Пищевые потребности микроорганизмов и требования к питательным средам

Для выделения, выращивания и длительного сохранения микроорганизмов в культурах используют различные питательные среды, содержащие все вещества, необходимые для их роста. Конструктивные и энергетические процессы у микроорганизмов крайне разнообразны, поэтому столь же разнообразны их потребности в питательных веществах. Однако выделяют основные группы необходимых питательных веществ.

1. Источники углерода. По потребности в углероде микроорганизмы принято делить на автотрофы и гетеротрофы. Автотрофные микроорганизмы способны в качестве единственного источника углерода использовать углекислый газ. Для культивирования автотрофов в среды вносят бикарбонат натрия или карбонаты. В некоторых случаях через среду продувают воздух, обогащённый 1–5 % углекислого газа. Для культивирования гетеротрофов среда должна содержать органические вещества – кислоты, спирты, углеводы, углеводороды, ароматические соединения.

2. Источники азота. Потребности микроорганизмов в источнике азота могут быть удовлетворены различными азотсодержащими соединениями. Для очень многих микробов это могут быть неорганические соединения – соли аммония, нитраты. Потребности других микроорганизмов в азоте удовлетворяют, добавляя к среде гидролизат белка или аминокислоты. Наиболее требовательные микроорганизмы культивируют на питательных средах, содержащих белки или продукты их неполного расщепления – пептоны, представляющие собой смесь поли- и олигопептидов, аминокислот, органических азотистых оснований, солей и микроэлементов. Пептоны получают в результате воздействия протеолитических ферментов на белки животного или растительного происхождения.

3. Минеральные соли. Микроорганизмам для построения веществ клетки кроме углерода и азота необходимы также сера, фосфор и ряд других элементов. Все они должны содержаться в среде в доступной форме. Потребности в этих элементах обычно удовлетворяются за счёт минеральных солей – сульфатов, фосфатов и хлоридов магния, кальция, натрия, железа и др.

4. Микроэлементы. Потребности микроорганизмов в микроэлементах (марганец, молибден, цинк, медь, кобальт) очень малы. Питательные среды с пептоном, почвенной вытяжкой, дрожжевым экстрактом, гидролизатом казеина содержат необходимые микроэлементы. В состав синтетических сред микроэлементы необходимо дополнительно вносить.

5. Факторы роста. Многие микроорганизмы требуют наличия в среде так называемых факторов роста, к которым относятся витамины, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания. Чтобы подчеркнуть потребность микробов в факторах роста, принято использовать термины прототрофы и ауксотрофы. Прототрофы не нуждаются в факторах роста, для ауксотрофов абсолютно необходимо наличие в среде одного или несколько факторов роста. Примерами смесей, содержащих различные факторы роста, могут служить дрожжевой экстракт, дрожжевой автолизат, кукурузный экстракт.

Существует ряд требований, предъявляемых к питательным средам:

1. среды должны содержать полный набор необходимых питательных веществ;

2. среды должны быть изотоничными (для большинства микроорганизмов концентрация солей не должна превышать 0,5 %);

3. кислотность среды должна быть нейтральной или слабощелочной (pН=6–8). В процессе культивирования микроорганизмов в среду могут выделяться метаболиты, изменяющие рН среды настолько, что рост микроорганизмов существенно замедляется или даже становится невозможным. Чтобы избежать изменения рН, в среду добавляют буферные системы, чаще фосфатные (они малотоксичны для микроорганизмов и используются ими также в качестве источника фосфора);

4. среды должны быть стерильными.