תרביות העשרה: מיקרואורובים אירוביים ואנאירוביים פולחניים על מדיות סלקטיביות ודיפרנציאליות

מקור: כריסטופר פ. קורבו¹,^ג'ונתןפ. בלייז 1 , אליזבת סוטר^1
1 המחלקה למדעי הביולוגיה, מכללת וגנר, דרך הקמפוס 1, סטטן איילנד ניו יורק, 10301

תאים פרוקריוטים מסוגלים לאכלס כמעט כל סביבה על פני כדור הארץ. כממלכה, יש להם מגוון מטבולי גדול, המאפשר להם להשתמש במגוון רחב של מולקולות לייצור אנרגיה (1). לכן, בעת טיפוח אורגניזמים אלה במעבדה, כל המולקולות הדרושות והספציפיות הנדרשות כדי לייצר אנרגיה חייבות להיות מסופקות במדיה הצמיחה. בעוד אורגניזמים מסוימים הם מגוונים מטבולית, אחרים מסוגלים לשרוד בסביבות קיצוניות כגון טמפרטורות גבוהות או נמוכות, pH אלקליין וחומצי, ירידה או חמצן ללא סביבות, או סביבות המכילות מלח גבוה (2,3,4). המכונה "קיצוניים", אורגניזמים אלה דורשים לעתים קרובות סביבות אינטנסיביות אלה להתרבות. כאשר מדענים מחפשים לגדל אורגניזמים כאלה, מרכיבי התקשורת, כמו גם כל תנאים סביבתיים ספציפיים כל צריך להילקח בחשבון על מנת לטפח בהצלחה את האורגניזמים של עניין.

מדענים מסוגלים לגדל אורגניזמים פולחניים במעבדה מכיוון שהם מבינים את הדרישות הספציפיות שמינים אלה צריכים לגדול. עם זאת, אורגניזמים כת מהווים פחות מ -1% מהמינים המוערך על פני כדור הארץ (5). אורגניזמים שזיהינו על ידי ריצוף גנים אך אינם מסוגלים לגדול במעבדה נחשבים בלתי ניתנים לחישוב (6). בשלב זה, אנחנו לא יודעים מספיק על חילוף החומרים ותנאי הצמיחה של אורגניזמים אלה כדי לשכפל את הסביבה שלהם במעבדה.

אורגניזמים בררניים שוכבים איפשהו בין השניים הקודמים. אורגניזמים אלה ניתנים לפולחן, אך הם דורשים תנאי צמיחה ספציפיים מאוד, כגון רכיבי מדיה לצמיחה ספציפיים ו / או תנאי גדילה ספציפיים. שתי דוגמאות של סוגים כאלה הם Neisseria sp. ו Haemophilus sp., שניהם דורשים חלקית מפורק תאי דם אדומים (הידוע גם בשם אגר שוקולד), כמו גם גורמי גדילה ספציפיים וסביבה עשירה פחמן דו חמצני (7). ללא כל המרכיבים הספציפיים הנדרשים, אורגניזמים אלה לא יגדלו כלל. לעתים קרובות, אפילו עם כל הדרישות שלהם, אורגניזמים אלה לגדול בצורה גרועה.

שלא כמו תאים אאוקריוטים, אשר מסוגלים רק לגדול בסביבה אירובית, או חמצן המכיל, תאים פרוקריוטיים מסוגלים לגדול אנאירובי באמצעות מספר מסלולי תסיסה כדי לייצר אנרגיה בשפע (8). פרוקריוטים אחרים מעדיפים סביבת חמצן מיקרו-אירופילית, או מופחתת, או אפילו סביבת קנופילית או פחמן דו חמצני גבוהה (9). אורגניזמים אלה מאתגרים יותר להעשיר עבור, שכן האטמוספירה חייבת להשתנות. מדענים שעובדים לעתים קרובות עם אורגניזמים רגישים לסביבה מחומצנת היו עובדים בדרך כלל בתא אנאירובי ובאינקובטור, שם שואב גז כבד, אינרטי כמו ארגון, כדי לעקור את החמצן (10). אחרים עושים שימוש במערכות מנות גז אטום זמינות באופן קונבנציונלי המשתמשות במים כדי לייצר מימן ופחמן דו חמצני, יחד עם זרז כמו פלדיום כדי להסיר את כל החמצן האטמוספרי. ערכות זמינות מסחרית אלה יכולות ליצור כל אחד מהתנאים האטמוספריים שהוזכרו לעיל (10).

בין אם מטפחים פתוגן כדי לקבוע זיהום פוטנציאלי או מחפשים לזהות מין מסוים של חיידקים הנמצאים בסביבה טבעית, קיימת בעיה אחת. אף מין חיידקי לא שוכן בבית גידול אחד. חיידקים חיים כקהילות רב-תאיות בכל מקום, מעורם של בני האדם ועד לאוקיינוסים של כוכב הלכת שלנו (11). כאשר מנסים לבודד מין אחד של חיידקים, מדענים חייבים לעבוד כדי להוציא את האורגניזמים הרבים האחרים המאכלסים גם את האזור המבודד. מסיבה זו, מדיה צמיחה מועשרת עבור חיידקים לעתים קרובות לבצע שתי פונקציות. הראשון הוא להפוך את המדיה לסלקטיבית. סוכן סלקטיבי ימנע מינים מסוימים לגדול, תוך לא מעכב ולעתים קרובות אפילו לקדם אחרים לגדול (12). הפונקציה השנייה של מרכיבי מדיה עשויה להיות לעבוד כסוכנים דיפרנציאליים. סוכנים כאלה מאפשרים זיהוי של תכונה ביוכימית מסוימת של אורגניזם מבודד. על ידי שיוך מספר מדיות סלקטיביות ודיפרנציאליות שונות יחד עם תנאי גדילה מתאימים, מדענים ומאבחנים מסוגלים לזהות את נוכחותם של מינים חיידקיים ספציפיים מניתג מסוים.

דוגמה אחת למדיה סלקטיבית ודיפרנציאלית המסייעת בזיהוי היא במקרה של האורגניזם המשמעותי מבחינה קלינית Staphylococcus aureus. אורגניזם זה הוא בדרך כלל תרבותי על אגר מלח מניטול. מדיה זו לא רק בוחרת רק אורגניזמים אשר יכולים לחיות בסביבה מלח גבוהה, הכוללים כמה חיובי גרם כמו Staphylococcus, אבל זה גם מעכב כל אורגניזמים רגישים למלח. סוכר המניטול הוא המרכיב הדיפרנציאלי של המדיום הזה. מכל מיני סטפילוקוקוס בעלי משמעות קלינית, רק ס. אוריוס מסוגל לתסוס מניטול. תגובת תסיסה זו מייצרת חומצה כמוצר לוואי אשר גורם מחוון אדום מתיל אדום במדיה להפוך צהוב. מינים אחרים של סטפילוקוקוס (כגון סטפילוקוקוס אפידרמידיס) למרות שהם מסוגלים לגדול, ישאירו את התקשורת אדומה בצבע.

תרגיל מעבדה זה מדגים טכניקה אספטית נכונה, כמו גם חיסון נכון של מדיה צמיחה מן המרק. הוא גם מציג את הצמיחה של אורגניזמים מזהמים נפוצים על מדיית העשרה, את השימוש במערכת תרבית אנאירובית של חבילת גז לחיידקים אנאירוביים, ואת השימוש באמצעי אחסון סלקטיביים ודיפרנציאליים שונים לזיהוי חזק של חיידקים חיוביים וגרם שליליים.