что называют чистой культурой микроорганизмов
Чистые культуры: понятие, определение, выделение, среда, получение и использование
Чистые культуры – ключевая догма микробиологии XX века. Для понимания сути данного понятия стоит вспомнить, что бактерии очень малы и морфологически трудноразличимы. Но они отличаются по биохимическим процессам, и именно это является их главной видовой особенностью. Но в обычной среде мы имеем дело не с одним видом бактерий, а с целым биомом – сообществом, которое влияет друг на друга, и выделить роль одного микроорганизма невозможно. И вот тут нам и нужна чистая культура или штамм конкретного вида.
«Охотники за микробами» и агар-агар
Вам будет интересно: География родного края: в какой части России находится Ярославль
Гениальная идея выделения чистых культур микробов принадлежит медицинскому микробиологу Генриху Герману Роберту Коху (1843-1910). Тому самому, который открыл возбудителя сибирской язвы, холеры и туберкулеза и заслуженно считается основоположником бактериологии и эпидемиологии.
Именно он изобрел метод чистых культур, когда на питательную среду на основе полисахарида агар-агара наносится разбавленная культура микробов и из одной клетки вырастает колония совершенно идентичных организмов. Она хорошо видна невооруженным глазом и специфична для каждого вида.
Его изобретение дало толчок к развитию микробиологии и таксономии микроорганизмов. Ведь так можно было любой микроб культивировать в чистом виде и исследовать сто миллионов клеток как одну.
Вам будет интересно: Нужна ли программисту математика: перечень предметов для поступления, советы и отзывы
Не умаляя достижений Коха
Еще один помощник Коха бактериолог Юлиус Рихард Петри (1852-1921) предложил выращивать колонии бактерий в плоских стеклянных чашках. Сегодня о чашках Петри знают даже школьники.
Догма микробиологии
Чистая (аскеничная) культура – совокупность (популяция или штамм) микроорганизмов, которые имеют идентичные морфологические и биохимические свойства и являются потомками одной клетки.
Выделение чистой культуры предполагает осуществление трех этапов:
Методы выделения чистых культур
В микробиологии используются следующие методы для получения аксеничной культуры организмов:
Для чего это необходимо
Чистые культуры применяются:
В природе все совсем не так
В 90-е годы прошлого столетия в отношении чистых культур все вдруг изменилось. Выяснилось, что при соединении микроорганизмов двух чистых штаммов в одной пробирке они ведут себя совсем не так, как поодиночке. Биохимические процессы их жизнедеятельности влияют (подавляют или стимулируют) друг на друга. Именно так и происходит в природных биомах.
Вывод прост: свойства чистой культуры в лаборатории не могут быть экстраполированы на природные биомы.
Геномная революция
Вот тут-то и оказалось, что культурные штаммы и те бактерии, которых мы изучили, составляют порядка 5% всех бактерий, населяющих нашу планету. И, в отличие от культурных штаммов, об их свойствах и особенностях биохимии мы ничего не знаем.
Найдя соответствующую последовательность в геноме природного штамма, мы можем только разместить его на филогенетическом древе и предположить, что в природе он имеет те же свойства, что и ближайший родственный штамм чистой линии.
И что же дальше?
Пока еще в будущем секвенирование генома бактерии по одной единственной клетке. Сегодня пока это дорого и очень сложно. И поэтому чистые линии остаются «золотым запасом» микробиологии.
Хотя сложности остаются. Например, совсем недавно были исследованы бактерии «черных курильщиков», расположенных на дне океана. Микроорганизм описали и секвенировали его геном без выделения чистой культуры.
Похожая ситуация сложилась и с бактериями, живущими в глубине золотобывающих шахт. Оказалось, что это чистая линия микроорганизмов – потомки одной бактерии.
При этом эти организмы не растут на питательных средах, и вырастить колонию чистого штамма пока никому не удалось.
Новости биотехнологии
В развитии этой отрасли прикладного знания перед человечеством стоит множество вопросов. И не только биологических, но и этических. Насколько человек может изменить окружающий мир и не навредить ему? Вопрос остается открытым.
