Mikrobiologia skrypt


SPIS TREŚCI

I. WSTĘP I RYS HISTORYCZNY (w skrócie) 1

I.1. Definicja i przedmiot badań 1

I.2. Rys historyczny 2

I.3. Działy mikrobiologii 11

I.4. Kalendarium 19

II. LABORATORIUM MIKROBIOLOGICZNE 60

II.1. ZASADY BEZPIECZNEJ PRACY W LABORATORIUM 62

MIKROBIOLOGICZNYM 63

II.2. WYPOSAŻENIE LABORATORIUM MIKROBIOLOGICZNEGO 85

2.1. Podstawowa aparatura mikrobiologiczna 87

2.2. Drobny sprzęt i szkło laboratoryjne 139

2.3. Zadania 160

II.3. METODY JAŁOWIENIA 167

3.1. Metody fizyczne 174

3.2. Metody mechaniczne 217

3.3. Metody chemiczne 222

3.4. Zadania 232

II.4. WARUNKI HODOWLI MIKROORGANIZMÓW 254

4.1. Temperatura 261

4.2. Tlenowość - potencjał oksydacyjno-redukcyjny 274

4.3. Kwasowość - odczyn środowiska 298

4.4. Składniki odżywcze 313

4.5. Przygotowywanie pożywek 395

4.6. Zadania 401

II.5. TECHNIKA WYKONYWANIA POSIEWÓW 444

5.1. Pobór materiału i przygotowanie do posiewu 455

5.2. Technika posiewów 489

5.3. Posiew ilościowy 522

5.4. Izolacja czystych kultur 526

5.5. Rozcieńczalniki stosowane do przygotowywania zawiesin 539

5.6. Zadania 546

II.6. WZROST DROBNOUSTROJÓW NA PODŁOŻACH 566

6.1 Wzrost i rozmnażanie się pojedynczej komórki 572

6.2. Wzrost liczebności całej populacji 581

6.3. Charakterystyka wzrostu mikroorganizmów na pożywkach 596

6.4. Metody oznaczania liczby drobnoustrojów 677

6.5. Zadania 739

II.7. MIKROSKOP I PRZYGOTOWANIE PREPARATÓW 769

DO OBSERWACJI MIKROSKOPOWYCH 770

7.1. Mikroskop 776

7.2. Technika wykonania preparatów mikroskopowych 808

7.3. Określanie wielkości mikroorganizmów 887

7.4. Zadania 902

LITERATURA 919

I. WSTĘP I RYS HISTORYCZNY (w skrócie)

I.1. Definicja i przedmiot badań

MIKROBIOLOGIA - „micros; bios; logos” podobnie jak botanika i zoologia, jest działem biologii - nauki o życiu małych organizmów. Encyklopedia multimedialna PWN określa mikrobiologię jako naukę o budowie, czynnościach i roli w przyrodzie (gospodarce) drobnoustrojów”.

Przedmiotem badań mikrobiologii są zatem drobnoustroje (mikroorganizmy). Są to „niższe organizmy o mikroskopowych wymiarach, np. bakterie i zbliżone do nich organizmy, wirusy, niektóre glony, grzyby, pierwotniaki; mają olbrzymie znaczenie w przyrodzie”. Niewielkie wymiary komórki nie są jednak jedynym atrybutem drobnoustrojów. Określenie „mikroorganizm” nawiązuje także do metod badawczych, jakie wykorzystujemy w badaniach tych organizmów. W miarę pełna definicja charakteryzuje mikroorganizmy jako:

Drobne rozmiary tej grupy organizmów sprawiały, że przez długi czas były one nieznane i niewidoczne. Ich poznanie było bowiem uzależnione od postępu w zakresie metod i technik badawczych, zwłaszcza mikroskopii, biochemii i genetyki. Drobnoustroje występujące w środowisku człowieka były jednak już u zarania dziejów przez ludzkość wykorzystywane, np. do sporządzania piwa i wina, kwaszenia mleka i warzyw, wypieku ciast. Powodowały także niekorzystne zjawiska (choroby roślin, zwierząt i człowieka, psucie się żywności).

Powrót

I.2. Rys historyczny

Pierwsze wzmianki o chorobach spotyka się już w najstarszych źródłach. Są to zapiski chińskie i indyjskie (XX i X w p.n.e., ospa); o wściekliźnie wspomina kodeks Esznana w Babilonii, a o gruźlicy i malarii donosi HIPOKRATES - ojciec medycyny greckiej. Pojawiają się przypuszczenia, że w otoczeniu człowieka występują nieznane czynniki odpowiedzialne za dotąd niewytłumaczalne zjawiska (Varro, Columella I / II w p.n.e). Również w Biblii, w księdze „Leviticus” jest wzmianka o możliwości przenoszenia się choroby z organizmu chorego lub przedmiotu z którym on się stykał na organizm zdrowy. Nie znano jednak przyczyn i fakt ten przypisywano nieokreślonym „miazmatom”, „złemu powietrzu

Dopiero Girolamo FRACASTORO, włoski przyrodnik (XV/XVI w), wysuwa hipotezę, że musi istnieć jakiś czynnik przenoszący chorobę zakaźną. W dziele „De Contagione” pisze: „zakażenie jest podobne do gnicia, przenoszącego się z jednej rzeczy na drugą, jego zarodki (seminaria) są bardzo aktywne, są zbudowane z silnej ciągliwej substancji i odznaczają się nie tylko materialną, ale i spirytualną antypatią w stosunku do organizmu zwierzęcego”. Nie wyjaśnia jednak natury tego czynnika.

Znaczącym osiągnięciem na drodze do poznania mikroorganizmów było skonstruowanie przez braci Jensenów (XVI w), Roberta Hooke'a (XVII w) pierwszych przyrządów optycznych. Za pomocą takiego przyrządu Hook dokonuje pierwszych obserwacji komórek roślinnych. Jednak za najlepszego w tym czasie optyka i mikroskopistę uznaje się holendra A. Van Leeuwenhoek'a (z zawodu kupca, z zamiłowania przyrodnika), który skonstruował pierwowzór jednosoczewkowego mikroskopu optycznego o powiększeniu około 300x i wyższej zdolności rozdzielczej (XVII/XVIII w). Dzięki niemu po raz pierwszy zobaczył, opisał i narysował bakterie, krwinki czerwone, plemniki, szczegóły budowy tkanek. Badania te zaprzeczały idei samorództwa, jednak eksperymentalnie jej nie obaliły.

0x08 graphic

Rys.1. Mikroskop i rysunki wykonane przez Leeuwenhoek'a (9)

Dzięki odkryciom Leeuwenhoek'a K.LINEUSZ (XVIII w) uznaje odrębność niewidzialnych gołym okiem organizmów i wyodrębnia je w swoim systemie pod nazwą „Chaos infusorium”. W grupie tej umieszcza także mikroskopijne plemniki oraz „eteryczne mgiełki czasu kwitnienia”.

Pomimo tych odkryć nie wiązano jeszcze faktu obecności i funkcji życiowych mikroorganizmów z procesami biologicznymi zachodzącymi w środowisku i w otoczeniu człowieka.

Znaczącym postępem w rozwoju mikroskopii było skonstruowanie w drugiej połowie XIX w przez Abbego i Zeissa współczesnego mikroskopu optycznego z aparatem oświetleniowym (aparatem Abbego); wprowadzenie przez Siedentopfa i Zsigmondy'ego do praktyki mikrobiologicznej mikroskopu ultrafioletowego; wreszcie zbudowanie przez Ruska w latach trzydziestych XX w pierwowzoru mikroskopu elektronowego o dużej zdolności rozdzielczej. Za ojca mikrobiologii jako nauki oraz twórcę poszczególnych jej działów, a zwłaszcza mikrobiologii przemysłowej (przemysłu fermentacyjnego), lekarskiej i weterynaryjnej uznaje się francuskiego biochemika i mikrobiologa Ludwika Pasteur'a (XIX w). Najważniejsze jego osiągnięcia to:obalenie uznawanej przez Arystotelesa hipotezy samorództwa (generatio spontanea);wykazanie, że fermentacje są sposobem beztlenowego oddychanie mikroorganizmów, właściwych dla każdego typu fermentacji oraz że przyczyną chorób wina i gnicia są mikroorganizmy;opracowanie metod zwalczania pebryny jedwabników - choroby zakaźnej wywoływanej przez pierwotniaki, wprowadzenie szczepień ochronnych przeciwko wąglikowi - chorobie bakteryjnej bydła i ludzi, opracowanie metod szczepienia przeciwko cholerze drobiu oraz wściekliźnie; wykorzystanie bieżącej pary wodnej do konserwacji żywności (pasteryzacja), gorącej pary wodnej (120º) pod ciśnieniem do sterylizacji podłoży i gorącego suchego powietrza (180º) do wyjaławiania szkła; wprowadzenie metod otrzymywania czystych kultur i podłoży selektywnych.

Współtwórcą bakteriologii i pionierem współczesnej nauki o chorobach zakaźnych był niemiecki uczony Robert Koch (1843-1910), który praktykę lekarską rozpoczął jako lekarz powiatowy w Wolsztynie.

Prowadząc badania zapoczątkowane przez Pasteur'a opisuje sprawców wąglika (Bacillus anthracis), cholery (Vibrio cholerae) i gruźlicy (Mycobacterium tuberculosis). Na podstawie badań nad sprawcami chorób zakaźnych ogłasza tzw. „Postulaty Kocha”, których spełnienie jest warunkiem uznania danego mikroorganizmu za sprawcę choroby. Postulaty te obowiązują w medycynie, weterynarii i fitopatologii (nauka o chorobach roślin). Największe uznanie i Nagrodę Nobla zapewniły mu jednak badania nad gruźlicą. Ponadto Koch opracował i zastosował metody barwienia bakterii barwnikami anilinowymi, wprowadził stałe podłoża żelatynowe i agarowe, dzięki czemu usprawnił izolację mikroorganizmów i uzyskiwanie czystych kultur.

Rozwój technik badawczych pozwolił na dalsze odkrycia, między innymi w zakresie mikrobiologii rolniczej i przemysłowej. W drugiej połowie XIX w De Bary opisuje grzyby chorobotwórcze dla roślin, Hansen badający drożdże wprowadza do piwowarstwa czyste kultury, Iwanowski i Beijerinck oraz Löeffler i Frosch wykrywają istnienie czynników zakaźnych przechodzących przez przeciwbakteryjne filtry porcelanowe Chamberlanda (wirus mozaiki tytoniu oraz pryszczycy u bydła), a Wehmer opisuje wytwarzanie kwasu cytrynowego przez grzyby. W pierwszej połowie XX w Smith opisuje fitopatogenne bakterie, Weizman zajmuje się pozyskiwaniem acetonu i butanolu na drodze fermentacji beztlenowej, Tword i d'Herelle odkrywają bakteriofagi, a Winogradzki, zajmujący się krążeniem pierwiastków, rozwija mikrobiologię gleby. Wskazuje na znaczenie mikroorganizmów w utrzymaniu jej żyzności i odżywianiu roślin.

