معلومة

6: تربية الكائنات الحية الدقيقة - علم الأحياء


6: تربية الكائنات الدقيقة

الثقافة الميكروبيولوجية

أ الثقافة الميكروبيولوجية، أو الثقافة الميكروبية، هي طريقة لتكاثر الكائنات الحية الميكروبية عن طريق السماح لها بالتكاثر في وسط استزراع محدد مسبقًا في ظل ظروف معملية خاضعة للرقابة. الثقافات الميكروبية هي طرق تشخيص أساسية وأساسية تستخدم كأداة بحث في البيولوجيا الجزيئية.

تُستخدم الثقافات الميكروبية لتحديد نوع الكائن الحي أو وفرته في العينة التي يتم اختبارها أو كليهما. إنها إحدى طرق التشخيص الأولية لعلم الأحياء الدقيقة وتستخدم كأداة لتحديد سبب الأمراض المعدية عن طريق السماح للعامل بالتكاثر في وسط محدد مسبقًا. على سبيل المثال ، تؤخذ مزرعة الحلق عن طريق كشط بطانة الأنسجة في مؤخرة الحلق وتنشيف العينة في وسيط لتكون قادرة على فحص الكائنات الحية الدقيقة الضارة ، مثل الأبراج العقدية، العامل المسبب لالتهاب الحلق. [1] علاوة على ذلك ، يستخدم مصطلح الثقافة بشكل غير رسمي للإشارة إلى "النمو الانتقائي" لنوع معين من الكائنات الحية الدقيقة في المختبر.

غالبًا ما يكون من الضروري عزل ثقافة نقية للكائنات الحية الدقيقة. نقي (أو ممحاة) الثقافة هي مجموعة من الخلايا أو الكائنات متعددة الخلايا تنمو في غياب الأنواع أو الأنواع الأخرى. قد تنشأ الثقافة النقية من خلية واحدة أو كائن واحد ، وفي هذه الحالة تكون الخلايا مستنسخة وراثية لبعضها البعض. لغرض تبلور الثقافة الميكروبية ، يتم استخدام وسيط هلام الاغاروز (أجار). أجار مادة هلامية مشتقة من الأعشاب البحرية. البديل الرخيص للأجار هو صمغ الغار ، والذي يمكن استخدامه لعزل المحاربات الحرارية وصيانتها.


6: تربية الكائنات الحية الدقيقة - علم الأحياء

بيولوجيا المدرسة: كيفية زراعة الكائنات الحية الدقيقة - اختبار العوامل المضادة للبكتيريا

تربية الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا

كيف تنمو الكائنات الحية الدقيقة و

اختبار المضادات الحيوية والمطهرات والمطهرات

ملاحظات مراجعة البيولوجيا المدرسية لـ Doc Brown: بيولوجيا GCSE ، وعلم الأحياء IGCSE ، وعلم الأحياء على مستوى O ،

دورات علوم مدرسية بالصفوف 8 و 9 و 10 بالولايات المتحدة أو ما يعادلها

14-16 سنة من طلاب علم الأحياء

ستساعدك هذه الصفحة في الإجابة على أسئلة مثل.

كيف تزرع الكائنات الحية الدقيقة بأمان في المختبر؟

كيف تختبر بشكل عادل فعالية المضادات الحيوية؟

كيف تحلل نتائج اختبار المضادات الحيوية؟

كيف تنمو البكتيريا في المختبر

مقدمة

يمكنك زراعة البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة الأخرى بأمان في معمل المدرسة أو الكلية باستخدام الإجراءات الصحيحة.

يمكنك بعد ذلك اختبار مزارع البكتيريا لفعالية المضادات الحيوية والمطهرات والمطهرات المختلفة في تثبيط وقتل نمو بكتيري معين - وهذا موصوف في القسم الثاني من هذه الصفحة حول نمو الكائنات الحية الدقيقة.

الإعداد - المعدات والمواد (الرسم البياني == & GT)

يجب تعقيم جميع المعدات قبل الاستخدام لاستبعاد نمو أي بكتيريا أخرى باستثناء تلك التي تهتم بها من الناحية التجريبية ، فإنه يمنع أيضًا تلوث بيئة المختبر.

أجريت التجارب في أطباق بتري - حاويات بلاستيكية / زجاجية ضحلة يمكن تركيب غطاء محكم عليها.

تزرع البكتيريا ("مثقف") في أ وسط الثقافة مثل هلام الاجار (هلام) الذي يحتوي على الغذاء الضروري لنمو البكتيريا.

يحتوي جل الأجار (محلول مرق المغذيات) على الكربوهيدرات والمعادن والبروتينات والفيتامينات الممزوجة بالماء - لا يمكن للبكتيريا أن تنمو بدون ماء يحتوي على مواد مغذية ، ولكن يجب أن يكون مثل المرق المغذي.

في صناعة المستحضرات الصيدلانية ، يستخدم أجار Mueller-Hinton لاختبار المضادات الحيوية.

تستخدم إحدى الوصفات مزيجًا من لحم البقر وبروتين الحليب والدم وهي جيدة لزراعة مسببات الأمراض البشرية.

عند تلقيح أحد مسببات الأمراض ، سيتم تحضين صفائح الأجار عند

37 درجة مئوية (درجة حرارة جسم الإنسان).

في المدارس ، لن يتم احتضان المواد الهلامية للأجار أبدًا فوق 25 درجة مئوية بسبب خطر نمو مستعمرات مسببات الأمراض.

يُسكب هلام أجار السائل الساخن في طبق بتري ويترك ليبرد ويضبط في حالة شبيهة بالهلام.

يمكن بعد ذلك نقل الكائنات الحية الدقيقة المختارة التي سيتم فحصها إلى سطح وسط الاستزراع باستخدام حلقة تلقيح تم تعقيمها مسبقًا عن طريق تسخينها في لهب موقد بنزن.

ستكون بعض المزارع البكتيرية السائلة في قوارير ، ويجب فتحها لأدنى وقت أثناء نشر المزرعة فوق الجل لمنع أي كائنات دقيقة أخرى من دخول الهواء.

يتم وضع الغطاء فوق طبق بتري ويتم تأمينه بواسطة قليلا من الشريط، ولكن ليس مغلقًا تمامًا بشريط لاصق.

يمكن تحضين المزرعة (هلام أجار + الكائنات الحية الدقيقة في طبق بتري) في درجة حرارة مناسبة لتشجيع البكتيريا على النمو والتكاثر.

يتم تحضين الألواح رأسًا على عقب لمنع قطرات التكثيف من السقوط على سطح الأجار.

عندما تنتشر بكتيريا معينة على سطح هلام الأجار (على سبيل المثال مع حلقة التلقيح) سترى المستعمرات ينمو الذي سينتشر في النهاية على السطح بالكامل ، ونأمل أن يعطي طلاءًا مستويًا للبكتيريا المختارة أثناء تكاثرها.

مع إمداد وافر من العناصر الغذائية ودرجة حرارة مناسبة ، سوف تتكاثر البكتيريا عن طريق الانشطار الثنائي حيث تنقسم خلية واحدة إلى خليتين.

ينتج عن هذا الانقسام المستمر في البكتيريا الحية مستعمرة التي تنتشر عبر هلام أجار.

تحتوي المستعمرة على ملايين البكتيريا.

يمكن أن يكون للبكتيريا متوسط ​​وقت تقسيم للدقائق على سبيل المثال 15 دقيقة والرياضيات مخيفة!

لا أقصد أن الأمر صعب ، لكن في غضون 5 ساعات (300 دقيقة) ، يمكن أن يكون هناك 600/15 = 20 قسمًا.

لذلك بعد 5 ساعات سيكون هناك 2 20 أكثر من مليون بكتيريا!

(الكائنات الحية الدقيقة نظريًا 1048576 خلية ، لكن بعضها قد يموت في هذه العملية)

لاحظ منحنيات النمو البكتيري

يمكنك متابعة نمو مستعمرة البكتيريا على مدار عدة ساعات وينتهي بك الأمر بهذا النوع من الرسم البياني.

1. مرحلة التأخر: بالنسبة لمرحلة التأخر الأولي ، لا يوجد انقسام للخلايا ، ولكن البكتيريا تنسخ حمضها النووي وتوليف البروتينات الضرورية.

2. مرحلة النمو الأسي: يتوفر الكثير من الطعام ، لذلك يحدث الانقسام الخلوي بسرعة ويمكن أن يتضاعف عدد البكتيريا في وقت قصير نسبيًا مما ينتج عنه "التسارع" في خط الرسم البياني.

3. المرحلة الثابتة لا يمكن أن يستمر نمو المستعمرة في التسارع لأن موارد المغذيات آخذة في النضوب. في النهاية ، يكون معدل نمو البكتيريا مساويًا لمعدل موت البكتيريا ويصبح خط الرسم البياني أفقيًا. إذا أدخلت المزيد من الطعام ، يمكن للمستعمرة أن تنمو مرة أخرى ، ولكن ، بخلاف ذلك.

4. مرحلة الوفاة: لا يتم تقليل الموارد فحسب ، بل تنتج البكتيريا سمومًا كمنتج نفايات ، مما يؤدي إلى تسمم البكتيريا الحية وتنخفض المستعمرة بشكل مطرد من حيث العدد.

ملاحظات السلامة وضمان الثقافات غير الملوثة قبل اختبار "العوامل المضادة للبكتيريا"

لا ينبغي الاحتفاظ بزراعة الكائنات الحية الدقيقة فوق 25 درجة مئوية لأن هناك فرصة أقل لنمو مسببات الأمراض الضارة (الكائنات الحية الدقيقة التي تسبب المرض) في درجات الحرارة المنخفضة.

في المعامل البحثية في الجامعات والصناعة ، يمكن حضانة الثقافات بأمان في درجات حرارة أعلى لزراعتها بشكل أسرع - الوقت هو المال!

إذا كانت الثقافة ملوثة بالكائنات الحية الدقيقة غير المرغوب فيها ، فستؤثر هذه على نتائجك وقد يؤثر بعضها على مسببات الأمراض أيضًا!

الاحتياطات الواجب اتخاذها - استخدام تقنيات التعقيم

تقنيات التعقيم مصممة ل تجنب التلوث من قبل الكائنات الحية الدقيقة غير المرغوب فيها والتي يمكن أن تؤثر على نتائجك ، أي نمو مسببات الأمراض.

قم بتطهير جميع أسطح العمل في المختبر - الكحول فعال جدًا ولكنه قابل للاشتعال جدًا!

يجب تعقيم هلام الأجار وجميع الأواني الزجاجية والمعدات الأخرى قبل الاستخدام.

يجب تعقيم أطباق بيتري ووسيلة الثقافة - هلام أجار ، قبل إجراء التجربة عن طريق التسخين إلى درجة حرارة عالية على سبيل المثال & gt100 درجة مئوية.

يمكن القيام بذلك في الأوتوكلاف الذي يستخدم البخار عند الضغط العالي لقتل أي كائنات دقيقة / مسببات الأمراض الموجودة.

يجب أن تقتل درجة الحرارة المرتفعة أي كائنات دقيقة غير مرغوب فيها.

المعدن يتم تعقيم حلقة التلقيح من خلال وضعه في لهب بنسن أزرق صاخب حتى يتوهج باللون الأحمر - لن ينجو أي كائن حي من هذه المعالجة الحرارية!

يجب الاحتفاظ بالمزارع البكتيرية السائلة في قوارير استنبات خاصة ذات أغطية.

يجب إزالة الأغطية لفترة وجيزة فقط ، عند نقل البكتيريا إلى أطباق بتري ، لمنع دخول الكائنات الحية الدقيقة الأخرى.

يمكنك حرق عنق وعاء زجاجي للبكتيريا لفترة وجيزة بعد فتحه وقبل إغلاقه مباشرة - يقوم الهواء الحراري الساخن بنقل الهواء خارج الحاوية لمنع الميكروبات الموجودة في الهواء من الدخول.

عندما يكون طبق بتري جاهزًا مع إضافة جل الأجار وتثبيته ، يجب وضع غطاء عليه شريط لاصق خفيف لمنع دخول أي كائنات دقيقة في الهواء.

يجب تخزين أطباق بتري رأسًا على عقب لمنع قطرات التكثيف من السقوط على هلام الأجار.

أطباق بتري هلام أجار المعدة لا يجب أن تكون محتضنة في حالة نمو البكتيريا الأخرى.

بعد الاستعمال يجب تعقيم لوحات أجار في فرن الضغط لإكمال الخطوات لتجنب التلوث - ل أكمل الإجراء المعقم.

ان فرن الضغط هو جهاز يستخدم البخار تحت الضغط لقتل البكتيريا والفيروسات والفطريات والجراثيم الضارة على الأشياء التي توضع داخل الوعاء المضغوط المضغوط. يتم تسخين العناصر المراد تعقيمها إلى درجة حرارة تعقيم مناسبة لفترة زمنية معينة.

لاختبار الفعالية النسبية للمضادات الحيوية أو المطهرات

مقدمة عن الاختبار وأسبابه

تعيش العديد من البكتيريا غير الضارة على جلدنا وجهازنا الهضمي. في الجهاز الهضمي لدينا تمنع البكتيريا الضارة من التراكم في أجسامنا وتساعد على إنتاج العناصر الغذائية المفيدة لجسمك لامتصاصها. تحتوي بكتيريا الأمعاء على مجموعة من الإنزيمات التي يمكنها تكسير السكريات المعقدة وتسهيل الكثير من التفاعلات الكيميائية الأيضية الأخرى.

لسوء الحظ ، يمكن أن تغزونا الكائنات الحية الضارة مثل مسببات الأمراض مثل بعض البكتيريا التي تسبب المرض.

تم تطوير طرق معملية مختلفة لزراعة (نمو) البكتيريا التي يحتمل أن تكون ضارة واختبار المواد الكيميائية المختلفة لقتل أو مواجهة آثارها الضارة ، مثل كيفية اختبار المضادات الحيوية والمطهرات والمطهرات.

