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.

Полезные бактерии

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?

Разнообразие микробов

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.

исследование бактерий

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.

Микробы в чашке Петри

Как вырастить чистую культуру микроорганизмов

Чистой культурой называют совокупность микроорганизмов одного вида, выращенных на питательных средах из одной клетки. Чистые культуры бактерий имеют одинаковые:

  • морфологические свойства (форма и размеры);
  • биохимические свойства (набор ферментов, позволяющих осуществлять дыхание, питание, размножение).

выращивание бактерий

Существует несколько методов выделения чистых культур:

  1. Метод последовательных разведений (автор Л. Пастер) предполагает серию разведения в какой-либо питательной среде рабочего раствора (содержащего исследуемый материал) в различной концентрации. Как правило, линейка разведений включает пограничные и допустимые диапазоны контрольных штаммов (своего рода паспорт бактерий). Этот метод не слишком удобен и не дает возможность контролировать количество клеток при разведении.
  2. Метод пластинчатых разведений (автор Р. Кох) основан на использовании плотной (желеобразной) питательной среды. Суть метода заключается в том, что исследуемый материал вносится в пробирку с еще не застывшей питательной средой, а затем смесь выливается на плоскую поверхность. Таким образом, колонии бактерий могут образовываться в глубине желеобразного слоя и быть изолированными друг от друга. Что значительно облегчает перенос колонии и выращивание чистой культуры.
  3. Несколько усовершенствованный метод (автор Э. Дригальский) состоит в нанесении на питательную среду в чашке Петри исследуемого материала с помощью шпателя. Причем проводится одновременно несколько посевов одним и тем же инструментом в двух-трех чашках одновременно. В первом образце самая большая концентрация материала, а в следующем немного меньше и т. д. Это позволяет получить в последней чашке хорошо различимые изолированные колонии.

этапы выделения чистой культуры

Чтобы получить действительно чистую культуру, нужно соблюсти множество условий, в которых происходит ее выращивание:

  1. Различные методы посева (переноса материала на питательную среду) должны уберечь результат от посторонних включений. В качестве инструментов используют шпатель, иглу, ватный тампон, специальную бактериологическую петлю.
  2. Питательная среда может быть синтетической или натуральной. По составу питательные среды разделяют на жидкие, полужидкие и плотные (в зависимости от содержания агар-агара). В средах общего назначения можно выращивать различные виды бактерий, но определенные микроорганизмы требуют специальных питательных сред, которые приготавливают на основе общих сред.
  3. Важно выдерживать оптимальные условия для развития колонии – температуру, влажность, наличие или отсутствие воздуха.

Нужен ли бактериям кислород

способы дыхания бактерий

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.

анаэробные бактерии

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.

молочнокислые бактерии

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:

  • в научных изысканиях по классификации микроорганизмов и передаче наследственной информации;
  • для определения возбудителей порчи пищевых продуктов;
  • при установлении диагноза инфекционных заболеваний;
  • для промышленного производства витаминов, антибиотиков, вакцин, ферментов, гормонов;
  • в пищевой промышленности при производстве хлеба, вина, пива (дрожжи), в молочной промышленности (молочнокислые бактерии).

Выращивание бактерий в чашке Петри

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.

Чашка Петри

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.

хлебопекарные дрожжи

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.

кисломолочные продукты

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.

Похожие статьи:
Загрузка...

__________________________

Остались вопросы? Задайте их в комментариях к статье, мы обязательно ответим