W Polsce L.Cienkowski określa przyczynę (Leuconostoc mesenteroides) i sposób zapobiegania powstawania „żabiego skrzeku” w cukrowniach, A. Prażmowski opisuje bakterie brodawkowe (Rhizobium) i symbiotyczne wiązanie azotu atmosferycznego, izoluje bakterie z rodzaju Bacillus i Clostridium, B. Niklewski opisuje bakterie wodorowe, O.Bujwid organizuje centrum pasteurowskie i pierwszą w Polsce wytwórnię surowic oraz szczepionek, T.Chrząszcz rozwija badania nad grzybami pleśniowymi, T.Matuszewski zajmuje się mikrobiologią mleczarstwa, W.Dąbrowski - przemysłem fermentacyjnym, a W.Syniewski opracowuje pierwszy polski podręcznik „Mikrobiologia fermentacyjna”. Mikrobiologię gleby rozwijają S i H.Krzemieniewscy, K.Bassalik i J.Ziemięcka.

Powrót

I.3. Działy mikrobiologii

Poszerzenie zakresu i tematyki badań mikrobiologicznych w XX w spowodował podział mikrobiologii na szereg działów, np. mikrobiologię ogólną zajmująca się budową, funkcjami życiowymi i przemianą materii i mikrobiologię szczegółową zajmującą się poszczególnymi grupami mikroorganizmów (wirusologia, bakteriologia, czy też mikologia), a w obrębie tych działów: anatomią i morfologią, fizjologią i biochemią, ekologią, genetyką, ewolucją i systematyką. Pojawiły się też działy mikrobiologii uwzględniające miejsca bytowania mikroorganizmów (np. mikrobiologia gleby, wód i ścieków, żywności), a także ważne dla gospodarki człowieka względy praktyczne (mikrobiologia lekarska, weterynaryjna, sanitarna, rolnicza, przemysłowa i inne).

Prowadzenie tak szeroko zakrojonych badań, w dużym zakresie poza naturalnym siedliskiem bytowania mikroorganizmów, stało się możliwe dzięki wykorzystaniu w laboratoriach mikrobiologicznych:

Powrót

I.4. Kalendarium

XVI w. - budowa mikroskopu złożonego - Bracia Jensenowie

XVII w. - budowa mikroskopu złożonego, obserwacje komórek roślinnych - Hook

- budowa mikroskopu i pierwsze obserwacje mikroorganizmów - A. v. Leeuwenhoek

XVIII w. - opisy form bakterii i ich wydzielenie spośród pierwotniaków - Műller

XIX w. - pierwsza chemiczna teoria fermentacji - Gay-Lussac

- wykorzystanie pary wodnej pod ciśnieniem do wyjaławiania konserw -Appert

- wykrycie sprawcy krwistości chleba i hostii (Serratia marcescens) - Bizio

- wykrycie jądra komórkowego - Brown

- przypisanie bakteriom roli w niebieszczeniu mleka - Fuchs

- opisanie laseczki wąglika (Bacillus anthracis) - Davaine

- opisy fitopatogenicznych grzybów - De Bary

- obalenie teorii samorództwa, rozwój technik mikrobiologicznych, określenie roli mikroorganizmów w procesach fermentacyjnych, wprowadzenie szczepień ochronnych - L.Pasteur

- hodowla bakterii na podłożu stałym (ziemniak) - Fresenius

- frakcjonowana sterylizacja - Tyndall, Prażmowski

- wprowadzeni barwienia bakterii barwnikami anilinowymi i stałych podłoży, badania nad laseczką wąglika (Bacillus anthracis), przecinkowcem cholery (Vibrio cholerae) i prątkami gruźlicy (Mycobacterium tuberculosis), ogłoszenie postulatów Kocha - Koch

- badania nad drożdżami - Hansen

- ulepszenie mikroskopu - aparat Abbego - Abbe

- wprowadzenie metody barwienia złożonego - Gram

- opracowanie metody szczepień ochronnych przeciwko wąglikowi, określenie przyczyny śluzowacenia cukru w cukrowniach (Leuconostock mesenteroides) i sposobu zabezpieczenia roztworu cukru - Cieńkowski

- wpowadzenie filtrów bakteriologicznych Chamberlanda - Chamberland

- badanie procesów nitryfikacji i asymilacji azotu przez bakterie glebowe oraz izolacja bakterii siarkowych, ekologia gleby - Winogradzki

- synteza kwasu cytrynowego przez grzyby z rodzaju Aspergillus - Wehmer

- wykrycie wirusa pryszczycy bydła - Frosch i Lőfler

- wykrycie wirusa mozaiki tytuniu - Iwanowski i Beijerinck

XX w. - mikroskop ultrafioletowy - Siedentopf i Zsigmondy

- opis fitopatogennych bakterii - Smith

- wykorzystanie fermentacji beztlenowych do produkcji acetonu i butanolu - Weizman

- wykrycie wirusów bakteryjnych (bakteriofagów) - Twort i d'Herelle

- wykrycie penicyliny - Fleming

- mikroskop elektronowy - Rusek

- wykrycie streptomycyny - Waksman

- transformacja u bakterii - Avery

- koniugacja u bakterii - Lederberg, Tatum

- budowa DNA - Crick, Watson

- transdukcja u bakterii ; wykrycie mRNA, sRNA; synteza DNA i RNA in vitro (Kornberg i Ochoa); kod genetyczny - Zinder, Lederberg

- regulacja enzymatyczna u bakterii (indukcja i represja enzymów) - Jacob, Monod.

Powrót

II. LABORATORIUM MIKROBIOLOGICZNE

II.1. ZASADY BEZPIECZNEJ PRACY W LABORATORIUM MIKROBIOLOGICZNYM

Metody mikrobiologiczne, z którymi mamy do czynienia podczas ćwiczeń mają na celu wykrywanie i badanie grup mikroorganizmów zarówno pożądanych jak i szkodliwych, które występują w halach produkcyjnych, magazynach, opakowaniach i w surowcach oraz produktach rolno-spożywczych.

Aby zapobiec przypadkowemu zakażeniu oraz uniknąć zranień lub oparzeń w trakcie wykonywania poszczególnych czynności w laboratorium wymaga się stosowania właściwych warunków pracy. W tym celu przed rozpoczęciem ćwiczeń studenci są zobowiązani do zapoznania się z następującymi zasadami bezpiecznej i aseptycznej pracy:

Każdy pracujący z drobnoustrojami winien wiedzieć, że praca, którą wykonuje stanowi rodzaj ryzyka mikrobiologicznego pośredniego lub bezpośredniego, zarówno dla niego, jak i dla otoczenia. Ryzyko mikrobiologiczne jest równoznaczne z uwolnieniem, przeniknięciem mikroorganizmów do otoczenia i powodowaniem przez nie zakażenia bezpośredniego lub pośredniego

0x08 graphic

Powrót

II.2. WYPOSAŻENIE LABORATORIUM MIKROBIOLOGICZNEGO

2.1. Podstawowa aparatura mikrobiologiczna

Autoklaw

Urządzenie służące do sterylizacji niektórych pożywek oraz jałowienia drobnego sprzętu mikrobiologicznego (płytki Petriego, kolby, probówki, zlewki, butelki).

0x08 graphic
Rys.2. Widok ogólny autoklawu (1):

1. Gałka zaworu bezpieczeństwa,

2. Manometr komory sterylizacyjnej,

3. Manometr kotła,

4. Zawór trójdrożny manometru,

5. Termometr tarczowy wskazujący temperaturę w komorze,

6. Rączka zamka pokrywy,

7. Dźwignia zaworu sterującego,

8. Zawór doprowadzający parę do kotła,

9. Dźwignia zaworu selekcyjnego,

10. Wskaźnik poziomu wody w komorze

11. Zawór odpowietrzający komorę,

12. Zawór odprowadzający kondensat z komory sterylizacyjnej

Autoklaw to hermetycznie zamknięty kocioł stalowy o podwójnych ścianach i dnie, w którym uzyskuje się wysokie ciśnienie. Jest zaopatrzony w manometr, termometr, zawór bezpieczeństwa i elektryczny system grzewczy. Czynnikiem jałowiącym w autoklawie jest przegrzana nasycona para wodna pod zwiększonym ciśnieniem. W aparacie gotująca woda doprowadza do nadciśnienia parę wodną, która ulega nasyceniu po zupełnym wyparciu powietrza. Manometr znajdujący się w obudowie wskazuje wzrost ciśnienia po zamknięciu zaworu odpowietrzającego.

Większość podłoży wyjaławia się w temperaturze 121°C przez 20 - 30 min, pożywki zawierające cukry i inne składniki termowrażliwe - 117°C, a materiał zawierający drobnoustroje zakaźne w temperaturze 134°C.

Ponieważ autoklaw to kocioł pracujący pod wysokim ciśnieniem, stąd osoby go obsługujące muszą przejść odpowiednie szkolenie. W przypadku zauważenia jakichkolwiek usterek (nieszczelności, niekontrolowany wzrost ciśnienia i temperatury) autoklaw należy natychmiast odłączyć od źródła zasilania i za pomocą zaworu bezpieczeństwa zredukować ciśnienie.

Pasteryzator

Typowym pasteryzatorem jest aparat Kocha. Jest to lekki, metalowy kocioł parowy z dodatkowym ażurowym dnem, pod którym znajduje się zbiornik z wodą. Kocioł przykryty jest luźną pokrywą z otworem na termometr i wylot pary wodnej. W obudowie znajduje się również wskaźnik poziomu wody. Źródłem wytwarzanej pary jest woda znajdująca się na dnie kotła, którą doprowadza do wrzenia system grzałek. Czynnikiem wyjawiającym jest bieżąca para wodna o temperaturze około 100°C. Służy do wyjaławiania pożywek mikrobiologicznych zawierających termowrażliwe składniki. Wyjaławiany nateriał ustawia się na ażurowych półkach. Czas pasteryzacji zależy od objętości i rodzaju wyjaławianego materiału i wynosi od 15-60 min.

0x08 graphic

Rys.3. Aparat Kocha (10)

Suszarki

Zaopatrzone w termoregulator urządzenia ogrzewane energią elektryczną, służące do sterylizacji szkła laboratoryjnego i niektórych związków chemicznych oraz suszenia różnych substancji. Czynnikiem wyjaławiającym jest suche, gorące powietrze. Czas jałowienia w temperaturze 1600C trwa na ogół 2 godziny.

