Việc lựa chọn môi trường vi sinh tốt nhất là rất quan trọng để có năng suất sản phẩm cao. Chất lượng của môi trường nuôi cấy rất quan trọng vì nó cung cấp chất dinh dưỡng và năng lượng cho sự phát triển của vi sinh vật.
Một số thành phần quan trọng của môi trường nuôi cấy vi sinh vật
Các chất dinh dưỡng cần thiết cho môi trường lên men cũng được xác định bởi loại vi sinh vật và loại quá trình sinh hóa được sử dụng. Việc lựa chọn môi trường vi sinh vật kém có thể dẫn đến năng suất đầu ra thấp. Các loại chất dinh dưỡng có trong giá thể luôn quyết định năng suất sản phẩm. Yêu cầu cơ bản của môi trường nuôi cấy bao gồm nhưng không giới hạn ở nguồn năng lượng, nước, nguồn carbon, nguồn nitơ, vitamin và khoáng chất. Môi trường dùng cho mục đích phòng thí nghiệm quy mô nhỏ tương đối dễ thiết kế nhưng môi trường dùng cho mục đích công nghiệp thì khó chuẩn bị. Môi trường nuôi cấy được làm giàu đã được bổ sung các yếu tố thiết yếu cho sự phát triển của vi sinh vật (Bonnet và cộng sự, 2020; Tankeshwar, 2022).
Các chất dinh dưỡng
Vi sinh vật chỉ cần một số chất dinh dưỡng để phát triển như nước, nguồn carbon, nguồn nitơ, muối khoáng (Kumar, 2012), nguồn năng lượng và các yếu tố tăng trưởng.
Nước: Nước rất cần thiết để hòa tan các chất dinh dưỡng, vận chuyển chúng và đảm bảo các phản ứng thủy phân. Một số vi khuẩn cần nước tự do để phát triển. Nếu thạch bay hơi trong quá trình ủ, lượng nước này có thể bị mất đi, dẫn đến giảm kích thước khuẩn lạc và ức chế sự phát triển của vi khuẩn (Kumar, 2012; Power và Johnson, 2009).
Nguồn cacbon: Ở vi khuẩn, carbon là nguyên tố cấu thành phong phú nhất. Vi khuẩn cần các phân tử carbon để tạo ra chất béo, carbohydrate, protein và axit nucleic. Vi khuẩn có thể sử dụng các nguồn carbon vô cơ, chẳng hạn như carbon dioxide, hoặc các nguồn hữu cơ như đường và rượu (Kumar, 2012; Atlas, 2010).
Nguồn nitơ: Nguồn nitơ rất dồi dào và có thể được tìm thấy trong nhiều loại hợp chất được sử dụng trong công thức môi trường nuôi cấy. Nó được tìm thấy ở cả dạng hữu cơ và vô cơ, tương ứng với các chất thủy phân protein, đặc biệt là protease-peptone hoặc tryptone, cũng như nitrat. Nitơ giúp vi khuẩn tổng hợp protein (Atlas, 2010; Latge, 1975).
Cuối cùng, phốt phát, sunfat, magie hoặc canxi thường được tìm thấy trong số các muối khoáng phổ biến (Power và Johnson, 2009).
Nguồn năng lượng: Vi khuẩn được phân thành hai loại: vi khuẩn quang dưỡng, sử dụng ánh sáng làm nguồn năng lượng bằng cách chuyển đổi nó thành gradient điện hóa của proton (Yurkov và Beatty, 1998), và vi khuẩn hóa dưỡng, sử dụng năng lượng oxy hóa các hợp chất khoáng hoặc hữu cơ như một nguồn năng lượng (Thauer et al., 1977) Listeria monocytogenes là một trong những vi khuẩn này (Van der Horst et al., 2007)
Yếu tố tăng trưởng
Việc sử dụng môi trường tối thiểu sẽ ngăn cản sự phát triển của một số vi khuẩn cần các yếu tố cụ thể để tồn tại. Để tăng sự nhân lên của vi khuẩn, các yếu tố tăng trưởng đôi khi được thêm vào môi trường nuôi cấy. Yếu tố tăng trưởng là những yếu tố mà vi khuẩn không thể tổng hợp được từ các chất dinh dưỡng sẵn có trong môi trường (Kumar, 2012; Werkman và Wilson, 1957). Các yếu tố tăng trưởng được yêu cầu với số lượng nhỏ trong môi trường nuôi cấy và yêu cầu của chúng được chứng minh là do vi khuẩn thiếu hoặc bị tắc nghẽn trong quá trình trao đổi chất.
