3.2 Среды для культивирования микроорганизмов

Выяснение характера определенного физиолого-биохимического процесса, осуществляемого микроорганизмом, возможно только при тщательном подборе соответствующих питательных сред, использование которых позволит удовлетворительно решить поставленную задачу. При этом нельзя иметь какие-то универсальные среды, пригодные для изучения любого явления или всех закономерностей, связанных с развитием микроорганизма.

При выявлении потенциальных возможностей микроорганизмов образовывать антибиотические вещества подбору сред необходимо уделять самое серьезное внимание.

Понятие «среда для культивирования» включает не только определенный качественный и количественный состав компонентов или отдельных элементов, необходимых для конструктивного и энергетического обмена организма (источники азота, углерода, фосфора, источники ряда микроэлементов, витамины и ростовые вещества), но также и физико-химические и физические факторы (активная кислотность, окислительно-восстановительный потенциал, температура, аэрация и др.). Все эти факторы, взятые вместе и каждый в отдельности, играют существенную роль при развитии микроорганизма и в проявлении им отдельных физиологических и биохимических функций. Обычно изменение одного из факторов среды влечет за собой изменение другого. Например, внесение в среду в качестве источника азота физиологически кислого соединения (NH₄)₂SО₄ может привести в процессе развития организма к резкому изменению рН субстрата, что, в свою очередь, будет сказываться на окислительно-восстановительном потенциале и т. д. В итоге это может резко изменить процесс развития микроорганизма, изменить характер протекаемых реакций обмена веществ.

Все известные среды для культивирования микроорганизмов, используемые в микробиологической практике, по характеристике их состава можно разделить на две основные группы: натуральные среды неопределенного состава и синтетические среды, а по физическому состоянию – на четыре группы: твердые (приготовленные с агаром (от 1,5 % до 2 %), желатиной или на кремниевых пластинках), полужидкие (с добавлением агара или желатина от 0,25 % до 0,5 %, жидкие и сыпучие (увлажненные отруби, зерно).

Натуральные среды неопределенного состава. Натуральными обычно называют среды, состоящие из природных соединений, продуктов животного или растительного происхождения, имеющих сложный неопределенный химический состав. В качестве природных соединений или продуктов, издавна используемых в микробиологии, применяются различные части зеленых растений, животные ткани, солод, дрожжи, фрукты и овощи, а также навоз, почва и т. д. Большинство из них используется в виде экстрактов или настоек.

Преимуществом натуральных сред неопределенного состава является то, что на них хорошо развиваются микроорганизмы большинства видов, так как в составе таких сред имеются, как правило, все компоненты, необходимые для роста и развития. Эти среды, как правило, содержат ряд аминокислот, некоторые витамины и другие ценные для роста микроорганизмов вещества, а также комплексообразующие соединения, способствующие связыванию микроэлементов и, таким образом, препятствующие их осаждению. Кроме того, эти среды легко приготовлять; материал для них дешев и доступен.

Однако не всякая натуральная среда неопределенного состава пригодна для выявления антибиотических свойств микроорганизмов. Например, некоторые актиномицеты хорошо развиваются на разных по составу натуральных средах, но не образуют в этих условиях антибиотических веществ. Кроме того, среды с неопределенным составом мало пригодны или почти непригодны для изучения обмена веществ микробов – они не позволяют учесть потребление многих основных компонентов среды и выяснить, какие вещества образуются по ходу развития организма и т. д.

Натуральные среды неопределенного состава используются для поддержания организмов, для накопления биомассы или для диагностических целей.

К числу натуральных сред с неопределенным составом следует относить все среды, в состав которых наряду с соединениями известной химической природы входят вещества неопределенного состава. Широкое применение такие среды находят в микробиологической практике, некоторые из них широко используются в промышленной микробиологии для получения антибиотиков, аминокислот, витаминов и других ценных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. В качестве примера можно привести несколько типов сред.

Все среды, приготовленные с добавлением агара или желатина, следует отнести к средам неопределенного состава так как агар, получаемый из различных видов морских водорослей, по химическому составу является сложным эфирным комплексом полисахарида с серной кислотой с включением разнообразных элементов. По составу агар близок к пектину, содержит некоторые жирные кислоты, определенные количества биотина и тиамина или его компонентов. Все это свидетельствует о неопределенном составе агара как компонента субстрата.

Композиция натуральных сред неопределенного состава не является также постоянной и потому, что входящие в них растительные или животные продукты не имеют строго постоянного состава, что связано с различными причинами.

Поэтому для получения сопоставимых результатов и особенно для изучения физиологических и биохимических особенностей организма применяются синтетические среды.

Синтетические среды. Под синтетическими следует иметь в виду такие среды для культивирования микроорганизмов, в состав которых входят определенные, химически чистые соединения, взятые в точно указанных концентрациях. Приготовлять синтетические среды следует только на дистиллированной воде.

Синтетические среды по своей композиции могут быть довольно простыми, т. е. они могут состоять из небольшого числа веществ. Вместе с тем они могут быть составлены из большого числа различных компонентов, иметь сложный состав, т.е. быть комплексными средами. Однако если в состав таких комплексных (сложных) сред входят компоненты известного химического состава и в учитываемом количестве, то от этого они не перестают быть синтетическими.

Синтетические среды очень удобны для целей изучения обмена веществ микроорганизмов. Зная точный состав входящих в среду компонентов и их количество, можно, наблюдая за динамикой развития культуры, изучить их потребление и различные превращения в соответствующие продукты обмена.

При правильном подборе необходимых веществ многие организмы способны развиваться на относительно простых по составу средах. Способность расти на простых средах не следует объяснять примитивной организацией микроорганизмов. Наоборот, это скорее свидетельство чрезвычайно сложной ферментативной организации микроорганизма и характеризует его способность синтезировать из элементарных соединений субстрата все в высшей степени сложнейшие белки, витамины и другие компоненты, необходимые для жизнедеятельности организма.

Следует отметить, что разработать хорошую синтетическую среду, обеспечивающую нормальный рост изучаемого организма и достаточный уровень биосинтеза антибиотика или другого продукта жизнедеятельности – дело весьма нелегкое, требующее от исследователя много времени и умения для правильной оценки роли и значения того или иного компонента субстрата.

Несмотря на ряд трудностей, связанных с разработкой синтетических сред, в распоряжении микробиологов и микологов имеется достаточное количество таких синтетических сред, которые по своему качеству не уступают сложным натуральным средам неизвестного состава.

Для изучения различных вопросов процесса обмена веществ микроорганизмов наиболее подходящими считаются жидкие среды. Плотные (агаризованные) среды с успехом могут быть использованы для изучения цикла развития микроорганизма, архитектоники микробных колоний, диссоциации культур, для очистки культур от сопутствующих организмов и проверки чистоты культуры. Агаризованные среды можно широко использовать во многих предварительных исследованиях. Такие среды широко применяются для выделения микробов-антагонистов из почвы и других естественных субстратов.

Сыпучие среды применяются для сохранения и поддержания многих микроорганизмов – продуцентов антибиотиков, в частности актиномицетов и плесневых грибов.