کشت باکتریایی از طریق شرایط انتخابی و غیر انتخابی: تکامل رسانه های کشت در میکروبیولوژی بالینی

این یک مقاله دسترسی آزاد تحت مجوز CC توسط NC-ND (http://creativeecommons.org/licenses/by-nc-nd/4. 0/) است.

خلاصه

میکروبیولوژی به لطف کشف و بهینه سازی رسانه های کشت تا حد زیادی توسعه یافته است. اولین محیط کشت مصنوعی مایع توسط لوئیس پاستور در سال 1860 ایجاد شده است. این مشاهدات بر اهمیت محیط طبیعی باکتری ها و نیازهای تغذیه ای آنها در توسعه رسانه های کشت برای انزوا آنها تأکید می کند. یک محیط کشت اساساً از عناصر اساسی (آب ، مواد مغذی) تشکیل شده است ، که باید به عوامل رشد متفاوتی اضافه شود که مخصوص هر باکتری باشد و برای رشد آنها ضروری است.

تکامل کشت باکتریها از طریق رسانه ای که برای کشت آنها استفاده می شود با توسعه اولین محیط کشت جامد توسط کوچ آغاز شد و نه تنها تولید مستعمرات باکتریایی ، بلکه امکان تصفیه یک کلون باکتریایی را نیز فراهم می آورد. عامل اصلی ژلینگ مورد استفاده در رسانه های کشت جامد آگار است. با این حال ، برخی از محدودیت ها در استفاده از آگار به دلیل برخی باکتری های حساس به اکسیژن که در رسانه های آگار رشد نمی کنند ، مشاهده شده است و سایر گزینه ها پیشنهاد و آزمایش شده اند. سپس ، کشف عوامل ضد میکروبی و اهداف خاص آنها باعث ظهور رسانه های انتخابی شد. این عوامل مهار کننده امکان از بین بردن باکتری های نامطلوب از میکروبیوتا و انتخاب باکتری های مورد نظر را فراهم می کنند. به لطف دانش بهتر در مورد محیط باکتریایی ، می توان رسانه های جدید کشت و شرایط کشت جدید را توسعه داد ، که بهتر با برخی از باکتری های سریع که جداسازی آن دشوار است ، سازگار است.

معرفی

کشف رسانه های کشت امکان توسعه میکروبیولوژی در قرن نوزدهم را فراهم می کند [1]. کشت باکتریایی اولین روشی بود که برای مطالعه میکروبیوتای انسانی [2] ، با استفاده از یک محیط مصنوعی که باعث رشد و انزوا باکتری ها می شود ، توسعه یافت. اولین کسی که یک باکتری را به روش قابل تکرار کشت داده بود ، لوئیز پاستور در سال 1860 به لطف توسعه اولین به اصطلاح به اصطلاح کشت مصنوعی بود [3]. به تازگی ، پس از ظهور تکنیک های مولکولی در دهه 1970 ، مانند PCR ، توالی و به ویژه متاگنومیک ، میکروبیولوژیست ها این تکنیک های نوآورانه را به ضرر فرهنگ طرفداری کرده اند. با این وجود ، متاگنومیک به دلیل عدم حساسیت آغازگرهای مورد استفاده ، معایب خاصی و به ویژه تعصب عمق را نشان می دهد ، زیرا این باکتری های موجود در غلظت ها را تشخیص نمی دهد

چند سال پیش ، Culturomics ، یک تکنیک فرهنگ جدید که از تعداد بسیار زیادی از رسانه های کشت و شرایط کشت برای گسترش کارنامه باکتری ها استفاده می کند ، در آزمایشگاه ما توسعه یافته است [2]. این تکنیک نشان دهنده مکمل بین متاگنومیک و فرهنگ شناسی است. بنابراین ، شناسایی متاگنومی گونه های باکتریایی موجود در یک میکروبیوتای معین می تواند توسط فرهنگ شناسی از طریق بهینه سازی رسانه های کشت خاص جدید برای جداسازی این گونه ها مورد سوء استفاده قرار گیرد. این مکمل اجازه می دهد تا فرهنگ شناسی به یک تکنیک هدفمند تبدیل شود.

امروزه رسانه های کشت جدید با افزودن عناصر مختلف در کشت متوسط برای کشت باکتری هایی که قبلاً غیرقانونی بودند ، از محیط طبیعی باکتری ها تقلید می کنند.

ما در اینجا یک بررسی کتابشناسی از رسانه های کشت و تکامل تکنیک ها از طریق توسعه میکروبیولوژی با گذشت زمان پیشنهاد می کنیم.

رویکرد تجربی میکروبیولوژی

میکروبیولوژی مشاهده ای

میکروبیولوژی نه تنها توسط ارگانیسم هایی که در آن مطالعه می شود ، بلکه با ابزارهایی که برای مطالعه آنها استفاده می شود ، تعریف می شود. اولین مشاهده یک باکتری در حدود سال 1673 توسط میکروسکوپ هلندی آنتون ون لیونونوک به لطف میکروسکوپ هایی که او ایجاد کرده بود ، انجام شد. کسانی که از 50 تا 300 برابر آنچه او مشاهده کرده است بزرگ شده است [1،3].

