KULTURMEDIEN: GESCHICHTE, FUNKTION, TYPEN, VORBEREITUNG - BIOLOGIE - 2024

Die Kulturmedien sind spezielle Nahrungspräparate zur Gewinnung, Isolierung und Erhaltung von Bakterien- und Pilzmikroorganismen. Diese Medien können fest, flüssig oder halbfest sein.

Louis Pasteur war der erste, der zeigte, dass in einer Brühe aus gekochten Fleischstücken Bakterien verwendet wurden, um sich in großer Zahl zu vermehren und die Brühe zu trüben. In diesem Sinne gilt Pasteurs Fleischbrühe als erstes flüssiges Kulturmedium.

Rohe und vorbereitete Kulturmedien (fest und flüssig). Quelle: Flickr

Dann machte Robert Koch mit Hilfe seiner Mitarbeiter Julius Richard Petri und Walter Hesse große Fortschritte. Der erste entwarf die Petrischale, die heute noch verwendet wird; und der zweite kam ihm in den Sinn, Agar-Agar durch Gelatine zu ersetzen, um feste Kulturmedien herzustellen, was sehr relevant war, da Gelatine durch einige Mikroorganismen abgebaut wurde.

Gegenwärtig gibt es viele Klassen von Kulturmedien mit unterschiedlichen Zwecken, daher werden diese nach ihrer Funktion klassifiziert: Zu den wichtigsten zählen die nahrhaften, selektiven, differenziellen, Transport-, Anreicherungs- und Zählkulturmedien. Kolonien, Wartung und zur Empfindlichkeitsprüfung.

Einige Kulturmedien eignen sich speziell zur Beobachtung chemischer Reaktionen und sind sehr nützlich für die Identifizierung des beteiligten Mikroorganismus. Unter ihnen können wir erwähnen: Kligler Medium, MIO, LIA, Citrat, unter anderem.

Geschichte

Das erste Kulturmedium wurde von Louis Pasteur hergestellt, als er zu zeigen versuchte, dass mikrobielles Leben kein Produkt der spontanen Erzeugung ist, sondern dass sich Mikroorganismen vermehren können und dass sie auch aus der Luft stammen.

Er bereitete eine Brühe mit Fleischstücken zu und stellte fest, dass sie einige Tage nach dem Aussetzen an die Luft trübe wurde und sich eine nennenswerte Menge an Mikroorganismen in der Brühe befand. Gleichzeitig blieb eine weitere Brühe mit zuvor gekochten und hermetisch versiegelten Fleischstücken im Laufe der Tage durchscheinend.

Dies erregte die Aufmerksamkeit vieler Forscher und sie erkannten, dass diese Mikroorganismen für die Zersetzung des Fleisches verantwortlich waren und auch einige Krankheiten verursachten.

Aus diesem Grund war es wichtig, einen Weg zu finden, um diese Mikroorganismen im Labor zu reproduzieren, um sie weiter zu untersuchen.

In diesem Sinne leistete Robert Koch einen unschätzbaren Beitrag zur Verbesserung bestimmter Labortechniken, insbesondere im Zusammenhang mit der Isolierung von Bakterien, als er das Konzept eines festen Kulturmediums einführte.

Zuerst verwendete er Kartoffelscheiben als festes Medium, später fügte er den Fleischbrühen Gelatine mit besseren Ergebnissen hinzu. Es gab jedoch Zeiten, in denen das Gelee schmolz und sich in eine flüssige Kultur verwandelte. Heute ist bekannt, dass dies geschieht, weil einige Bakterien Gelatine hydrolysieren können.

Zu diesem Zeitpunkt kam einer seiner Mitarbeiter auf die Idee, Agar-Agar zu verwenden, eine Verbindung, mit der seine Frau ihre Süßigkeiten eindickte.

Dieses rudimentäre Kulturmedium ist allmählich komplexer geworden, bis es die heute bekannten Kulturmedien erreicht.

Komposition

Jedes Medium hat eine andere Zusammensetzung, aber es ist wichtig, dass es die spezifischen Nährstoffe für eine gute Entwicklung der Art des gesuchten Mikroorganismus enthält.

Es kann auch bestimmte chemische Substanzen enthalten, die dabei helfen, den Stoffwechselweg eines bestimmten Stammes aufzudecken, oder die das Vorhandensein bestimmter Enzyme anzeigen.

