Методы поддержания (хранения) культур микроорганизмов

Основная задача хранения культур – поддержание их жизнеспособности, сохранение стабильности таксономически важных признаков, а также определенных свойств, представляющих интерес для науки и производства. Проблема длительного хранения микроорганизмов сводится к торможению процессов обмена веществ. Хранение микроорганизмов осуществляется в специальных коллекциях типовых культур. В коллекциях жизнеспособность микроорганизмов поддерживается преимущественно следующими методами: 1) периодическими пересевами (субкультивированием); 2) под минеральным маслом; 3) высушиванием; 4) лиофилизацией; 5) в условиях низких и ультранизких температур.

Субкультивирование – традиционный метод хранения культур (чаще всего аспорогенных) и заключается он в пересевах культур на свежие питательные среды один–два раза в месяц. Между пересевами микроорганизмы хранят в темноте при температурах 5–20 °С. При использовании этого метода хранения культур должны быть соблюдены три условия: 1) подходящая поддерживающая среда; 2) идеальная температура хранения; 3) необходимая частота пересевов. Преимуществом метода является простота и удобный визуальный контроль за чистотой культуры или ее морфологической изменчивостью, а к недостаткам следует отнести возможность заражения, краткосрочность хранения, трудоемкость работы и большой расход реактивов.

Хранение под минеральным маслом заключается в следующем: культуру микроорганизмов выращивают на благоприятной агаризованной питательной среде и заливают стерильным вазелиновым маслом. Слой масла (0, 5–1, 0 см) замедляет скорость обменных процессов микроорганизмов и предохраняет поверхность среды от высыхания. Такие культуры хранят в холодильнике. Большинство сапрофитных бактерий сохраняют жизнеспособность в течение 8–14 лет, дрожжи и мицелиальные грибы пересевают через 2–3 года. Хранение под маслом имеет следующие преимущества: относительно длительное сохранение стабильности свойств микроорганизмов, сокращение затрат на пересевы, метод не требует специального оборудования.

Высушивание – простейший метод хранения микроорганизмов, в процессе которого происходит обезвоживание микробных клеток. В высушенных (до остаточной влажности 10–12 %) клетках биохимические реакции приостанавливаются или протекают очень медленно. Процесс высушивания лучше переносят спорообразующие виды. Широко применяют воздушное высушивание микроорганизмов на различных адсорбентах: в стерильной почве, песке, глине, фильтровальной бумаге, стеклянных бусах, крахмале и т. д. Адсорбенты защищают микроорганизмы от пересыхания, связывают свободную воду и поддерживают определенный уровень влажности. Разновидностью метода является L -высушивание, или высушивание из жидкого состояния: микроорганизмы в суспензионной среде высушивают под вакуумом в стеклянных ампулах, погруженных в водяную баню с контролируемой температурой. Высушенные культуры микроорганизмов легко хранить и транспортировать, они широко используются для хранения хлебопекарных и кормовых дрожжей, бактериальных удобрений, энтомопатогенных препаратов.

Лиофилизация заключается в удалении воды из замороженных суспензий под вакуумом, т. е. при этом вода испаряется, минуя жидкую фазу. Этот метод считается одним из самых экономичных и эффективных методов длительного хранения микроорганизмов. При его использовании многие разнородные группы бактерий и бактериофагов сохраняются в жизнеспособном состоянии 30 и более лет. Выживаемость лиофилизированных клеток зависит от специфических особенностей вида и штамма, стадии роста и концентрации клеток, состава защитных сред, режима лиофилизации, условий реактивации. При подготовке клеток к лиофилизации их концентрированную суспензию (10⁹–10¹⁰ кл/мл) переносят в среду, содержащую протекторы: сыворотку крови, желатин, молоко, полиэтиленгликоль и др. и затем по 0, 2 мл помещают в специальные ампулы. Для лиофилизации используют различные аппараты, простейшим из которых является эксикатор, который охлаждают, чтобы клеточная суспензия во время подключения к вакууму оставалась замороженной. Длительность замораживания – высушивания – 5–6 часов. Ампулы запаивают под вакуумом и хранят при 4 °С в темноте. После лиофилизации для выведения клеток из состояния анабиоза создают условия, снижающие осмотический шок, возникающий при вскрытии ампул. Лучше всего восстановление свойств происходит на богатых натуральных средах.

Хранение микроорганизмов при низких и ультранизких температурах используется в тех случаях, когда культуры не выдерживают лиофилизации (спирохеты, микоплазмы, различные вирусы). Микроорганизмы замораживают либо в рефрижераторах (от – 12 °С до – 80 °С) либо используют рефрижераторы с азотом (от – 150 °С до – 196 °С). При хранении бактерий в жидком азоте используют криопротекторы двух типов: 1) глицерин и диметилсульфоксид, которые легко проходят через клеточную мембрану и обеспечивают как внутри-, так и внеклеточную защиту; 2) сахароза, глюкоза, полиэтиленгликоль обеспечивают защитное действие на наружной поверхности клеточной мембраны. По 0, 4 мл суспензии клеток (10⁸ кл/мл) разливают в специальные ампулы, которые запаивают. Далее проводят двухэтапное охлаждение: с медленной (снижение температуры 1 °С/мин) и быстрой (снижение температуры 15–30 °С/мин) скоростью. Чтобы оживить замороженные культуры, их быстро оттаивают при 37 °С. К основным преимуществам криогенного сохранения микроорганизмов можно отнести: малую вероятность заражения культуры, сохранение в стабильном состоянии свойств микроорганизмов, небольшие временные и материальные затраты, возможность использования замороженных культур в качестве прямого инокулята.

Сравнительный анализ использования различных методов хранения культур микроорганизмов приведен в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2 – Время выживания бактерий при различных методах хранения

 

Род бактерий	Частота пересевов, месяцы	Время выживания, годы
Под мине-ральным маслом	В стериль-ной почве	При за-моражи-вании	После лиофи-лизации	В жид-ком азоте
Actinomyces		–	1 – 2	2 – 3	> 30	> 30
Bacillus	2 – 12		1 – 2	2 – 3	> 30	> 30
Bifidobacterium	Еженед.	–	–	–	> 30	> 30
Clostridium	6 – 12	1 – 2	–	2 – 3	> 30	> 30
Escherichia	1 – 4	1 – 2	–	–	> 30	> 30
Erwinia	1 – 4	1 – 2	–	–	> 30	> 30
Neisseria			–	1 – 2	> 30	> 30
Nocardia	1 – 4		–	1 – 2	> 30	> 30
Pseudomonas	1 – 3	–	–		> 30	> 30
Streptococcus	1 – 2		–	–	> 30	> 30
Streptomyces	1 – 8	1 – 2	2 – 3	1 – 3	> 30	> 30

П р и м е ч а н и е: «–» – нет данных

 

Вопросы для самоконтроля

 

1 Перечислите общие правила работы в учебной микробиологической лаборатории.

2 Дайте определения понятий асептика, антисептика, дезинфекция, стерилизация.

3 Перечислите и охарактеризуйте основные методы термической и холодной стерилизации.

3 Перечислите методы поддержания культур микроорганизмов в коллекциях, охарактеризуйте их.