محیط کشت و انواع آن

محیط کشت چیست؟

محیط های کشت محیط هایی هستند که مواد مغذی و مواد معدنی ضروری را برای حمایت از رشد میکروارگانیسم ها در آزمایشگاه فراهم می کنند.

میکروارگانیسم ها دارای ماهیت، ویژگی ها، زیستگاه و حتی نیازهای تغذیه ای متفاوتی هستند، بنابراین کشت آنها با یک نوع محیط کشت غیرممکن است. با این حال، میکروارگانیسم‌هایی نیز وجود دارند که در هیچ شرایطی نمی‌توانند روی محیط‌های کشت رشد کنند - اینها انگل‌های اجباری نامیده می‌شوند.

کشت میکروارگانیسم ها برای تشخیص بیماری های عفونی، به دست آوردن آنتی ژن، توسعه سنجش های سرولوژیکی برای واکسن ها، مطالعات ژنتیکی و شناسایی گونه های میکروبی ضروری است.

علاوه بر این، برای جداسازی کشت های خالص، ذخیره ذخایر کشت، مطالعه واکنش های بیوشیمیایی، آزمایش آلودگی میکروبی، بررسی عوامل ضد میکروبی و اثرات نگهدارنده، آزمایش تعداد زنده و تست حساسیت آنتی بیوتیکی نیز ضروری است.

این مقاله بر روی ترکیب، طبقه‌بندی و انواع محیط‌های کشت مورد استفاده در آزمایشگاه‌های میکروبیولوژی برای مطالعه طیفی از اشکال میکروبی تمرکز می‌کند.

طبقه بندی و انواع محیط کشت

رشد میکروارگانیسم‌ها در آزمایشگاه شامل تقلید از زیستگاه یا محیط طبیعی موجودات است و این امر در آزمایشگاه با فرمول‌بندی محیط‌های کشت که نیازهای آنها را برآورده می‌کند امکان‌پذیر است. بنابراین، بسیاری از محیط‌های کشت بر اساس گونه‌های میکروبی که قرار است کشت شوند، توسط دانشمندان ساخته شد.

محیط اصلی حاوی منبع کربن و انرژی، منبع نیتروژن، فاکتورهای رشد و برخی عناصر کمیاب است. برخی از اجزای رسانه ای رایج شامل پپتون، آگار، آب، هیدرولیز کازئین، عصاره مالت، عصاره گوشت و عصاره مخمر هستند. علاوه بر این، pH محیط نیز باید بر اساس آن تنظیم شود.

با این حال، برخی از اجزای اضافی یا مواد مغذی هنگام رشد میکروارگانیسم‌های خاص به محیط اضافه می‌شوند.

محیط های کشت را می توان به سه روش طبقه بندی کرد: بر اساس قوام، جزء تغذیه ای و کاربرد.

1-طبقه بندی محیط های کشت بر اساس سازگاری

محیط جامد: در این محیط ها آگار که یک زنجیره بلند و بدون انشعاب از پلی ساکاریدها است با غلظت 1.5-2.0 درصد اضافه می شود. معمولاً از 1.3% آگار برای تهیه محیط جامد در آزمایشگاه استفاده می شود. محیط حاوی آگار در دمای 37 درجه سانتیگراد جامد می شود گاهی در محل آگار از برخی مواد جامد کننده بی اثر دیگر مانند صمغ ژلان استفاده می شود.

محیط‌های جامد برای رشد میکروارگانیسم‌ها به شکل فیزیکی کامل، تهیه کشت خالص باکتریایی، یا جداسازی باکتری‌ها برای مطالعه ویژگی‌های کلنی استفاده می‌شوند.رشد باکتری در محیط جامد از نظر ظاهری به صورت مخاطی، گرد، صاف، ناهموار، رشته ای، نامنظم و منفذی شکل متفاوت است. محیط توسط میکروارگانیسم ها هیدرولیز نمی شود و عاری از مواد بازدارنده رشد است. نمونه هایی از محیط های جامد عبارتند از: آگار خون، آگار مغذی، آگار مک کانکی و آگار شکلاتی.

محیط نیمه جامد: این محیط دارای غلظت 0.2-0.5 درصد آگار است و به دلیل کاهش غلظت آگار، به صورت یک ماده نرم و ژله مانند ظاهر می شود. عمدتاً برای مطالعه تحرک میکروارگانیسم‌ها، تمایز بین سویه‌های باکتریایی متحرک و غیر متحرک (از طریق لوله Uو Cragie's tube) و پرورش باکتری‌های میکروآئروفیل استفاده می‌شود - باکتری‌ها در این محیط به صورت یک خط ضخیم ظاهر می‌شوند. نمونه هایی از محیط های نیمه جامد عبارتند از: محیط تخمیر اکسیداسیون هیو و لیفسون، محیط های استوارت و آمیز و محیط های تحرک مانیتول.

