Жидкие супы и бактериальные города: выращивание бактерий

Разные виды питательных сред. В жидких культурах среду постоянно встряхивают, чтобы перемешивать бактерии. В твердых культурах бактерии растут группами. Если представить, что твердые культуры - это город, то можно вообразить, что бактерии, живущие в подвале здания, ведут совершенно иной образ жизни, чем бактерии, живущие в небоскребе! Разница в количестве пищи и кислорода, получаемых бактериями, влияет на их рост и поведение в экспериментах.

Учёные выращивают бактерии для решения различных научных, медицинских, экологических и промышленных задач. Большинство исследователей изучают бактерии в лабораторных условиях. Образец, например вагинальный мазок, почва, вода, отходы кишечника, обычно содержит смесь многих видов бактерий. Чтобы вырастить бактерии из образца, учёные используют специальные питательные среды. Например, бактерии в почве окружены питательными веществами, но кожные патогены часто живут в среде с ограниченным количеством питательных веществ. Бактерии разные, и корм для них тоже должен быть разный — вряд ли вы будете кормить кота и попугая одним и тем же. Питательные среды можно разделить на жидкие и твёрдые. Исследователи превращают жидкие среды в твёрдые, добавляя в них ингредиент под названием агар. Агар похож на желе — он растворяется в горячих жидкостях, а при охлаждении превращает их в упругое твёрдое вещество. Жидкие культуры похожи на большой бактериальный суп — всё хорошо перемешано. Твёрдые культуры позволяют бактериям расти в построенных сообществах, подобных городам.

А - Если два вида бактерий культивируются вместе, а затем переносятся на невыборочный агар, невозможно определить, выросли ли бактерии вида A или B, или же оба вида выросли. Если два вида нуждаются в разных питательных веществах или погибают от разных лекарств, мы можем различить их с помощью выборочного посева. Когда бактерии переносят на агаровые чашки, они выживают только в тех условиях, которые способствуют их росту.

В таких образцах живут сотни разных видов бактерий. Но иногда все бактерии не нужны, а нужен лишь один вид бактерии, извлечённый из образца. Питательные среды для отдельных бактерий настраивают индивидуально. Выбор среды зависит от того, что учёные хотят изучать. Если хотят изучить возбудителя, вызывающего кожные заболевания, бактерии выращивают на твёрдой среде, чтобы подражать росту бактерий на коже.

Рассмотрим выращивание бактерий на примере бактерий вида Escherichia coli — кишечной палочки. Это удивительная палочка: если она в кишечнике, то производит витамин К и помогает бороться с патогенными кишечными палочками, а если вы съедите её с салатом или на говядине, то получите пищевое отравление. Подвид кишечной палочки под названием Nissle является пробиотиком и помогает бороться с патогенными кишечными палочками в кишечнике. Учёные вырастили кишечную палочку в жидкой среде с низким содержанием питательных веществ, подражающей инфекционной среде. Потом в среду добавили лекарство против этой палочки. Через несколько часов они удалили лекарство и измерили, сколько бактерий ещё живы. Даже при высокой дозе препарата часть бактерий всегда выживала. Но когда в суп добавили пробиотический подвид Nissle, патогенной бактерии выживало намного меньше!

В системе H-клеток есть сито, разделяющее две камеры. Он не позволяет бактериям пересекать их, но пропускает химические сигналы (маленькие кружочки).

Но как она это делает? Может, подвид Nissle должен непосредственно касаться других бактерий, чтобы убить их. Или же посылает химическую атаку через жидкость? Чтобы ответить на этот вопрос, учёные создали особую систему для разведения бактерий — H-Cell. Она выглядит как буква Н английского алфавита. Стеклянные трубки соединены ситом, которое не позволяет патогенной кишечной палочке физически взаимодействовать с подвидом Nissle, но они могут общаться друг с другом, передавая через сито небольшие молекулы. Проведя второй эксперимент с выращиванием бактерий в этой системе, Nissle не смогла убить бактерии, обработанные лекарством. Это означает, что для уничтожения патогенных бактерий необходим физический контакт с подвидом Nissle!

Подобные исследования также показали, что когда некоторые виды бактерий находятся вместе, лекарства могут быть менее эффективны против них. Для изучения взаимоотношений между бактериями исследователям нужен способ подсчёта каждого вида отдельно, чтобы измерить, насколько хорошо выживает каждый вид. Один из методов, позволяющих это сделать, называется выборочным/селективным высевом. Сначала учёные используют одну жидкую культуру для выращивания всех видов бактерий вместе. Затем образцы этой многовидовой культуры переносят на различные типы твёрдых сред, каждая из которых содержит уникальную комбинацию питательных веществ, "отбирающих" определённые виды. Количество бактерий, выросших на каждом типе твёрдой среды, говорит о том, сколько представителей одного вида выжило по сравнению с другими. Этот метод не работает, если у разных видов бактерий одинаковый рацион.

Источник:
Hare PJ and Mok WWK (2023) Lab Culture: How do Scientists Grow and Study Bacteria?. Front. Young Minds. 11:1004133. doi: 10.3389/frym.2023.1004133

Ставя палец вверх и подписываясь, Вы помогаете мне продвигать настоящую науку.

Предыдущая статья: Пластическая хирургия груди: Сквозь века