P, S, Ca, Mg, Fe.
• Thành phần hàm lượng nhỏ (microgam/lít): Zn, Mn, Br, B, Cu, Co, Mo, V, Sr…

Như đã đề cập ở trên, một công thức có thể không có các kim loại và khoáng chất cụ thể được liệt kê trong công thức môi trường của nó. Trong những trường hợp này, người ta cho rằng các yếu tố cần thiết đều có mặt trong mẫu phân giải protein, chất đệm và thạch.

hệ thống đệm

Điều quan trọng là luôn duy trì độ pH của môi trường ở mức tối ưu cần thiết cho sự phát triển của sinh vật được phân lập. Việc sử dụng các hợp chất đệm ở các giá trị pK cụ thể đặc biệt cần thiết khi carbohydrate có thể lên men được thêm vào môi trường làm nguồn năng lượng.

Các hợp chất phổ biến được thêm vào môi trường nuôi cấy là các ion photphat, axetat, citrate, lưỡng tính (zwitterion) và một số axit amin cụ thể khác. Một tác dụng phụ của các hợp chất này là khả năng thu giữ (chelate) các ion hóa trị hai dương như Ca++ và Mg++. Các muối polyphotphat, đôi khi có trong natri photphat, là những hợp chất có thể liên kết các ion dương thiết yếu yếu đến mức vi sinh vật không thể sử dụng được.

Tác động của các tác nhân liên kết và chelat hóa này sẽ làm giảm sự phát triển hoặc thất bại hoàn toàn trừ khi các ion cần thiết được thêm vào công thức của môi trường nuôi cấy. Độ trong mờ được hình thành trong môi trường sau khi đun nóng hoặc giữ ở 50°C trong vài giờ, điều này gây ra bởi sự tương tác của phốt phát với kim loại. Các kết tủa phốt phát này có thể liên kết Fe rất hiệu quả và làm giảm lượng kim loại thiết yếu này trong môi trường.

Người dẫn chuyện

Thêm chất chỉ thị màu là một cách rất hiệu quả để xác định quá trình lên men của các loại carbohydrate cụ thể trong môi trường nuôi cấy. Các hợp chất này sẽ thay đổi màu sắc rõ ràng và nhanh chóng ở mức độ pH tới hạn.

Các hợp chất thường được dùng làm chất chỉ thị màu trong môi trường bao gồm: đỏ phenol, tím bromo-cresol, fuchsin, v.v. Những chất này độc hại và quan trọng là sử dụng ở nồng độ thấp và cần sàng lọc sơ bộ, từng nhóm. Các chủng vi sinh vật nhạy cảm đã biết đã được sử dụng trong các xét nghiệm sàng lọc này.

đại lý chọn lọc

Sự đa dạng lớn của các loài vi sinh vật và khả năng thích ứng dường như vô tận với các điều kiện thay đổi khiến việc tạo ra một môi trường chọn lọc hoàn toàn là điều không thể. Các tác nhân chọn lọc có thể được cho là ức chế hầu hết các vi khuẩn không mong muốn và cho phép sự phát triển của các vi khuẩn mong muốn nhất. Công thức cuối cùng luôn là sự dung hòa để đạt được tiêu chí tốt nhất.

Chất làm cứng hoặc tạo gel

Mặc dù gelatin vẫn được sử dụng trong một số môi trường đặc biệt và carrageenan, alginate, silica gel và polyacrylamide đôi khi cũng được sử dụng làm chất tạo gel, tác nhân phổ biến nhất được sử dụng trong môi trường nuôi cấy vẫn là thạch. Hesse, một kỹ thuật viên trong phòng thí nghiệm của Robert Koch, được ghi nhận là người đầu tiên sử dụng agar trong quá trình nuôi cấy, mặc dù Frau Hesse lấy ý tưởng từ việc sử dụng agar trên bàn ở vùng nhiệt đới.

Agar có một đặc tính đặc biệt là trơ với hoạt động của vi sinh vật, hơn nữa, điểm nóng chảy của nó là 84°C cùng với độ bền gel cao cho phép sử dụng ở nồng độ thấp. Độ trong và độc tính thấp làm cho nó trở nên phổ biến và được sử dụng bởi các nhà vi trùng học. Hơn nữa, khả năng duy trì cấu trúc gel của thạch ngay cả ở 60°C khiến nó trở thành lựa chọn môi trường nuôi cấy để phân lập vi khuẩn ưa nhiệt.

Agar được lấy từ các loài rong biển chính là Gelidium, Gracilaria và Pterocladia. Nó được chiết xuất dưới dạng dung dịch ở hơn 100°C, khử màu, lọc, sấy khô và cuối cùng nghiền thành bột.

Agar không nhất thiết phải là chất tạo gel trơ, nó có thể đóng góp chất dinh dưỡng và/hoặc độc tố cho môi trường nuôi cấy, tùy thuộc vào quy trình xử lý do nhà cung cấp thực hiện. Thạch nuôi cấy vi sinh vật được xử lý đặc biệt để tạo ra gel có độc tính thấp, độ trong cao, độ khoáng hóa thấp và độ khuếch tán cao.

Các thành phần khác

Có nhiều chất khác có thể được thêm vào môi trường nuôi cấy cho các mục đích cụ thể. Ví dụ, các yếu tố tăng trưởng đối với các sinh vật khó điều trị, các hợp chất khử eH đối với vi khuẩn kỵ khí (thioglycollates và cysteines), máu toàn phần để xác định các enzym tan huyết và thúc đẩy tăng trưởng của các sinh vật bị tổn thương do các sản phẩm oxy hóa.

Đây là bài viết về nguyên lý cấu tạo môi trường nuôi cấy vi sinh vật. Bài viết này dựa trên bài viết gốc trên trang Oxoid. Chúng tôi hy vọng bài viết này hữu ích cho bạn.