Ein weiteres wichtiges Element ist die Verwendung von Puffersubstanzen. Diese tragen dazu bei, das osmotische Gleichgewicht der Medien sowie den pH-Wert aufrechtzuerhalten.

Sie können auch Kohlenhydrate und einen pH-Indikator enthalten, um eine zusätzliche Zuckerfermentation anzuzeigen. Eine Farbänderung des Mediums wird beobachtet, wenn durch Fermentation eine Ansäuerung erzeugt wird.

Einige Kulturmedien enthalten hemmende Substanzen. Abhängig von der verwendeten Substanz wird das Wachstum einiger Mikroorganismen eingeschränkt und das anderer bevorzugt.

Arten von Kulturmedien

Kulturmedien werden nach verschiedenen Kriterien klassifiziert. Dies sind: je nach Konsistenz, Zusammensetzung und Funktion.

- Entsprechend seiner Konsistenz

Flüssigkeiten

Sie enthalten keinen Agar-Agar. Das Bakterien- oder Pilzwachstum wird durch die Trübung der Brühe angezeigt, die ursprünglich durchscheinend ist.

Solide

Sie enthalten zwischen 1,5 und 2% Agar-Agar. Die erstarrte Mischung hat eine Oberfläche, die der feinen Bewegung des Platingriffs widersteht, ohne ihn zu brechen.

Halbfest

Sie enthalten ungefähr 0,5% Agar-Agar, daher ist es ein Zwischenzustand zwischen flüssig und fest. Ideal in Medien, die dazu dienen, Motilität zu sehen. Sie werden auch zur Erhaltung von Stämmen empfohlen, da sie die Luftfeuchtigkeit viel länger aufrechterhalten.

Zweiphasig

Es sind Medien, die so hergestellt sind, dass sich eine feste Phase und darauf ein flüssiges Medium befindet. Weit verbreitet für Blutkulturen.

- Entsprechend seiner Zusammensetzung

Natürliche Wachstumsmedien

Sie sind Substanzen, die direkt aus der Natur stammen, um Bakterien zu kultivieren, und bieten ihnen eine Umgebung, die ihrer normalen Entwicklung im Ökosystem so nahe kommt. Beispiel: Milch, Säfte, verdünntes Blut, Serum usw.

Synthetische Kulturmedien

Sie werden heute am häufigsten verwendet. Sie sind die dehydrierten Medien, die wir in Handelshäusern erwerben und deren chemische Zusammensetzung bekannt ist, da sie strategisch auf die Art des zu isolierenden Mikroorganismus ausgelegt sind.

Halbsynthetische Kulturmedien

Es ist die Kombination eines synthetischen Mediums, dem ein natürliches Element zugesetzt wird, um das Medium anzureichern.

Zellkulturmedien

Sie sind spezielle Medien für die Kultivierung von Viren, da diese Mikroorganismen außerhalb der Zellen nicht überleben können. Sie müssen Gewebe oder lebende Zellen eines Tieres oder einer Pflanze enthalten.

Beispiel: Affennierenzellkulturen oder embryonierte Eier.

- Nach seinem Nutzen

Nähr-, selektive, differenzielle, Transport-, Anreicherungs-, Identifizierungs-, Koloniequantifizierungs-, Wartungs- und Empfindlichkeitstestmedien. Sie werden später beschrieben.

Funktion

Unabhängig von der Art des Kulturmediums haben alle etwas gemeinsam und das heißt, sie erleichtern oder fördern die Reproduktion bestimmter Mikroorganismen. Der Unterschied liegt in der Zusammensetzung jedes einzelnen von ihnen, was ein entscheidender Faktor für den endgültigen Nutzen ist, den sie haben werden.

Jedes der vorhandenen Kulturmedien ist strategisch für die spezifische Funktion konzipiert, für die es erstellt wurde, dh alle haben eine Grundlage, die die Richtlinien ihrer spezifischen Funktion regelt.

Es ist zu beachten, dass das einmal gesäte Kulturmedium Temperatur- und Sauerstoffbedingungen ausgesetzt werden muss, die für die Art der zu isolierenden Bakterien oder Pilze geeignet sind.

Wenn Sie beispielsweise mesophile anaerobe Bakterien isolieren möchten, können Sie Blutagar verwenden und unter anaeroben Bedingungen (ohne Sauerstoff) 48 Stunden bei 37 ° C inkubieren.