تحتاج الى ان تعرف مدى فعالية مضاد حيوي أو كيميائي مطهر.

لسوء الحظ ، يمكن للبكتيريا أن تتحور وتظهر سلالات مختلفة مقاومة للمضادات الحيوية المستخدمة حاليًا ، لذلك هناك طلب مستمر على صناعة الأدوية لتطوير مضادات حيوية جديدة فعالة.

تم بالفعل وصف لوحات أجار التحضير أعلاه في القسم الأول ، لذلك هنا نلتقط القصة بألواح أجار جل معدة مسبقًا جاهزة لاختبار المضادات الحيوية أو المطهرات وما إلى ذلك.

ملاحظة: وكلاء لمحاربة مسببات الأمراض

عقار مضاد حيوي يقتل البكتيريا في الجسم.

المطهرات تقتل البكتيريا خارج الجسم على سبيل المثال يوضع على بشرتك ..

تستخدم المطهرات لتنظيف الأسطح بخلاف جسمك على سبيل المثال أسطح عمل المطبخ والمراحيض.

تحضير عينات الاختبار وإجراء التحقيق التجريبي.

تم بالفعل وصف تحضير أطباق بتري الملقحة أعلاه ولم يتم تحضينها.

يمكنك استخدام أطباق بتري من هلام الأجار بالإضافة إلى أ بكتيريا واحدة مختارة لاختبار فعالية المضادات الحيوية والمطهرات والمطهرات المختلفة في تثبيط وقتل نمو بكتيري معين.

من المهم جدًا أن تكون سلالة البكتيريا المختارة للاختبارات وكيل من سكان البكتيريا.

تقنية نشر القرص

يتم نقع أقراص ورقية دائرية صغيرة (كلها بنفس الحجم) مشربة بأنواع مختلفة من المضادات الحيوية / المطهرات ، وتسمح لها بالتجفيف ، ووضعها على السطح بحيث تكون ينتشر عبر أ بالتساوي سطح مغلف بالبكتيريا من هلام أجار.

يجب أن تنتشر البكتيريا بشكل متساوٍ جدًا لجعلها اختبارًا عادلًا ، وتنتشر أقراص اختبار المضادات الحيوية للسماح بتكوين مناطق التثبيط

ان منطقة منع هو المكان الذي يكون فيه المضاد الحيوي فعالاً في قتل البكتيريا (انظر الرسم البياني أدناه ، بسلالة بكتيرية وهمية وأربع مضادات حيوية وهمية).

طبق بتري ومحتوياته على سبيل المثال 48 ساعة في

25 درجة مئوية وبعدها يصبح جاهزًا للفحص وتحليل النتائج.

باستخدام هذا الإعداد ، يمكنك اختبار المضادات الحيوية والمطهرات والمستخلصات النباتية (*) للتحقق من فعاليتها في قتل أو منع نمو البكتيريا المستنبتة.

(* تنتج بعض النباتات المطهرات الخاصة بها كجزء من أنظمتها الدفاعية ضد مسببات الأمراض))

المضادات الحيوية / المطهرات (عينات A1 ​​إلى A4 على الرسم البياني) المنقوعة في الأقراص الورقية الدائرية ستنتشر في هلام الأجار وقد / لا تقتل البكتيريا.

إذا عمل المضاد الحيوي / المطهر ، تم قتل البكتيريا ، مما يعيق النمو ، ستنمو منطقة "نظيفة" حول القرص - تسمى منطقة منع - انظر الرسم البياني أعلاه.

إذا كانت البكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية / المطهرات ، ستستمر المستعمرة في النمو على هلام الأجار حول الأقراص الورقية.

من المهم أن تنتشر البكتيريا في الأصل بشكل متساوٍ عبر هلام الآجار. إذا كان الأمر كذلك ، يجب أن تكون مناطق التثبيط دائري بشكل موحد ويجب أن يكون هناك نمو موحد للبكتيريا عبر بقية لوحة أجار.

يجب التخلص من أي ألواح أجار حيث تكون المناطق غير دائرية أو يكون هناك نمو ضعيف غير متسق للمستعمرة البكتيرية.

يمكنك بعد ذلك إجراء القياسات إذا كان كل شيء يبدو جيدًا.

تقيس قطر منطقة التثبيط (نصف القطر = القطر / 2) بمسطرة مم.

أنت من حساب مساحة منطقة التثبيط لمضاد حيوي معين من & # 960 × ص 2 .

ال كلما كانت منطقة التثبيط أكبر ، كلما كان المضاد الحيوي / المطهر أكثر فعالية ضد سلالة معينة من البكتيريا التي تنمو على هلام الأجار.

إذا كان لديك مضاد حيوي / مطهر البكتيريا المقاومة، ثم تستمر البكتيريا في النمو حول القرص الورقي.

يمكنك استخدام هذا الإجراء التجريبي لاختبار كل من المضادات الحيوية والمطهرات.

تحليل النتائج

ج هو مجرد قرص ورقي غارقة فيه ماء معقم ليكون بمثابة عنصر تحكم.

. لا ينبغي أن يكون لها تأثير على نمو البكتيريا

. ولا ينبغي أن يدخل أي كائنات دقيقة ملوثة أخرى

. هذا كله يتعلق باختبار عادل لإثبات أن أي تثبيط يرجع إلى المطهر

. وأي نقص في التثبيط يرجع إلى الخصائص المضادة للبكتيريا للبكتيريا قيد التحقيق.

مضاد حيوي / مطهر أ 1 هو مضاد حيوي غير فعال فيما يتعلق بالبكتيريا المعينة قيد الفحص - هذه السلالة البكتيرية مقاومة للمضادات الحيوية فيما يتعلق بـ A1 فقط.

مضاد حيوي / مطهر أ 2 له تأثير مضاد للجراثيم ضعيف - منطقة تثبيط صغيرة.

مضاد حيوي / مطهر A3 هو "معتدل" فعالة في عملها كمضاد للبكتيريا.

مضاد حيوي / مطهر A4 فعال جدًا في قتل هذه السلالة المعينة من البكتيريا - أكبر منطقة تثبيط.

يمكنك قياس فعالية المضادات الحيوية / المطهرات كمياً عن طريق حساب مساحة البكتيريا الميتة - أفضل وأكثر دقة من مجرد تقييم بصري سطحي.

أنت تقيس بدقة ، بأفضل ما يمكنك ، قطر المنطقة الدائرية بمسطرة (على سبيل المثال بالملم) حيث لم تعد البكتيريا تنمو - انظر على يمين الرسم التخطيطي للتجربة أعلاه.

التأثير النسبي للمضاد الحيوي / المطهر

= منطقة الدائرة = & # 960 × ص 2 على سبيل المثال مم 2. (باي = 3.14 ، ص = القطر / 2)

نموذج حساب الفعالية النسبية:

افترض في التجربة أن قطر مناطق التثبيط كان 10 مم لعينة الاختبار A3 و 20 مم للعينة A4.

التأثير النسبي لـ A3 = 3.14 × (10/2) 2 = 78.5

التأثير النسبي لـ A4 = 3.14 × (20/2) 2 = 314

314 / 78.5 = 4.0: لذلك مضاد حيوي / مطهر A4 أكثر فاعلية بأربع مرات من A3.

يمكنك استخدام نفس تقنية قياس القطر والحساب لحساب منطقة مستعمرة. سلالة من البكتيريا.

الاختلافات في التجربة

يمكنك الحفاظ على ثبات المضاد الحيوي / المطهر وتغيير تركيزه على أقراص ورق الترشيح.

يمكنك الحفاظ على ثبات المضاد الحيوي وتغطية سطح الأجار بـ "شرائط" من سلالات مختلفة من البكتيريا.

بدلاً من ذلك ، يمكنك مزج مضاد حيوي معين مع هلام الأجار ثم معالجة السطح بسلالات مختلفة من البكتيريا.

يمكنك بعد ذلك قياس منطقة النمو لاختبار فعالية المضاد الحيوي في قتل تلك البكتيريا المعينة.

العمل العملي في المدارس والكليات - اعتبارات الصحة والسلامة

غير ملوث ثقافات الكائنات الحية الدقيقة ضرورية للتحقق من عمل المطهرات والمضادات الحيوية.

يجب تعقيم أطباق بتري ووسائط الاستنبات قبل استخدامها لقتل الكائنات الحية الدقيقة غير المرغوب فيها.

يجب تعقيم حلقات التلقيح المستخدمة في نقل الكائنات الحية الدقيقة إلى الوسائط عن طريق تمريرها عبر اللهب.

يجب تأمين غطاء طبق بتري بشريط لاصق لمنع الكائنات الحية الدقيقة من الهواء التي تلوث الثقافة.

في مختبرات المدارس والكليات ، يجب تحضين الثقافات عند درجة حرارة قصوى تبلغ 25 درجة مئوية ، مما يقلل بشكل كبير من احتمال نمو مسببات الأمراض التي قد تكون ضارة بالإنسان.

في الظروف الصناعية ، يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى نمو أسرع للكائنات الحية الدقيقة غير المرغوب فيها والتي قد تكون ضارة.

يجب أيضًا مراجعة أي عمل واستقصاء عملي قمت به - مادة سياق جيدة لأسئلة الامتحان! انظر أدناه!

أملا عملك العملي في مدرستك سيشمل ما يلي (الذي يجب مراجعته أيضًا ، يساعد في فهم "كيفية عمل العلم" وأسئلة فحص السياق):

تحقق من فعالية أقراص المضادات الحيوية المختلفة في قتل البكتيريا.

زراعة الكائنات الحية الدقيقة في أطباق بتري لإظهار التقنية المعقمة وتنمية الثقافات النقية.

تُستزرع الكائنات الحية الدقيقة في وسط استزراع يتكون عادةً من هلام الآجار الذي يحتوي على الكربوهيدرات والمعادن والبروتينات والفيتامينات التي توفر جميع العناصر الغذائية اللازمة لنمو الخلايا.

استخدام أجار مُلقح مسبقًا في أطباق بتري لتقييم تأثير المطهرات والمضادات الحيوية.

يُسكب هلام أجار السائل الساخن في أطباق بتري الضحلة ليبرد ويتماسك - تمامًا مثل الهلام!

يجب تغطية أطباق بتري بغطاء محكم الغلق لمنع الكائنات الحية الدقيقة من الهواء المحيط من تلويث التجارب.

تُستخدم الحلقات السلكية ، المعقمة في لهب ساخن ، لنقل الكائنات الحية الدقيقة إلى هلام الأجار ، حيث تتكاثر لإنتاج العديد من المستعمرات بسرعة كبيرة - الكثير لتتغذى عليه!

إذا لم يتم تعقيم الحلقة السلكية ، فقد تلوث البكتيريا الأخرى التجربة وهذه الكائنات الحية الدقيقة الأخرى سوف تربك النتائج.

يتم وضع قطع صغيرة من الورق المسامي (ورق الترشيح؟) المنقوع في مضادات حيوية مختلفة على المستعمرات البكتيرية على الهلام.

يمكنك بعد ذلك معرفة المضادات الحيوية التي تقتل البكتيريا ، لكن البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية ستستمر في النمو.

في الصناعات الدوائية والطبية حيث يتم التحقيق في مسببات الأمراض الخطيرة للغاية ، يعد تنظيم الصحة والسلامة الصارم للغاية أمرًا ضروريًا لسلامة العمال وأفراد الجمهور.

رؤية المحاكاة الحاسوبية للنمذجة

(ط) نمو المستعمرات البكتيرية في ظروف مختلفة ،

(2) عمل الجهاز المناعي وتأثير المضادات الحيوية واللقاحات.

بعض الصفحات المرتبطة

كلمات رئيسية لمراجعة علم الأحياء في gcse حول تربية الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا - اختبار المضادات الحيوية: GCSE 9-1 علم الأحياء علم الأحياء ملاحظات مراجعة IGCSE تربية الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا - اختبار المضادات الحيوية KS4 علم الأحياء ملاحظات علمية حول زراعة الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا - اختبار المضادات الحيوية ملاحظات دليل بيولوجيا GCSE حول الاستزراع الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا - اختبار المضادات الحيوية للمدارس ، الكليات ، الأكاديميات ، مدرسو الدورة العلمية للصور ، الرسوم البيانية لتربية الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا - اختبار ملاحظات مراجعة علم المضادات الحيوية حول تربية الكائنات الدقيقة مثل البكتيريا - اختبار المضادات الحيوية لمراجعة وحدات البيولوجيا ملاحظات موضوعات البيولوجيا للمساعدة في فهم تربية الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا. البكتيريا - اختبار دورات جامعية للمضادات الحيوية في وظائف العلوم البيولوجية في وظائف علم الأحياء في صناعة المستحضرات الصيدلانية مساعد المختبر البيولوجي التدريب المهني التقني في علم الأحياء الولايات المتحدة الأمريكية الصف الثامن الصف التاسع الصف 10 AQA GCSE 9-1 ملاحظات علم الأحياء حول زراعة الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا - اختبار المضادات الحيوية ملاحظات GCSE حول زراعة الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا - اختبار المضادات الحيوية Edexcel GCSE 9-1 مذكرات علم الأحياء حول زراعة الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا - اختبار المضادات الحيوية لـ OCR GCSE 9-1 ملاحظات علم الأحياء في القرن الحادي والعشرين حول الاستزراع الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا - اختبار المضادات الحيوية OCR GCSE 9-1 ملاحظات علم الأحياء في البوابة حول تربية الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا - اختبار المضادات الحيوية WJEC gcse science CCEA / CEA gcse science gcse ملاحظات مراجعة علم الأحياء حول تربية الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا - اختبار المضادات الحيوية


ما هو الغرض من الثقافة الفرعية في علم الأحياء الدقيقة؟

الغرض من الاستزراع الفرعي في علم الأحياء الدقيقة هو نمو والحفاظ على عينة ميكروب مناسبة للتجربة والاختبارات. تطيل الزراعة الفرعية من عمر الخلايا أو الكائنات الحية الدقيقة ، مما يسمح بصيانة المزرعة ومراقبتها على المدى الطويل.

