Признаки колоний микроорганизмов

Способность бактерий образовывать на питательных средах окрашенные колонии определяется одним из двух факторов:

а) цветом пигмента, продуцируемого микроорганизмами. По химическому строению различают каратиноидные, меланиновые и другие пигменты, которые могут быть красного, оранжевого, жёлтого, коричневого, чёрного, синего или зелёного цвета. Пигментообразование детерминируется генетически. Пигменты обычно находятся в ЦПМ и защищают микробные клетки от эффектов фотоокисления, поэтому пигментообразование больше характерно для воздушной микрофлоры и служит фактором защиты от УФ. Чаще пигменты нерастворимы в питательных средах и окрашивают только колонии. Некоторые пигменты растворимы в воде (например, пиоцианин у псевдомонад) и потому диффундируют в среду, окрашивая её.

Примеры микроорганизмов, продуцирующих пигменты:

Staphylococcus aureus - оранжево-желтый каротиноидный пигмент;

Pseudomonas aeruginosa – сине-зеленый пигмент пиоцианин (при нейтральной реакции - синий, при щелочной – зелёный);

Prevotella melaninogenica, Peptostreptococcus niger – коричнево-черный пигмент.

б) составом среды, на которой культивируют микроорганизмы. В состав селективных или дифференциально-диагностических сред могут входить:

– индикатор рН, цвет которого меняется при разложении углеводов в составе среды;

– красители, которые могут избирательно накапливаться в колониях ферментирующих углеводы микроорганизмов. Например, Escherichia coli разлагают лактозу и образуют на среде Эндо колонии малиново-красного цвета, а на среде Левина – фиолетового, колонии Salmonella spp. и Shigella spp., не разлагающих лактозу, на этих средах бесцветны или слабо-розовые.

– соли двухвалентных металлов, которые окрашивают колонии сероводородпродуцирующих микроорганизмов в серый или черный цвет (черные или серые колонии образуют сальмонеллы на висмут-сульфитном агаре, коринебактерий дифтерии на телуритовом агаре).

а б в

г д е

Рис. 19. Колонии микроорганизмов: а – микобактерий, б – бацилл сибирской язвы, в – нокардий, г – бактероидов, д – клостридий, е – бордетелл коклюша

Несмотря на множество признаков, которыми различаются колонии, большинство микроорганизмов образуют на средах один из четырех морфотипов колоний:

– гладкие, илиS-колонии (от англ. smooth - гладкий) имеют ровные края, гладкую поверхность; они выпуклые, блестящие. S-формы микроорганизмов более вирулентны (исключая Y. pestis, B. anthracis). Такой вид колоний обусловлен присутствием в составе наружных оболочек микроорганизмов гидрофильных полисахаридов.

– шероховатые, или R-колонии (от англ. rough - шероховатый) имеют неровный край, исчерченную поверхность, они плоские, не блестят. R-формы микроорганизмов часто авирулентны. Такой вид колоний связан с гидрофобностью наружных оболочек бактерий из-за отсутствия в них гидрофильных полисахаридов.

– слизистые, или мукоидные, или М-колонии (от англ. mucus – слизистый) – у клебсиелл, имеющих выраженную полисахаридную макрокапсулу;

– карликовые,или D-колонии – у микоплазм и L-форм; видны только под малым увеличением микроскопа.

Под действием ряда факторов может происходить переход бактерий из S- в R-формы, называемый диссоциацией. Явление диссоциации у патогенных микробов наблюдается:

а) под действием химиопрепаратов;

б) под действием факторов иммунитета;

в) при попадании микроба во внешнюю среду.

При обилии в засеваемом материале микробов они растут в виде плёнки, покрывающей всю поверхность плотной питательной среды. Такой характер микробного роста получил название газонного. Посев газоном производят, когда нужно получить большие количества чистой микробной культуры (например, при определении чувствительности её к антибиотикам).

Стадии (фазы) роста бактериальной культуры на питательной среде (рис. 20).

Каждая фаза роста культуры в питательной среде характеризуется определённым размером клеток, скоростью размножения и потребления субстрата, синтезом метаболитов.

Логарифм количества жизнеспособных клеток

Время

Рис. 20. Фазы роста бактериальной культуры в питательной среде:

A – лаг-фаза;

B – период положительного ускорения;

C – лог-фаза;

D – фаза отрицательного ускорения;

E – стационарная фаза;

F – фаза отмирания.

A – фаза задержки роста (начальная стационарная), или лаг-фаза (от англ. lag – отставание), в среднем длится 1–2 ч. Начало лаг-фазы связано с адаптацией клеток к среде обитания. Важную роль играет «предыстория» выращивания посевной культуры. Если использован инокулят из культуры с резко отличающимися условиями выращивания, то клеткам требуется время на синтез новых рибосом, РНК и адаптивных ферментов. В этом периоде увеличивается размер клеток, в 8–12 раз повышается содержание РНК. Деления клеток при этом почти не происходит. Полноценная среда, физиологически активная посевная культура, которая подготовлена к синхронному делению, способствуют короткой лаг-фазе (или её отсутствию) и переходу ко II фазе. Синхронизации можно достичь с помощью понижен­ной температуры, ограничения питательных веществ, фильтрации, обеспечивающей пропускание клеток определенного размера. Синхронизация длится 2–4 генерации, а далее наступает асинхронный рост.

B – короткий период положительного ускорения между фазами A и B, когда начинается деление бактерии.

C – фаза логарифмического (экспоненциального) роста начинается, когда скорость роста клеток всей популяции достигает постоянной величины, средняя продолжительность её 5–6 ч. Скорость деления клеток максимальная, но клетки имеют наименьший размер. Популяция бактериальной культуры состоит из делящихся клеток и достаточно стандартна по своим свойствам (содержание белка, НК, наиболее выраженные видовые признаки), поэтому эта фаза удобна для определения многих параметров популяции (плотность бактерий, скорости роста и потребления субстрата, содержание биополимеров клетки). В этот период отмечено снижение резистентности к агрессивным веществам.

Несмотря на постоянную скорость роста популяции бактерий в логарифмической фазе, отдельные клетки все же находятся в разных стадиях деления. Иногда важно синхронизировать рост всех клеток популяции, то есть получить синхронную культуру. Простыми методами синхронизации являются изменение температурных условий или культивирование в условиях недостатка питательных веществ. Вначале культуру помещают в неоптимальные условия, затем сменяют их оптимальными. При этом у всех клеток популяции синхронизируется цикл деления, но синхронное деление клеток происходит обычно не более 3-4 циклов.

D – фаза замедления скорости роста (отрицательного ускорения) длится около 2 ч. Количество питательных веществ существенно уменьшается (отмечается воздействие на бактерии лимитирующих факторов), в культуральной жидкости накапливаются метаболиты, в том числе токсичные для бактерий (отмечается ингибирующее воздействие) и скорость деления клеток снижается.