Wenn nun ein Pilz isoliert werden muss, wird Sabouraud-Agar mit Antibiotika verwendet. Es wird in Aerobiose mehrere Tage bei Raumtemperatur inkubiert, da letztere langsam wachsen.

Nahrhafte einfache Kulturmedien

Wie der Name schon sagt, enthalten diese Kulturmedien Nährstoffe wie Vitamine, Aminosäuren, Stickstoff und Kohlenstoff, darunter: Fleischextrakt oder Hefeextrakt, Maisstärke, Pankreasverdauung, Peptonen, Glukose, unter anderen.

Sie enthalten auch andere Komponenten, die der Umwelt ein osmotisches Gleichgewicht verleihen, da die meisten Pflanzen einen pH-Wert nahe 7,0 benötigen. Diese Elemente können unter anderem sein: Natriumchlorid, Dinatriumphosphat.

Das Verdünnungsmittel ist destilliertes Wasser und die festen Medien haben Agar-Agar.

Der Zweck dieser Kulturmedien besteht darin, die in einer bestimmten Probe vorhandenen bakteriellen oder pilzlichen Mikrobiota wiederzugewinnen. Es unterscheidet nicht zwischen Mikroorganismen, da es in der Lage ist, eine große Anzahl von Bakterien zu züchten, sowohl grampositive als auch gramnegative sowie Hefe- und Myzelpilze.

Sie werden für die Aussaat von Proben von normalerweise sterilen Stellen empfohlen. Sie sind jedoch nicht für anspruchsvolle Mikroorganismen geeignet.

Sie sind auch nützlich für die Aufrechterhaltung von Stämmen, solange sie keine Glucose enthalten.

Angereicherte Kulturmedien

Wenn den einfachen Nährmedien Blut oder erhitztes Blut zugesetzt wird, werden sie zu angereicherten Medien (Blutagar bzw. Schokoladenagar).

Diese Medien sind sehr nützlich, um normal sterile Proben auszusäen, schwache Stämme zu retten und ernährungsphysiologisch anspruchsvolle Mikroorganismen zu isolieren.

Selektive Kulturmedien

Selektive Kulturmedien enthalten nicht nur essentielle Nährstoffe für das Wachstum bestimmter interessierender Mikroorganismen, sondern auch hemmende Substanzen wie Antibiotika, Antimykotika, Farbstoffe und Gallensalze.

Die hemmenden Substanzen sollen die Vielfalt der Stämme verringern, die wachsen können, und das Wachstum einer besonders speziellen Gruppe begünstigen, die gerettet werden soll.

Beispiel: EC-Brühe (speziell für Coliforme insgesamt und im Stuhl) oder Sabouraud-Agar mit Antibiotika (spezifisch für Pilze).

Differenzielle Kulturmedien

Differentialmedien enthalten Nährstoffe, die für das Wachstum einer bestimmten Gruppe von Mikroorganismen erforderlich sind, und enthalten auch Substanzen, die in Gegenwart bestimmter Mikroorganismen metabolisiert oder abgebaut werden.

Das heißt, sie erzeugen chemische Reaktionen, die auf die eine oder andere Weise im Kulturmedium nachgewiesen werden.

Einige Reaktionen alkalisieren oder säuern das Medium an, und dank des Vorhandenseins eines pH-Indikators können diese Änderungen durch eine Farbverschiebung im Medium und in der Kolonie nachgewiesen werden.

Daher werden unter einer großen Gruppe von Bakterien, die in diesem Medium wachsen können, diejenigen unterschieden, die die Substanz metabolisieren oder abbauen, und diejenigen, die dies nicht tun, indem sie einfach die Farbe der Kolonie und des Mediums beobachten.

Zum Beispiel ermöglicht es Blutagar, Bakterien, die eine Beta-Hämolyse (klarer Halo) verursachen, von solchen zu unterscheiden, die eine Alpha-Hämolyse (grünlicher Halo) verursachen, und solchen, die keine Hämolyse erzeugen.

Selektive und differenzielle Medien

Ein Beispiel hierfür ist das, was in MacConkey-Agar passiert. Es ist selektiv, da es nur das Wachstum von gramnegativen Bazillen erlaubt; und es ist unterschiedlich, da laktosefermentierende Bakterien (Fuchsienkolonien) von nicht fermentierenden Bakterien (blassrosa oder farblos) unterschieden werden können.