تتضمن عملية الاستزراع الفرعي نقل الميكروبات من حاوية نمو إلى أخرى ، مما يوفر للميكروبات إمدادات جديدة من العناصر الغذائية على وسط صلب أو سائل. تُمكِّن الثقافة الفرعية المحلل من تغيير معايير موطن الميكروب ، مثل درجة حرارته وبيئته المادية ، للحصول على المعلومات المستخدمة في تحديد الأنواع. يساعد فهم المكان الذي تعيش فيه الثقافة الميكروبية أو تموت على عزل سلالتها. في بعض الحالات ، يمكن تحديد الثقافة الميكروبية بناءً على طول الفترة الزمنية اللازمة لظهور نمو جديد بعد نقل الثقافة الفرعية.

تُستخدم أطباق بتري مع أجار ، وهي مادة هلامية مصنوعة من الأعشاب البحرية ، كبيئة صلبة لتنمية الكائنات الحية الدقيقة. عندما تكون هناك حاجة لبيئة سائلة ، يتم استخدام مرق مغذي اصطناعي. تحتاج الثقافات ذات الكائنات الدقيقة المختلطة التي تزرع في مرق إلى ثقافتها الفرعية على وسط صلب لعزل المستعمرات لتحديد دقيق لها. مرة واحدة على سطح أجار ، تمثل كل مستعمرة ميكروب نوعًا واحدًا من الكائنات الحية الدقيقة ، والتي تنشأ من تكاثر خلية واحدة. تسمى هذه المستعمرة المحددة والمعزولة ثقافة نقية وهي نقطة انطلاق أساسية في البحث الميكروبيولوجي.


تقنية FISH

FISH هي تقنية تهجين تسمح بوضع العلامات على الحمض النووي الريبي المستهدف باستخدام مسبار الفلورسنت.

أهداف التعلم

وصف كيفية استخدام التهجين الفلوري في الموقع (FISH) في الدراسات السريرية والطبية الحيوية لاكتشاف وتحديد وجود أو عدم وجود تسلسلات DNA محددة وتحديد مسببات الأمراض

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • يمكن استخدام FISH في بيئة سريرية لتحديد مسببات الأمراض أو أهداف الحمض النووي / الحمض النووي الريبي ذات الأهمية.
  • يستخدم FISH لاكتشاف وتحديد وجود أو عدم وجود تسلسلات معينة من الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي في الأنسجة أو الخلايا.
  • يمكن أيضًا استخدام FISH لمقارنة جينومات نوعين بيولوجيين ، كما هو الحال في الدراسات البيئية ، حيث قد لا تكون البكتيريا قابلة للاستزراع ، ويمكن تحديدها باستخدام FISH.

الشروط الاساسية

  • ضوئي: انبعاث الضوء (أو أي إشعاع كهرومغناطيسي آخر) بواسطة مادة عند تحفيزها بامتصاص إشعاع أو جسيم دون ذري
  • هجن: لدمج الوحدات الفرعية التكميلية للعديد من الجزيئات البيولوجية الكبيرة.
  • سمكة: التألق في الموقع التهجين هو تقنية خلوية وراثية تستخدم لاكتشاف وتوطين تسلسلات محددة من الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي.

FISH (التهجين في الموقع) هو تقنية خلوية وراثية طورها باحثون في الطب الحيوي في أوائل الثمانينيات. يتم استخدامه لاكتشاف وتحديد وجود أو عدم وجود تسلسل DNA محدد على الكروموسومات. تستخدم FISH مجسات الفلورسنت التي ترتبط بتلك الأهداف التي تظهر درجة عالية من تكامل التسلسل. يمكن استخدام FISH للكشف عن تسلسل الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي موضع الاهتمام. غالبًا ما يستخدم FISH لإيجاد سمات محددة في الحمض النووي لاستخدامها في الاستشارة الوراثية والطب وتحديد الأنواع. يمكن أيضًا استخدام FISH للكشف عن أهداف معينة من الحمض النووي الريبي وتحديد موقعها ، بما في ذلك mRNAs ، في الخلايا. في هذا السياق ، يمكن أن يساعد في تحديد الأنماط المكانية والزمانية للتعبير الجيني داخل الخلايا والأنسجة.

المركزية في FISH هي استخدام المجسات. يجب أن يكون المسبار كبيرًا بما يكفي للتهجين على وجه التحديد مع هدفه ولكن ليس كبيرًا بحيث يعيق عملية التهجين. إنها معادية للإحساس تجاه الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي المستهدف ، وبالتالي فهي تهجين للأهداف. يمكن وضع علامة على المسبار مباشرة باستخدام الفلوروفور ، أو بأهداف للأجسام المضادة ذات العلامات المميزة أو الركائز الأخرى. يمكن استخدام أنواع مختلفة من العلامات ، وبالتالي يمكن اكتشاف أهداف مختلفة في نفس العينة في وقت واحد (FISH متعدد الألوان). يمكن عمل العلامات بطرق مختلفة ، مثل ترجمة Nick أو PCR باستخدام نيوكليوتيدات مميزة. يمكن أن تختلف المجسات في الطول من 20 إلى 30 نيوكليوتيد إلى تسلسلات أطول بكثير.

صورة FISH التسمية المزدوجة: فيما يلي مثال على استخدام FISH للتمييز بين البكتيريا المشقوقة (الحمراء) والبكتيريا الأخرى (الخضراء)

غالبًا ما يستخدم FISH في الدراسات السريرية. إذا كان المريض مصابًا بمسببات الأمراض المشتبه بها ، فإن البكتيريا من أنسجة أو سوائل المريض ، تزرع عادةً على أجار لتحديد هوية العامل الممرض. ومع ذلك ، فإن العديد من البكتيريا ، حتى الأنواع المعروفة ، لا تنمو جيدًا في ظل ظروف المختبر. يمكن استخدام تقنية FISH للكشف المباشر عن وجود المشتبه به في عينات صغيرة من أنسجة المريض. يمكن أيضًا استخدام FISH لمقارنة جينومات نوعين بيولوجيين ، لاستنتاج العلاقات التطورية. تقنية تهجين مماثلة تسمى لطخة حديقة الحيوان. غالبًا ما تكون مجسات FISH البكتيرية عبارة عن بادئات لمنطقة الرنا الريباسي 16 ثانية. يستخدم FISH على نطاق واسع في مجال البيئة الميكروبية ، لتحديد الكائنات الحية الدقيقة. تتكون الأغشية الحيوية ، على سبيل المثال ، من منظمات بكتيرية معقدة (غالبًا) متعددة الأنواع. يسمح تحضير تحقيقات الحمض النووي لنوع واحد وإجراء FISH باستخدام هذا المجس للمرء بتصور توزيع هذه الأنواع المحددة داخل البيوفيلم. يسمح إعداد المجسات (بلونين مختلفين) لنوعين بتصور / دراسة التوطين المشترك لهذين النوعين في الأغشية الحيوية ، ويمكن أن يكون مفيدًا في تحديد البنية الدقيقة للغشاء الحيوي.


محتويات

تم افتراض وجود الكائنات الحية الدقيقة لعدة قرون قبل اكتشافها الفعلي. تم افتراض وجود حياة ميكروبيولوجية غير مرئية من قبل الجاينية التي تستند إلى تعاليم مهافيرا في وقت مبكر من القرن السادس قبل الميلاد. [7] يلاحظ بول دونداس أن مهافيرا أكدت وجود كائنات ميكروبيولوجية غير مرئية تعيش في الأرض والماء والهواء والنار. [8] تصف كتب جاين المقدسة nigodas وهي كائنات شبه مجهرية تعيش في مجموعات كبيرة ولديها حياة قصيرة جدًا ، يقال إنها تنتشر في كل جزء من الكون ، حتى في أنسجة النباتات ولحوم الحيوانات. [9] أشار الروماني ماركوس تيرينتيوس فارو إلى الميكروبات عندما حذر من وضع مسكن بالقرب من المستنقعات "لأن هناك كائنات دقيقة معينة لا يمكن رؤيتها بالعينين ، والتي تطفو في الهواء وتدخل الجسم من خلال والفم والأنف وبالتالي يسببان أمراضا خطيرة ". [10]

في العصر الذهبي للحضارة الإسلامية ، افترض العلماء الفارسيون وجود الكائنات الحية الدقيقة ، مثل ابن سينا ​​في كتابه قانون الطبوابن زهر (المعروف أيضًا باسم Avenzoar) الذي اكتشف عث الجرب ، والرازي الذي أعطى أقدم وصف معروف للجدري في كتابه. الحياة الفاضلة (الحاوي). [11]

في عام 1546 ، اقترح جيرولامو فراكاستورو أن الأمراض الوبائية ناتجة عن كيانات شبيهة بالبذور يمكن نقلها يمكن أن تنقل العدوى عن طريق الاتصال المباشر أو غير المباشر ، أو انتقال المركبات. [12]

في عام 1676 ، لاحظ أنتوني فان ليفينهوك ، الذي عاش معظم حياته في دلفت بهولندا ، البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة الأخرى باستخدام مجهر أحادي العدسة من تصميمه. [17] [2] وهو يعتبر أبًا لعلم الأحياء الدقيقة حيث كان رائدًا في استخدام مجاهر بسيطة أحادية العدسة من تصميمه. [17] في حين أن فان ليوينهوك غالبًا ما يُستشهد به باعتباره أول من لاحظ الميكروبات ، قام روبرت هوك بأول ملاحظة مجهرية مسجلة له ، عن الأجسام المثمرة للقوالب ، في عام 1665. [20] ومع ذلك ، فقد اقترح أن كاهنًا يسوعيًا دعا كان أثناسيوس كيرشر أول من لاحظ الكائنات الحية الدقيقة. [21]

كان كيرشر من أوائل من صمموا الفوانيس السحرية لأغراض العرض ، لذلك لا بد أنه كان على دراية جيدة بخصائص العدسات. [21] كتب "فيما يتعلق بالتركيب الرائع للأشياء في الطبيعة ، تم التحقيق فيه بواسطة الميكروسكوب" في عام 1646 ، مشيرًا إلى "من يعتقد أن الخل والحليب يكثران مع عدد لا يحصى من الديدان". كما أشار إلى أن المادة المتعفنة تمتلئ بعدد لا يحصى من جزيئات الحيوانات الزاحفة. نشر له سكروتينيوم بيستيس (فحص الطاعون) في عام 1658 ، موضحًا بشكل صحيح أن المرض ناجم عن الميكروبات ، على الرغم من أن ما رآه كان على الأرجح خلايا الدم الحمراء أو البيضاء بدلاً من عامل الطاعون نفسه. [21]

تأسس مجال علم الجراثيم (فيما بعد فرع من علم الأحياء الدقيقة) في القرن التاسع عشر من قبل فرديناند كوهن ، عالم النبات الذي قادته دراساته حول الطحالب والبكتيريا الضوئية إلى وصف العديد من البكتيريا بما في ذلك عصية و Beggiatoa. كان كوهن أيضًا أول من صاغ مخططًا للتصنيف التصنيفي للبكتيريا ، واكتشاف الأبواغ الداخلية. [22] لويس باستير وروبرت كوخ كانا معاصرين لكون ، وكثيرًا ما يعتبران آباء علم الأحياء الدقيقة الحديث [21] وعلم الأحياء الدقيقة الطبية ، على التوالي. [23] اشتهر باستير بسلسلة تجاربه المصممة لدحض نظرية التوليد التلقائي المنتشرة على نطاق واسع في ذلك الوقت ، وبالتالي ترسيخ هوية علم الأحياء الدقيقة كعلم بيولوجي. [24] يعتبر Adrien Certes ، أحد طلابه ، مؤسس علم الأحياء الدقيقة البحرية. [25] صمم باستير أيضًا طرقًا لحفظ الطعام (بسترة) ولقاحات ضد العديد من الأمراض مثل الجمرة الخبيثة وكوليرا الطيور وداء الكلب. [2] يشتهر كوخ بإسهاماته في نظرية الجراثيم للأمراض ، مما يثبت أن أمراضًا معينة كانت ناجمة عن كائنات دقيقة مسببة للأمراض. طور سلسلة من المعايير التي أصبحت تعرف باسم افتراضات كوخ. كان كوخ من أوائل العلماء الذين ركزوا على عزل البكتيريا في الثقافة النقية مما أدى إلى وصفه للعديد من البكتيريا الجديدة بما في ذلك السل الفطري، العامل المسبب لمرض السل. [2]

بينما يُعتبر باستور وكوخ غالبًا مؤسسي علم الأحياء الدقيقة ، فإن عملهم لم يعكس بدقة التنوع الحقيقي لعالم الميكروبات بسبب تركيزهم الحصري على الكائنات الحية الدقيقة ذات الصلة الطبية المباشرة. لم يتم الكشف عن النطاق الحقيقي لعلم الأحياء الدقيقة إلا في أواخر القرن التاسع عشر وأعمال مارتينوس بيجيرينك وسيرجي وينوجرادسكي. [2] قدم Beijerinck مساهمتين رئيسيتين في علم الأحياء الدقيقة: اكتشاف الفيروسات وتطوير تقنيات الاستزراع المخصب. [26] بينما أسس عمله على فيروس موزاييك التبغ المبادئ الأساسية لعلم الفيروسات ، كان تطويره لزراعة التخصيب هو الذي كان له الأثر المباشر على علم الأحياء الدقيقة من خلال السماح بزراعة مجموعة واسعة من الميكروبات ذات فسيولوجيا مختلفة تمامًا. كان Winogradsky أول من طور مفهوم chemolithotrophy وبالتالي كشف الدور الأساسي الذي تلعبه الكائنات الحية الدقيقة في العمليات الجيوكيميائية. [27] كان مسئولاً عن أول عزل ووصف لكل من البكتيريا الآزوتية والمثبتة للنيتروجين. [2] شارك عالم الأحياء الدقيقة الفرنسي الكندي فيليكس ديهيريل في اكتشاف العاثيات عام 1917 وكان من أوائل علماء الأحياء الدقيقة التطبيقيين. [28]

كان جوزيف ليستر أول من استخدم مطهر الفينول على الجروح المفتوحة للمرضى. [29]


المقدمة

كما اقترح روبرت كوخ ، الثقافة النقية هي أساس جميع الأبحاث في الأمراض المعدية (1 ، 2). تمكن العزلة الأولى للبكتيريا من تصميم نماذج تجريبية لتحليل الفوعة واستكمال معايير كوخ ، وبالتالي إقامة صلة بين الكائنات الحية الدقيقة والأمراض المعدية (3). كما تتيح الزراعة البكتيرية أيضًا دراسة قابلية البكتيريا للمضادات الحيوية وهي الخطوة الأولى في وضع توصيات للعلاج الفعال (4 ، 5). يتيح الحصول على ثقافة بكتيرية نقية أيضًا إجراء تسلسل الجينوم لهذه السلالات (6 ، 7) والدراسات البروتينية لتسليط الضوء على بروتينات معينة وتحليل استضدادها عن طريق تقنيات البروتين المناعي ، مما يسهل في النهاية إنتاج هذه البروتينات ، والتي تعمل كمستضدات للاختبارات المصلية (8) . أخيرًا ، تتيح الثقافة البكتيرية النقية التلاعب والتحول عن طريق إضافة أو حذف الجينات لتحليل سبب الفوعة ومقاومة المضادات الحيوية وإمكانات البكتيريا الغازية. ومع ذلك ، على مدى الثلاثين عامًا الماضية ، لم يظهر نفس التقدم الذي لوحظ في البيولوجيا الجزيئية مع الثقافة في علم الأحياء الدقيقة السريرية (9).