Но уже сегодня биотехнологии внедряются в нашу жизнь. Так, уже сегодня выведены штаммы бактерий, которые способны питаться пластиком и разлагать его. Пока они делают это медленно. Но ученые работают над их геномом. Никого уже не удивляет, что весь человеческий инсулин нам «изготавливают» генномодифицированные бактерии кишечной палочки.
А искусственный биосинтез уже сегодня поставляет нам биогаз и биотопливо в виде высокомолекулярных углеводов природного происхождения (продукты жизнедеятельности бактерий, простейших грибов, которые перерабатывают биомассу наших отходов в топливо, энергию, химикаты).
Пахотные земли и пресная вода – сегодня это самый важный компонент из ограниченных природных ресурсов. Новые биотехнологии (биоремедиация) предлагает возможности использования микроорганизмов для восстановления их потенциальных возможностей и удаления загрязняющих факторов.
КУЛЬТУ́РА МИКРООРГАНИ́ЗМОВ
Том 16. Москва, 2010, стр. 312
Скопировать библиографическую ссылку:
КУЛЬТУ́РА МИКРООРГАНИ́ЗМОВ, популяции микроорганизмов (бактерии, археи, микроскопич. грибы и водоросли, простейшие), выращенных на поверхности или в толще питат. среды, которая содержит все необходимые для их роста и развития вещества. Первично выделенная из к.-л. источников (воды, почвы, воздуха или др. среды) культура обычно неоднородна по видовому составу организмов и называется смешанной (исследования, проводимые на смешанных культурах, позволяют, напр., оценить формы взаимодействия микроорганизмов в местах их естеств. обитания). Уже во 2-й пол. 19 в. стало очевидным, что изучать физиологич. и биохимич. особенности микроорганизмов можно, используя только чистые (аксенические) культуры, включающие представителей одного вида; были разработаны методы их выращивания на плотных питат. средах на основе агара или желатина. В процессе роста и размножения микроорганизмов на плотных средах образуются видимые невооружённым глазом скопления клеток – колонии. Их величина, характер поверхности, консистенция, пигментация и ряд др. признаков, как правило, имеют специфические для каждого вида микроорганизмов особенности. Чистые культуры получают из т. н. накопительной культур ы, в которой преобладают представители одной физиологич. группы или одного вида. Сущность метода накопительных К. м. (введён в практику микробиологич. исследований С. Н. Виноградским и М. Бейеринком) заключается в создании элективных (избирательных) условий, обеспечивающих преимущественное развитие «нужных» организмов из смешанной популяции. Такие условия создаются чаще всего подбором соответствующих питат. сред, поскольку разл. микроорганизмы предъявляют неодинаковые требования к источникам питания. Кроме того, учитывается их отношение к аэрации, темп-ре, кислотности среды, освещённости и др. Для выделения чистой культуры производят отбор из отд. колонии клеток или получают потомков одной клетки (клон). В первом случае клетки отд. колонии с характерными свойствами пересевают на (или в) новую питат. среду, а для получения клона используют микроманипулятор, микроселектор и др. технич. средства, позволяющие отделить одну клетку от остальных клеток популяции под контролем микроскопа, а затем перенести её в соответствующие условия для размножения. Если в культуре развиваются представители только двух видов, причём их специально поддерживают в ассоциации друг с другом, то такая культура называется двухкомпонентно й.
Методы и цели выделения чистых культур бактерий
Чистой культурой называется популяция бактерий одного вида или одной разновидности, выращенная на питательной среде. Многие виды бактерий подразделяют по одному признаку на биологические варианты — биовары. Биовары, различающиеся по биохимическим свойствам, называют хемоварами, по антигенным свойствам — сероварами, по чувствительности к фагу — фаговарами. Культуры микроорганизмов одного и того же вида, или биовара, выделенные из различных источников или в разное время из одного и того же источника, называют штаммами, которые обычно обозначаются номерами или какими-либо символами. Чистые культуры бактерий в диагностических бактериологических лабораториях получают из изолированных колоний, пересевая их петлей в пробирки с твердыми или, реже, жидкими питательными средами.