Transportkulturmedien

Wie der Name schon sagt, handelt es sich um Mittel, mit denen Proben, die an einem mehr oder weniger entfernten Ort entnommen wurden, zum Labor transportiert werden, in dem die Probe verarbeitet wird. Das Transportmedium hält die Probe unter den besten Bedingungen, so dass zuverlässige Ergebnisse erhalten werden.

Diese Kulturmedien weisen ganz besondere Eigenschaften auf, da sie in Nährstoffen nicht überschritten werden können, da die vorhandene Bakterienpopulation lebensfähig bleiben muss, ohne jedoch an Zahl zuzunehmen.

Sie sind im Allgemeinen halbfeste Medien, so dass die Probe hydratisiert bleiben kann. Es sollten jedoch keine Kompromisse eingegangen werden, um die Probe so schnell wie möglich ins Labor zu bringen. Beispiele für Transportmittel: Stuart Medium, Cary Blair und Amies.

Anreicherungskulturmedien

Diese Kulturmedien sind flüssig. Sie werden verwendet, um bestimmte Krankheitserreger zu retten, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Probe in minimaler Menge vorhanden sein können.

Es ist auch nützlich, einen pathogenen Stamm zu retten, der nach einer früheren Behandlung schwach sein kann. Beispiel: Peptonwasser, Thioglycollatbrühe und Selenitbrühe.

Diese Medien haben hemmende Substanzen, die das Wachstum der begleitenden Mikrobiota verhindern, und spezifische Nährstoffe, die die Entwicklung des interessierenden Mikroorganismus begünstigen.

Kulturmedien zur Identifizierung

Diese Medien enthalten Substanzen, die von bestimmten Bakterien chemisch metabolisiert werden können und chemische Reaktionen hervorrufen, die das Vorhandensein spezifischer Enzyme oder Stoffwechselwege anzeigen.

Daher werden sie als biochemische Tests verwendet, die die Erkennung der Gattung und der Arten einer bestimmten Gruppe von Stämmen unterstützen. Beispiel: Das Kligler-Medium zeigt, ob der Mikroorganismus Glucose und Lactose fermentieren kann, wenn er Schwefelwasserstoff und Gas erzeugt.

Dieses Medium enthält aufschlussreiche Substanzen, die die Beobachtung der Reaktion ermöglichen, wie den pH-Indikator und Eisenionen.

Dieser einfache Test kann zwei große Gruppen von bakteriellen Mikroorganismen, wie die zur Familie der Enterobacteriaceae gehörenden Bakterien, von den sogenannten nicht fermentierenden Bakterien unterscheiden.

Medien zum Zählen von Kolonien

Dies sind einfache, nicht selektive Medien, die zur Quantifizierung einer mikrobiellen Population dienen, beispielsweise das Standardzählmedium. Die Art des Mikroorganismus, der in diesem Medium wächst, hängt von den festgelegten Temperatur- und Sauerstoffbedingungen ab.

Kulturmedien für Empfindlichkeitstests

Das standardisierte Medium für diesen Zweck ist Müeller-Hinton-Agar. Dieses Medium ist ideal zur Bewertung des Verhaltens verschiedener Antibiotika gegen einen isolierten pathogenen Mikroorganismus.

Es ist besonders nützlich bei anspruchslosen Bakterien, während es bei anspruchsvollen Bakterien nur verwendet werden kann, wenn es mit Blut ergänzt wird.

Kulturmedien zur Pflege

Der Zweck dieser Mittel besteht darin, den Mikroorganismus zu reproduzieren und auch die Lebensfähigkeit der Bakterien oder Pilze so lange wie möglich aufrechtzuerhalten und auch seine physiologischen Funktionen zu erhalten.

Ein wichtiges Merkmal ist, dass diese Art von Medium keine Glukose enthalten sollte, da es zwar ein Element ist, das ein schnelles Wachstum ermöglicht, seine Fermentation jedoch auch Säuren erzeugt, die die Lebensdauer des Mikroorganismus verkürzen.

Einige Laboratorien müssen bestimmte Mikroorganismen für die spätere Verwendung in Forschungsstudien, internen Kontrollen oder für Bildungszwecke lebensfähig halten.

Vorbereitung

Derzeit gibt es viele Handelsmarken, die die verschiedenen Kulturmedien vertreiben. Das Medium wird in gefriergetrockneter oder dehydrierter Form geliefert, in luftdichten Gläsern enthalten und vor Licht geschützt.