غالبًا ما تكون الزراعة البكتيرية أكثر صعوبة وغالبًا ما تتطلب تدريبًا أكثر من التقنيات الجزيئية. ونتيجة لذلك ، انخفض عدد علماء الأحياء الدقيقة المتخصصين في البكتيريا اللاهوائية بشكل مطرد لمدة 30 عامًا ، وفي الوقت الحالي ، يوجد عدد قليل من المتخصصين مقارنة بعدد المتخصصين خلال السبعينيات. بدأ الاهتمام المتجدد بالثقافة البكتيرية في جزء كبير منه من قبل علماء الأحياء الدقيقة السريريين (10 ، & # x0201312) المتخصصين في البكتيريا داخل الخلايا. لقد طوروا وسائط ممحوضة ، وهي وسائط معقمة لا تحتوي على كائن حي باستثناء الكائن المزروع ، لاستنبات البكتيريا شديدة الحساسية (11 ، 13 ، 14). نقترح هنا ، بعد تقرير موجز عن الاستراتيجيات المبكرة للثقافة ، مراجعة شاملة فيما يتعلق بتقنيات الاستزراع السابقة والحالية المستخدمة في ثقافة البكتيريا شديدة الحساسية. في مراجعة إضافية ، قمنا بالتفصيل في التقدم الذي تسمح به طرق التحديد الجديدة وتطبيق كل هذه التطورات من خلال مثال دراسة ميكروبيوتا الأمعاء البشرية عن طريق الثقافات (15).


العمل العملي للتعلم

ملاحظات تستند إلى "علم الأحياء الدقيقة العملي الأساسي" © Society for General Microbiology.

تدعم تقنيات التعقيم جميع الأعمال في علم الأحياء الدقيقة. تأكد من أنك على دراية بكل هذه التقنيات قبل الشروع في بروتوكولات الأحياء الدقيقة الأخرى على هذا الموقع.

يجب استخدام الثقافات غير المسببة للأمراض فقط في المدارس - تم الحصول عليها من مورد تعليمي معترف به. يجب استخدام المعدات والوسائط المعقمة في نقل واستزراع الكائنات الحية الدقيقة. يجب مراعاة تقنية التعقيم عندما يتم نقل الكائنات الحية الدقيقة من حاوية إلى أخرى.

من الحكمة معاملة جميع الثقافات على أنها مسببة للأمراض ، لأن الثقافات قد تكون ملوثة ، ولأن الطفرات في الأشكال المسببة للأمراض قد تحدث. تتحكم تقنيات التعقيم الموصوفة هنا في فرص تلوث الثقافات بالكائنات الحية الدقيقة من البيئة ، أو تلوث البيئة بالكائنات الدقيقة التي يتم التعامل معها.

هناك بعض القواعد العامة التي يجب اتباعها لأي تقنية معقمة.

  • أغلق النوافذ والأبواب لتقليل التيارات الهوائية ومنع الحركات المفاجئة التي قد تعكر صفو الهواء.
  • إجراء عمليات نقل على سطح معقم. يوصى بتطهير الإيثانول بسبب مفعولها السريع. إذا كان من الصعب تنظيف سطح المنضدة ، فقم بتغطية المقعد بورقة من مادة صلبة يسهل تطهيرها.
  • ابدأ العمليات فقط عندما تكون جميع الأجهزة والمواد في متناول اليد.
  • أكمل جميع العمليات في أسرع وقت ممكن ، ولكن دون أي عجلة.
  • يجب أن تكون السفن مفتوحة لأقل قدر ممكن من الوقت.
  • أثناء فتح السفن ، يجب إجراء جميع الأعمال بالقرب من لهب موقد بنسن حيث يتم سحب تيارات الهواء لأعلى.
  • عند فتح أنبوب أو زجاجة اختبار ، يجب تدفئة العنق فورًا باللهب (انظر أدناه) مع تثبيت الوعاء بالقرب من الأفقي قدر الإمكان بحيث تكون أي حركة للهواء خارج الوعاء.
  • أثناء التلاعب باستخدام طبق بتري ، قلل من تعرض الأسطح الداخلية المعقمة للتلوث من الهواء.
  • يجب عدم لمس أجزاء الماصات المعقمة التي سيتم وضعها في الثقافات أو الأوعية المعقمة أو السماح لها بالتلامس مع الأسطح الأخرى غير المعقمة ، مثل الملابس أو سطح منطقة العمل أو السطح الخارجي للزجاجات / أنابيب الاختبار .
  • يجب تعقيم جميع العناصر التي تتلامس مع الكائنات الحية الدقيقة قبل وبعد كل تعرض. يمكن أن يكون هذا إما من قبل الفريق الفني الذي يستعد لقطعة من العمل العملي (على سبيل المثال ، في حالة الأواني الزجاجية التي سيتم استخدامها) وتنظيفها بعد ذلك ، أو من قبل العامل أثناء سير العملية (على سبيل المثال ، في حلقة الأسلاك).

الصحة و أمبير السلامة والملاحظات الفنية

لنقل الثقافات الفطرية التي تنمو عن طريق إنتاج فطريات من الخيوط ، سلك التلقيح مع نهايته مثنية إلى جزء صغير صنارة صيد أفضل من الحلقة. استخدم الخطاف للتوغل في أجار على حافة الثقافة والتقاط قطعة صغيرة من أجار زائد خيوط. انقل هذا إلى صفيحة أجار أو منحدر ، واقلب قطعة أجار الفطر بحيث يكون الفطر على اتصال مع أجار في الطبق أو الأنبوب. تأكد من أن الثقافة تلتزم بشدة بالأجار الجديد. قد تقرر عدم قلب لوحات أجار على الفور في حالة سقوط الثقافة المنقولة من الأجار.

يحدث تسريب الماصة إما بسبب حلمة معيبة أو غير مناسبة ، أو بسبب ألياف من سدادة من الصوف القطني بين الحلمة والماصة.

يمكن تحويل ماصة إسقاط (باستير) لتوصيل أحجام مُقاسة عن طريق ربطها بأنابيب مطاطية ببرميل حقنة غير معقم.

سدادات من الصوف القطني

من السهل على الطلاب التعامل مع سدادات الصوف القطني مقارنة بالأغطية اللولبية - وهذا يجعل عمليات التلاعب المعقدة أكثر وضوحًا.

إذا اشتعلت النيران في أحد المكونات عن طريق الخطأ ، فقم بإخماد اللهب فورًا عن طريق تغطيته بقطعة قماش جافة ، وليس عن طريق النفخ أو النقع في الماء.

إجراء

تلقيح ألواح الآجار والمنحدرات والثقافات

أ قم بإجراء نقل الثقافات بأسرع ما يمكن ، مع فتح الأنابيب والألواح في الهواء لأدنى فترة زمنية.

ب الممارسة العادية هي فتح ألواح الأجار بعيدًا عن الجسم ودون إزالة الغطاء تمامًا عن القاعدة.

ج في الحالات التي يمكن فيها إزالة غطاء طبق بتري لفترات أطول من المعتاد ، اعمل بالقرب من لهب موقد بنسن لتقليل فرص التلوث.

د إذا كنت تواجه تلوثًا متكررًا للألواح ذات الجراثيم الفطرية ، قلل من فرصة المسودات أكثر ، وفكر في تلقيح الألواح من الأسفل بحيث يكون سطح الآجار متجهًا لأسفل. وبهذه الطريقة ، ربما تقل فرصة استقرار الأبواغ من الهواء على الصفيحة.

باستخدام حلقة سلكية

أ إذا كانت الحلقة لا تحتوي على أي سائل ، فهذا يعني أن السلك لم يشكل دائرة كاملة. نظف الحلقة بالتسخين لدرجة حرارة حمراء كما هو موضح أدناه ، اتركها لتبرد ، ثم أعد تشكيلها بالملقط قبل البدء مرة أخرى. لا تستخدم أصابعك بسبب احتمالية ثقب بشرتك.

ب أمسك مقبض الحلقة السلكية بالقرب من الجزء العلوي ، كما تفعل مع القلم ، بزاوية عمودية تقريبًا. هذا يترك الإصبع الصغير حراً ليمسك الغطاء اللولبي / سدادة الصوف القطني للزجاجة / أنبوب الاختبار. كما أنه يضمن أن أي ثقافة سائلة على الحلقة سوف تتسرب إلى اللهب.

ج قم بتعقيم حلقة سلكية عن طريق التسخين إلى درجة حرارة حمراء في لهب موقد بنسن الأزرق قبل وبعد الاستخدام. هذا يضمن تدمير الجراثيم البكتيرية الملوثة.

د يجب أن يسخن إجراء الاشتعال طرف الحلقة تدريجيًا. هذا لأنه بعد الاستخدام سوف يحتوي على مزرعة ، والتي قد تتلاشى عند التسخين السريع وربما تطلق جزيئات صغيرة من الثقافة ، مكونة الهباء الجوي.

أنا ضع طرف مقبض السلك في المخروط الأزرق الفاتح للهب. هذه هي أبرد منطقة من اللهب.

ثانيا ارسم باقي السلك لأعلى ببطء في المنطقة الأكثر سخونة من اللهب - مباشرة فوق المخروط الأزرق.

ثالثا ابقَ هناك حتى يصبح أحمر حارًا.

رابعا تأكد من أن الطول الكامل للسلك يتلقى تدفئة كافية.

الخامس دعها تبرد لبضع ثوان في الهواء ، ثم استخدمها على الفور.

السادس لا تضع الحلقة لأسفل أو تلوح بها.

السابع أعد تعقيم الحلقة بعد الاستخدام مباشرة.

الطريقة الأولى (أفقية أكثر)

أنا ضع طرف مقبض الحلقة في الجزء الساخن من اللهب ، مع وجود الحلقة خارج اللهب ، واترك وقتًا للحرارة لتنتقل على طول السلك إلى طرف الحلقة ، مع تسخينها مسبقًا.

ثانيا ارسم السلك بثبات من خلال الجزء الأكثر سخونة من اللهب بحيث يتوهج كل جزء منه باللون الأحمر.

ثالثا أخيرًا ، ارسم الطرف في اللهب واتركه يتوهج باللون الأحمر.

الطريقة الثانية (أكثر عمودية)

أنا ضع طرف الحلقة في الجزء الأكثر برودة من لهب موقد بنسن - المخروط الأزرق - مع وضع باقي السلك في الجزء الأكثر سخونة من اللهب. يعمل هذا على تسخين طرف الحلقة وأي سوائل عليها مسبقًا.

ثانيا انتظر حتى يصبح السلك أحمر ساخن.

باستخدام ماصة

تستخدم الماصات المعقمة المتدرجة أو المتساقطة (باستير) لنقل الثقافات والوسائط المعقمة والمحاليل المعقمة.

أ قم بإزالة الماصة من الحاوية / الغلاف بنهاية تحتوي على سدادة من الصوف القطني ، مع الحرص على لمس أقل قدر من الماصة بقدر ما تحتاج لتثبيته بإحكام.

ب تناسب الحلمة. من المفيد أحيانًا غمس الحلمة أولاً في سائل معقم لتزليقها.

ج أمسك ماسورة الماصة كما تفعل بالقلم ، لكن لا تمسك الحلمة. هذا يترك إصبعك الصغير حراً للإمساك بالغطاء / سدادة من الصوف القطني للزجاجة / أنبوب الاختبار وإبهامك للتحكم في الحلمة.

د اضغط على الحلمة بحذر وشرب كمية من السائل كافية للكمية المطلوبة ، لكن لا تصل إلى سدادة الصوف القطني وتبللها. يؤدي الضغط على الحلمة بطرف الماصة أسفل سطح السائل إلى ظهور فقاعات هواء قد تسبب "البصق" وبالتالي تكوين الهباء الجوي. تجنب ذلك عن طريق الضغط على الحلمة قبل وضع الحافة في السائل. ثم حرر الضغط برفق حتى يتم سحب الكمية المطلوبة من السائل ، وارفع طرف الماصة من السائل.

ه أعد أي فائض بلطف.

F مباشرة بعد الاستخدام ، ضع الماصة الملوثة في قدر قريب من المطهر.