Termostaty (cieplarki)

Służą do hodowli drobnoustrojów. Są to specjalne szafki wykonane z blachy stalowej (lub drewna), zaopatrzone w płaszcz powietrzny lub wodny, który zapobiega utracie ciepła i niepożądanym wahaniom temperatury. W środku wyposażone są w ażurowe półki na hodowle mikroorganizmów. Termostaty są zasilane energią elektryczną, a wymagana temperatura jest ustawiana i utrzymywana dzięki tzw. termometrom kontaktowym.

Anaerostaty

Specjalne, hermetycznie zamykane aparaty do hodowli bakterii w warunkach beztlenowych. Zamiast powietrza mogą być wypełnione gazem obojętnym (CO2 lub N2) bądź też są zaopatrzone w pochłaniacze tlenu. Jest to najczęściej mieszanina węglanu potasowego, pirogallolu i ziemi okrzemkowej.

Obecnie wiele firm wytwarzających produkty do diagnostyki mikrobiologicznej poleca specjalne zestawy do wytwarzania środowisk gazowych wśród których znajdują się: zestawy do uzyskiwania środowiska beztlenowego; zestawy do uzyskiwania atmosfery mikroaerofilnej; zestawy do hodowli organizmów wymagających do wzrostu CO2.

0x08 graphic

Rys.4. Anaerostat (10)

  1. Śruba mocująca.

  2. Pokrywa.

  3. Saszetka z substancją pochłaniającą.

  4. Płytki Petriego.

  5. Saszetka ze wskaźnikiem warunków beztlenowych

Wytrząsarki

Urządzenia umożliwiające hodowlę wgłębną drobnoustrojów w podłożach płynnych w warunkach tlenowych. Dzięki wytrząsaniu (rotacji) uzyskuje się lepsze napowietrzenie hodowli. W zależności od rodzaju ruchu wyróżniamy wytrząsarki:

o ruchu posuwisto - zwrotnym z regulowaną amplitudą drgań

rotacyjne z regulowanym skokiem drgań

Temperaturę inkubacji utrzymuje własna komora cieplna (wodna - łaźnia bakteriologiczna lub powietrzna), a wytrząsarki bez komory umieszcza się w pomieszczeniach o regulowanej temperaturze. Stosowane są również do sporządzania rozcieńczeń glebowych lub rozcieńczeń z innych materiałów.

Boksy (szafy) laminarne

0x08 graphic
Służą do wykonywania posiewów i przeszczepów mikroorganizmów, zabezpieczając badany materiał przed przypadkowymi zanieczyszczeniami z powietrza oraz zapewniając bezpieczeństwo pracy osobom wykonującym te czynności. Są to boksy, w którym następuje przepływ powietrza w układzie liniowym (pionowo lub poziomo) z określoną szybkością. Jałowość powietrza w boksach oraz w pomieszczeniu ich usytuowania zapewniają zainstalowane w obudowy filtry powietrza. Mogą to być filtry absolutne typu HEPA, które w 99,9% zatrzymują cząstki o średnicy 0,3 ၭm lub filtry z węglem aktywnym absorbujące szkodliwe czynniki zawiesin koloidalnych oraz gazy. Dodatkowym wyposażeniem boksów jest lampa UV, palnik oraz szyba uchylna do ochrony badanego materiału i pracownika.

Rys.5. Szafa laminarna z poziomym przepływem powietrza (10)

Lampy bakteriologiczne

Są wykorzystywane do niszczenia mikroorganizmów występujących w powietrzu i na odkrytych powierzchniach zamkniętych pomieszczeń, np. hal produkcyjnych, laboratoriów, kamer do szczepień. Źródłem promieniowania są lampy kwarcowe, wypełnione oparami rtęci, emitujące w 95% statyczne lub zabójcze promieniowanie o długości fali 258 nm. Ponieważ promieniowanie to charakteryzuje się słabą przenikliwością (nie przenika przez zwykłe szkło), stąd nie jest wykorzystywane do wyjaławiania szkła i podłoży agarowych.

Filtry

Ponieważ pory filtrów są mniejsze od wymiarów bakterii, są wykorzystywane do jałowienia „na zimno” płynnych produktów (podłoży, buforów, płynów ustrojowych i innych termowrażliwych składników podłoży. Można je również stosować w metodach wydzielania toksyn z hodowli płynnej, enzymów lub innych produktów metabolizmu, a także do oznaczania liczby drobnoustrojów występujących w płynach o niewielkim skażeniu (woda, wino, klarowne soki, itp.).

Sączenie przez filtry przebiega jednak bardzo wolno, dlatego też proces sączenia przeprowadza się w warunkach podciśnienia, wykorzystując w tym celu pompy próżniowe. W pracy mikrobiologicznej wykorzystuje się filtry:

Chamberlanda (rys.A) wykonane z nieglazurowanej porcelany i oznaczane literami L1, L2 ... L13, itd. Im wyższa liczba przy L, tym mniejsza średnica porów. Do najczęściej wykorzystywanych zalicza się filtry L3 (1,9-2,5 µm) i L5 (1,3-1,9 µm).

Berkefelda (rys.B) wykonane z ziemi krzemionkowej i oznaczone literami: W (3-4ၭm); N (5-7ၭm); V (8-12ၭm). Najczęściej stosowane są filtry oznaczone literą N.

Azbestowe Seitza (rys.C) w praktyce mikrobiologicznej do wyjaławiania podłoży stosuje się filtry oznaczone literami EK.

Schotta (rys.D) wykonane ze spiekanego porowatego szkła Oznacza się je literami G3, G4, G5. Do celów bakteriologicznych stosuje się filtry G5, które montowane są na kolbie próżniowej.

Membranowe (rys.E) najczęściej stosowane. Charakteryzują się dużą zdolnością filtracyjną. Są wykonane z estrów lub octanów celulozy, polichlorku winylu lub teflonu o średnicy porów od 0,05 - 14,0 ၭm. Mają postać cienkiej, sprężystej błony. Dzięki zastosowaniu różnicy ciśnień (nad- i podciśnienie) charakteryzują się dużą szybkością przepływu (40 cm3/min/cm2).

0x01 graphic

Rys.6. Filtry mikrobiologiczne (16, 24)

Mikroskopy - sprzęt służący do badania morfologii komórki drobnoustrojów. Omówienie w kolejnym rozdziale skryptu.

Powrót

2.2. Drobny sprzęt i szkło laboratoryjne

0x08 graphic
Igła preparacyjna - prosty drucik osadzony w oprawce, służący do posiewów wgłębnych bakterii, sporządzania preparatów mikologicznych. Może być zakończony haczykiem i wtedy służy do przeszczepiania grzybów.

Eza - wykonany ze specjalnego rodzaju stali, często platynowy i osadzony w oprawce drut zakończony oczkiem. Służy do posiewów, przesiewów, sporządzania preparatów mikroskopowych.

Rys.7. Igła, eza. głaszczka (21)

Głaszczka - szklany wygięty pręt służący do posiewów powierzchniowych, rozsiewania materiału biologicznego.

0x08 graphic
Płytki Petriego - dwie szklane (jednorazowe z tworzywa, najczęściej o Ø 10 cm) zachodzące na siebie szalki wykorzystywane do hodowli, liczenia i określania morfologii kolonii mikroorganizmów na pożywkach zestalonych.

Kolby, probówki szklane (ze szkła obojętnego i bez wygiętego kołnierzyka)- używane do wykonania rozcieńczeń, sporządzania i rozlewania pożywek, do posiewów i hodowli na pożywkach płynnym i zestalonych.

Rurki Durhama - małe szklane probóweczki (C), które zanurza się do góry dnem w probówkach z pożywką płynną (A). Służą do zbierania pęcherzyków gazu (B) wydzielanego podczas procesów fermentacyjnych przeprowadzanych przez drobnoustroje.

Rys.8. Probówka z płynnym podłożem i rurką Durhama (24)

Pipety szklane / miarowe (1-25 cm3) używane do posiewów ilościowych.

Pipety pasteurowskie - wykonane ze szkła sodowego, zabezpieczone wacikiem (1) szklane rurki (2) stosowane do posiewów płynnych.

0x08 graphic

Rys.9. Pipeta pasteurowska (2)

Komory - służą do bezpośredniego liczenia drobnoustrojów pod mikroskopem.

0x01 graphic

Rys.10. Komora Thoma (21)

Ponadto w pracowni mikrobiologicznej wykorzystuje się szkiełka przedmiotowe i nakrywkowe, szkiełka z łezką (komora Lindnera) do preparatów przyżyciowych, kolby i czopy fermentacyjne, skalpele, pincety, szczypce, wanienki do barwienia, statywy na probówki, koszyki druciane i metalowe puszki do sterylizacji płytek Petriego i pipet.

2.3. Zadania

Powrót

II.3. METODY JAŁOWIENIA

W badaniach mikrobiologicznych ogromny wpływ na uzyskiwane wyniki ma higiena osobista oraz jałowość pomieszczeń, sprzętu i pożywek, które są wykorzystywane w pracy. W metodach jałowienia, wykorzystywanych również w medycynie, zakładach przetwórstwa rolno-spożywczego i w życiu codziennym, zastosowanie mają następujące procesy:

Dezynfekcja. Terminem tym określa się “proces zabicia wszystkich form wegetatywnych mikroorganizmów chorobotwórczych i niechorobotwórczych za pomocą metod fizycznych, chemicznych i mechanicznych”. Proces ten nie zapewnia całkowitej jałowości, gdyż pozostają aktywne formy przetrwalne bakterii.

Sterylizacja. W ujęciu mikrobiologicznym sterylizacja to „proces polegający na zabiciu wszystkich mikroorganizmów - niezależnie od stadium rozwojowego, a więc zarówno form wegetatywnych, jak też form przetrwalnych”.

Wyjaławianie przeprowadza się najczęściej przy użyciu metod fizycznych (temperatura, promieniowanie), mechanicznych (odfiltrowanie, odwirowanie) lub chemicznych.

3.1. Metody fizyczne

0x08 graphic
Wyżarzanie i opalanie. Ezy i igły wyżarza się do czerwoności w świecącej części płomienia palnika spirytusowego lub gazowego. Czynność tą wykonuje się przed i po każdym ich użyciu. Wyloty probówek, kolb i wszelkich naczyń, które są zamykane korkami, opala się po otworzeniu w płomieniu palnika, co zapobiega zanieczyszczeniu hodowli. Pincety, skalpele, noże, bagietki, głaszczki opala się w płomieniu po uprzednim zanurzeniu w alkoholu.