Jedes Medium wird mit einem Etikett geliefert, auf dem der Name des Mediums, seine Komponenten, die Chargennummer und das Gewicht für die Herstellung eines Liters Kulturmedium angegeben sind.

Als Verdünnungsmittel wird destilliertes Wasser verwendet. Die abgewogene Menge wird in einem Liter destilliertem Wasser gelöst, bis die Mischung homogenisiert ist. Die meisten Medien werden 15 Minuten lang bei einem Druck von 15 Pfund und einer Temperatur von 121 ° C autoklaviert.

Flüssige Medien werden bereits in ihren jeweiligen Arbeitsröhrchen verteilt autoklaviert, während feste Medien in Erlenmeyerkolben autoklaviert werden.

Letztere dürfen stehen, bis sie eine Temperatur von 55 ° C erreichen, und werden in den Petrischalen in einer Laminarströmungshaube oder in der Nähe des Bunsenbrenners serviert. Sie werden erstarrt und verkehrt herum im Kühlschrank aufbewahrt.

Es gibt auch feste Kulturmedien, die in Röhrchen verteilt sind, so dass sie sich entweder in Stollen (gerade) oder im Flötenschnabel (geneigt) verfestigen können.

Vor der Verwendung eines vorbereiteten Kulturmediums, ob fest oder flüssig, muss es vor der Aussaat der Probe temperiert werden.

Bedeutung

Kulturmedien sind zweifellos ein sehr wertvolles Arbeitsinstrument für Mikrobiologen, da sie es ermöglichen, den Infektionserreger wiederzugewinnen, der zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Person befallen oder ein Lebensmittel, eine Umgebung oder eine Oberfläche kontaminieren kann.

In diesem Sinne kann gesagt werden, dass die Mikrobiologie unterschiedliche Bereiche hat, darunter klinische, industrielle, Umwelt- und Lebensmittelmikrobiologie, und in allen werden Kulturmedien verwendet.

Natürlich kann die Art des jeweils verwendeten Mediums je nach Bedarf und Art der verarbeiteten Probe variieren. Die Gruppe der Mikroorganismen suchte auch Einflüsse.

Die Isolierung des pathogenen Mikroorganismus oder die Ursache einer Kontamination ist wesentlich, um eine wirksame Behandlung durchführen oder Verfahren anwenden zu können, die zur Beseitigung der betreffenden Kontaminante beitragen.

In der klinischen Mikrobiologie ist es nicht nur wichtig, den Mikroorganismus zu isolieren und zu identifizieren (Gattung und Art kennen), sondern es muss auch das Antibiogramm durchgeführt werden.

Diese Studie, in der auch ein Kulturmedium verwendet wird, ermöglicht es uns zu sagen, welches antimikrobielle Mittel empfindlich und welches resistent ist oder kurz gesagt, welches als Behandlung verwendet werden kann und welches nicht.

Daher dürfen Kulturmedien im Allgemeinen in einem mikrobiologischen Labor unabhängig von der Region nicht fehlen.

Schließlich kann gesagt werden, dass die Kulturmedien es ermöglicht haben, verschiedene Aspekte sowohl von Bakterien als auch von Pilzen zu untersuchen.

Qualitätskontrolle von Kulturmedien

Die Herstellung und Verwendung von Kulturmedien sollte nicht leichtfertig erfolgen. In jedem Labor muss es eine Abteilung geben, die bei jeder Vorbereitung neuer Chargen Qualitätskontrollprotokolle auf die Medien anwendet und somit sicherstellt, dass diese ordnungsgemäß vorbereitet, steril und funktionsfähig sind.

Um ihre Sterilität zu beurteilen, werden ein oder zwei Medien zufällig aus jeder Charge entnommen und mehrere Tage bei 37 ° C inkubiert (es sollte kein Wachstum geben). Ordnungsgemäß kultivierte und lebensfähige ATCC-Referenzstämme (American Type Culture Collection) werden verwendet, um ihre Funktion zu überprüfen.

Entsorgung von Kulturmedien

Nach Verwendung des Kulturmediums muss es so entsorgt werden, dass es die Umwelt nicht kontaminiert.

Dazu wird das Material in einem Autoklaven sterilisiert, bevor es verworfen wird. Anschließend wird das Material von den Glaswaren entfernt. Letzteres wird dann gewaschen, getrocknet, sterilisiert und zur späteren Verwendung aufbewahrt. Bei Verwendung von Einwegplatten werden diese sterilisiert und später in speziellen Beuteln entsorgt.

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