ز قم بإزالة الحلمة فقط بمجرد أن تكون الماصة داخل وعاء التخلص ، وإلا فإن قطرات المزرعة ستلوث سطح العمل.

اشتعال عنق الزجاجات وأنابيب الاختبار

هذا يضمن عدم دخول الكائنات الحية الدقيقة إلى فم الوعاء لتلوث المزرعة أو الوسط. يؤدي تمرير فم الزجاجة عبر اللهب إلى إنتاج تيار حراري بعيدًا عن الفتحة ، ويساعد على منع التلوث. يقع الجزء الساخن من اللهب فوق "المخروط" الأزرق الداخلي اللامع ويجب تحريك الوعاء عبر اللهب ، وليس تثبيته في مكانه.

أ قم بفك غطاء الزجاجة بحيث يمكن إزالته بسهولة.

ب ارفع الزجاجة / أنبوب الاختبار بيدك اليسرى.

ج قم بإزالة الغطاء / سدادة الصوف القطني للزجاجة / أنبوب الاختبار مع ثني الإصبع الصغير باتجاه راحة يدك اليمنى. (اقلب الزجاجة ، وليس الغطاء).

د لا تضع الغطاء / سدادة الصوف القطني.

ه قم بإشعال عنق الزجاجة / أنبوب الاختبار عن طريق تمرير الرقبة للأمام والخلف من خلال لهب موقد بنسن الساخن.

F بعد تنفيذ الإجراء المطلوب ، على سبيل المثال ، سحب المزرعة ، استبدل الغطاء / سدادة الصوف القطني على الزجاجة / أنبوب الاختبار باستخدام إصبعك الصغير. يعتني! الزجاجة ستكون ساخنة. (اقلب الزجاجة ، وليس الغطاء).

ز إذا فقدت سدادات الصوف القطني شكلها جزئيًا ، فيمكن توجيهها بسهولة أكبر إلى عنق الوعاء عن طريق لف فوهة الوعاء ببطء عند دفع السدادة لأسفل.

تطهير الأسطح

أ بالنسبة للفنيين ، يوصى بتطهير الإيثانول بسبب مفعولها السريع (حوالي 5 دقائق). سيكون الفنيون أكثر خبرة وقدرة على التعامل مع مخاطر الحريق المرتبطة بالعمل مع الإيثانول.

ب بالنسبة للتطهير من قبل الطلاب ، يعتبر محلول Virkon 1٪ أكثر أمانًا وأرخص ثمناً ، ولكن يجب ترك السطح مبللاً لمدة 10 دقائق.

روابط انترنت

http://www.microbiologyonline.org.uk/teachers/resources
جمعية علم الأحياء الدقيقة العام - مصدر علم الأحياء الدقيقة العملي الأساسي، وهو دليل ممتاز للتقنيات المخبرية وعلم الأحياء الدقيقة العملي للمدارس الثانوية ، ومجموعة مختارة من التطبيقات العملية المجربة والمختبرة باستخدام الكائنات الحية الدقيقة.

www.microbiologyonline.org.uk
يتم دعم MiSAC (اللجنة الاستشارية لعلم الأحياء الدقيقة في المدارس) من قبل جمعية علم الأحياء الدقيقة العامة (انظر أعلاه) وتتضمن مواقع الويب الخاصة بهم مزيدًا من معلومات السلامة ورابطًا لطلب النصيحة عبر البريد الإلكتروني.

(تم الوصول إلى المواقع الإلكترونية في أكتوبر 2011)

© 2019 ، الجمعية الملكية لعلم الأحياء ، 1 شارع ناوروجي ، لندن WC1X 0GB جمعية خيرية مسجلة رقم 277981 ، تأسست بموجب الميثاق الملكي


الملخص

تم تطوير علم الأحياء الدقيقة إلى حد كبير بفضل اكتشاف وسائط الثقافة وتحسينها. ابتكر لويس باستور أول وسط للزراعة الاصطناعية السائلة في عام 1860. وقد لوحظ في السابق نمو البكتيريا في المواد اليومية مثل بعض الأطعمة. سلطت هذه الملاحظات الضوء على أهمية البكتيريا والبيئة الطبيعية واحتياجاتها الغذائية في تطوير وسائط الاستزراع لعزلها. يتكون وسط الاستزراع بشكل أساسي من العناصر الأساسية (الماء ، العناصر الغذائية) ، والتي يجب أن تضاف إليها عوامل نمو مختلفة ستكون خاصة بكل بكتيريا وضرورية لنموها.

بدأ تطور الثقافة البكتيرية من خلال الوسائط المستخدمة لثقافتهم مع تطوير أول وسيلة استزراع صلبة بواسطة Koch ، مما سمح ليس فقط بإنتاج المستعمرات البكتيرية ، ولكن أيضًا بإمكانية تنقية استنساخ بكتيري. عامل التبلور الرئيسي المستخدم في وسائط الاستزراع الصلبة هو أجار. ومع ذلك ، فقد لوحظت بعض القيود في استخدام الأجار بسبب بعض البكتيريا شديدة الحساسية للأكسجين التي لا تنمو على وسط أجار ، وتم اقتراح بدائل أخرى واختبارها. بعد ذلك ، أدى اكتشاف العوامل المضادة للميكروبات وأهدافها المحددة إلى ظهور وسائط انتقائية. هذه العوامل المثبطة تجعل من الممكن القضاء على البكتيريا غير المرغوب فيها من الجراثيم واختيار البكتيريا المطلوبة. بفضل المعرفة الأفضل بالبيئة البكتيرية ، سيكون من الممكن تطوير وسائط استزراع جديدة وظروف استزراع جديدة ، تتكيف بشكل أفضل مع بعض البكتيريا شديدة الحساسية التي يصعب عزلها.


بروتوكول ثقافة الخلية

المواد اللازمة لزراعة الخلايا:

  • مصدر للخلايا
  • وسط النمو مع العناصر الغذائية الأساسية
  • عوامل النمو
  • أطباق الثقافة المناسبة لنوع الخلية
  • حاضنة تنظم الغاز ودرجة الحرارة

يمكن عزل الخلايا من المصدر الأساسي ، مثل عضو أو نسيج من كائن حي ، أو من مصدر ثانوي ، مثل خط خلوي متجمد.

الخطوة 2

يتم تحضير محلول وسائط النمو بعوامل نمو مناسبة لنوع الخلية (على سبيل المثال ، عوامل نمو البشرة لخلايا البشرة ، السيتوكينات للخلايا المناعية). يجب ترشيح الوسائط معقم وعادة ما تحتوي على مضادات حيوية لمنع التلوث الجرثومي لثقافة الخلية.

الخطوه 3

يتم حساب هذه الخلايا إذا لم تكن الكمية معروفة بالفعل. يتم تكوير العدد المعروف للخلايا وإعادة تعليقها في وسط النمو المحضر. يجب أن يكون حجم إعادة تعليق الخلية هو الأمثل لطبق الثقافة وكمية الخلايا لكل طبق (أي كثافة الخلية).

الخطوة 4

يتم نقل إعادة تعليق الخلية إلى طبق الثقافة المناسب ورجها برفق لإنشاء تشتت الخلايا على الطبق.

الخطوة الخامسة

يتم وضع الطبق في الحاضنة مع أول أكسيد الكربون2 و O2، ودرجة الحرارة المحددة بشكل مناسب لخط الخلية أو النوع. يُسمح للخلايا بالربط (إذا كانت ملتصقة) وتنمو خلال اليومين المقبلين.

الخطوة 6

يُسمح للخلايا بالنمو على النحو الأمثل والتجمع خلال اليومين المقبلين باستخدام تغييرات وسائط جديدة بانتظام.

الخطوة 7

عندما تصل الخلايا إلى التقاء ، تكون جاهزة للمرور. يتم ذلك عن طريق إزالة وسط النمو وإضافة وسائط تفكك بحيث تنفصل الخلايا ، إذا كانت ملتصقة بالطبق ، عن نفسها. بمجرد فصل الخلايا ، يتم نقلها إلى أنبوب حيث يتم تكويرها وغسلها عدة مرات. يتم حسابها أيضًا وتقييمها عادةً لموت الخلايا. ثم يتم إعادة تعليق الكمية الجديدة من الخلايا مرة أخرى وتخفيفها في وسط نمو محضر حديثًا ، كما كان من قبل ، لكثافة الخلية المناسبة. يتم بعد ذلك وضع تعليق الخلايا هذا على أطباق مستنبتة جديدة ويسمح لها بالنمو مرة أخرى حتى الالتقاء.

يمكن أن تستمر العملية حتى يتم الوصول إلى الكمية المطلوبة من الخلايا أو الممرات.


9.1 كيف تنمو الميكروبات

جيني ، امرأة حامل تبلغ من العمر 24 عامًا في الثلث الثاني من حملها ، تزور عيادة تعاني من شكاوى من ارتفاع درجة الحرارة ، 38.9 درجة مئوية (102 درجة فهرنهايت) ، والتعب ، وآلام في العضلات - علامات وأعراض تشبه أعراض الأنفلونزا. تمارس جيني بانتظام وتتبع نظامًا غذائيًا مغذيًا مع التركيز على الأطعمة العضوية ، بما في ذلك الحليب الخام الذي تشتريه من سوق المزارعين المحليين. جميع تحصيناتها محدثة. ومع ذلك ، فإن مقدم الرعاية الصحية الذي يرى جيني يشعر بالقلق ويطلب إرسال عينة دم لفحصها من قبل مختبر الأحياء الدقيقة.

انتقل إلى مربع التركيز السريري التالي

تتضمن دورة الخلية البكتيرية تكوين خلايا جديدة من خلال تكرار الحمض النووي وتقسيم المكونات الخلوية إلى خليتين ابنتيتين. في بدائيات النوى ، يكون التكاثر دائمًا لاجنسيًا ، على الرغم من حدوث إعادة تركيب جيني واسع النطاق في شكل نقل جيني أفقي ، كما سيتم استكشافه في فصل مختلف. تحتوي معظم البكتيريا على كروموسوم دائري واحد ، ولكن توجد بعض الاستثناءات. على سبيل المثال، بوريليا برغدورفيرية ، العامل المسبب لمرض لايم ، لديه كروموسوم خطي.

الانشطار الثنائي

الآلية الأكثر شيوعًا لتكاثر الخلايا في البكتيريا هي عملية تسمى الانشطار الثنائي ، والتي تم توضيحها في الشكل 9.2. قبل الانقسام ، تنمو الخلية وتزيد من عدد مكوناتها الخلوية. بعد ذلك ، يبدأ تكرار الحمض النووي في موقع على الكروموسوم الدائري يسمى أصل النسخ المتماثل ، حيث يرتبط الكروموسوم بغشاء الخلية الداخلي. يستمر النسخ المتماثل في اتجاهات متعاكسة على طول الكروموسوم حتى يتم الوصول إلى النهاية.

ينقبض مركز الخلية المتضخمة حتى تتشكل خليتان ابنتان ، يتلقى كل نسل نسخة كاملة من الجينوم الأبوي وتقسيم السيتوبلازم (الحركية الخلوية). يتم توجيه عملية الانقسام الخلوي والانقسام الخلوي بواسطة بروتين يسمى FtsZ. يتجمع FtsZ في حلقة Z على الغشاء السيتوبلازمي (الشكل 9.3). يتم تثبيت الحلقة Z بواسطة بروتينات مرتبطة بـ FtsZ وتحدد مستوى الانقسام بين الخليتين الوليدين. تتم إضافة البروتينات الإضافية المطلوبة لتقسيم الخلية إلى الحلقة Z لتشكيل بنية تسمى القسمة. ينشط الانقسام لإنتاج جدار خلوي ببتيدوغليكان وبناء حاجز يقسم الخليتين الوليدين. يتم فصل الخلايا الوليدة عن طريق الحاجز الانقسام ، حيث يجب إعادة تشكيل جميع الطبقات الخارجية للخلايا (جدار الخلية والأغشية الخارجية ، إن وجدت) لاستكمال الانقسام. على سبيل المثال ، نعلم أن إنزيمات معينة تكسر الروابط بين المونومرات في الببتيدوغليكان وتسمح بإضافة وحدات فرعية جديدة على طول حاجز الانقسام.

تأكد من فهمك

  • ما هو اسم البروتين الذي يتجمع في حلقة Z لبدء الحركة الخلوية وانقسام الخلايا؟

وقت الجيل

في الكائنات حقيقية النواة ، يكون وقت التوليد هو الوقت بين نفس نقاط دورة الحياة في جيلين متتاليين. على سبيل المثال ، وقت التوليد النموذجي للبشر هو 25 عامًا. هذا التعريف غير عملي بالنسبة للبكتيريا ، التي قد تتكاثر بسرعة أو تظل كامنة لآلاف السنين. في بدائيات النوى (البكتيريا والعتائق) ، يُطلق على وقت التوليد أيضًا وقت المضاعفة ويتم تعريفه على أنه الوقت الذي يستغرقه السكان لمضاعفة خلال جولة واحدة من الانشطار الثنائي. تختلف أوقات مضاعفة البكتيريا بشكل كبير. بينما الإشريكية القولونية يمكن أن تتضاعف في أقل من 20 دقيقة في ظل ظروف النمو المثلى في المختبر ، وقد تحتاج البكتيريا من نفس النوع إلى عدة أيام لتتضاعف في البيئات القاسية بشكل خاص. تنمو معظم مسببات الأمراض بسرعة ، مثل بكتريا قولونية، ولكن هناك استثناءات. على سبيل المثال، السل الفطري ، العامل المسبب لمرض السل ، يتراوح عمره بين 15 و 20 ساعة. من ناحية أخرى، M. الجذام، الذي يسبب مرض هانسن (الجذام) ، ينمو بشكل أبطأ بكثير ، مع مضاعفة الوقت لمدة 14 يومًا.