Колония представляет собой видимое изолированное скопление особей одного вида микроорганизмов, образующееся в результате размножения одной бактериальной клетки на плотной питательной среде (на поверхности или в глубине ее). Колонии бактерий разных видов отличаются друг от друга по своей морфологии, цвету и другим признакам.
Чистую культуру бактерий получают для проведения диагностических исследований — идентификации,которая достигается путем определения морфологических, культуральных, биохимических и других признаков микроорганизма.
Морфологические и тинкториальные признаки бактерий изучают при микроскопическом исследовании мазков, окрашенных разными методами, и нативных препаратов.
Культуральные свойства характеризуются питательными потребностями, условиями и типом роста бактерий на плотных и жидких питательных средах. Они устанавливаются по морфологии колоний и особенностям роста культуры.
Биохимические признаки бактерий определяются набором конститутивных и индуцибельных ферментов, присущих определенному роду, виду, варианту. В бактериологической практике таксономическое значение имеют чаще всего сахаролитические и протеолитические ферменты бактерий, которые определяют на дифференциально-диагностических средах.
При идентификации бактерий до рода и вида обращают внимание на пигменты, окрашивающие колонии и культуральную среду в разнообразные цвета. Например, красный пигмент образуют Serratia marcescens, золотистый пигмент — Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк), сине-зеленый пигмент — Pseu-domonas aeruginosa.
Для установления биовара (хемовара, серовара, фаготипа) проводят дополнительные исследования по выялвениб соответствующего маркера – определению фермента, антигена, чувствительности к Фанам.
Методы выделения чистых культур бактерий.
Универсальным инструментом для производства посевов является бактериальная петля. Кроме нее, для посева уколом применяют специальную бактериальную иглу, а для посевов на чашках Петри — металлические или стеклянные шпатели. Для посевов жидких материалов наряду с петлей используют пастеровские и градуированные пипетки. Первые предварительно изготовляют из стерильных легкоплавких стеклянных трубочек, которые вытягивают на пламени в виде капилляров. Конец капилляра сразу же запаивают для сохранения стерильности. У пастеровских и градуированных пипеток широкий конец закрывают ватой, после чего их помещают в специальные пеналы или обертывают бумагой и стерилизуют.
При пересеве бактериальной культуры берут пробирку в левую руку, а правой, обхватив ватную пробку IV и V пальцами, вынимают ее, пронося над пламенем горелки. Удерживая другими пальцами той же руки петлю, набирают ею посевной материал, после чего закрывают пробирку пробкой. Затем в пробирку со скошенным агаром вносят петлю с посевным материалом, опуская ее до конденсата в нижней части среды, и зигзагообразным движением распределяют мате риал по скошенной поверхности агара. Вынув петлю, обжигают край пробирки и закрывают ее пробкой. Петлю стерилизуют в пламени горелки и ставят в штатив. Пробирки с посевами надг писывают, указывая дату посева и характер посевного материала (номер исследования или название культуры).
Посевы «газоном» производят шпателем на питательный агар в чашке Петри. Для этого, приоткрыв левой рукой крышку, петлей или пипеткой наносят посевной материал на поверхность питательного агара. Затем проводят шпатель через пламя горелки, остужают его о внутреннюю сторону крышки и растирают материал по всей поверхности среды. После инкубации посева появляется равномерный сплошной рост бактерий.
ГК «Униконс»
Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.
«Антисептики Септоцил»
Септоцил. Бытовая химия, антисептики.
«Петритест»
Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.
«АльтерСтарт»
Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.
Чистые культуры микроорганизмов
В бактериологической работе чаще всего приходится иметь дело с материалами, содержащими множество разнообразных микробов. На поверхности и внутри пищевых продуктов и других объектов всегда содержатся различные микроорганизмы.
