کشت های میکروبی به رشد عمدی میکروارگانیسم ها در شرایط کنترل شده خارج از محیط طبیعی آنها اشاره دارد. محیط کشت‌ها به‌عنوان ابزاری اساسی عمل می‌کنند که محققان، پزشکان و صنایع را قادر می‌سازد تا قابلیت‌های متابولیک متنوع میکروب‌ها را کشف و بهره‌برداری کنند. کشت های میکروبی به اشکال مختلفی وجود دارد – از رشد باکتری ها یا قارچ ها در ظروف پتری دیش (plate) گرفته تا مخازن تخمیر در مقیاس بزرگ برای تولیدات صنعتی، اما هدف مشترک آنها انتشار حیات میکروبی در محیط های مصنوعی و بهینه شده برای اهداف علمی، پزشکی یا تجاری است. کشت میکروارگانیسم‌ها نقطه عطف مهمی در میکروبیولوژی است، زیرا به محققان اجازه داد تا از مشاهده غیرمستقیم میکروب‌ها، به مطالعه مستقیم زیر میکروسکوپ تغییر کنند. تکنیک‌های کشت باعث جداسازی و شناسایی عوامل بیماری‌زا و میکروب‌های اصلی با کاربردهای مفید شد.
امروزه، کشت های میکروبی همچنان سنگ بنای میکروبیولوژی هستند. آنها مطالعه ژنوم ها، متابولیسم ها و رفتارهای میکروبی را تسهیل می کنند. آنها همچنین دستکاری ژنتیکی و مهندسی میکروب‌های طراح را برای کاربردهای پیشرفته امکان پذیر می کنند.
میکروبیولوژی پزشکی برای آزمایش‌های تشخیصی به کشت های میکروبی متکی است. صنعت تخمیر از آنها برای تولید کارآمد و در مقیاس بزرگ آنزیم ها، غذاها، آنتی بیوتیک ها و سایر محصولات بیوتکنولوژی استفاده می کند.
محیط کشت های مایع
کشت های مایع شامل رشد میکروارگانیسم ها در یک محیط رشد مایع، معمولاً یک براث (broth) یا محلول بافر است. برخی از نمونه‌های رایج کشت‌های مایع مورد استفاده در میکروبیولوژی عبارتند از:
- نوترینت براث (Nutrient Broth)
- انفوزیون قلب مغز BHI (Brain Heart Infusion)
- محیط مایع LB (Luria Bertani)
کشت های مایع به طور گسترده در تحقیقات برای مطالعه سینتیک رشد میکروبی، متابولیک، ژنتیک و سایر فرآیندهای سلولی مورد استفاده قرار می گیرند. محیط همگن امکان نمونه برداری آسان برای اندازه گیری را فراهم می کند. نمونه هایی از کاربردهای تحقیقاتی عبارتند از:
- تعیین منحنی های رشد میکروبی با اندازه گیری چگالی نوری در طول زمان
- تجزیه و تحلیل بیان ژن در مراحل مختلف رشد با استفاده از نمونه گیری مایع
- غربالگری کتابخانه های جهش یافته با رشد کشت ها در پلیت های میکروتیتر
- تست حساسیت ضد میکروبی با قرار دادن کشت های مایع در معرض داروها یا مواد شیمیایی
در صنعت، کشت های مایع تولید محصولات میکروبی در مقیاس بزرگ مانند آنزیم ها، آنتی بیوتیک ها و مواد شیمیایی بیوسنتزی را امکان پذیر می کند. ماهیت سیال آنها امکان نظارت، کنترل و پردازش مداوم را آسان می کند. کاربردهای صنعتی کلیدی عبارتند از:
- تخمیر با چگالی بالا با استفاده از بیوراکتورها برای تولید متابولیت های مورد نظر
- کشت های تکثیر مستمر برای تولید مداوم آنزیم ها، اسید سیتریک و غیره
- کشت های Fed-batch و chemostat که امکان کنترل دقیق نرخ رشد و شرایط را فراهم می کند
به طور کلی، محیط همگن و انعطاف پذیر، کشت های مایع را برای مطالعه فیزیولوژی میکروبی و استفاده از میکروب ها برای فرآیندها و محصولات در مقیاس صنعتی ارزشمند می کند.
محیط کشت های جامد
کشت جامد به رشد میکروارگانیسم ها در محیط های جامد، به طور معمول آگار اشاره دارد. محیط جامد سطحی را برای رشد میکروب ها و تشکیل کلونی های قابل مشاهده فراهم می کند. رایج ترین نوع محیط جامد مورد استفاده حاوی آگار هستند که به عنوان یک عامل ژلاتینی همراه با مواد مغذی مختلف برای حمایت از رشد میکروبی هستند.
