11. Особенности культивирования анаэробных бактерий
Важным условием, которое необходимо соблюдать на всех этапах выделения и идентификации анаэробов, является защита этих микробов от токсического действия молекулярного кислорода. Время между взятием материала и его посевом на питательные среды должно быть максимально коротким.
Анаэробные бактерии можно культивировать только на специальных бескислородных средах с низким окислительно-восстановительным потенциалом (10-150 мВ). Для контроля за степенью насыщения этих сред кислородом используют специальные редокс — индикаторы (метиленовый синий, резазурин), восстановленные формы которых бесцветны. При возрастании окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) метиленовый синий окрашивает среды в синий, а резазурин — в розовый цвет, что указывает на непригодность таких сред для культивирования облигатных анаэробов. Для сохранения низкого ОВП питательные среды должны быть агаризированы. Добавление даже 0,05% агара повышает их вязкость и уменьшает аэрацию.
Анаэробный тип энергетического метаболизма во много раз менее продуктивный, чем аэробный, поэтому питательные среды для анаэробов должны быть богаче питательными субстратами и витаминами. В практических лабораториях для выделения анаэробов из патологического материала чаще всего используют среду для контроля стерильности крови (СКС), среду Китта-Тароцци, анаэробный кровяной агар (на основе эритрит-агара или агара Д), среду Вильсона — Блера, среду Шедлера и др. Эти свежеприготовленные питательные среды должны быть использованы для посева в течение 2-х часов.
Методы создания анаэробных условий. Создание анаэробных условий достигается с помощью физических, химических, биологических и смешанных методов.
Физические методы. Основаны на выращивании микроорганизмов в безвоздушной среде, что достигается:
1. Посевом в среды, содержащие редуцирующие и легко окисляемые вещества; В качестве редуцирующих веществ обычно используют кусочки (около 0,5 г) животных тканей (печень, мозг, почки, селезенка, кровь). Эти ткани связывают растворенный в среде кислород и адсорбируют бактерии. Чтобы уменьшить содержание кислорода в питательной среде, ее перед посевом кипятят 10-15 мин, а затем быстро охлаждают и заливают сверху небольшим количеством стерильного вазелинового масла. В качестве легко окисляемых веществ используют глюкозу, лактозу и муравьинокислый натрий. Лучшей жидкой питательной средой с редуцирующими веществами является среда Китта-Тароцци, которая используется для накопления анаэробов при первичном посеве из исследуемого материала и для поддержания роста выделенной чистой культуры анаэробов.
2. Посевом микроорганизмов в глубину плотных питательных сред. Посев микроорганизмов в глубину питательных сред производят по методам Вейнберга и Виньяль-Вейона.
3. Механическим удалением воздуха из сосудов, в которых выращиваются анаэробные микроорганизмы. Удаление воздуха производят путем его механического откачивания из специальных приборов — анаэростатов, в которые помещают чашку с посевом анаэробов. Переносной анаэростат представляет собой толстостенный металлический или пластиковый цилиндр с хорошо притертой крышкой (с резиновой прокладкой), снабжённый отводящим краном и вакуумметром. После размещения засеянных чашек или пробирок воздух из анаэростата удаляют с помощью вакуумного насоса.
4. Заменой воздуха в сосуде каким-либо индифферентным газом. Замену воздуха
индифферентным газом (азотом, водородом, аргоном, С02) можно производить в анаэростатах
вытеснения его газом из баллона.
Приборы и среды для культивирования анаэробов:
Микроанаэростат — используется для создания вакуума с дозированным содержанием
кислорода. Прибор представляет собой герметически закрывающийся сосуд, снабженный
нанометром, в который помещают посевы и откачивают воздух. Микроанаэростат помещают
термостат.
Эксикатор — стеклянный лабораторный сосуд с притертой крышкой. В его донной части
имеется дополнительная емкость, куда наливается смесь пирогаллола и едкого натра или,
гидросульфита натрия и двууглекислой соды. На сетку-подставку помещают посевы и притирают
крышку с помощью вазелина. Эксикатор помещают в термостат.
Газ-пак (Generbag anaer). Для создания анаэробных условий используются газогенераторные пакеты с реагентами — GasPak, GasPak Plus (газогенераторный пакет с палладиевым катализатором) и другие.
Рис. 9. Газогенераторные пакеты
Система Generbag anaer состоит из воздухонепроницаемых емкостей, изготовленных из прозрачной пластмассы и генераторов, содержащих смесь веществ, поглощающих кислород. (рис. 9). При применении GasPak Plus необходимо увлажнить таблетку боргидрида натрия, при этом выделяется водород и в присутствии палладиевого катализатора он соединяется с кислородом с образованием СО2. Последовательность работы: вынуть генератор из пакета, поместить в нижнюю часть воздухонепроницаемого пакета (анаэростата), затем поместить чашки
(или пробирки) с посевами и закрыть пакет (анаэростат). Инкубация при 37°С.