Установление состава микрофлоры (микробного населения) продукта и разностороннее изучение свойств микроорганизмов позволяют выявить их возможное влияние на качество продукта в процессе хранения, разработать способы борьбы с микроорганизмами — возбудителями порчи.
Для выявления микроорганизмов, находящихся на изучаемом объекте, определения их систематического положения (семейства, рода, вида) и изучения их свойств необходимо прежде всего получить отдельные виды микробов, т. е. вырастить их в виде так называемых чистых культур.
Чистой культурой считается выращенная масса микроорганизмов, состоящая из клеток, принадлежащих одному виду, являющихся потомством одной клетки.
Микроорганизмы в чистых культурах находят широкое применение в производстве различных пищевых продуктов — сыров, хлеба, вина, кваса, кисломолочных продуктов и т. д. Применение культур микробов с известными свойствами дает возможность эффективнее их использовать — экономичнее перерабатывать сырье, достигать высокого выхода продукции хорошего качества.
Чистые культуры необходимы при производстве медицинских средств борьбы и профилактики болезней — антибиотиков, лечебных сывороток, вакцин.
Владение методами выделения и идентификации чистых культур позволяет обнаруживать в продуктах питания и объектах внешней среды болезнетворные микроорганизмы, идентифицировать различные заболевания, устанавливать качественный состав микрофлоры различных объектов.
Основной задачей при исследовании материала, содержащего смесь микробов, является получение отдельных колоний (скопление микробов одного вида, выросших из одной клетки) по возможности от всех микробов, находящихся в образце исследуемого материала.
Метод выделения чистых культур в плотной питательной среде заключается в механическом разъединении клеток микроорганизмов и изолированном выращивании каждой из них. Сущность его сводится к следующему.
Исследуемый материал вносят в стерильную воду или физиологический раствор (10-100 мл) и в течение 1-2 мин встряхивают.
Как правило, этого достаточно для полного разъединения клеток, так как большинство микроорганизмов являются одноклеточными, а случайные скопления и группы клеток непрочны — возникают за счет слипания или в результате других, чаще механических причин.
Для извлечения микроорганизмов, находящихся в толще материала (колбасы, сыра и др.), в воду целесообразно предварительно растереть образец в стерильных условиях с песком.
Подготовленный материал по 1 г или 1 мл разбавляют в сосудах со стерильной водой в 10, 100, 1000 и т. д. раз. Используют те разведения, в которых концентрация клеток наиболее соответствует возможностям метода.
Для культивирования микроорганизмов используется плотная питательная среда, чаще МПА. Ее предварительно расплавляют, остужают до 45-50 °С и разливают в чашки Петри, в которые были высеяны последовательно убывающие количества исследуемого объекта (те или иные разведения) с находящимися в них микроорганизмами. Далее производится перемешивание жидкой питательной среды с внесенным в нее материалом. В результате при застудневании среды клетки фиксируются, прилипают каждая на определенном месте.
При последующем выращивании посевов в термостате в течение двух суток при 22 °С клетки размножаются, и на пластинках плотной среды в чашках Петри из каждой образуется масса клеток, называемая колонией. Они видны невооруженным глазом или при помощи лупы. Для анализа используют одну из чашек, на которой колонии достаточно крупные и расположены изолированно.
Каждая обособленная колония, представляя собой потомство одной клетки, будет чистой культурой того вида бактерий, к которому принадлежала исходная клетка.
Из колоний бактерии пересевают в пробирки с питательной средой, что и является завершающим этапом выделения чистых культур. Так из множества различных бактерий, находящихся на том или ином объекте, удается изолировать отдельные виды.
При использовании описанного метода часть колоний развивается не на поверхности пластинки агара, а в его толще. Такие колонии имеют необычный вид — точечные, чечевичеобразные и другие, что представляет некоторые неудобства в дальнейшей исследовательской работе.
Этот метод введен в практику бактериологической работы Р. Кохом, поэтому и носит название метода пластинчатых культур Коха. Иначе его называют чашечным методом, или методом истощающего посева.