کشت جامد چندین هدف مهم در میکروبیولوژی انجام می دهد:
خالص سازی کشت‌ها: میکروارگانیسم‌های منفرد می‌توانند به کلنی‌های متمایز روی سطح جامد تبدیل شوند، که به محققان این امکان را می‌دهد تا کلنی‌های جدا شده را انتخاب کنند. این اولین قدم حیاتی برای بسیاری از مطالعات میکروبیولوژی است.
شمارش سلول ها: تعداد سلول های زنده در یک نمونه را می‌توان با پخش کردن نمونه روی آگار تعیین کرد و به سلول ها اجازه می دهد تا به کلونی های قابل شمارش رشد کنند. شمارش کلونی داده های ارزشمندی در مورد بار میکروبی فراهم می کند.
مشاهده مورفولوژی کلنی: ویژگی‌های کلنی های میکروبی مانند اندازه، شکل، رنگ و بافت اطلاعات مفیدی در مورد هویت ارگانیسم ارائه می دهد و می تواند به طبقه بندی کمک کند.
تست های بیوشیمیایی: بسیاری از آزمایش های استاندارد بیوشیمیایی که برای شناسایی باکتری ها استفاده می شوند، با تلقیح محیط های جامد حاوی بسترهای خاص انجام می شوند. نتایج بر اساس تغییرات رنگ یا الگوهای رشد تفسیر می شوند.
نگهداری سویه‌ها: کشت های جامد را می توان در یخچال برای نگهداری کوتاه مدت سویه های میکروبی یا منجمد برای نگهداری طولانی مدت نگهداری کرد. ذخایر گلیسرول کلنی هایی هستند که با گلیسرول مخلوط شده و منجمد شده اند.
بررسی مقاومت‌های آنتی بیوتیکی به روش دیسک آنتی بیوگرام
به طور کلی، راحتی و کاربرد محیط جامد، آن را برای جداسازی، تجزیه و تحلیل و حفظ میکروارگانیسم ها در آزمایشگاه ضروری کرده است.
محیط کشت های تشخیصی
کشت های تشخیصی، کشت های میکروبی هستند که به طور خاص برای شناسایی پاتوژن‌ها و عوامل عفونی از نمونه های بالینی استفاده می شوند. آنها به آزمایشگاه‌ها و پزشکان اجازه می دهند بیماری های عفونی را تشخیص داده و درمان مناسب را راهنمایی کنند. کشت های تشخیصی از محیط های انتخابی و متفاوت برای جداسازی، رشد و شناسایی میکروارگانیسم های بیماری زا از نمونه های بیمار استفاده می کنند.
محیط های انتخابی حاوی ترکیباتی هستند یا شرایط محیطی را تغییر می دهند تا از رشد ارگانیسم های ناخواسته ناخواسته جلوگیری کنند و در عین حال به پاتوژن ها اجازه رشد دهند. به عنوان مثال، افزودن آنتی بیوتیک به محیط از رشد باکتری های حساس به آنتی بیوتیک جلوگیری می کند. محیط های افتراقی میکروارگانیسم ها را بر اساس ویژگی های قابل مشاهده مانند مورفولوژی کلنی، رنگدانه یا خواص بیوشیمیایی متمایز می کند. ترکیب شرایط انتخابی و افتراقی، جداسازی میکروب‌های خاص بیماری‌زا را تسهیل می‌کند.
تکنیک های رایج مورد استفاده در کشت های تشخیصی شامل رنگ آمیزی گرم، آزمایش بیوشیمیایی، تست حساسیت آنتی بیوتیکی و تکنیک های مولکولی مانند PCR است. این روش ها به شناسایی ویژگی ها و مشخصات پاتوژن ها پس از جداسازی کمک می کنند. سیستم های خودکار مانند سیستم کشت خون BACTEC می توانند رشد میکروبی را شناسایی کرده و تشخیص را تسریع کنند.
بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که کشت های تشخیصی نقش مهمی در آزمایشگاه میکروبیولوژی بالینی دارند. آنها امکان جداسازی و شناسایی از نمونه های بیمار مانند خون، ادرار، خلط یا سواب فراهم می کنند. این اطلاعات تشخیصی ارزشمندی را برای فعال کردن اقدامات درمانی مناسب و کنترل عفونت فراهم می کند. گسترش جهانی مقاومت ضد میکروبی اهمیت کشت های تشخیصی را برای راهنمایی استفاده بهینه از آنتی بیوتیک افزایش می دهد.