Rys. 11. Wyżarzanie ezy i opalanie wylotu probówki (21)

Gotowanie. Szkiełka podstawowe i nakrywkowe gotuje się w roztworze mydła lub środka myjącego, a następnie dokładnie płucze stosując na koniec wodę destylowaną. Po umyciu przechowuje się je na sucho w specjalnych pojemnikach, bądź też na mokro w 95% etanolu. Również metalowe narzędzia po oczyszczeniu można wygotować (20-30 minut) lub wyjałowić w autoklawie (temperatura 1210C, 20 minut).

Gorące i suche powietrze o temperaturze 160-180°C wykorzystuje się do wyjaławiania szkła oraz niektórych związków chemicznych np. węglanu wapnia, związków oleistych, wosku. Zabieg ten przeprowadza się w suszarkach laboratoryjnych.

Ponieważ szkło nowe lub nieużywane wykazuje odczyn alkaliczny stąd przed sterylizacją i użyciem należy je wygotować w wodzie z dodatkiem 1% HCl (30 min), wypłukać i ponownie wygotować w 1% roztworze Na2CO3 0x08 graphic
(30 minut). Po dokładnym wypłukaniu w wodzie bieżącej i destylowanej, wysuszeniu, pakuje się je w papier, folię aluminiową lub też umieszcza się w metalowych puszkach i sterylizuje przez 2 godz. w temperaturze 160°C.

Przed włożeniem do suszarki kolby, probówki i pipety zamyka się korkami. Z uwagi na możliwość samozapłonu i zwęglenia temperatury 180°C nie można przekraczać podczas sterylizacji probówek z korkami z waty lub ligniny oraz szkła opakowanego w papier. Wysokie temperatury obniżają także trwałość szkła laboratoryjnego, a niedokładne wysuszenie powoduje jego pękanie.

Rys.12. Płytki Petriego przygotowane do sterylizacji (2)

Gorąca bieżąca para wodna. Jest wykorzystywana w procesie pasteryzacji (łagodnej sterylizacji) w aparacie Kocha. Pasteryzacja polega na jednokrotnym ogrzaniu wyjaławianego materiału do temperatury ok.100°C. W procesie tym giną jedynie formy wegetatywne, natomiast nie ulegają zniszczeniu formy przetrwalne bakterii, które wytrzymują wielogodzinne gotowanie. Proces pasteryzacji stosuje się w przypadku podłoży mikrobiologicznych i produktów żywnościowych, których składniki w temperaturach powyżej 100°C mogą ulegać rozkładowi, a także konserw o pH poniżej 4,5 (mikroorganizmy acidofilne charakteryzuje obniżona odporność cieplna).

Większość podłoży mikrobiologicznych poddaje się działaniu temperatury w granicach 100°C przez od 15 - 30 minut. Wrażliwe na wysokie temperatury produkty (mleko, śmietanki, moszcz, soki, piwo i inne) wyjaławia się wykorzystując modyfikacje tego procesu. Jest to pasteryzacja:

Z praktycznego punktu widzenia pasteryzacja jest zabiegiem wystarczającym, jeśli następnie produkt zostanie schłodzony do 2-4°C i hermetycznie zamknięty, co uniemożliwia rozwój przeżywających ten zabieg mikroorganizmów.

Odmianą pasteryzacji jest tyndalizacja (pasteryzacja frakcjonowana). Jest to trzykrotna pasteryzacja przeprowadzana w odstępach co 24 godziny. W pierwszej fazie giną formy wegetatywne. Okres przerwy po pierwszej pasteryzacji pozwala na wykiełkowanie form przetrwalnych, które nie uległy zabiciu. Druga pasteryzacja zabija formy wegetatywne, które rozwinęły się z form przetrwalnych, a trzecia upewnia nas o zabiciu wszystkich drobnoustrojów.

Gorąca para wodna pod ciśnieniem. Aby uzyskać właściwy efekt sterylizacji w autoklawie proces musi przebiegać w optymalnej temperaturze, przy odpowiednim ciśnieniu i przez określony czas. Pomiędzy ciśnieniem a temperaturą wewnątrz autoklawu, a także pomiędzy temperaturą a efektem sterylizacji istnieją ścisłe zależności:przy nadciśnieniu:

0,0 atm. temperatura w autoklawie wynosi 100ºC

0,5 atm. - 111,7° (112°) C

1,0 atm. - 120,6° (121°) C

2,0 atm. - 133,9° (134°) C.

podobne efekty odkażania uzyskuje się stosując nw. temperatury i czas ekspozycji:

121°C przez 2 minuty;

110°C - 20 minut;

100°C - 200 minut.

Zatem im wyższe jest ciśnienie wewnątrz kotła tym wyższe są temperatury, a im wyższe temperatury tym krótszy okres sterylizacji. Stosując zwiększone ciśnienie, uzyskuje się zatem możliwość zniszczenia zarówno form wegetatywnych, jak i przetrwalnych. Czas sterylizacji zależy także od objętości materiału i rodzaju przedmiotów poddawanych sterylizacji (tab.1).

Tab.1. Czas sterylizacji w zależności od objętości materiału

Objętość (cm3)

Czas sterylizacji w temperaturze 121°C (min)

10 - 50

200

1000

2000

9000

12 - 14

12 - 15

20 - 25

30 - 35

50 - 55

Podłoża i produkty nie zawierające składników wrażliwych na wysokietemperatury sterylizuje się w autoklawie w temp. 121°C przez 15-20 min lub w temperaturze 117°C przez 15-30 minut. Procesowi sterylizacji poddaje się także konserwy o pH powyżej 4,5. Eliminacja form przetrwalnych zapobiega możliwości pojawienia się form wegetatywnych bakterii, które w warunkach niskiej kwasowości znajdują odpowiednie warunki do rozwoju.

Niektóre termowrażliwe produkty płynne (np. mleko) poddaje się sterylizacji błyskawicznej (UHT - Ultra High Temperature) w systemie przepływowym lub poprzez wtrysk pary wodnej o temperaturze 135-150°C w czasie od 2 - 9 s. Procedura ta niszczy formy wegetatywne i przetrwalne w stopniu zapewniającym trwałość handlową produktu (jeśli zostanie zapakowany w sterylnych warunkach).

Szkło używane, zawierające hodowle drobnoustrojów sterylizuje się w autoklawie w temperaturze co najmniej 134°C przez okres od 30-90 minut (w zależności od ilości i objętości sterylizowanego materiału). Po sterylizacji szkło należy opróżnić i umyć w wodzie z detergentem lub wygotować w roztworze mydła. Po dokładnym wypłukaniu w wodzie destylowanej sterylizujemy je ponownie w suszarce (160°C / 2 godz.).

W praktyce mikrobiologicznej wykorzystuje się najczęściej hamujące lub zabójcze działanie na mikroorganizmy nadfioletowej części widma słonecznego o długości fali 250-260 nm, a więc tą część widma, która jest najsilniej absorbowane przez kwasy nukleinowe. Źródłem promieniowania są lampy kwarcowe, wypełnione oparami rtęci, emitujące w 95% promieniowanie o długości fali 258 nm. Promieniowanie UV jest wykorzystywane do niszczenia mikroorganizmów występujących w powietrzu i na odkrytych powierzchniach zamkniętych pomieszczeń o niewielkim zapyleniu (silosów, magazynów ichłodni, ładowni statków, laboratoriów, kamer). Ponieważ charakteryzuje się słabą przenikliwością - nie przenika przez zwykłe szkło, stąd promieniowanie UV nie jest wykorzystywane do wyjaławiania szkła i podłoży agarowych w szklanych naczyniach.

Efekt biobójczy promieniowania zależy między innymi od objętości napromienianego powietrza, wielkości powierzchni, odległości i ustawienia lamp UV. Czas emisji promieniowania nie powinien być krótszy niż 30 min, odległość lampy od sterylizowanej powierzchni nie może przekraczać 3 m, a lampy winny być ustawione prostopadle do powierzchni.

Do sterylizacji sprzętu medycznego jednorazowego użytku, surowców i preparatów farmaceutycznych oraz utrwalania produktów spożywczych (świeżych i suszonych owoców i warzyw, mięsa drobiowego, ryb, przypraw i ziół, a zwłaszcza do niszczenia mikroorganizmów w zamkniętych pojemnikach, np. w konserwach) wykorzystuje się niekiedy promieniowanie jonizujące (X, gamma), które charakteryzuje się bardzo dużą przenikliwością, energią i aktywnością biologiczną. Ponieważ stosowanie dawek promieniowania pow.10 kGy (radiopasteryzacja, radiosterylizacja) powoduje zmiany właściwości organoleptycznych, odżywczych i zdrowotnych produktów, stąd do ich sterylizacji stosuje się dawki promieniowania nie przekraczające tej wartości (raduryzacja, radycydacja). Raduryzacja to zmniejszenie ogólnej liczby mikroorganizmów i zahamowanie rozwoju form przeżywających ten zabieg; radycydacja - zmniejszenie liczebności populacji mikroorganizmów patogennych (np. Clostridium, Salmonella) i zahamowanie produkcji toksyn bakteryjnych (np. jadu kiełbasianego przez Clostridium botulinum). Stosowanie tych metod jest dozwolone tylko w niektórych krajach UE.

Powrót

3.2. Metody mechaniczne

3.3. Metody chemiczne

Do sterylizacji podłóg, ścian i powierzchni roboczych, linii technologicznych, czy też maszyn lub ich części stosuje się także (zgodnie z zaleceniami producenta) różne środki dezynfekcyjne. Różnią się one aktywnością biologiczną i mechanizmami działania. Aktywność biologiczna środków dezynfekcyjnych zależy od rodzaju związku chemicznego; gatunku mikroorganizmów, ich wieku i liczebności populacji; czynników środowiskowych - temperatura, kwasowość podłoża i obecność w nim innych związków chemicznych, zwłaszcza organicznych.

Mechanizm działania związany jest w pierwszym rzędzie ze strukturą chemiczną i właściwościami substancji biologicznie czynnej związku. W zależności od tych czynników, a także od koncentracji efektem może być zahamowanie wzrostu i rozwoju mikroorganizmów (działanie statyczne) lub w następstwie oddziaływania na zasadnicze struktury lub szlaki metaboliczne ich zabicie (działanie bakterio- lub grzybobójcze). Polegać ono może na: uszkadzaniu lub zmianie przepuszczalności ściany komórkowej i błony cytoplazmatycznej oraz wypływie do środowiska zewnętrznego składników komórki; utlenianiu struktur komórkowych i zakłóceniu procesów metabolicznych mikroorganizmów; tworzeniu kompleksów z białkami - blokowaniu grup funkcyjnych (-NH2, -SH, -COOH); dezaktywacji enzymów; spowodowaniu koagulacji cytoplazmy i denaturacji białek (cytoplazmatycznych, enzymatycznych, kwasów nukleinowych).