اتصالات مايكرو

حساب عدد الخلايا

من الممكن التنبؤ بعدد الخلايا في مجموعة سكانية عندما تنقسم عن طريق الانشطار الثنائي بمعدل ثابت. كمثال ، ضع في اعتبارك ما يحدث إذا انقسمت خلية واحدة كل 30 دقيقة لمدة 24 ساعة. يوضح الرسم البياني في الشكل 9.4 الزيادة في أرقام الخلايا للأجيال الثلاثة الأولى.

يزداد عدد الخلايا أضعافًا مضاعفة ويمكن التعبير عنها على أنها 2 ن ، أين ن هو عدد الأجيال. إذا انقسمت الخلايا كل 30 دقيقة ، بعد 24 ساعة ، يكون قد حدث 48 انقسامًا. إذا طبقنا الصيغة 2 ن ، أين ن يساوي 48 ، ستؤدي الخلية المفردة إلى ظهور 2 48 أو 281،474،976،710،656 خلية في 48 جيلًا (24 ساعة). عند التعامل مع مثل هذه الأعداد الضخمة ، يكون استخدام التدوين العلمي أكثر عملية. لذلك ، نعبر عن عدد الخلايا على أنه 2.8 × 10 14 خلية.

في مثالنا ، استخدمنا خلية واحدة كرقم أولي للخلايا. لأي عدد من خلايا البداية ، يتم تكييف الصيغة على النحو التالي:

نن هو عدد الخلايا في أي جيل ن, ن0 هو العدد الأولي للخلايا ، و ن هو عدد الأجيال.

تأكد من فهمك

  • مع مضاعفة الوقت لمدة 30 دقيقة وحجم المجموعة الأولي 1 × 10 5 خلايا ، كم عدد الخلايا التي ستكون موجودة بعد ساعتين ، بافتراض عدم موت الخلية؟

منحنى النمو

تنمو الكائنات الحية الدقيقة في مزرعة مغلقة (تُعرف أيضًا باسم مزرعة الدُفعات) ، حيث لا يتم إضافة أي مغذيات ولا تتم إزالة معظم النفايات ، تتبع نمط نمو قابل للتكاثر يُشار إليه باسم منحنى النمو. مثال على الاستزراع الدفعي في الطبيعة هو البركة التي ينمو فيها عدد صغير من الخلايا في بيئة مغلقة. يتم تعريف كثافة الثقافة على أنها عدد الخلايا لكل وحدة حجم. في بيئة مغلقة ، تعد كثافة الثقافة أيضًا مقياسًا لعدد الخلايا في السكان. لا تتبع التهابات الجسم دائمًا منحنى النمو ، ولكن يمكن أن توجد ارتباطات اعتمادًا على موقع العدوى ونوعها. عندما يتم رسم عدد الخلايا الحية مقابل الوقت ، يمكن ملاحظة مراحل مميزة في المنحنى (الشكل 9.5).

مرحلة التأخر

تمثل بداية منحنى النمو عددًا صغيرًا من الخلايا ، يشار إليها باسم اللقاح ، والتي يتم إضافتها إلى وسط زراعة جديد ، وهو مرق غذائي يدعم النمو. تسمى المرحلة الأولية لمنحنى النمو بمرحلة التأخر ، والتي تستعد خلالها الخلايا للمرحلة التالية من النمو. لا يتغير عدد الخلايا خلال مرحلة التأخر ، ومع ذلك ، تنمو الخلايا بشكل أكبر وتكون نشطة التمثيل الغذائي ، وتوليف البروتينات اللازمة للنمو داخل الوسط. إذا تعرضت أي خلايا للتلف أو الصدمة أثناء النقل إلى الوسط الجديد ، فسيتم الإصلاح خلال مرحلة التأخر. يتم تحديد مدة مرحلة التأخر من خلال العديد من العوامل ، بما في ذلك الأنواع والتركيب الجيني للخلايا ، وتكوين الوسط ، وحجم اللقاح الأصلي.

مرحلة السجل

في مرحلة النمو اللوغاريتمي (اللوغاريتمي) ، والتي تسمى أحيانًا مرحلة النمو الأسي ، تنقسم الخلايا بنشاط عن طريق الانشطار الثنائي ويزداد عددها أضعافًا مضاعفة. بالنسبة لأي نوع من أنواع البكتيريا ، يتم تحديد وقت التوليد في ظل ظروف نمو معينة (العناصر الغذائية ، ودرجة الحرارة ، ودرجة الحموضة ، وما إلى ذلك) وراثيًا ، ويسمى وقت التوليد هذا معدل النمو الداخلي. خلال مرحلة السجل ، لا تكون العلاقة بين الوقت وعدد الخلايا خطية ولكنها أسية ، ومع ذلك ، غالبًا ما يتم رسم منحنى النمو على رسم بياني شبه لوغاريتمي ، كما هو موضح في الشكل 9.6 ، والذي يعطي مظهرًا لعلاقة خطية.

تظهر الخلايا في مرحلة السجل معدل نمو ثابتًا ونشاطًا استقلابيًا موحدًا. لهذا السبب ، تُستخدم الخلايا في مرحلة السجل بشكل تفضيلي للتطبيقات الصناعية وأعمال البحث. مرحلة السجل هي أيضًا المرحلة التي تكون فيها البكتيريا هي الأكثر عرضة لتأثير المطهرات والمضادات الحيوية الشائعة التي تؤثر على البروتين والحمض النووي وتركيب جدار الخلية.

مرحلة ثابتة

مع زيادة عدد الخلايا خلال مرحلة السجل ، تساهم عدة عوامل في إبطاء معدل النمو. تتراكم منتجات النفايات ويتم استخدام العناصر الغذائية تدريجياً. بالإضافة إلى ذلك ، يبدأ النضوب التدريجي للأكسجين في الحد من نمو الخلايا الهوائية. هذا المزيج من الظروف غير المواتية يبطئ النمو السكاني ويوقفه في النهاية. يصل العدد الإجمالي للخلايا الحية إلى هضبة يشار إليها بالمرحلة الثابتة (الشكل 9.5). في هذه المرحلة ، أصبح عدد الخلايا الجديدة التي تم إنشاؤها عن طريق الانقسام الخلوي مكافئًا لعدد الخلايا التي تموت ، وبالتالي فإن إجمالي عدد الخلايا الحية راكد نسبيًا. كثافة الثقافة في ثقافة ثابتة ثابتة.تعتمد القدرة الاستيعابية للثقافة ، أو الكثافة القصوى للاستزراع ، على أنواع الكائنات الحية الدقيقة في الاستزراع والظروف المحددة للثقافة ، ومع ذلك ، فإن القدرة الاستيعابية ثابتة لكائن حي معين ينمو في نفس الظروف.

خلال المرحلة الثابتة ، تتحول الخلايا إلى وضع البقاء على قيد الحياة من التمثيل الغذائي. مع تباطؤ النمو ، يتباطأ أيضًا تخليق الببتيدوغليكان والبروتينات والأحماض النووية ، وبالتالي تكون الثقافات الثابتة أقل عرضة للمضادات الحيوية التي تعطل هذه العمليات. في البكتيريا القادرة على إنتاج الأبواغ الداخلية ، تخضع العديد من الخلايا لعملية التبويض أثناء المرحلة الثابتة. يتم تصنيع المستقلبات الثانوية ، بما في ذلك المضادات الحيوية ، في المرحلة الثابتة. في بعض البكتيريا المسببة للأمراض ، ترتبط المرحلة الثابتة أيضًا بالتعبير عن عوامل الفوعة ، وهي منتجات تساهم في قدرة الميكروب على البقاء والتكاثر والتسبب في المرض في الكائن الحي المضيف. على سبيل المثال ، استشعار النصاب في المكورات العنقودية الذهبية يبدأ في إنتاج الإنزيمات التي يمكن أن تكسر الأنسجة البشرية والحطام الخلوي ، مما يمهد الطريق للبكتيريا للانتشار إلى أنسجة جديدة حيث تكون المغذيات أكثر وفرة.

مرحلة الموت

نظرًا لأن وسط الاستزراع يتراكم النفايات السامة ويتم استنفاد العناصر الغذائية ، تموت الخلايا بأعداد أكبر وأكبر. قريباً ، يتجاوز عدد الخلايا المحتضرة عدد الخلايا المنقسمة ، مما يؤدي إلى انخفاض أسي في عدد الخلايا (الشكل 9.5). هذه هي مرحلة الموت المسماة بشكل مناسب ، وتسمى أحيانًا مرحلة الانحدار. تتلاشى العديد من الخلايا وتطلق المغذيات في الوسط ، مما يسمح للخلايا الباقية بالحفاظ على قابليتها للحياة وتشكيل الأبواغ الداخلية. تتميز بعض الخلايا ، المسماة بالمثابرة ، بمعدل استقلاب بطيء. تعتبر خلايا بيرسيستر ذات أهمية طبية لأنها مرتبطة ببعض أنواع العدوى المزمنة ، مثل السل ، التي لا تستجيب للعلاج بالمضادات الحيوية.

الحفاظ على النمو الميكروبي

يحدث نمط النمو الموضح في الشكل 9.5 في بيئة مغلقة لا تتم إضافة المغذيات ولا تتم إزالة النفايات والخلايا الميتة. ومع ذلك ، في كثير من الحالات ، من المفيد الحفاظ على الخلايا في المرحلة اللوغاريتمية للنمو. أحد الأمثلة في الصناعات التي تحصد المنتجات الميكروبية. يتم استخدام ناظم كيميائي (الشكل 9.7) للحفاظ على ثقافة مستمرة يتم فيها توفير العناصر الغذائية بمعدل ثابت. يتم خلط كمية محكومة من الهواء للعمليات الهوائية. تتم إزالة المعلق البكتيري بنفس معدل تدفق العناصر الغذائية للحفاظ على بيئة نمو مثالية.

تأكد من فهمك

  • في أي مرحلة يحدث النمو بأسرع معدل؟
  • اذكر عاملين يحدان من نمو الميكروبات.

قياس النمو البكتيري

يعد تقدير عدد الخلايا البكتيرية في العينة ، والمعروف باسم العدد البكتيري ، مهمة شائعة يقوم بها علماء الأحياء الدقيقة. عدد البكتيريا في العينة السريرية بمثابة مؤشر على مدى انتشار العدوى. تعتمد مراقبة جودة مياه الشرب والغذاء والأدوية وحتى مستحضرات التجميل على تقديرات أعداد البكتيريا للكشف عن التلوث ومنع انتشار المرض. يتم استخدام طريقتين رئيسيتين لقياس رقم الخلية. تتضمن الطرق المباشرة عد الخلايا ، بينما تعتمد الطرق غير المباشرة على قياس وجود الخلية أو نشاطها دون حساب الخلايا الفردية فعليًا. كل من الأساليب المباشرة وغير المباشرة لها مزايا وعيوب لتطبيقات محددة.

عدد الخلايا المباشر

يشير تعداد الخلايا المباشر إلى عد الخلايا في مزرعة سائلة أو مستعمرات على طبق. إنها طريقة مباشرة لتقدير عدد الكائنات الحية الموجودة في العينة. لنلقِ نظرة أولاً على طريقة بسيطة وسريعة لا تتطلب سوى شريحة متخصصة ومجهرًا مركبًا.

يُطلق على أبسط طريقة لحساب البكتيريا تعداد الخلايا المجهري المباشر ، والذي يتضمن نقل حجم معروف من الثقافة إلى شريحة معايرة وعد الخلايا تحت المجهر الضوئي. تسمى الشريحة المعايرة بغرفة Petroff-Hausser (الشكل 9.8) وهي تشبه مقياس الكريات الحمر المستخدم في عد خلايا الدم الحمراء. المنطقة المركزية لغرفة العد محفورة في مربعات بأحجام مختلفة. يتم إضافة عينة من تعليق الثقافة إلى الغرفة تحت غطاء الذي يتم وضعه على ارتفاع معين من سطح الشبكة. من الممكن تقدير تركيز الخلايا في العينة الأصلية عن طريق حساب الخلايا الفردية في عدد من المربعات وتحديد حجم العينة التي تمت ملاحظتها. يتم تحديد مساحة المربعات والارتفاع الذي يتم وضع الغطاء عليه للغرفة. يجب تصحيح التركيز للتخفيف إذا تم تخفيف العينة قبل العد.

يجب حساب الخلايا الموجودة في عدة مربعات صغيرة وأخذ المتوسط ​​للحصول على قياس موثوق. تتمثل مزايا الغرفة في أن الطريقة سهلة الاستخدام وسريعة نسبيًا وغير مكلفة. على الجانب السلبي ، لا تعمل غرفة العد بشكل جيد مع الثقافات المخففة لأنه قد لا يكون هناك عدد كافٍ من الخلايا للعد.

لا ينتج عن استخدام غرفة العد بالضرورة تعدادًا دقيقًا لعدد الخلايا الحية لأنه ليس من الممكن دائمًا التمييز بين الخلايا الحية والخلايا الميتة والحطام من نفس الحجم تحت المجهر. ومع ذلك ، فإن تقنيات التلوين الفلورية المطورة حديثًا تجعل من الممكن التمييز بين البكتيريا القابلة للحياة والميتة. ترتبط بقع الصلاحية (أو البقع الحية) بالأحماض النووية ، لكن البقع الأولية والثانوية تختلف في قدرتها على عبور الغشاء السيتوبلازمي. يمكن أن تخترق البقعة الأولية ، التي تتألق باللون الأخضر ، الأغشية السيتوبلازمية السليمة ، مما يؤدي إلى تلطيخ الخلايا الحية والميتة. يمكن للبقعة الثانوية ، التي تتألق باللون الأحمر ، أن تلطخ الخلية فقط في حالة تلف الغشاء السيتوبلازمي بشكل كبير. وهكذا ، تتألق الخلايا الحية باللون الأخضر لأنها تمتص البقعة الخضراء فقط ، بينما تظهر الخلايا الميتة باللون الأحمر لأن البقعة الحمراء تزيح البقعة الخضراء على أحماضها النووية (الشكل 9.9).