Завершается работа с чистыми культурами приготовлением и микроскопированием окрашенных препаратов бактерий из 1-2 колоний, предпочтительно из численно преобладающих типов. В препаратах устанавливаются форма клеток, наличие спор, семейства и род.
Как увидеть невидимое, или Как вырастить чистую культуру бактерий
Человек всегда стремился не только познавать окружающий мир, но и использовать полученные сведения. Одним из объектов изучения являются чистые культуры бактерий.
Представьте себе большую коробку с детскими кубиками, пластмассовыми детальками от конструктора, пуговицами разного размера и формы, стеклянными шариками, камешками, веточками и прочими «драгоценными» для ребенка вещами. Легко ли взрослому человеку разобраться в таком «богатстве»?
Примерно так выглядит мир бактерий, которые окружают нас. Их размеры невообразимо малы, их формы ограничены палочками, шариками, спиралями или нитями. И как прикажете определять, какая именно бактерия перед нами? Как ее изучать?
Колонии микроорганизмов
Разбирая коробку с детскими игрушками, можно рассортировать их по определенным свойствам. Так, пуговицы легко нанизать на нитку, шарики хорошо катятся, из кубиков можно построить домик и т.д. Примерно так обстоит дело и с бактериями. Описать их по внешним признакам невозможно, но происходящие в них химические процессы всегда одинаковы для каждого вида.
Свойством микроорганизмов воспроизводить себе подобных в свое время воспользовался немецкий микробиолог Роберт Кох. Он начал сам выращивать нужные бактерии, добиваясь образования такого количества одинаковых клеток, которое можно было бы рассмотреть и изучить. Образование микроорганизмов, происходящих от одной материнской клетки, называют колонией.
Выращивают колонии бактерий на том, что в микробиологии называется «твердая среда». На самом деле это желеобразный раствор агар-агара. На него наносят раствор, содержащий нужные клетки. Определенная концентрация клеток в жидкости приводит к тому, что на какой-то участок попадает всего одна клетка (родительская), которая и начинает активно размножаться, образуя колонию. Выращенную совокупность клеток переносят в жидкую среду, где отсутствуют клетки других видов, получая в результате чистую культуру бактерий.
В отличие от смешанной культуры чистая состоит из микроорганизмов только одного вида. Смешанную культуру выделяют из природной среды – почвы, воды, воздуха, а чистую культуру можно вырастить только в лабораторных условиях.
Как вырастить чистую культуру микроорганизмов
Чистой культурой называют совокупность микроорганизмов одного вида, выращенных на питательных средах из одной клетки. Чистые культуры бактерий имеют одинаковые:
Существует несколько методов выделения чистых культур:
Чтобы получить действительно чистую культуру, нужно соблюсти множество условий, в которых происходит ее выращивание:
Нужен ли бактериям кислород
Микроорганизмы разделяются по типу дыхания на аэробные и анаэробные. Аэробные бактерии (возбудители чумы, холеры, туберкулеза), как и мы с вами, используют кислород, содержащийся в воздухе, для процессов жизнедеятельности. Оптимальным условием для выращивания колонии таких микроорганизмов является содержание в атмосфере 21% кислорода.
Анаэробные бактерии тоже используют кислород, но получают его из процесса брожения – это так называемые облигатные анаэробные микроорганизмы (возбудители столбняка, ботулизма). Причем наличие свободного кислорода в окружающей среде может быть губительным для некоторых из них.
Стафилококки, сальмонеллы и другие бактерии приспособились переключать тип дыхания с использования молекулярного кислорода на процесс брожения и наоборот в зависимости от ситуации. Такие анаэробные бактерии называют факультативными.
Отдельная группа анаэробных бактерий (молочнокислые, азотфиксирующие) отлично размножаются при 2% кислорода, большая концентрация молекулярного кислорода замедлит либо вообще остановит рост колонии.
И, наконец, существуют капнеические анаэробные микроорганизмы, которым нужен не только кислород, но и углекислый газ (до 10%).