Do związków chemicznych najczęściej stosowanych w dezynfekcji należą:

Wykorzystanie takich środków dezynfekcyjnych, jak: aldehydy (mrówkowy, glutarowy, formalina), związki fenolowe i pochodne fenoli (fenol, lizol, kwas karbolowy), związki chloru (podchloryn sodowy, chloramina T), jodofory (połączenia jodu z polimerami lub SPC), związki azotu (pochodne biguanidyny kw. glutaminowego i pirydyny), metale ciężkie, jest bardzo często ograniczone jedynie do dezynfekcji powierzchni roboczych nie mających kontaktu z żywnością, a w niektórych krajach zakazane. Wynika to z ich toksyczności (alergie, zakłócenia metabolizmu), wywoływania podrażnień skóry i błon śluzowych, słabej biodegradacji, długotrwałego przykrego zapachu, działania korozyjnego, wysokiej presji selekcyjnej i możliwości wykształcenia się form odpornych, uwarunkowania ich aktywności od czynników środowiskowych.

Powrót

3.4. Zadania

Zachowując warunki aseptyki płytki Petriego z hodowlami tego samego gatunku bakterii dzielimy na 4 grupy i traktujemy je w następująco:

Po naświetleniu hodowli płytki wstawiamy do cieplarki, inkubujemy przez 24 godz. w temp. 37°C po czym obserwujemy wzrost drobnoustrojów na podłożu. Kombinację kontrolną stanowią płytki z hodowlami nie poddanymi naświetlaniu, które inkubujemy w analogicznych warunkach. Wyniki obserwacji zapisujemy w tabeli 2.

Tab.2. Zależność pomiędzy czasem naświetlania a intensywnością wzrostu.

Czas naświetlania płytek (min)

Intensywność wzrostu

1. Płytka kontrolna 0

+++++

2. Płytka otwarta 10

3. Płytka otwarta 20

4. Płytka osłonięta folią 20

5. Płytka zamknięta 20

0x08 graphic

Dostarczone przez prowadzącego Płytki Petriego z hodowlami bakterii opisać numerem stołu oraz nazwami zastosowanych środków dezynfekcyjnych. Krążki bibuły nasączone środkiem dezynfekcyjnym, tj. 70% denaturatem, domestosem, AHD, sterinolem oraz sterylną wodą (kontrola) umieszczamy za pomocą pincety na powierzchni podłoża. Po 24 godz. inkubacji w temp. 37°C określić w mm średnicę strefy zahamowania wzrostu bakterii wokół krążków bibuły. Rys. 13 (wł)

Wyniki obserwacji zapisać w tabeli 3.

Tab.3. Strefa zahamowania wzrostu w zależności od środka dezynfekującego.

Rodzaj środka dezynfekcyjnego

Strefy zahamowania wzrostu (Ø w mm)

1. 70% denaturat

2. Domestos (podchloryn sodu)

3. AHD

4.Sterinol (czwartorzędowe sole amoniowe)

Powrót

II.4. WARUNKI HODOWLI MIKROORGANIZMÓW

Skład ilościowy (liczebność) i jakościowy (różnorodność gatunkowa) mikroflory różnych środowisk jest odmienny, niekiedy nawet bardzo specyficzny. Zależy on od właściwości gatunkowych mikroorganizmów oraz od czynników ekologicznych: abiotycznych (fizycznych i chemicznych) oraz biotycznych (dodatnich i ujemnych, bezpośrednich i pośrednich oddziaływań jednych organizmów na drugie).

Tak silne oddziaływanie czynników środowiskowych na mikroorganizmy wynika z uproszczonej budowy, a zwłaszcza z ich ogromnej zbiorowej powierzchni czynnej (powierzchni styku ze środowiskiem). Wg Gołębiowskiej jeden organizm o objętości 1 cm3 ma powierzchnię styku ze środowiskiem ok. 6 cm2, podczas gdy 1000 mld komórek bakteryjnych mieszczących się w 1 cm3 ma powierzchnię styku około 60 tys.cm2.

Oddziaływanie poszczególnych czynników środowiskowych przebiega zgodnie z prawami, „minimum”, „maksimum” i „tolerancji”. To ostatnie mówi, że: „zarówno nadmiar, jak i niedobór jakiegoś czynnika, tak w sensie ilościowym, jak i jakościowym, poza granice tolerancji organizmu, powoduje zahamowanie wzrostu i rozwoju oraz śmierć komórki”.

Najważniejszymi czynnikami abiotycznymi wpływającymi na wzrost i rozwój drobnoustrojów, w tym także na podłożach mikrobiologicznych w warunkach laboratoryjnych, są takie czynniki fizyczne (temperatura), chemiczne (kwasowość, tlenowość) a także zawartość składników odżywczych.

4.1. Temperatura

Mikroorganizmy rozwijać się mogą w bardzo szerokim zakresie temperatur, od - 23°C (silnie zasolone wody Antarktydy w których stwierdzono obecność bakterii z rodzaju Corynebacterium i grzybów z rodzaju Sporobolomyces) do 113°C (gorące źródła, kominy termalne - Pyrodictium brockii). Większość mikroorganizmów rozwija się jednak w temperaturach od 10 - 37°C. W warunkach laboratoryjnych najczęściej stosowaną temperaturą hodowli bakterii jest zakres 30 - 37°C natomiast dla grzybów temperatura 20 - 25°C.

Ze względu na różnice w minimalnych, optymalnych i maksymalnych temperaturach wzrostu, mikroorganizmy dzieli się na ogół na trzy grupy:

Najczęściej są to bakterie G- należące do rodzaju Pseudomonas oraz gatunki z rodzajów Vibrio, Aeromonas, Acinetobacter, Alcaligenes, Chromobacterium i Flavobacterium. Wśród bakterii G+ dominują gatunki należące do rodzajów: Micrococcus, Bacillus i Arthrobacter oraz niektóre Lactobacillus.

Spośród drożdży są to przedstawiciele rodzajów Candida, Debaryomyces, Pichia, Rhodotorula i Thurolopsis, a spośród pleśni: Aureobasidium pullulans, Botrytis cinerea i Geotrichum candidum.

Szczególne niebezpieczeństwo zatruć pokarmowych stwarzają niektóre bakterie patogenne: Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica i Bacillus cereus.

Mikroorganizmy tej grupy są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Spotyka się je w gorących źródłach, w fermentujących resztkach roślinnych (tytoniu, sianie, nawozie i kiszonkach) oraz w przewodzie pokarmowym niektórych zwierząt. Niektóre bakterie, np. Desulfovibrio desulphuricans, rozwijają się w rurach wymienników ciepła powodując ich korozję.

Większość termofili to bakterie G+, przetrwalnikujące należące do rodzaju Bacillus (Bacillus stearothermophilus, Bacillus coagulans). Obok nich są to przedstawiciele rodzajów: Clostridium (Clostridium thermosaccharolyticum), Streptococcus, Lactobacillus, Sarcina, Staphylococcus i inne. Liczba termofili wśród bakterii G- jest ograniczona. Znane są również termofilne promieniowce (Thermomonospora, Thermoactinomyces), bakterie zielone i sinice oraz liczne gatunki grzybów, np. Absidia ramosa, Aspergillus fumigatus.

Powrót

4.2. Tlenowość - potencjał oksydacyjno-redukcyjny

W warunkach naturalnych z natlenieniem środowiska łączy się zagadnienie potencjału oksydacyjno-redukcyjnego (Eh) mierzonego w woltach lub miliwoltach. Przy lepszym natlenieniu wartości potencjału redox są dodatnie i wyższe (do +0,4), a przy gorszym są niższe i przybierać mogą wartości ujemne (-0,4). Zapewnienie mikroorganizmom odpowiedniego potencjału - tlenowości ma duże znaczenie w badaniach mikrobiologicznych, przemyśle fermentacyjnym i przechowywaniu żywności. W praktyce mikrobiologicznej, w zależności od wymagań mikroorganizmów, stosujemy metody hodowli w warunkach tlenowych lub beztlenowych.

Pod względem reakcji na natlenienie środowiska mikroorganizmy dzielimy na:

Liczne mikroorganizmy należące do tlenowców rozwijają się na w nieopakowanych produktach żywnościowych lub których opakowania zostały uszkodzone, są także wykorzystywane w procesach biotechnologicznych, np. produkcji kwasów organicznych, antybiotyków. Należą do nich bakterie z rodzaju Bacillus, pleśnie z rodzaju Aspergillus, Penicillium, promieniowce Streptomyces, Micromonospora, Nocardia.

Do grupy tej zalicza się: przetrwalnikujące laseczki (Clostridium) przeprowadzające fermentację masłową lub wytwarzające toksyny, które występują w odpowietrzanych konserwach oraz głębokich warstwach żywności, np. mięsie, serach; zasiedlające żwacz ziarniaki (Ruminococcus) i pałeczki (Bacteroides); bakterie metanogenne czynne w procesie beztlenowego oczyszczania ścieków).

Spośród grzybów jedynie nieliczne (Mucor) przeprowadzają w warunkach beztlenowych fermentację alkoholową.

4.2.1. Tlenowe metody hodowli mikroorganizmów to:

4.2.2. Beztlenowe metody hodowli bakterii

Prowadzi się je eliminując ze środowiska hodowlanego tlen następującymi metodami:

Powrót

4.3. Kwasowość - odczyn środowiska

pH lub stężenie jonów wodorowych jest jednym z czynników, który znacząco wpływa na ilościowy i jakościowy skład mikroflory w danym środowisku. Chociaż pH soku komórkowego mikroorganizmów utrzymuje się na poziomie bliskim obojętnemu, co zapobiega rozkładowi wrażliwych na działanie kwasów i zasad składników komórkowych, to mikroorganizmy charakteryzują się:

Biorąc pod uwagę reakcję drobnoustrojów na minimalne, optymalne i maksymalne stężenie jonów wodorowych podzielono je na:

Odczyn środowiska wpływa nie tylko na wzrost drobnoustrojów, ale modyfikuje także biochemizm komórki - zdolność do produkcji toksyn, kierunek procesów fermentacyjnych. Wobec silnej reakcji mikroorganizmów na pH, znajomość punktów kardynalnych i regulowanie odczynu środowiska jest ważnym zabiegiem w wielu procesach badawczych i technicznych. Ma kapitalne znaczenie przy:

Powrót

4.4. Składniki odżywcze

Metabolizm komórki opiera się na dwóch przeciwstawnych procesach, które łączy proces wytwarzania, gromadzenia i przekazywania energii. Są to:

Przebieg tych procesów, warunkujących prawidłowy wzrost i rozwój mikroorganizmów, zależy od: stałego i bezawaryjnego dopływu z otaczającego środowiska mineralnych i organicznych związków, stanowiących materiał budulcowy lub źródło energii; nakładów energii i obecności odpowiednich enzymów, od których zależy przebieg reakcji metabolicznych; planu, który zapisany jest w układzie genetycznym każdego organizmu.