تستخدم تقنية أخرى جهازًا إلكترونيًا لعد الخلايا (عداد كولتر) لاكتشاف وحساب التغيرات في المقاومة الكهربائية في محلول ملحي. يتم غمر أنبوب زجاجي بفتحة صغيرة في محلول إلكتروليت. يتم تعليق القطب الكهربي الأول في الأنبوب الزجاجي. يوجد قطب كهربائي ثانٍ خارج الأنبوب. عندما يتم سحب الخلايا من خلال الفتحة الصغيرة في الأنبوب الزجاجي ، فإنها تغير لفترة وجيزة المقاومة المقاسة بين القطبين ويتم تسجيل التغيير بواسطة مستشعر إلكتروني (الشكل 9.10) يمثل كل تغيير في المقاومة خلية. هذه الطريقة سريعة ودقيقة ضمن نطاق من التركيزات ، ومع ذلك ، إذا كانت الثقافة مركزة للغاية ، فقد تمر أكثر من خلية واحدة عبر الفتحة في أي وقت محدد وتشوه النتائج. هذه الطريقة أيضًا لا تفرق بين الخلايا الحية والميتة.

توفر الأعداد المباشرة تقديرًا لإجمالي عدد الخلايا في العينة. ومع ذلك ، في كثير من الحالات ، من المهم معرفة عدد الخلايا الحية أو القابلة للحياة. هناك حاجة إلى تعداد الخلايا الحية عند تقييم مدى الإصابة ، وفعالية المركبات والأدوية المضادة للميكروبات ، أو تلوث الطعام والماء.

تأكد من فهمك

  • لماذا تحسب عدد الخلايا في أكثر من مربع واحد في غرفة Petroff-Hausser لتقدير أعداد الخلايا؟
  • في طريقة تلوين الصلاحية ، لماذا تظهر الخلايا الميتة باللون الأحمر؟

العد لوحة

عدد الصفائح القابلة للحياة ، أو ببساطة عدد الصفائح ، هو عدد الخلايا الحية أو القابلة للحياة. يعتمد على مبدأ أن الخلايا القابلة للحياة تتكاثر وتؤدي إلى ظهور مستعمرات مرئية عند الحضانة في ظل ظروف مناسبة للعينة. عادةً ما يتم التعبير عن النتائج كوحدة تشكيل مستعمرة لكل مليلتر (CFU / mL) بدلاً من خلايا لكل مليلتر لأن أكثر من خلية قد تكون قد هبطت في نفس المكان لتؤدي إلى ظهور مستعمرة واحدة. علاوة على ذلك ، يصعب تفريق عينات البكتيريا التي تنمو في مجموعات أو سلاسل ، وقد تمثل مستعمرة واحدة عدة خلايا. توصف بعض الخلايا بأنها قابلة للحياة ولكنها غير قابلة للزراعة ولن تشكل مستعمرات على وسط صلب. لكل هذه الأسباب ، يعتبر عدد الصفائح القابلة للحياة تقديرًا منخفضًا للعدد الفعلي للخلايا الحية. لا تنتقص هذه القيود من فائدة الطريقة التي توفر تقديرات لأعداد البكتيريا الحية.

يعد علماء الأحياء المجهرية عادةً صفائح تحتوي على 30-300 مستعمرة. لا تعطي العينات التي تحتوي على عدد قليل جدًا من المستعمرات (& lt30) أرقامًا موثوقة إحصائيًا ، كما أن اللوحات المكتظة (& gt300 مستعمرة) تجعل من الصعب حساب عدد المستعمرات الفردية بدقة. أيضًا ، تقلل التهم في هذا النطاق من حدوث أكثر من خلية بكتيرية واحدة تشكل مستعمرة واحدة. وبالتالي ، فإن CFU المحسوبة أقرب إلى العدد الحقيقي للبكتيريا الحية في السكان.

هناك طريقتان شائعتان لتلقيح الألواح للتهم القابلة للتطبيق: طريقة لوحة الصب وطريقة لوحة الانتشار. على الرغم من اختلاف إجراء التلقيح النهائي بين هاتين الطريقتين ، إلا أن كلاهما يبدأ بالتخفيف المتسلسل للثقافة.

التخفيف المتسلسل

يعد التخفيف المتسلسل للثقافة خطوة أولى مهمة قبل الانتقال إلى طريقة لوحة الصب أو لوحة الانتشار. الهدف من عملية التخفيف التسلسلي هو الحصول على صفائح مع CFUs في نطاق 30-300 ، وعادة ما تتضمن العملية عدة تخفيفات بمضاعفات 10 لتبسيط الحساب. يتم اختيار عدد التخفيفات المتسلسلة وفقًا لتقدير أولي لكثافة الثقافة. يوضح الشكل 9.11 طريقة التخفيف التسلسلي.

يضاف حجم ثابت من المستنبت الأصلي ، 1.0 مل ، ويخلط جيدًا مع محلول أنبوب التخفيف الأول ، والذي يحتوي على 9.0 مل من المرق المعقم. تمثل هذه الخطوة عامل تخفيف قدره 10 ، أو 1:10 ، مقارنة بالثقافة الأصلية. من هذا التخفيف الأول ، يتم سحب نفس الحجم ، 1.0 مل ، وخلطه بأنبوب جديد من 9.0 مل من محلول التخفيف. أصبح عامل التخفيف الآن 1: 100 مقارنةً بالثقافة الأصلية. تستمر هذه العملية حتى يتم إنتاج سلسلة من التخفيفات التي ستحصر تركيز الخلية المطلوب من أجل العد الدقيق. من كل أنبوب ، يتم طلاء العينة على وسط صلب باستخدام طريقة لوحة الصب (الشكل 9.12) أو طريقة لوحة الانتشار (الشكل 9.13). يتم تحضين الأطباق حتى تظهر المستعمرات. عادة ما يتم تحضير لوحين إلى ثلاثة أطباق من كل تخفيف ويتم حساب متوسط ​​عدد المستعمرات المحسوبة على كل لوحة. في جميع الحالات ، يعد الخلط الشامل للعينات مع وسيط التخفيف (لضمان توزيع الخلية في الأنبوب عشوائيًا) أمرًا بالغ الأهمية للحصول على نتائج موثوقة.

يتم استخدام عامل التخفيف لحساب عدد الخلايا في ثقافة الخلية الأصلية. في مثالنا ، تم حساب متوسط ​​50 مستعمرة على اللوحات التي تم الحصول عليها من التخفيف 1: 10000. نظرًا لأن 0.1 مل فقط من المعلق تم تجفيفه على اللوحة ، فإن المضاعف المطلوب لإعادة تكوين التركيز الأصلي هو 10 × 10000. عدد CFU لكل مل يساوي 50 × 10 × 10000 = 5،000،000. يقدر عدد البكتيريا في المستنبت بـ 5 ملايين خلية / مل. كان عدد المستعمرات التي تم الحصول عليها من التخفيف 1: 1000 هو 389 ، أقل بكثير من المتوقع 500 لفرق 10 أضعاف في التخفيفات. يسلط هذا الضوء على مشكلة عدم الدقة عندما يكون تعداد المستعمرات أكبر من 300 وتنمو أكثر من خلية بكتيرية في مستعمرة واحدة.

العينة المخففة للغاية - مياه الشرب ، على سبيل المثال - قد لا تحتوي على كائنات حية كافية لاستخدام أي من طرق عد الألواح الموصوفة. في مثل هذه الحالات ، يجب تركيز العينة الأصلية بدلاً من تخفيفها قبل الطلاء. يمكن تحقيق ذلك باستخدام تعديل لتقنية تعداد الصفائح تسمى تقنية الترشيح الغشائي. الأحجام المعروفة يتم ترشيحها بالتفريغ جو معقم و مطهر من خلال غشاء ذو ​​حجم مسام صغير بما يكفي لاصطياد الكائنات الحية الدقيقة. يتم نقل الغشاء إلى صفيحة بتري تحتوي على وسط نمو مناسب. تحسب المستعمرات بعد الحضانة. يتم حساب كثافة الخلية بقسمة عدد الخلايا على حجم السائل المصفى.

ارتباط بالتعلم

شاهد هذا الفيديو للتعرف على عمليات التخفيف المتسلسلة وتقنيات ألواح الانتشار.

الرقم الأكثر احتمالا

عادة ما يكون عدد الكائنات الحية الدقيقة في العينات المخففة منخفضًا جدًا بحيث لا يمكن اكتشافه بواسطة طرق عدد الألواح الموصوفة حتى الآن. بالنسبة لهذه العينات ، يستخدم علماء الأحياء الدقيقة بشكل روتيني طريقة الرقم الأكثر احتمالًا (MPN) ، وهو إجراء إحصائي لتقدير عدد الكائنات الحية الدقيقة القابلة للحياة في العينة. غالبًا ما تُستخدم طريقة MPN في عينات الماء والغذاء ، حيث تقوم بتقييم النمو القابل للاكتشاف من خلال ملاحظة التغيرات في التعكر أو اللون بسبب النشاط الأيضي.

التطبيق النموذجي لطريقة MPN هو تقدير عدد القولونيات في عينة من ماء البركة. القولونيات هي بكتيريا قضيب سالبة الجرام تخمر اللاكتوز. يعتبر وجود القولونيات في الماء علامة على التلوث بالبراز. بالنسبة للطريقة الموضحة في الشكل 9.14 ، يتم اختبار سلسلة من ثلاث تخفيفات لعينة الماء عن طريق تلقيح خمسة أنابيب مرق اللاكتوز مع 10 مل من العينة ، وخمسة أنابيب مرق اللاكتوز مع 1 مل من العينة ، وخمسة أنابيب مرق اللاكتوز مع 0.1 مل من عينة. تحتوي أنابيب مرق اللاكتوز على مؤشر الأس الهيدروجيني الذي يتغير من اللون الأحمر إلى الأصفر عند تخمير اللاكتوز. بعد التلقيح والحضانة ، يتم فحص الأنابيب بحثًا عن إشارة إلى نمو القولونيات عن طريق تغيير اللون في الوسائط من الأحمر إلى الأصفر. أظهرت المجموعة الأولى من الأنابيب (عينة 10 مل) نموًا في جميع الأنابيب ، وأظهرت المجموعة الثانية من الأنابيب (1 مل) نموًا في أنبوبين من أصل خمسة في المجموعة الثالثة من الأنابيب ، ولم يلاحظ أي نمو في أي من الأنابيب (0.1 مل تخفيف). تتم مقارنة الأرقام 5 و 2 و 0 بالشكل B1 في الملحق B ، والذي تم إنشاؤه باستخدام نموذج احتمالي لإجراء أخذ العينات. من قراءتنا للجدول ، نستنتج أن 49 هو العدد الأكثر احتمالًا للبكتيريا لكل 100 مل من ماء البركة.

تأكد من فهمك

  • ما هي وحدة تشكيل المستعمرة؟
  • ما الطريقتان اللتان تستخدمان كثيرًا لتقدير أعداد البكتيريا في عينات المياه؟

عدد الخلايا غير المباشرة

إلى جانب الطرق المباشرة لعد الخلايا ، تُستخدم طرق أخرى ، بناءً على الكشف غير المباشر عن كثافة الخلية ، لتقدير ومقارنة كثافة الخلايا في الثقافة. النهج الأول هو قياس التعكر (التعكر) لعينة من البكتيريا في معلق سائل. الأداة المختبرية المستخدمة لقياس العكارة تسمى مقياس الطيف الضوئي (الشكل 9.15). في مقياس الطيف الضوئي ، يتم إرسال شعاع ضوئي من خلال تعليق بكتيري ، ويتم قياس الضوء الذي يمر عبر التعليق بواسطة كاشف ، ويتم تحويل كمية الضوء التي تمر عبر العينة وتصل إلى الكاشف إما إلى نسبة إرسال أو قيمة لوغاريتمية تسمى الامتصاصية (الكثافة الضوئية). مع زيادة عدد البكتيريا في التعليق ، تزداد التعكر أيضًا ويؤدي إلى وصول ضوء أقل إلى الكاشف. يرتبط الانخفاض في الضوء الذي يمر عبر العينة والوصول إلى الكاشف بانخفاض في النسبة المئوية للانتقال وزيادة في الامتصاص المقاس بواسطة مقياس الطيف الضوئي.

يعد قياس التعكر طريقة سريعة لتقدير كثافة الخلية طالما أن هناك خلايا كافية في العينة لإنتاج التعكر. من الممكن ربط قراءات التعكر بالعدد الفعلي للخلايا عن طريق إجراء عدد صفائح قابل للتطبيق للعينات المأخوذة من الثقافات التي لها مجموعة من قيم الامتصاص. باستخدام هذه القيم ، يتم إنشاء منحنى المعايرة عن طريق رسم التعكر كدالة لكثافة الخلية. بمجرد إنتاج منحنى المعايرة ، يمكن استخدامه لتقدير عدد الخلايا لجميع العينات التي تم الحصول عليها أو المزروعة في ظل ظروف مماثلة وبكثافات ضمن نطاق القيم المستخدمة لإنشاء المنحنى.

يعد قياس الوزن الجاف لعينة مستنبت طريقة أخرى غير مباشرة لتقييم كثافة الثقافة دون قياس تعداد الخلايا بشكل مباشر. يجب تركيز المعلق الخلوي المستخدم في الوزن عن طريق الترشيح أو الطرد المركزي ، وغسله ، ثم تجفيفه قبل أخذ القياسات. يجب أن تكون درجة التجفيف موحدة لحساب محتوى الماء المتبقي. هذه الطريقة مفيدة بشكل خاص للكائنات الدقيقة الخيطية ، والتي يصعب تعدادها عن طريق تعداد الصفائح المباشر أو القابل للتطبيق.