Выделять чистые культуры анаэробных бактерий значительно сложнее, чем аэробных. Забор материала рекомендуется проводить шприцем, что позволит изолировать бактерии, содержащиеся в образце, от действия атмосферного кислорода. Выделение чистой культуры нужно проводить в специальных вязких средах, причем вносить образец в глубину столбика питательной среды, а не растирать шпателем по поверхности.
Зачем нужны чистые культуры
Как видим, выделить чистую культуру бактерий не так-то просто. Зачем же это нужно и как ее использовать на практике? Чистая культура применяется:
Отдельная клетка слишком мала для исследования, ее невозможно даже толком рассмотреть. Однако из нее можно получить клон (греч. «отпрыск») – огромное количество совершенно одинаковых микроорганизмов, образовавшихся из единичной клетки путем бесполого размножения.
Культура клонов имеет одинаковую генную наследственность, следовательно, ее можно исследовать как единый организм. В микробиологии клон идентичных клеток используется для изучения и идентификации молекул, решения вопросов клонирования тканей.
Что такое штамм
В исследовании микроорганизмов чистая культура позволяет дать бактерии название, описать ее свойства, выяснить сходство и различие с другими культурами. Эти особые свойства изучают и детально описывают.
Культуры микроорганизмов одного и того же вида, взятые из разных источников или из одного и того же источника, но в разное время, называют штаммами. Штаммы одного вида могут быть абсолютно идентичными или же различаться по отдельным признакам в пределах одного вида или рода.
Штаммы используют в биологии, в медицине при постановке диагноза, в пищевой промышленности при производстве вина или пива.
Вирусы могут иметь множество штаммов, некоторые из которых устойчивы к антибиотикам. Разработка вакцин опирается на существующие штаммы, но вирусы постоянно изменяются и лекарства перестают действовать. Ученые разрабатывают следующее поколение антибиотиков, вирусы снова мутируют и т. д. Как вырваться из этого замкнутого круга, наука пока не знает.
Применение чистых культур в пищевой промышленности
Как используют дрожжи для выпечки хлебобулочных изделий или производства сусла для пива, широко известно. Но есть еще довольно большая группа микроорганизмов, необходимых для производства вкусных и полезных напитков.
Одной из самых, пожалуй, востребованных бактерий является молочнокислая или лактобактерия. Ее способность вырабатывать антибактериальные вещества и поддерживать здоровую микрофлору кишечника делает молочнокислую бактерию незаменимой для здоровья человека.
Молочнокислые бактерии используют для производства кефира, йогурта, простокваши, ряженки, различных сыров. Попадая в кишечник, молочнокислые бактерии способствуют выработке биологически активных веществ, витаминов и ферментов, которые жизненно необходимы нашему здоровью.
Молочнокислые бактерии имеют иммуномодулирующие свойства, что не может не радовать, но они могут приносить не только пользу. Молочнокислые бактерии запускают процесс брожения, в результате которого образуется молочная кислота, что не всегда полезно для продуктов. В частности, молочнокислые бактерии, попавшие в пиво или вино, могут испортить эти продукты.
В виноделии невозможно получить оригинальный вкус продукта без использования штамма винных дрожжей. Дело в том, что на винограде образуется определенная природная микрофлора (включая и молочнокислые бактерии), дающая самый различный вкус при сбраживании.
Чтобы получить заранее заданный вкус напитка, предварительно обрабатывают виноград, уничтожая все патогенные микроорганизмы, а затем вводят штамм винных дрожжей, что гарантирует получение нужного результата.
Понятие чистой культуры бактерий сформировалось в ХХ веке. Чистая культура была основой микробиологических исследований на протяжении довольно долгого времени. Однако ее поведение в стерильных лабораторных условиях существенно отличается от поведения микроорганизмов в природных условиях. Взаимодействие химических процессов в естественных микробных сообществах до сих пор мало изучено. Но это никоим образом не умаляет значимости чистой культуры для научных исследований.
Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.