محیط کشت: دنیای کوچکی برای دیدن موجودات کوچک
میکروبها به چه چیزی برای رشد نیاز دارند؟
میکروارگانیسمها نیز مانند انسان برای زنده ماندن و تکثیر به غذا، آب، هوا و دمای مناسب نیاز دارند. محیط کشت دقیقاً این نیازها را برطرف میکند. به زبان ساده، محیط کشت مثل یک سوپ مقوی برای میکروبهاست! ترکیب اصلی این سوپ شامل منابع کربن (مثل قندها)، منابع نیتروژن (مثل پپتون5 یا عصاره مخمر)، نمکهای معدنی و آب است. گاهی برای سفت نگه داشتن این سوپ، مادهای به نام آگار6 به آن اضافه میکنند که از جلبک دریایی به دست میآید و حالت ژلهای ایجاد میکند.
| عنصر ضروری | نقش آن در محیط کشت | مثال ملموس از زندگی |
|---|---|---|
| منبع انرژی (کربوهیدرات) | تأمین سوخت و انرژی برای فعالیتهای میکروب | قند موجود در مربا که باعث کپک زدن آن میشود |
| منبع نیتروژن (پروتئین) | ساختن پروتئین و مادهٔ ژنتیکی برای رشد و تکثیر | تخم مرغ فاسد شده که مملو از باکتریهای تجزیهکنندهٔ پروتئین است |
| آب | حلال و محیطی برای انجام تمام واکنشهای شیمیایی درون سلول | رطوبت نان که زمینهساز رشد کپک میشود |
| نمکهای معدنی | تنظیم فشار و کمک به عملکرد آنزیمها | نمکزدن به مواد غذایی برای جلوگیری از فساد (کاهش فعالیت میکروب) |
| آگار (ژله کننده) | ایجاد محیط جامد برای جداسازی کلنیهای مجزا | ژلهٔ دسر که شکل خود را حفظ میکند |
انواع مختلف محیط کشت: از عمومی تا خاص
محیطهای کشت را بر اساس مواد تشکیلدهنده و هدف استفاده، به دستههای مختلفی تقسیم میکنند. این طبقهبندی کمک میکند تا دانشمندان و تکنسینهای آزمایشگاهی بتوانند میکروب مورد نظر خود را به راحتی پیدا و مطالعه کنند.
محیط کشت عمومی (Basic/General): این محیط حاوی مواد لازم برای رشد طیف وسیعی از میکروبهاست. مثل محیط نوترینت آگار7. مانند یک رستوران عمومی است که منوی متنوعی برای همه دارد.
محیط کشت غنی شده (Enriched): به محیط عمومی، مواد مغذی اضافهتری مثل خون یا ویتامین اضافه میشود تا میکروبهای سختپسند و حساس بهتر رشد کنند. محیط بلاد آگار8 یک مثال معروف است. شبیه یک رستوران لوکس با غذاهای خاص است.
محیط کشت انتخابی (Selective): در این محیط، مادهای خاص (مثل نمک یا آنتیبیوتیک) اضافه میشود که فقط به گروه خاصی از میکروبها اجازهٔ رشد میدهد و بقیه را مهار میکند. مانند استفاده از علفکش در باغچه که فقط علف هرز را از بین میبرد.
محیط کشت افتراقی (Differential): این محیط حاوی نشانگرهای شیمیایی است که میکروبهای مختلف را بر اساس واکنشهای متابولیکشان، به رنگهای متفاوتی درمیآورد. مثلاً باکتریهایی که قند لاکتوز را تخمیر میکنند، کلنیهای رنگی ایجاد میکنند. این محیط مثل یک آزمون تشخیصی رنگ عمل میکند.
از آزمایشگاه تا آشپزخانه: کاربردهای شگفتانگیز محیط کشت
شاید فکر کنید محیط کشت فقط متعلق به آزمایشگاههای پیچیده است، اما کاربردهای آن مستقیماً با سلامت و زندگی روزمرهٔ ما گره خورده است.
۱. پزشکی و تشخیص بیماری: وقتی به گلودرد چرکی مبتلا میشوید، پزشک ممکن است نمونهٔ گلو را روی محیط کشت مخصوص بگذارد. اگر باکتری استرپتوکوک وجود داشته باشد، رشد میکند و بیماری تشخیص داده میشود. این روش برای تشخیص عفونتهای ادراری، مننژیت و سل نیز کاربرد فراوان دارد.