Có nhiều loại yếu tố tăng trưởng khác nhau, bao gồm cả purine và pyrimidine (Snell và Mitchell, 1941). Axit amin cũng là yếu tố tăng trưởng (Dunn ET AL., 1947) và được sử dụng trong quá trình tổng hợp protein. Vitamin cũng được bao gồm trong các yếu tố tăng trưởng. Chúng là coenzym hoặc tiền chất coenzim (Duncan và cộng sự, 2002). Vitamin là một chất hữu cơ cần thiết với số lượng nhỏ cho quá trình trao đổi chất của cơ thể sống nhưng cơ thể đó không thể tổng hợp đủ số lượng. Máu và các dẫn xuất của nó cũng được sử dụng (Collins và Lyne, 1970). Cuối cùng, bằng cách mô phỏng môi trường tự nhiên của chúng, dịch dạ cỏ có thể được sử dụng để thúc đẩy sự phát triển của một số loài vi khuẩn (Lagier et al., 2012 và 2015).
Nguyên tắc của môi trường nuôi cấy
Môi trường nuôi cấy hạt giống
Môi trường nuôi cấy hạt được sử dụng cho sự phát triển và nhân lên của tế bào cho lần lên men tiếp theo. Môi trường nuôi cấy tế bào có công thức phù hợp với các chất dinh dưỡng, vitamin và các yếu tố tăng trưởng là rất quan trọng đối với sự phát triển của vi sinh vật (Tankeshwar, 2022).
Môi trường dinh dưỡng
- Môi trường không xác định: Môi trường không xác định còn được gọi là môi trường cơ bản hoặc phức tạp chứa nguồn carbon như glucose, nước, các loại muối khác nhau, nguồn axit amin và nitơ (ví dụ: thịt bò, chiết xuất nấm men) để vi sinh vật phát triển. Đây là môi trường không xác định vì nguồn axit amin chứa nhiều loại hợp chất có thành phần chính xác chưa được biết. Tuy nhiên, môi trường dinh dưỡng chứa tất cả các yếu tố mà hầu hết vi khuẩn cần cho sự phát triển của chúng và không chọn lọc, vì vậy chúng được sử dụng để nuôi cấy và duy trì vi khuẩn được lưu giữ trong các bộ sưu tập nuôi cấy trong phòng thí nghiệm.
- Môi trường xác định: Trong loại môi trường như vậy, tất cả các hóa chất được sử dụng đều được biết đến nhưng những loại môi trường đó không chứa bất kỳ mô thực vật hoặc động vật và nấm men nào.
- Môi trường vi sai hoặc chỉ thị: Thuốc nhuộm hoặc chất chỉ thị được thêm vào trong các loại môi trường đó, được sử dụng để xác định bất kỳ phản ứng hóa học cụ thể nào xảy ra trong quá trình phát triển của vi khuẩn. Nó cho phép nhiều vi sinh vật phát triển; tuy nhiên, các khuẩn lạc vi khuẩn được phân biệt bằng màu sắc của chúng khi chất chỉ thị trải qua sự thay đổi hóa học, chẳng hạn như màu đỏ trung tính, đỏ phenol hoặc xanh methylene.
Phương tiện tối thiểu
Thành phần của môi trường tối thiểu thay đổi tùy thuộc vào vi sinh vật được nuôi cấy. Môi trường này thường bao gồm nguồn carbon như đường/succinate, các loại muối vô cơ khác nhau (muối của các nguyên tố thiết yếu như magie, nitơ, phốt pho và Lưu huỳnh) và nước (Singh, 2022; Tankeshwar, 2022).
Phương tiện chọn lọc
Những loại môi trường như vậy chỉ được sử dụng để phát triển một số loại vi sinh vật nhất định. Ví dụ, một chất hoặc chất kháng sinh hoặc chất ức chế cụ thể được thêm vào để chỉ cho phép các vi sinh vật kháng lại chất cụ thể đó phát triển. Mục đích là để tách một loại vi sinh vật cụ thể khỏi quần thể vi sinh vật hỗn hợp bằng phương pháp này. Một loại được thiết kế để đáp ứng nhu cầu carbon và nitơ của các vi sinh vật cụ thể, trong khi loại kia được thiết kế để đáp ứng khả năng kháng vật lý và hóa học của các vi sinh vật cụ thể (Singh, 2022; Tankeshwar, 2022).
Phương tiện vận tải
Chúng được sử dụng để lưu trữ tạm thời các mẫu vật đang được vận chuyển đến phòng thí nghiệm để nuôi cấy. Môi trường như vậy lý tưởng nhất là giữ cho tất cả các sinh vật trong mẫu vật sống sót mà không làm thay đổi nồng độ của chúng. Thông thường, phương tiện vận chuyển chỉ chứa chất đệm và muối. Sự nhân lên của vi sinh vật bị cản trở do thiếu carbon, nitơ và các yếu tố tăng trưởng hữu cơ. Môi trường vận chuyển được sử dụng trong phân lập kỵ khí phải không có oxy phân tử (Singh, 2022; Tankeshwar, 2022).