Анаэробный бокс — прозрачная плексиглассовая камера со шлюзом, отверстиями для рук с рукавами, заканчивающимися резиновыми перчатками. В нем создаются стерильные условия, его заполняют газовой смесью и поддерживают температуру 37°С.
Среда Китта-Тароцци. Содержит мясо-пептонный бульон (МПБ), 0,5% глюкозы и 0,15% агара. На дно пробирки для адсорбции СЬ помещают кусочки вареной печени или фарша слоем 1-1,5 см и заливают 6—7 мл среды. Среду перед посевом регенерируют (прогревают 15-20 мин на водяной бане для удаления воздуха, а затем быстро охлаждают). После посева среду заливают вазелиновым маслом и помещают в термостат.
Полужидкий сахарный агар (высокий столбик). В пробирку с 6-7 мл расплавленного и охлажденного до 45 полужидкого питательного агара, содержащего 0,5-1% глюкозы, вносят исследуемый материал и перемешивают. Посевы помещают в термостат.
Химические методы. Основаны на поглощении кислорода воздуха в герметически закрытом сосуде (анаэростате, эксикаторе) такими веществами, как пирогаллол или гидросульфит натрия.
1. Применение щелочных растворов пирогаллола для поглощения кислорода в замкнутой (путем воздушной среде.
2. Можно применять гидросульфит натрия. Для связывания кислорода в 1 л объема берут 100 мл свежеприготовленного 20% раствора Na2S2O4 и 16 мл 50% КОН.
3. Использование веществ — редуцентов, к которым относятся тиогликолевая кислота или тиогликолат натрия (0,01-0,02%), аскорбиновая кислота (0,1%), различные сахара (0,1-3%), цистин и цистеин (0,03-0,05%), муравьинокислый натрий (0,25-0,75%) и др.
Применение газогенерирующих систем для создания анаэробных условий в замкнутой воздушной среде (микроанаэростатах, эксикаторах, прозрачных газонепроницаемых пластиковых пакетах). Для образования водорода и двуокиси углерода, необходимых для роста облигатных анаэробов, используют специальные таблетки, которые активируются добавлением воды. Водород, генерируемый таблетками боргидрида натрия, связывает кислород воздуха в присутствии палладиевого катализатора с образованием CO2. Углекислый газ вырабатывается при взаимодействии лимонной кислоты с бикарбонатом натрия.
Биологические методы
1. Совместное выращивание анаэробов и аэробов (метод Фортнера). При этом на одну половину чашки Петри с плотной питательной средой засевают исследуемый материал, а на другую — культуру аэробного микроорганизма, способного энергично поглощать кислород. После посева чашку закрывают крышкой, края которой для герметизации заливают парафином или заклеивают пластилином. В качестве активного поглотителя кислорода из замкнутого пространства часто используют культуру «чудесной палочки» (Serratia marcescens), которая является своеобразным индикатором качества анаэробиоза. При недостаточной герметизации чашки этот микроорганизм образует ярко-красный пигмент, а при сохранении строго анаэробных условий вырастают бесцветные или бледно-розовые колонии.
2. Помещение в питательную среду кусочков печени, головного мозга, почек и других внутренних органов. При этом тканевые клетки активно поглощают и адсорбируют на себе кислород, в результате чего в среде создаются анаэробные условия. Примером питательной среды, сконструированной по этому принципу, является содержащая кусочки печени среда Китта - Тароцци. К тому же в печеночной ткани содержится большое количество веществ с SН-группой (цистеин, глютатион и др.,), обладающих сильным редуцирующим действием.
3. Культуры некоторых облигатных анаэробов можно поддерживать путем пассажа на лабораторных животных, однако в настоящее время этот метод используется достаточно редко.
Комбинированные методы основаны на сочетании физических, химических и биологических методов создания анаэробиоза, и используются в большинстве практических лабораторий. Для работы с наиболее чувствительными к молекулярному кислороду анаэробами используют строгую анаэробную технику (метод Хангейта). Принцип метода заключается в использовании лишенных кислорода питательных сред, воздух над которыми удаляется и замещается бескислородным газом.
План практической работы
Изучить аппаратуру для стерилизации, культивирования бактерий аэробов и анаэробов,
зарисовать схему устройства микроанаэростата.
Изучить технику и зарисовать схемы посевов исследуемого материала на питательные
среды с целью получения изолированных колоний.
Выписать цель и схему бактериологического метода исследования.
Ознакомиться с питательными средами и заполнить таблицу «Питательные среды».
Заполните таблицу «Основные методы стерилизации».
Посеять смесь бактерий истощающим штрихом на МПА с целью выделения чистой культуры
туры.
Решить ситуационные задачи.