富集培养:在选择性和微分介质上培养有氧和厌氧微生物

资料来源:克里斯托弗·科^博1，乔纳森·布莱^泽1，伊丽莎白·苏^特1
1大学生物科学系，瓦格纳学院，1 校园路，纽约州斯塔顿岛，10301

原核细胞能够栖息在这个星球上的几乎每一个环境。作为一个王国，它们具有巨大的代谢多样性，允许它们使用各种各样的分子来产生能量（1）。因此，在实验室中培养这些生物体时，必须在生长培养中提供制造能量所需的所有特定分子。虽然有些生物在代谢上是多种多样的，但其他生物能够在极端环境中生存，如高温或低温、碱性和酸性pH值、减少或缺氧环境，或含有高盐的环境（2，3，4）。这些生物体被称为"嗜血杆菌"，它们往往需要这些强烈的环境来增殖。当科学家寻找培育这些生物时，需要考虑到介质成分以及任何特定的环境条件，才能成功地培育出感兴趣的生物体。

科学家能够在实验室中培育出可培养的生物体，因为他们了解这些物种生长所需的具体要求。然而，可养殖生物在估计地球上的物种中所占不到1%（5）。通过基因测序检测到但无法在实验室中生长的生物体被认为是不可培养的（6）。目前，我们对这些生物体的新陈代谢和生长条件了解不够，无法在实验室中复制其环境。

挑剔的有机体位于前两者之间。这些生物是可培养的，但它们需要非常具体的生长条件，如特定的生长介质成分和/或特定的生长条件。这种属的两个例子是Neisseria sp.和血友病，这两个都需要部分分解的红血球（也称为巧克力琼脂），以及特定的生长因子和富含二氧化碳的环境（7）。如果没有所有必需的特定成分，这些生物体将根本不会生长。通常，即使满足所有要求，这些生物体的生长也很差。

与真核细胞不同，真核细胞只能在有氧或含氧环境中生长，而原核细胞则能够利用几种发酵途径进行厌氧生长，从而产生充足的能量（8）。其他原生核生物更喜欢亲微亲氧体，或减少氧气环境，甚至亲亲生物或高二氧化碳环境（9）。这些生物体更难以丰富，因为大气必须改变。经常与对含氧环境敏感的生物体工作的科学家通常会在厌氧室和孵化器中工作，在那里，大量惰性气体（如 argon）被泵送来取代氧气（10）。另一些则利用常规的密封气体包系统，利用水产生氢气和二氧化碳，以及像铂一样的催化剂来去除所有大气中的氧气。这些市售的试剂盒可产生上述任何大气条件（10）。

无论是培养病原体以确定潜在感染，还是希望确定自然环境中存在的特定细菌种类，都存在一个问题。没有一个细菌物种栖息在一个栖息地。细菌作为多细胞群落生活，从人类的皮肤到我们星球的海洋（11）。在试图分离一种细菌时，科学家必须努力排除同样居住在隔离区的其他许多生物。因此，细菌的富集生长介质往往具有两种功能。第一是使媒体有选择性。选择性剂会阻止某些物种生长，同时不抑制甚至经常促进其他物种的生长（12）。介质成分的第二个功能可能是作为差分剂工作。这种制剂可以识别一个孤立的生物体的一个特定的生化特征。通过将几种不同的选择性和差别介质与适当的生长条件配对，科学家和诊断学家能够从特定分离物中识别特定细菌物种的存在。

选择性和差别化介质有助于鉴定的一个例子是临床上重要的有机体金黄色葡萄球菌。这种有机体通常是在曼尼托盐琼脂培养的。这种介质不仅只选择生活在高盐环境中的生物体，其中包括一些克阳性物，如金黄色葡萄球菌，而且还抑制任何对盐敏感的生物体。甘醇糖是这种介质的差分成分。在所有临床上重要的金黄色葡萄球菌物种中，只有S.金黄色葡萄球菌能够发酵曼尼托。这种发酵反应产生酸作为副产品，导致介质中的红色甲基红色指示灯变黄。其他葡萄球菌物种（如金黄色葡萄球菌表皮）虽然能够生长，但会使介质呈红色。

本实验练习演示了适当的无菌技术，以及从肉汤中正确接种生长介质。它还介绍了浓缩介质上常见污染物生物的生长情况，使用气体包厌氧培养系统进行厌氧细菌，以及使用不同的选择性和差分介质对克进行推定鉴定阳性和克阴性细菌。