تهیه انواع محیط کشت و مواد شیمیایی

محیط های مایع: این محیط ها حاوی هیچ اثری از مواد جامد کننده مانند آگار یا ژلاتین نیستند و رشد زیادی از کلنی های باکتری در محیط مشاهده می شود. محیط‌های مایع را آبگوشت نیز می‌نامند، هنگامی که در دمای 37 درجه سانتی‌گراد به مدت 24 ساعت انکوبه می‌شوند، امکان رشد یکنواخت و کدورت سویه‌های باکتریایی را فراهم می‌کنند. این رسانه برای رشد فراوان میکروارگانیسم ها و مطالعات تخمیر استفاده می شود. نمونه‌ها عبارتند از براث سویا Tryptic، براث کربوهیدرات قرمز فنل، براث MR-VP و براث مواد مغذی.

به غیر از اینها، محیط های دو فازی نیز وجود دارند که از هر دو محیط جامد و مایع تشکیل شده اند. و گاه به جای آگار، زرده و سرم تخم مرغ را به عنوان ماده جامد کننده به محیط اضافه می کنند. در اینجا با نحوه ساخت صفحات آگار بیشتر آشنا شوید.

این مواد در حالی که به طور طبیعی مایع هستند، با استفاده از حرارت جامد می شوند و محیط تهیه شده با استفاده از تکنیک الهام بخشی استریل می شود. به عنوان مثال، محیط لوونشتاین جنسن و محیط تخم مرغ دورست، که حاوی زرده تخم مرغ هستند، و شیب سرم لوفلر، که حاوی سرم هستند، هستند.

2-طبقه بندی بر اساس جزء تغذیه ای

رسانه ساده: این یک رسانه همه منظوره است که از رشد میکروب‌های غیرضروری پشتیبانی می‌کند و در درجه اول برای جداسازی میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌شود. به عنوان مثال می توان از آبگوشت مغذی، پپتون واتر و نوترینت آگار نام برد.

محیط های پیچیده: محیط های حاوی مواد مغذی در مقادیر ناشناخته هستند که برای ایجاد یک ویژگی خاص از یک سویه میکروبی اضافه می شوند. به عنوان مثال می توان به براث سویا تریپتیک، آگار خون و براث مواد مغذی اشاره کرد.

محیط های مصنوعی: محیط های مصنوعی نوعی محیط های شیمیایی تعریف شده است و از آن تولید می شود

محیط غنی‌سازی: این یک محیط مایع است که برای افزایش غلظت نسبی میکروب‌های خاص قبل از کشت روی یک صفحه جامد استفاده می‌شود. این به عنوان یک محیط آبگوشت استفاده می شود و از رشد گونه های مشترک میکروارگانیسم ها (آنهایی که در ارتباط نزدیک با یکدیگر زندگی می کنند) در نمونه بالینی جلوگیری می کند.

همچنین در جداسازی میکروارگانیسم های مدفوع و خاک استفاده می شود. نمونه‌ها عبارتند از براث سلنیت Fکه برای جداسازی سالمونلا تیفی از نمونه مدفوع، براث تتراتیونات و آب پپتون قلیایی استفاده می‌شود.

محیط دیفرانسیل یا شاخص: حاوی شاخص‌های خاصی مانند رنگ‌ها یا بسترهای متابولیکی در ترکیب محیط است که هنگام استفاده یا واکنش با این اجزا به کلنی‌های گونه‌های میکروبی مختلف رنگ‌های متفاوتی می‌دهد.

این اجازه می دهد تا بیش از یک میکروارگانیسم رشد کند، با این حال، کلنی های باکتری بر اساس رنگ آنها متمایز می شوند، زمانی که یک تغییر شیمیایی در نشانگر رخ می دهد، مانند قرمز خنثی، قرمز فنل، آبی متیلن. مثالها عبارتند از:

آگار خون: در آگار خون سه نوع لیز یا همولیز سلول های خونی مشاهده می شود: همولیز آلفا، بتا و گاما. این اجازه می دهد تا بسیاری از میکروارگانیسم ها رشد کنند، با این حال، توانایی آنها در لیز سلول های خونی متفاوت است، و این به تشخیص کلونی های باکتری کمک می کند.

به عنوان مثال، استافیلوکوکوس پیوژنز به طور کامل سلول های خونی را لیز می کند (بتا همولیز) و در نتیجه باعث پاکسازی کامل محیط اطراف کلنی های آن می شود. استافیلوکوکوس پنومونیه تا حدی گلبول‌های قرمز را لیز می‌کند و در نتیجه یک محیط سبز رنگ ایجاد می‌کند، در حالی که میکروارگانیسم‌های همولیتیک گاما مانند انتروکوکوس فکالیس، استافیلوکوکوس ساپروفیتیکوس و استافیلوکوکوس اپیدرمیدیس نمی‌توانند گلبول‌های قرمز را لیز کنند و در نتیجه تغییر رنگی در محیط ایجاد نمی‌کنند.