وی در جریان تحقیقات خود ، ساختارهای كوچكی را كه او را "حیوانات حیوانات" می نامیدند ، برجسته كرد ، زیرا فکر می كرد حیوانات كوچك را مشاهده می كند [5]. وی در طول مشاهدات خود ، سلولهای مخمر ، قارچهای فیلمی ، جلبکهای میکروسکوپی و تک یاخته ها را توصیف و ترسیم کرد [4]. Leeuwenhoek همچنین اولین کسی بود که انگل ، Giardia Lamblia را مشاهده کرد [3]. با این حال ، میکروسکوپ به تنهایی نمی تواند به تمام سؤالات مربوط به میکروارگانیسم های مورد مطالعه بپردازد. حدود 200 سال میکروبیولوژی تا زمان توسعه تکنیک های انزوا میکروبی در فرهنگ های خالص رکود داشت. این یکی دیگر از نقاط عطف مهم در تاریخ میکروبیولوژی است.

میکروبیولوژی فرهنگی

تولد آبگوشت فرهنگ

در قرن سیزدهم ، 400 سال قبل از Leeuwenhoek ، یک ماده خون مانند در نان Communion ظاهر شد. در راستای اعتقادات مسیحی ، این ماده قرمز فرض می شد که خون مسیح است. Bartholomeo Bizio ، یک داروساز ایتالیایی ، به لطف پیشرفت در میکروبیولوژی ، این رمز و راز را در سال 1817 حل کرد و نشان داد که این خون نیست ، بلکه میکروارگانیسم است که وی Serratia Marcescens نام برد. این باکتری هنگام ذخیره در یک فضای گرم و مرطوب به عنوان مستعمرات قرمز روی نان ظاهر می شود [6]. این یکی از اولین کشتهای طبیعی یک باکتری است. منشأ رسانه های فرهنگ به قرن نوزدهم باز می گردد. بسیاری از باکتریولوژیست ها سعی کرده اند با درجات مختلفی از موفقیت ، باکتری ها را در مورد مواد غذایی یا مواد که برای اولین بار میکروارگانیسم در آن ایجاد شده است ، رشد دهند.

تکامل میکروبیولوژی با به چالش کشیدن نظریه نسل خودجوش امکان پذیر شد ، که براساس آن ، موجودات زنده می توانند از ماده مرده یا پوسیدگی توسعه پیدا کنند و به طور خودجوش در فرهنگ ها ظاهر شوند. از این رو ، به دست آوردن فرهنگ های خالص غیرقابل تصور بود. در سال 1861 ، لوئیس پاستور ، میکروبیولوژیست فرانسوی [3] ، این مشکل را از طریق یک آزمایش حل کرد. او محلول های مغذی را در فلاسک ها قرار داد ، گردن خود را با شعله گرم کرد و آنها را به روش های مختلف کشید و انتهای آن را به هوا باز نگه داشت. پاستور برای چند دقیقه محلول ها را جوش داد و آنها را خنک کرد. حتی اگر محتوای فلاسک ها در معرض هوا قرار نگرفته باشد ، هیچ رشدی ظاهر نمی شود. پاستور متوجه شد که هیچ رشدی وجود ندارد زیرا گرد و غبار و میکروب ها بر روی دیواره های لوله های خمیده به دام افتاده اند. اگر لوله ها شکسته می شدند ، رشد بلافاصله شروع شد. به این ترتیب ، پاستور نه تنها نشان داد که نسل خودبخود مزخرف است ، بلکه راه هایی برای حفظ راه حل های استریل نیز پیدا کرد [3].

اولین کسی که باکتری های کشت شده در یک محیط کشت مایع کشت داده شده بود ، لوئیز پاستور بود. در سال 1860 ، او یک محیط کشت حاوی "سوپ مخمر" ، خاکستر ، شکر و نمک های آمونیوم ایجاد کرد [7،8]. هدف وی ایجاد یک محیط تخمیر برای نشان دادن اینکه هر تخمیر (الکلی ، استیک ، لاکتیک ...) با توسعه یک میکروارگانیسم خاص همراه بود [9]. وجود این عناصر مختلف در محیط به او اجازه می دهد تا مشاهده کند که برخی از این مؤلفه ها می توانند رشد باکتری های خاص را ترویج یا مهار کنند و همچنین می توانند امکان ظهور باکتری های خاص را در مقایسه با دیگران فراهم کنند [8].

در واقع ، در جریان مطالعه تخمیر آبجو ، او با مشکلی روبرو شد: وقتی آبجو سالم بود ، میکروسکوپ فقط مخمر آبجو را نشان داد ، اما وقتی آبجو اسید بود ، پاستور متوجه شد که مخازن حاوی میله ریز است-تولید اسید لاکتیک اشیاء شکل. بنابراین این محیط تخمیر باعث می شود که ضرب این باکتری را برجسته کند [1،3].

در سال 1881 ، رابرت کچ رشد بهینه باکتری ها را هنگامی که در یک آبگوشت تشکیل شده از سرم گوشت گاو تازه یا عصاره گوشت انکوبه شدند ، نشان داد. با این حال ، استفاده از یک محیط کشت مایع کشت باکتریایی خالص تولید نمی کند. بنابراین كوچ به دنبال راهی برای تحكیم محیط [8] بود (شکل 1).