۲. کنترل کیفیت غذا و آب: شرکتهای تولید مواد غذایی و آبهای معدنی، به طور مرتب از محیط کشت برای اطمینان از عدم آلودگی میکروبی محصولات خود استفاده میکنند. نمونهای از محصول را روی محیط کشت قرار میدهند و پس از مدتی، تعداد کلنیهای رشد کرده را میشمارند. اگر تعداد از حد مجاز بیشتر باشد، آن دسته از محصولات معدوم میشوند.
۳. تولید فرآوردههای زیستی: بسیاری از چیزهایی که مصرف میکنیم، حاصل کشت میکروارگانیسمهاست. برای درست کردن ماست، باکتریهای لاکتوباسیلوس را در شیر کشت میدهند. آنتیبیوتیکهایی مانند پنیسیلین نیز از کشت قارچ پنیسیلیوم به دست میآیند. حتی بسیاری از واکسنها نیز در محیط کشت تولید میشوند.
۴. پژوهشهای علمی: دانشمندان برای مطالعهٔ نحوهٔ زندگی، ژنتیک و بیماریزایی میکروبها، ابتدا باید آنها را در محیط کشت پرورش دهند.
یک آزمایش ساده: رشد کپک نان در خانه
میتوانید مفهوم محیط کشت را در خانه و با کمترین امکانات تجربه کنید. نان یک محیط کشت طبیعی است! کافی است چند تکه نان را بردارید و هر کدام را در شرایط مختلف قرار دهید:
- یک تکه را در پلاستیک دربسته و در جای مرطوب (مانند حمام) بگذارید.
- تکهای دیگر را در پلاستیک دربسته اما در یخچال قرار دهید.
- تکهای را در معرض هوا و نور روی پیشخوان بگذارید.
پس از چند روز مشاهده میکنید که کدام یک زودتر و بیشتر کپک زده است. این آزمایش نشان میدهد که رطوبت و دمای مناسب (مثل محیط حمام) چقدر برای رشد میکروارگانیسمها (کپک) مهم است. یخچال با سرمای خود رشد را کند و نور مستقیم و خشکی هوا ممکن است آن را متوقف کند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. تخمین زده میشود که ما فقط میتوانیم کمتر از 1% از باکتریهای موجود در طبیعت را در آزمایشگاه کشت دهیم. بسیاری از میکروبها نیازهای غذایی بسیار خاص یا شرایط پیچیدهای (مانند عدم تحمل اکسیژن) دارند که شبیهسازی آن در محیط کشت مصنوعی بسیار دشوار است.
پاسخ: در محیط کشت مایع (مانند نوترینت براث10)، میکروبها در سراسر محیط پخش میشوند و باعث کدر شدن محلول میگردند. از این محیط برای افزایش سریع تعداد میکروبها استفاده میشود. اما در محیط کشت جامد (حاوی آگار)، میکروبها در جای خود ثابت میمانند و تکثیر میکنند و تودههای قابل مشاهدهای به نام کلنی11 تشکیل میدهند. هر کلنی از تقسیم یک سلول میکروبی اولیه به وجود آمده است. محیط جامد برای جداسازی و مشاهدهٔ شکل کلنیها ضروری است.
پاسخ: دو دلیل اصلی دارد: اول اینکه از چکیدن قطرات میعان (بخار آب جمع شده در درب ظرف) روی محیط کشت و پخش شدن کلنیها جلوگیری میکند. دوم، خطر باز شدن اتفاقی درب ظرف و آلودگی محیط را کاهش میدهد.
پاورقی
1 محیط کشت (Culture Medium)
2 میکروارگانیسم (Microorganism): موجودات زندهٔ بسیار ریز که فقط با میکروسکوپ دیده میشوند.
3 پتری دیش (Petri Dish): ظرف استریل گرد و کمعمق با درب.
4 آنتیبیوتیک (Antibiotic): مادهای که رشد باکتریها را متوقف یا آنها را از بین میبرد.
5 پپتون (Peptone): محصول هضم جزئی پروتئینها که منبع نیتروژن است.
6 آگار (Agar): پلیساکارید ژلهساز به دست آمده از جلبک.
7 نوترینت آگار (Nutrient Agar)
8 بلاد آگار (Blood Agar): محیط غنی شده با خون گوسفند.
9 مک کانکی آگار (MacConkey Agar): محیط انتخابی-افتراقی برای باکتریهای روده.
10 نوترینت براث (Nutrient Broth): محیط کشت مایع عمومی.
11 کلنی (Colony): توده یا اجتماع قابل مشاهده از سلولهای میکروبی که از تقسیم یک سلول روی محیط جامد ایجاد شده است.