نمک‌های مانیتول آگار: تخمیر مانیتول توسط استافیلوکوکوس اورئوس باعث می‌شود که محیط به زرد تبدیل شود، اما استافیلوکوک‌های کواگولاز منفی که نمی‌توانند باعث تخمیر شوند به رنگ صورتی ظاهر می‌شوند.

MacConkey آگار: باکتری های گرم منفی را بر اساس متابولیسم لاکتوز آنها متمایز می کند. باکتری‌های تخمیرکننده لاکتوز مانند اشریشیا کلی، کلبسیلا، سیتروباکتر و انتروباکتر کلنی‌های قرمز مایل به قرمز را تشکیل می‌دهند، در حالی که غیر تخمیرکننده‌های لاکتوز مانند سالمونلا، شیگلا، پروتئوس، پروویدنسیا، سودوموناس و مورگانلا کلنی‌های کم رنگ یا بی‌رنگ را تشکیل می‌دهند.

نمک های صفراوی تیوسولفات سیترات ساکارز (TCBS) آگار: محیط حاوی ساکارز است که توسط میکروب های تخمیری استفاده می شود و به تشخیص آنها از میکروارگانیسم های تخمیر نشده کمک می کند. بر اساس این ویژگی، کلنی های باکتریایی رنگی متفاوتی روی محیط تشکیل می شود که به شناسایی و تمایز آنها از یکدیگر کمک می کند.

به عنوان مثال، V. cholerae ساکارز را تخمیر می کند و کلنی های زرد کمی مسطح با مراکز مات و حاشیه های شفاف تشکیل می دهد. در حالی که V. parahaemolyticus نمی تواند ساکارز را تخمیر کند و کلنی های سبز تا آبی-سبز را تشکیل می دهد.

رسانه‌های انتقال: محیط‌های انتقال برای نمونه‌های بالینی مفید هستند که باید فوراً به آزمایشگاه منتقل شوند تا زنده‌مانی پاتوژن‌های بالقوه حفظ شود و از رشد بیش از حد عناصر هم‌زمان یا میکروارگانیسم‌های آلوده جلوگیری شود. برخی از آنها از نظر قوام نیمه جامد هستند و نمونه هایی از آنها عبارتند از:

گلیسرول سالین بافر ساچ: برای انتقال مدفوع بیماران مشکوک به اسهال خونی باسیلی استفاده می شود.

Cary Blair transport and Venkatraman Ramakrishnan: نمونه های مدفوع جمع آوری شده از بیماران مشکوک به وبا با استفاده از این رسانه ها منتقل می شوند.

محیط Pike: یک نمونه گلو حاوی استرپتوکوک با استفاده از این محیط منتقل می شود.

محیط های بی هوازی: این محیط برای باکتری های بی هوازی است که به سطوح کم اکسیژن، مواد مغذی اضافی و کاهش پتانسیل کاهش اکسیداسیون نیاز دارند. این ماده با مواد مغذی هیمین و ویتامین Kتکمیل می شود و با جوشاندن آن در حمام آب و بستن آن با فیلم پارافین، اکسیژن از آن خارج می شود.

نمونه ها عبارتند از: براث تیوگلیکولات و محیط گوشت پخته شده رابرتسون (RCM) که معمولاً برای رشد گونه های کلستریدیوم استفاده می شود.

محیط سنجش: برای سنجش اسیدهای آمینه، ویتامین ها و آنتی بیوتیک ها استفاده می شود. به عنوان مثال، از محیط های سنجش آنتی بیوتیک برای تعیین قدرت آنتی بیوتیکی میکروارگانیسم ها استفاده می شود.

محیط ذخیره‌سازی: برای نگهداری میکروارگانیسم‌ها برای مدت طولانی‌تری استفاده می‌شود، نمونه‌هایی از آن عبارتند از آب گوشت پخته شده با گچ و محیط نمک تخم‌مرغ.

نتیجه

محیط کشت منبع مواد مغذی و فاکتورهای رشد مورد نیاز برای رشد میکروارگانیسم ها و حتی گیاهان در شرایط آزمایشگاهی است. هر موجودی بر اساس زیستگاه یا شرایط زندگی، نیازهای تغذیه ای متفاوتی دارد. بنابراین، یک فرمول واحد از محیط کشت نمی تواند برای رشد همه موجودات در آزمایشگاه استفاده شود.

بسیاری از انواع محیط های کشت توسط دانشمندان برای رشد میکروارگانیسم های انتخابی یا دلخواه ساخته شده اند. اینها بر اساس ترکیب مواد مغذی، قوام و کاربرد یا استفاده در آزمایشگاه‌های علوم زیستی طبقه‌بندی می‌شوند.

محیط‌های کشت در آزمایشگاه‌ها اهداف مختلفی مانند جداسازی سویه‌های خاص از میکروارگانیسم‌ها، شناسایی پاتوژن‌های بیماری‌زا، تهیه کشت خالص میکروارگانیسم‌ها را دارند.