4.4.1. Skład chemiczny mikroorganizmów

Skład chemiczny drobnoustrojów jest zbliżony do składu chemicznego innych organizmów. Około 80% stanowi woda, która z jednej strony jest środowiskiem wewnętrznym komórki, w którym przebiega szereg reakcji chemicznych, a z drugiej odgrywa czynną rolę w tych reakcjach. Do innych bardzo ważnych związków organicznych wytwarzanych w komórce zaliczyć należy białka, węglowodany, lipidy, kwasy nukleinowe i deoksynukleinowe.

0x01 graphic

Wykres 1. Przeciętny skład chemiczny suchej masy komórki drobnoustrojów (4)

Najważniejszymi pierwiastkami organogenicznymi, wchodzącymi w skład struktur komórkowych są: węgiel (50-65%), azot (6-12%), tlen (30%) i wodór (7%) i inne (1,5-15%). Do pozostałych ważnych pierwiastków życia, występujących w stanie wolnym lub w postaci związków mineralnych albo organicznych, zalicza się:

Zapotrzebowanie i rodzaj wykorzystywanych związków (mineralne, organiczne) przez poszczególne rodzaje mikroorganizmów jest odmienne i waha się niekiedy w szerokich granicach. Wśród mikroorganizmów występować mogą bowiem zarówno prototrofy (np. Escherichia coli, Psudomonas sp.), które dysponując kompletnym zestawem enzymatycznym z prostych związków wytworzyć mogą wszystkie niezbędne do życia związki organiczne, jak również auksotrofy (np. drożdże, bakterie fermentacji mlekowej) wymagające obecności w środowisku określonych związków organicznych (aminokwasów, substancji wzrostowych, itp.). Z tego też powodu wszystkie niezbędne dla prawidłowego wzrostu i rozwoju składniki winny być zawarte w podłożach mikrobiologicznych.

4.4.2. Skład pożywek hodowlanych

Pożywki hodowlane zwane inaczej podłożami mikrobiologicznymi służą do hodowli mikroorganizmów w warunkach laboratoryjnych. Stosując różne podłoża możemy prowadzić izolację mikroorganizmów, różnicować je, namnażać oraz identyfikować.

Podstawowym materiałem budulcowym komórki, stanowiącym szkielet każdego związku, są proste związki węgla, które równocześnie dostarczają energię potrzebną do syntezy (za wyjątkiem CO2). Węgiel jest zatem atrybutem zarówno pokarmu, jak również energii. Biorąc pod uwagę pochodzenie i formę wykorzystywanego C mikroorganizmy dzielimy na typy pokarmowe:

Organizmy tej grupy dzielimy na:

0x01 graphic

Wykres 2. Dostępność różnych źródeł energii i węgla dla heterotrofów (8)

Pochodzenie poszczególnych składników podłoży jest różne np.:

Oprócz tych składników w podłożach powinny znajdować się:

Składniki wybiórcze natomiast dodaje się po to, żeby hamując wzrost pewnych grup mikroorganizmów umożliwić jednocześnie rozwój flory pożądanej (mogą to być: sole kwasów żółciowych, fiolet krystaliczny, błękit brylantowy, antybiotyki).

4.4.3. Podział pożywek hodowlanych

Podłoża hodowlane podzielić możemy biorąc pod uwagę:

4.4.4. Rodzaje pożywek stosowanych w mikrobiologii (przykłady):

Powrót

4.5. Przygotowywanie pożywek

Znając skład jakościowy i ilościowy pożywki, dodaje się do wody destylowanej poszczególne składniki zgodnie z podaną recepturą, następnie ogrzewa na gazie do momentu uzyskania klarowności płynu i koryguje pH (jeżeli jest różne od oczekiwanego).

W zależności od rodzaju pożywki i wymaganych temperatur sterylizacji wyjaławia się rozpuszczoną pożywkę w aparacie Kocha lub w autoklawie w określonym czasie. Po sterylizacji należy również sprawdzić i ewentualnie skorygować pH. Ustalając pH pożywki zaraz po wyjęciu z autoklawu należy uwzględnić, że po ostygnięciu do temperatury 370C kwasowość przesunie się w kierunku zasadowym. Korektę pH prowadzi się za pomocą roztworów NaOH lub HCl.

Po ostudzeniu, jeżeli pożywka nie wymaga dodatku witamin, bądź przesączenia rozlewa się ją do płytek Petriego lub probówek. Sposób rozlewania zależy od potrzeb, do jakich ma służyć przygotowane podłoże. Jeżeli potrzebujemy podłoża stałe to możemy je rozlać na płytki Petriego lub do probówek gdzie zestala się je w formie skosu lub słupka (rozlewane podłoże nie może mieć temperatury niższej od 450C, gdyż nie będzie się równo zestalało). Pożywki płynne rozlewa się do probówek lub kolbek.

4.6. Zadania

Rozlewanie pożywki na płytki Petriego:

Rozlewanie pożywki do probówek w celu uzyskania słupka:

Postępować w ten sam sposób z każdą następną probówką w szeregu.

Rozlewanie pożywki do probówek w celu uzyskania skosu:

Rozlewanie bulionu odżywczego do probówek:

Powrót

II.5. TECHNIKA WYKONYWANIA POSIEWÓW

Jedna z definicji mówi, że „drobnoustroje to organizmy wszędobylskie”, występujące na całej kuli ziemskiej - w całej biosferze, tj.:

Również gleby pustynne, pozornie jałowe, zawierają mikroorganizmy, które przez wiele miesięcy, a nawet lat pozostają w stanie anabiozy. Po nawilgotnieniu gleby przez opady powracają one do na ogół krótkotrwałej aktywności życiowej.

Ogólna biomasa mikroorganizmów glebowych występujących na kuli ziemskiej szacowana jest na 1012 t i jest zbliżona do masy zwierząt i roślin lądowych. W 1 g mieści się 200x więcej komórek bakteryjnych niż cała populacja Homo sapiens.

Środowiska te mogą być źródłem skażenia surowców oraz produktów rolno spożywczych i pasz, zarówno mikroflorą saprofityczną, jak również chorobotwórczą. Źródłami skażenia w zakładach przetwórstwa rolno-spożywczego mogą być także: pracownicy, pomieszczenia oraz urządzenia produkcyjne. Ponieważ obecność mikroorganizmów prowadzić może do zakłócenia procesów technologicznych i spadku wartości konsumpcyjnej wytwarzanych produktów, stąd wykrywanie ich obecności jest jednym z podstawowych elementów analiz mikrobiologicznych. Podstawowa kontrola mikrobiologiczna obejmuje pobranie materiału mikrobiologicznego, jego przygotowanie do posiewu, wykonanie posiewów oraz izolacje bakterii w celu ilościowej i jakościowej analizy.

5.1. Pobór materiału i przygotowanie do posiewu

Odpowiednie pobranie materiału do badań jest bardzo ważnym elementem pracy w mikrobiologii, gdyż decyduje o dalszym przebiegu badania oraz wyniku posiewu.

Metoda tamponowa

Stosowana do oceny skażenia mikrobiologicznego dużych powierzchni (kadzie fermentacyjne, beczki, kontenery) oraz powierzchni wewnętrznych (przewodów, zaworów, uszczelek). Materiał pobiera się przecierając jałowym tamponem z waty lub gazy powierzchnię przeznaczoną do badania, następnie tampony umieszcza się w probówce z jałowym płynem i przez dokładne wytrząsanie spłukuje pobrany materiał. Zawiesina z materiałem jest wysiewana na odpowiednie podłoże.

W przypadku pobierania materiału z powierzchni płaskich (przy ocenie ilościowej skażenia) stosuje się jałowy szablon wykonany z drutu lub blachy w postaci kwadratu o znanej powierzchni (25 lub 100 cm2).

Metoda wypłukiwania

Stosowana do oceny czystości opakowań szklanych lub metalowych. Wewnętrzne powierzchnie naczynia opłukuje się przez wytrząsanie określoną ilością jałowego płynu fizjologicznego lub wody destylowanej. Uzyskaną w ten sposób zawiesinę przeznacza się do dalszych badań.

Metoda Richtera

Stosowana do badania czystości opakowań szklanych poprzez wlewanie do naczynia podłoża agarowego, które przez obracanie naczynia rozprowadza się równomiernie na jego wewnętrznych ściankach. Naczynie dokładnie zamknięte inkubuje się w odpowiedniej temperaturze i po określonym czasie ocenia obecność kolonii drobnoustrojów.

Metoda odciskowa

Stosowana przy ocenie czystości materiałów opakowaniowych, korków, wieczek lub innych małych powierzchni. Badany materiał przyciska się do powierzchni zestalonego podłoża agarowego. Po określonym okresie inkubacji w odpowiedniej temperaturze określa się obecność kolonii mikroorganizmów.

Kontrola powierzchni może być wykonywana specjalnymi przyrządami, które są w ofercie firm zajmujących się diagnostyką mikrobiologiczną. Należą do nich:

Po okresie inkubacji w określonej temperaturze wzrost drobnoustrojów na łopatce ocenia się zgodnie z dołączonym do opakowania wzorcem.

Ocenę czystości powierzchni można wykonać metodą bioluminescencji poprzez pomiar stężenia ATP (adenozynotrifosforanu), który jest składnikiem organizmów roślinnych i zwierzęcych. Ocenę zawartości ATP prowadzi się zgodnie z dołączonymi normami dla poszczególnych produktów.

Soki, mleko, wodę itp. pobiera się jałową pipetą do jałowej butelki, kolbki lub probówki w ilości ¾ objętości naczynia i szczelnie korkuje. Próby pobiera się przy palniku zgodnie z opisaną procedurą. Przed posiewem należy dokładnie wytrząsnąć próbkę przygotowaną do badania.

Galaretki, przeciery, pasty itp. pobiera się jałową łopatką w ilości 20 - 50 g do wyjałowionej i wytarowanej kolbki o pojemności 200 cm3 i rozcieńcza przed posiewem określoną ilością rozcieńczalnika (rozcieńczenie 1 : 10 lub 1 : 100).