Phương tiện phong phú
Môi trường được làm giàu chứa các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của nhiều loại sinh vật, bao gồm cả một số loại khó phát triển nhất. Chúng thường được sử dụng để thu thập nhiều loại vi khuẩn khác nhau như mẫu vật chứa. Thạch máu là môi trường được làm giàu có chứa máu nguyên chất đậm đặc dinh dưỡng bên cạnh các chất dinh dưỡng cơ bản. Thạch sô cô la được tăng cường bằng máu đã xử lý nhiệt (40-45°C), máu này chuyển sang màu nâu và đặt tên cho môi trường (Singh, 2022; Tankeshwar, 2022).
Đặc điểm của môi trường nuôi cấy lý tưởng
Đặc điểm quan trọng đầu tiên là nó phải dễ dàng có sẵn ở mức giá phải chăng và tạo ra các sản phẩm nhất quán với độ sai lệch lô tối thiểu. Môi trường sẽ tạo ra hiệu suất cao hơn của sản phẩm mong muốn trong thời gian ngắn và hiệu suất thấp hơn của các sản phẩm không mong muốn. Nó phải dễ dàng để khử trùng. Nó phải hoạt động tốt với quá trình lên men và phải thân thiện với môi trường trước, trong hoặc sau khi sử dụng (Singh, 2022; Tankeshwar, 2022).
Người giới thiệu
Atlas R.M. tái bản lần thứ 3. Báo chí CRC; Boca Raton, FL: 2010. Sổ tay môi trường vi sinh.
Bonnet M, Lagier JC, Raoult D, Khelaifia S. Nuôi cấy vi khuẩn thông qua các điều kiện chọn lọc và không chọn lọc: sự phát triển của môi trường nuôi cấy trong vi sinh học lâm sàng. Vi khuẩn mới và nhiễm trùng mới. 2020 ngày 1 tháng 3; 34: 100622.
Duncan S.H., Hold G.L., Harmsen H.J., Stewart C.S., Flint H.J. Yêu cầu tăng trưởng và các sản phẩm lên men của Fusobacter prausnitzii, và đề xuất phân loại lại nó thành Faecalibacter prausnitzii gen. tiểu thuyết, lược. tháng mười một Int J Syst Evol Microbiol. 2002; 52:2141–2146.
Dunn M.S., Shankman S., Camien M.N., Block H. Nhu cầu axit amin của 23 vi khuẩn axit lactic. J Biol Chem. 1947; 168:1–22.
Công ty TNHH Y tế Kumar S. JP; New Delhi: 2012. Sách giáo khoa vi sinh.
Lagier J.C., Armougom F., Million M., Hugon P., Pagnier I., Robert C. Nuôi cấy vi sinh vật: sự thay đổi mô hình trong nghiên cứu hệ vi sinh vật đường ruột của con người. Nhiễm vi sinh vật lâm sàng. 2012; 18:1185–1193.
[ PubMed ] Lagier J.C., Hugon P., Khelaifia S., Fournier P.E., La Scola B., Raoult D. Sự tái sinh của văn hóa trong vi sinh học thông qua ví dụ về nuôi cấy để nghiên cứu hệ vi sinh vật đường ruột của con người. Mục sư Clin Microbiol. 2015; 28:237–264.
Latge J.P. Croissance và bào tử của 6 loài’Entomophthorales II. Ảnh hưởng của các nguồn nitơ khác nhau. Bệnh lý học. 1975; 57:53–57.
Magdoub M.N., Hassan Z.M., Effat B.A., Sadek Z.I., Tawfik N.F., Mabrouk A.M. Đặc tính probiotic của một số vi khuẩn axit lactic phân lập từ các sản phẩm sữa của Ai Cập. Int J Curr Microbiol Appl Sci. 2015; 4:758–766.
Power D.A., Johnson J.A. tái bản lần thứ 2. Becton, Dickinson và Công ty; Tia lửa: 2009. Difco™ & Hướng dẫn sử dụng BBL™.
Singh A. Truyền thông văn hóa: Phân loại, loại hình và mức độ liên quan. https://conductscience.com/culture-media/
Snell E.E., Mitchell H.K. Purine và pyrimidine là chất tăng trưởng cho vi khuẩn axit lactic. Proc Natl Acad Sci Hoa Kỳ. 1941; 27:1.
Tankeshwar A. 2022. Môi trường nuôi cấy vi khuẩn: Phân loại, Loại, Công dụng.https://microbeonline.com/author/tankeshwar/
Thauer R.K., Jungermann K., Decker K. Bảo tồn năng lượng ở vi khuẩn kỵ khí hóa dưỡng. Vi khuẩn Rev. 1977; 41:100.
Van der Horst M.A., Key J., Hellingwerf K.J. Cảm quang ở vi khuẩn hóa dưỡng, không quang dưỡng: cũng phải có cảm biến ánh sáng. Xu hướng vi sinh. 2007; 15:554–562.
Werkman C.H., Wilson P.W. Nhà xuất bản học thuật Inc.; New-York: 1951. Sinh lý vi khuẩn.
Yurkov V.V., Beatty J.T. Vi khuẩn quang dưỡng thiếu oxy hiếu khí. Microbiol Mol Biol Rev. 1998; 62:695–724.