كما رأينا ، يمكن أن تكون طرق تقدير أعداد الخلايا القابلة للحياة كثيفة العمالة وتستغرق وقتًا لأن الخلايا يجب أن تنمو. في الآونة الأخيرة ، تم تطوير طرق غير مباشرة لقياس الخلايا الحية سريعة وسهلة التنفيذ. تقيس هذه الطرق نشاط الخلية من خلال متابعة إنتاج المنتجات الأيضية أو اختفاء المواد المتفاعلة. يمكن مراقبة تكوين الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) والتخليق الحيوي للبروتينات والأحماض النووية واستهلاك الأكسجين لتقدير عدد الخلايا.

تأكد من فهمك

  • ما هو الغرض من منحنى المعايرة عند تقدير عدد الخلايا من قياسات التعكر؟
  • ما هي أحدث الطرق غير المباشرة لعد الخلايا الحية؟

الأنماط البديلة لتقسيم الخلايا

الانشطار الثنائي هو النمط الأكثر شيوعًا لانقسام الخلايا في بدائيات النوى ، لكنه ليس النمط الوحيد. تتضمن الآليات الأخرى عادةً تقسيمًا غير متماثل (كما في التبرعم) أو إنتاج أبواغ في خيوط هوائية.

في بعض البكتيريا الزرقاء ، قد تتراكم العديد من النوكلييدات في خلية دائرية متضخمة أو على طول خيوط ، مما يؤدي إلى توليد العديد من الخلايا الجديدة في وقت واحد. غالبًا ما تنفصل الخلايا الجديدة عن الفتيل الأصلي وتطفو بعيدًا في عملية تسمى التجزئة (الشكل 9.16). يتم ملاحظة التجزئة بشكل شائع في الفطريات الشعاعية ، وهي مجموعة من البكتيريا اللاهوائية موجبة الجرام والتي توجد عادة في التربة. مثال آخر غريب على انقسام الخلايا في بدائيات النوى ، يذكرنا بالولادة الحية في الحيوانات ، تعرضه البكتيريا العملاقة Epulopiscium . تنمو العديد من الخلايا الوليدة بشكل كامل في الخلية الأم ، والتي تتفكك في النهاية ، وتطلق الخلايا الجديدة في البيئة. قد تشكل الأنواع الأخرى امتدادًا ضيقًا طويلًا في قطب واحد في عملية تسمى التبرعم. يتضخم طرف الامتداد ويشكل خلية أصغر ، وهو البرعم الذي ينفصل في النهاية عن الخلية الأم. يعتبر التبرعم أكثر شيوعًا في الخميرة (الشكل 9.16) ، ولكنه لوحظ أيضًا في بكتيريا البروستاتا وبعض البكتيريا الزرقاء.

بكتيريا التربة الشعيات تنمو في خيوط طويلة مقسمة بواسطة حواجز ، على غرار الفطريات الفطرية التي تظهر في الفطريات ، مما ينتج عنه خلايا طويلة ذات نيوكلييدات متعددة. تؤدي الإشارات البيئية ، التي ربما تتعلق بتوافر المغذيات المنخفض ، إلى تكوين خيوط هوائية. داخل هذه الخيوط الهوائية ، تنقسم الخلايا الممدودة في وقت واحد. تتطور الخلايا الجديدة ، التي تحتوي على نواة واحدة ، إلى جراثيم تؤدي إلى ظهور مستعمرات جديدة.

تأكد من فهمك

الأغشية الحيوية

في الطبيعة ، تنمو الكائنات الحية الدقيقة بشكل رئيسي في الأغشية الحيوية ، والنظم الإيكولوجية المعقدة والديناميكية التي تتشكل على مجموعة متنوعة من الأسطح البيئية ، من القنوات الصناعية وأنابيب معالجة المياه إلى الصخور في قيعان الأنهار. ومع ذلك ، لا تقتصر الأغشية الحيوية على ركائز سطحية صلبة. تقريبًا أي سطح في بيئة سائلة يحتوي على الحد الأدنى من العناصر الغذائية سيؤدي في النهاية إلى تكوين غشاء حيوي. فالحصائر الميكروبية التي تطفو على الماء ، على سبيل المثال ، عبارة عن أغشية حيوية تحتوي على أعداد كبيرة من الكائنات الحية الدقيقة التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي. قد تحتوي الأغشية الحيوية الموجودة في فم الإنسان على مئات الأنواع البكتيرية.بغض النظر عن البيئة التي تحدث فيها ، فإن الأغشية الحيوية ليست مجموعات عشوائية من الكائنات الحية الدقيقة بدلاً من ذلك ، فهي مجتمعات منظمة للغاية توفر ميزة انتقائية للكائنات الدقيقة المكونة لها.

هيكل بيوفيلم

أظهرت الملاحظات باستخدام الفحص المجهري متحد البؤر أن الظروف البيئية تؤثر على الهيكل العام للأغشية الحيوية. تتشكل الأغشية الحيوية الخيطية التي تسمى اللافتات في المياه المتدفقة بسرعة ، مثل تيارات المياه العذبة ، والدوامات ، وخلايا التدفق المختبرية المصممة خصيصًا لتكرار ظروف النمو في السوائل سريعة الحركة. يتم تثبيت اللافتات على الركيزة بواسطة "رأس" و "الذيل" يطفو في اتجاه التيار. في المياه الساكنة أو البطيئة الحركة ، تتخذ الأغشية الحيوية أساسًا شكلًا يشبه الفطر. قد يتغير هيكل الأغشية الحيوية أيضًا مع الظروف البيئية الأخرى مثل توافر المغذيات.

تكشف الملاحظات التفصيلية للأغشية الحيوية تحت الليزر متحد البؤر والمجاهر الإلكترونية عن مجموعات من الكائنات الحية الدقيقة المضمنة في مصفوفة تتخللها قنوات المياه المفتوحة. تتكون المصفوفة خارج الخلية من مواد بوليمرية خارج الخلية (EPS) تفرزها الكائنات الحية في الأغشية الحيوية. تمثل المصفوفة خارج الخلية جزءًا كبيرًا من الغشاء الحيوي ، وهو ما يمثل 50٪ - 90٪ من إجمالي الكتلة الجافة. تختلف خصائص EPS وفقًا للكائنات الحية والظروف البيئية.

EPS عبارة عن جل رطب يتكون أساسًا من عديد السكاريد ويحتوي على جزيئات ضخمة أخرى مثل البروتينات والأحماض النووية والدهون. يلعب دورًا رئيسيًا في الحفاظ على سلامة ووظيفة البيوفيلم. تسمح القنوات الموجودة في EPS بحركة العناصر الغذائية والنفايات والغازات في جميع أنحاء البيوفيلم. هذا يحافظ على ترطيب الخلايا ، ويمنع الجفاف. يحمي EPS أيضًا الكائنات الحية في الأغشية الحيوية من الافتراس من قبل الميكروبات أو الخلايا الأخرى (على سبيل المثال ، الكائنات الأولية ، خلايا الدم البيضاء في جسم الإنسان).

تشكيل بيوفيلم

تسمى الخلايا الميكروبية الحرة العائمة التي تعيش في بيئة مائية بالخلايا البلانكتونية. يتضمن تكوين الغشاء الحيوي الرقيق بشكل أساسي ربط الخلايا العوالق بالركيزة ، حيث تصبح لاطئة (متصلة بالسطح). يحدث هذا على مراحل ، كما هو موضح في الشكل 9.17. تتضمن المرحلة الأولى ربط الخلايا العوالق بسطح مغطى بطبقة مكيّفة من مادة عضوية. في هذه المرحلة ، يكون التعلق بالركيزة قابلاً للانعكاس ، ولكن عندما تعبر الخلايا عن أنماط ظاهرية جديدة تسهل تكوين EPS ، فإنها تنتقل من العوالق إلى أسلوب حياة لاطئ. يطور البيوفيلم هياكل مميزة ، بما في ذلك مصفوفة واسعة وقنوات مائية. الملاحق مثل fimbriae ، pili ، و flagella تتفاعل مع EPS ، ويشير الفحص المجهري والتحليل الجيني إلى أن مثل هذه الهياكل مطلوبة لإنشاء غشاء حيوي ناضج. في المرحلة الأخيرة من دورة حياة الأغشية الحيوية ، تعود الخلايا الموجودة على محيط الغشاء الحيوي إلى نمط حياة العوالق ، فتتخلص من الأغشية الحيوية الناضجة لتستعمر مواقع جديدة. يشار إلى هذه المرحلة باسم التشتت.

داخل البيوفيلم ، تنشئ أنواع مختلفة من الكائنات الحية الدقيقة تعاونًا في التمثيل الغذائي حيث يصبح ناتج نفايات كائن حي مغذيًا للآخر. على سبيل المثال ، تستهلك الكائنات الحية الدقيقة الهوائية الأكسجين ، مما يخلق مناطق لاهوائية تعزز نمو اللاهوائية. يحدث هذا في العديد من حالات العدوى متعددة الميكروبات التي تشمل مسببات الأمراض الهوائية واللاهوائية.

تسمى الآلية التي تنسق بها الخلايا في الأغشية الحيوية أنشطتها استجابةً للمنبهات البيئية استشعار النصاب. إن استشعار النصاب - الذي يمكن أن يحدث بين خلايا من أنواع مختلفة داخل غشاء حيوي - يمكّن الكائنات الحية الدقيقة من اكتشاف كثافة خلاياها من خلال إطلاق وربط جزيئات صغيرة قابلة للانتشار تسمى المحرضات الذاتية. عندما يصل عدد الخلايا إلى عتبة حرجة (النصاب القانوني) ، تبدأ هذه المحفزات التلقائية سلسلة من التفاعلات التي تنشط الجينات المرتبطة بالوظائف الخلوية التي لا تفيد إلا عندما يصل السكان إلى كثافة حرجة. على سبيل المثال ، في بعض مسببات الأمراض ، يبدأ تركيب عوامل الفوعة فقط عند وجود عدد كافٍ من الخلايا للتغلب على الدفاعات المناعية للمضيف. على الرغم من دراستها في الغالب في التجمعات البكتيرية ، إلا أن استشعار النصاب يحدث بين البكتيريا وحقيقيات النوى وبين الخلايا حقيقية النواة مثل الفطريات المبيضات البيض ، وهو عضو شائع في الجراثيم البشرية التي يمكن أن تسبب العدوى للأفراد الذين يعانون من نقص المناعة.

تنتمي جزيئات الإشارة في استشعار النصاب إلى فئتين رئيسيتين. تتواصل البكتيريا سالبة الجرام بشكل أساسي باستخدام لاكتونات الهوموسرين N-acylated ، بينما تستخدم البكتيريا موجبة الجرام في الغالب الببتيدات الصغيرة (الشكل 9.18). في جميع الحالات ، تتكون الخطوة الأولى في استشعار النصاب من ربط المحفز الذاتي بمستقبله المحدد فقط عندما يتم الوصول إلى تركيز عتبة لجزيئات الإشارة. بمجرد حدوث الارتباط بالمستقبل ، تؤدي سلسلة من أحداث الإشارة إلى تغييرات في التعبير الجيني. والنتيجة هي تنشيط الاستجابات البيولوجية المرتبطة باستشعار النصاب ، ولا سيما زيادة في إنتاج جزيئات الإشارات نفسها ، ومن هنا جاء مصطلح المحفز الذاتي.

الأغشية الحيوية وصحة الإنسان

يحتوي جسم الإنسان على أنواع عديدة من الأغشية الحيوية ، بعضها مفيد وبعضها ضار. على سبيل المثال ، تلعب طبقات الجراثيم الطبيعية التي تبطن الغشاء المخاطي للأمعاء والجهاز التنفسي دورًا في درء العدوى بمسببات الأمراض. ومع ذلك ، يمكن أن يكون للأغشية الحيوية الأخرى في الجسم تأثير ضار على الصحة. على سبيل المثال ، اللويحة التي تتكون على الأسنان عبارة عن غشاء حيوي يمكن أن يساهم في أمراض الأسنان واللثة. يمكن أن تتشكل الأغشية الحيوية أيضًا في الجروح ، مما يتسبب أحيانًا في حدوث عدوى خطيرة يمكن أن تنتشر. البكتيريا الزائفة الزنجارية غالبًا ما يستعمر الأغشية الحيوية في الشعب الهوائية للمرضى المصابين بالتليف الكيسي ، مما يتسبب في التهابات الرئتين المزمنة والمميتة في بعض الأحيان. يمكن أن تتشكل الأغشية الحيوية أيضًا على الأجهزة الطبية المستخدمة في الجسم أو عليه ، مما يتسبب في حدوث التهابات في المرضى الذين يعانون من القسطرة الداخلية أو المفاصل الاصطناعية أو العدسات اللاصقة.

تُظهر مسببات الأمراض المتضمنة في الأغشية الحيوية مقاومة أعلى للمضادات الحيوية من نظيراتها الحرة العائمة. تم اقتراح العديد من الفرضيات لشرح السبب. تكون الخلايا الموجودة في الطبقات العميقة من الأغشية الحيوية غير نشطة من الناحية الأيضية وقد تكون أقل عرضة لعمل المضادات الحيوية التي تعطل الأنشطة الأيضية. قد يؤدي EPS أيضًا إلى إبطاء انتشار المضادات الحيوية والمطهرات ، مما يمنعها من الوصول إلى الخلايا في الطبقات العميقة من البيوفيلم. قد تساهم التغييرات المظهرية أيضًا في زيادة المقاومة التي تظهرها الخلايا البكتيرية في الأغشية الحيوية. على سبيل المثال ، تبين أن زيادة إنتاج مضخات التدفق ، والبروتينات الغشائية التي تنبثق بنشاط المضادات الحيوية من الخلايا البكتيرية ، هي آلية مهمة لمقاومة المضادات الحيوية بين البكتيريا المرتبطة بالأغشية الحيوية. أخيرًا ، توفر الأغشية الحيوية بيئة مثالية لتبادل الحمض النووي خارج الصبغيات ، والذي يتضمن غالبًا الجينات التي تمنح مقاومة للمضادات الحيوية.


شاهد الفيديو: حياة في قطرة ماء تصنيف الكائنات الحية الدقيقة (كانون الثاني 2022).