Z mięsa, wędlin, narządów wewnętrznych, serów itp. pobiera się wyjałowioną skalpelem i pincetą ok. 200 g próbki (osobno z warstw powierzchniowych i z głębszych). Wycinki wkłada się do płytek Petriego lub szerokich probówek z gumowym korkiem. Pobrane próby tnie się na kawałki o boku 0,5 cm. Tak przygotowaną próbę (na ogół o masie 20 g) rozciera się w moździerzu lub rozdrabnia w homogenizatorze i dodaje do 180 g jałowego rozcieńczalnika (rozcieńczenie 1 : 10), a następnie przygotowuje się materiał do posiewu.

Powrót

5.2. Technika posiewów

Posiew mikrobiologiczny jest to przeniesienie badanego materiału na jałową pożywkę, którą umieszcza się w zależności od oczekiwanego wyniku w inkubatorze. Wszystkie posiewy wykonuje się przestrzegając zasad jałowości, czyli posiew wykonuje się przy zapalonym palniku, opalając wyloty naczyń i pipet w płomieniu palnika, a także wyżarzając używane podczas posiewu ezy i igły.

Posiewy możemy również wykonać używając jałowych tamponów z waty lub gazy, a także tzw. głaszczek (wygięta pod kątem szklana bagietka).

0x08 graphic
Rys.14 Pobieranie hodowli do ba-

dań ze skosu agarowego (2)

A - jałowienie ezy w płomieniu,

B - otworzenie probówki,

C - opalanie brzegu probówki,

D - pobieranie materiału,

E - opalanie brzegu probówki,

F - zamykanie probówki przy

palniku,

G - przenoszenie materiału (w

tym wypadku na szkiełko),

H - jałowienie ezy w płomieniu palnika

W zależności od sposobu nanoszenia materiału hodowlanego wyróżniamy metody:

Wykonywanie posiewów ezą

Ezę używamy do posiewów na podłożach płynnych lub na podłożach stałych w skosach agarowych w probówkach albo też w płytkach Petriego.

0x08 graphic

Rys.15 Posiew za pomocą ezy na płytce Petriego - 1, 2, 3, 4 kolejność przenoszenia materiału (17)

Wykonując posiew:

Wykonywanie posiewów igłą preparacyjną

Opaloną igłą pobieramy badany materiał, następnie wkłuwamy igłę w zestalone w probówce podłoże agarowe lub żelatynowe w postaci słupka.

Wykonywanie posiewów pipetą

Pipeta służy do wykonania posiewu materiału płynnego. Wyjałowioną pipetą pobieramy określoną ilość badanego materiału i przenosimy do pożywki płynnej (1 cm3), bądź na zestalone podłoże agarowe w płytce Petriego (0,1 lub 0,5 cm3). Wylany na płytkę materiał rozprowadzamy po całej powierzchni szklaną głaszczką (metoda powierzchniowa).

0x08 graphic
Używając pipety można wykonać posiew metodą zalewową. Określoną ilość materiału (1 cm3) przenosimy do płytki Petriego, następnie zalewamy upłynnionym i odpowiednio ochłodzonym podłożem agarowym (9 cm3). Całość lekko mieszamy poruszając płytkę ruchem kolistym po powierzchni stołu. Ten rodzaj posiewu jest wykorzystywany w posiewach ilościowych i do izolacji czystych kultur.

Rys.16. Posiew metodą powierzchniową (1) i zalewową (2) - (10)

0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
Ryc.17 Sposoby wykonywania posiewów (2):

1 - przesiew hodowli z probówki do probówki, 2 - wylewanie hodowli płynnej na podłoże w płytce Petriego

Wykonywanie posiewów jałowym tamponem z gazy lub z waty

Przy pobieraniu materiałów z dużych powierzchni np.: stołów, naczyń, opakowań możemy używać jałowego tamponu, którym pocieramy wybrany fragment badanej powierzchni, następnie wypłukujemy go w odpowiednim rozcieńczalniku i wykonujemy posiew bezpośrednio z rozcieńczalnika.

Powrót

5.3. Posiew ilościowy

Posiew ilościowy stosuje się w przypadku konieczności oznaczenia liczby drobnoustrojów w badanym materiale. Przygotowując próbę badanego materiału do posiewu ilościowego należy zastosować metodę kolejnych rozcieńczeń. W 0x08 graphic
tym celu należy odważyć lub odmierzyć określoną ilość produktu (1 lub 10 cm3 / g), po ewentualnym rozdrobnieniu umieścić w naczyniu i zalać 9 lub 90 cm3 roztworu rozcieńczalnika. Po dokładnym wymieszaniu uzyskuje się rozcieńczenie wyjściowe 10-1 (1:10). Kolejne rozcieńczenie 10-2 (1:100) sporządza się przenosząc 1 cm3 zawiesiny do kolejnej probówki z 9 cm3 rozcieńczalnika. Sposób wykonania kolejnych rozcieńczeń jest identyczny, a ich liczba zależy od rodzaju badanego materiału.

Rys. 18. Metoda kolejnych rozcieńczeń (10)

Po sporządzeniu odpowiedniego rozcieńczenia wykonujemy posiew ilościowy metodą płytkową Kocha (zalewową lub powierzchniową). Po okresie inkubacji do pomiarów bierze się te płytki na których liczba kolonii mieści się w granicach od 30 do 200.

Powrót

5.4. Izolacja czystych kultur

W badaniach mikrobiologicznych posługujemy się czystymi kulturami, tj. hodowlami wyprowadzonymi z jednej komórki (zarodnika), które reprezentują jeden gatunek drobnoustroju.

Sposoby izolacji czystych kultur wykonujemy przez zastosowanie:

0x08 graphic

Rys. 19. Izolacja czystych kultur metodą posiewu na całej powierzchni (A)

sektorową (B) oraz płytek lanych (C). (10)

Po uzyskaniu wzrostu pojedynczych koloni przenosi się je sterylnie z kultur mieszanych, za pomocą ezy lub igły preparacyjnej, na jałową pożywkę w płytce Petriego lub probówce. Tak wyizolowane czyste kultury mikroorganizmów należących do jednego gatunku nazywamy szczepami.

Powrót

5.5. Rozcieńczalniki stosowane do przygotowywania zawiesin

Roztwory te są izotoniczne dla drobnoustrojów. Dozwolone jest również stosowanie wody destylowanej ale tylko w tych przypadkach, gdy metodyka obróbki badanego materiału na to pozwala. Pamiętać należy o jałowości używanych rozcieńczalników.

5.6. Zadania

Powrót

II.6. WZROST DROBNOUSTROJÓW NA PODŁOŻACH

Obecność w środowisku wszystkich niezbędnych składników, a także brak czynników ograniczających sprawiają, że bakterii są zdolne do szybkiego wzrostu i rozmnażania się. Łączą się z tym dwa zagadnienia:

6.1 Wzrost i rozmnażanie się pojedynczej komórki

Czas jednej generacji, potrzebny do powstania z komórki macierzystej dwóch form potomnych trwa w optymalnych warunkach laboratoryjnych od 10 -20 minut. Ponieważ zależy on od czynników środowiskowych, stąd w warunkach naturalnych okres ten jest dłuższy (liczy się nie w minutach, lecz w godzinach).

Kiedy komórka bakteryjna podwoi swoją masę, przechodzi do fazy rozmnażania, która polega na:

6.2. Wzrost liczebności całej populacji

Wzrost populacji jest funkcją rozmnażania się pojedynczych osobników w czasie. Bakterie po przeszczepieniu na nowe, odpowiednie dla nich podłoże agarowe, są zdolne do wytworzenia w stosunkowo krótkim czasie (24-48 godzin) liczebnej populacji. Populację taką nazywamy hodowlą lub kulturą. Jeśli populację tworzy tylko jeden gatunek bakterii, to hodowlę taką nazywamy „czystą kulturą”.

Rozwój populacji bakterii przebiega w kilku fazach:

Rys.20. Fazy wzrostu liczebności populacji bakterii w warunkach laboratoryjnych (20).

Na podłożach stałych wzrost liczebności populacji obserwujemy w postaci kolonii. Kolonie takie tworzą się, gdy przygotowana zawiesina komórek bakteryjnych nie jest zbyt gęsta. Jeśli zawiesina była gęsta, a liczba kolonii przekracza 300 na 100 cm2 powierzchni podłoża, to kolonie łącząc się ze sobą zarastają całą powierzchnię.

W standardowych warunkach charakter kolonii, np. jej wzniesienie, powierzchnia, kształt, brzeg, zabarwienie, wytwarzanie pigmentu są charakterystyczne dla danego gatunku i stanowią jedną z cech diagnostycznych. Cechy te zmieniać się mogą z wiekiem hodowli, są także odmienne na różnych podłożach.

W praktyce mikrobiologicznej możemy mieć do czynienia z koloniami:

Powrót

6.3. Charakterystyka wzrostu mikroorganizmów na pożywkach

Obserwacja wzrostu drobnoustrojów na pożywkach należy do ważnych informacji diagnostycznych przy identyfikacji drobnoustrojów. W zależności od rodzaju podłoża w diagnostyce uwzględnia się różne cechy (tab. 4).

Tab. 4. Cechy diagnostyczne wzrostu mikroorganizmów na różnych podłożach

Bulion płynny

Płytka Petriego

  • Występowanie błonki

  • Charakter błonki

  • Zmętnienie lub osad

  • Charakter zmętnienia

  • Stopień zmętnienia

  • Charakter osadu

  • Zapach

  • Wymiary kolonii

  • Kształt kolonii

  • Brzeg kolonii

  • Powierzchnia kolonii

  • Konsystencja

  • Barwa kolonii lub podłoża

  • Wyniosłość - profil

Skośny agar

Słupek żelatynowy

  • Intensywność wzrostu

  • Charakter brzegu linii wzrostu

  • Konsystencja

  • Barwa

  • Powierzchniowy

  • Wzdłuż linii kłucia

  • W dolnej części słupka

  • Upłynnienie żelatyny

6.3.1. Wzrost i charakterystyka drobnoustrojów w pożywkach płynnych

Charakter wzrostu na podłożu płynnym pozwala na określenia zapotrzebowania bakterii na tlen (rys.16).

Wymienione typy wzrostu na podłożach płynnych można obserwować w różnych kombinacjach, np. zmętnienie i osad, zmętnienie i kożuszek.

0x08 graphic

Ryc.21 Wzrost bakterii w hodowlach płynnych: (18)

a) wzrost na powierzchni w postaci pierścienia,

  1. wzrost dyfuzyjny,

  2. częściowe zmętnienie i osad,

  3. wzrost podpowierzchniowy.

Hodowle na podłożach płynnych prowadzi się również w celu:

6.3.2. Wzrost i charakterystyka mikroorganizmów na podłożach stałych.

Ma zastosowanie w diagnostyce, przy otrzymywaniu czystych kultur oraz w analizach ilościowych.

Charakterystyka wzrostu kolonii bakterii na płytce Petriego

Kolonia to skupisko bakterii widoczne gołym okiem, wyrosłe najczęściej z jednej komórki. W standardowych warunkach środowiska kolonie charakteryzują się stałymi cechami, uwzględnianymi w diagnostyce. Obserwacje koloni przeprowadza się przy pomocy lupy lub binokularu biorąc pod uwagę:

Niektóre bakterie mogą nie tworzyć pojedynczych kolonii, lecz zarastać całe podłoże, dając wzrost mgławicowy, rozlany (Proteus), inne tworzą kolonie rozpełzające się po powierzchni podłoża (Bacillus).

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Na przykład Sarcina lutea i Pseudomonas herbicola - tworzą kolonie żółte, Staphylococcus aureus - pomarańczowo-złote; Serratia marcescens - krwisto-czerwone; Azotobacter - ciemno brązowe, Pseudomonas fluorescens - seledynowe fluoryzujące. Ponadto wytwarzane przez pseudomonady barwniki dyfundują do podłoża zmieniając kolor na zielonkawy, niebieskawy, fioletowy, niekiedy fluoryzujący;

0x01 graphic

Z praktycznego punktu widzenia rozróżnia się następujące typy kolonii powierzchniowych:

Nieco odmienne kolonie wytwarzają promieniowce - Actinomycetales, które będąc bakteriami morfologicznie przypominają grzyby strzępkowe. Na podłożach stałych tworzą grzybnię zbudowaną ze strzępek, tzw. pseudomycelium, które może ulegać fragmentacji. U niektórych promieniowców końce pseudomycelium przekształcają się w konidia powietrzne, które są formami przetrwalnymi.

Grzyby - Fungi, których plecha ma budowę nitkowatą, złożona z mniej lub bardziej rozgałęzionych, jedno- (komórczak) lub wielokomórkowych, jedno- lub wielojądrowych strzępek. Wytwarzają grzybnię dwóch rodzajów:

Drożdże - rosnąc na powierzchni podłoży stałych tworzą pojedyncze kolonie, które można sklasyfikować tak jak u bakterii (S - gładkie; R- pomarszczone; M- śluzowate) bądź tworzą jednolity nalot. Powierzchnia koloni może być gładka, gładka z wyniesieniem na środku, pomarszczona, lśniąca lub matowa. Wewnątrz podłoża tworzą charakterystyczne kolonie o kształcie soczewkowatym. W podłożach płynnych drożdże rosnąc tworzą na powierzchni błonkę lub na dnie osad.

Wzrost i charakterystyka hodowli na skosie agarowym.

Przy posiewie na skosie bakterie najczęściej nie tworzą wyodrębnionych koloni, jednak sposób wzrostu jest również ważną cechą diagnostyczną. Wzrost bakterii na skosie opisujemy uwzględniając następujące cechy:

0x08 graphic

Ryc.22 Typy wzrostu bakterii w hodowlach rysowych: (24)

1 - drzewiasty

2 - mgławicowy

3 - pierzasty

4 - korzonkowy

5 - perlisty

6 - jednolity

Wzrost drobnoustrojów na słupku w hodowli kłutej opisujemy uwzględniając następujące cechy:

0x08 graphic

Rys.23. Wzrost bakterii na żelatynie kłutej.(2)

1 - brak upłynnienia

2 - upłynnienie kraterowate

3 - upłynnienie workowate

4 - upłynnienie lejkowate

5 - upłynnienie walcowate

6 - upłynnienie kielichowate

Powrót

6.4. Metody oznaczania liczby drobnoustrojów

Liczbę bakterii występujących w danym środowisku można określić różnymi metodami. Powszechnie stosowane metody dzielą się na bezpośrednie i pośrednie. Metody bezpośrednie służą do oznaczania sumy żywych i martwych komórek. Metody pośrednie (hodowlane) opierają się na obserwacji wzrostu żywych komórek.

Oznaczanie liczby komórek w polu widzenia mikroskopu. Sposób postępowania:

Obliczanie wg wzoru: A = N x 4 x 104 / πd2; gdzie:

A - liczba komórek;

N - średnia liczba bakterii w jednym polu widzenia

d - średnica pola widzenia [mm]

Objaśnienie obliczeń:

Średnica pola widzenia mikroskopu d = 0,16 mm

Powierzchnia pola widzenia πr2 = 3,14 (0,08)2 = 0,02 mm2

Powierzchnia rozmazu 10 x 10 = 100 mm2

Jedno pole widzenia reprezentuje 1/5000 część powierzchni rozmazu, która wynosi 0,01 cm3.

Jedna komórka w polu widzenia odpowiada 5.000 komórek w objętości 0,01 cm3 lub 500.000 komórek w objętości 1 cm3.

Oznaczanie liczby komórek przy użyciu komory Thoma.

Komora Thoma jest wykorzystywana do liczenia komórek o wymiarach większych niż 0,4 mm, czyli drożdży, zarodników i fragmentów strzępek grzybów. Komora ma naniesioną siatkę 16 dużych kwadratów (o powierzchni 1/400 mm2 i objętości 1/4000 mm3), z których każdy zawiera 16 małych kwadracików o boku 0,05 mm. Badany materiał nanosi się na komorę, przykrywa szkiełkiem nakrywkowym i liczy pod mikroskopem przy powiększeniu 400x. Dla wiarygodnego wyniku należy policzyć komórki zgodnie z załączonym schematem w 40-80 małych kwadratach. Aby błąd obliczeń nie przekroczył 10% należy zliczyć conajmniej 700 komórek.

0x08 graphic

Obliczanie przeprowadza się według wzoru:

N = 4 x 106 x aśr x r

aśr - średnia liczba komórek w małym kwadracie

r - rozcieńczenie badanej próbki.

Rys.24. Kierunek liczenia komórek w komorze (3)

Posiew ilościowy metodą płytkową (zalewową) Kocha

W metodzie zakłada się, że z każdej pojedynczej komórki bakterii przeniesionej na stałe podłoże wyrasta kolonia. Zatem wynik badania określa liczbę jednostek zdolnych do tworzenia koloni.

Badaną próbkę rozcieńcza się zgodnie z metoda podana w poprzednim rozdziale, następnie wybrane rozcieńczenia posiewa się na płytki Petriego zalewa ostudzonym do temperatury 450C podłożem i po zestaleniu całości inkubuje (temperatura 370C 24-36 godzin). Po okresie inkubacji liczy się wyrosłe kolonie przyjmując, że liczymy te, których liczba mieści się w granicach: 30-200.

Liczbę organizmów oblicza się wg wzoru:

Z = A x stopień rozcieńczenia; gdzie

A = liczba koloni na płytce, Z = liczba organizmów

Wynik podaje się w postaci potęgi dla liczb zawartych między 1,0 a 9,9, pomnożonych przez 10x - gdzie x jest odpowiednią potęgą. Np. w posiewie 1 cm3 z rozcieńczenia 10-3 (1: 1000) stwierdzono, że średnia arytmetyczna wyrosłych koloni (na obu płytkach) wynosi 240, co w przeliczeniu na 1 cm3 badanej próbki wynosi 240 x 1000 = 240 000. Wynik w postaci potęgi wynosi 2,4 x 105.

Posiew powierzchniowy na podłoże stałe

Rozcieńczone próbki badanego materiału posiewa się na zestalony agar w płytkach Petriego w ilościach 0,1 lub 0,5 cm3 i równomiernie rozprowadza po pożywce głaszczką. Po okresie inkubacji liczy się kolonie zgodnie z opisaną wyżej procedurą.

Posiew samoczynny z powietrza - metoda sedymentacyjna

W celu określenia ogólnej liczby bakterii w powietrzu płytki Petriego (Ø 10 cm) z zestalonym agarem należy otworzyć i eksponować 10 min w badanym pomieszczeniu. Po upływie określonego czasu płytki zamknąć i inkubować w temp. 300C przez 48 h.

Po okresie inkubacji liczymy wyrosłe kolonie, a następnie posługując poniższym wzorem obliczamy ilość bakterii i grzybów w 10 dm3 powietrza:

N = a × 100/ b × k; gdzie:

N - liczba drobnoustrojów w 10 dm3 powietrza

a - średnia liczba kolonii z płytek (na jedno badanie 3 płytki )

b - powierzchnia płytki - dla płytki o średnicy 10 cm pow. wynosi 78,5 cm2

k - współczynnik czasu ekspozycji płytki - dla 10 min k = 2

100 - przelicznik powierzchni płytki na 100 cm2

Liczenie koloni na filtrach membranowych

Płynną próbkę filtruje się przez odpowiedni filtr membranowy zatrzymujący bakterie. Filtr z bakteriami umieszcza się na podłożu hodowlanym. Po okresie inkubacji filtr z podłoża przekłada się na 15 min. na bibułę nasączoną 0,01% roztworem błękitu metylenowego. Zabarwiony filtr przepłukuj się wodą destylowaną. Filtr jest jasnoniebieski zabarwione bakterie ciemniejsze. Do policzenia wybiera się filtry zawierające 20 -100 koloni. Wynik badania przelicza się na 100 cm3 lub 1 cm3.

Określanie najbardziej prawdopodobnej liczby drobnoustrojów NPL

Metodę tą stosujemy przy obliczaniu drobnoustrojów, które występują w niewielkiej liczbie w badanym materiale. W metodzie tej posiewy dokonuje się równolegle do ustawionych w 3 rzędach 3 lub 5 probówek (płytek) zawierających 10 cm3 lub 15 cm3 podłoża. Do pierwszego rzędu posiewa się 10 cm3 próbki z rozcieńczenia wyjściowego, a do dwóch następnych rozcieńczeń po 1cm3. Po inkubacji z odpowiednich tabel opartych na rachunku prawdopodobieństwa odczytuje się najbardziej prawdopodobną liczbę bakterii.

Modyfikacje metody Kocha

Do określania liczby drobnoustrojów wykorzystuje się często gotowe zestawy przygotowywane przez liczne firmy farmaceutyczne. Zestaw składa się z pojemnika zawierającego sztywny pasek pokryty obustronnie pożywką agarową. Z reguły jedna strona paska ma podłoże do wzrostu bakterii, a druga podłoże do wzrostu grzybów. Pasek ten jest umocowany w zakrętce naczynia. Posiew można wykonać trzema sposobami: albo zanurzamy pasek w całości w badanej płynnej próbce materiału, albo poprzez metodę odciskową dotykamy z obu stron wybranej powierzchni lub nawilżamy obustronnie materiałem badanym. Po posiewie pasek umieszczamy w pojemniku i inkubujemy w określonej temperaturze. Po okresie inkubacji oceniamy ilość wyrosłych koloni przez porównanie z dołączonym wzorcem.

Powrót

6.5. Zadania