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結核桿菌培養基的種類及應用



錄入時間:2010-11-26 10:05:10 來源:中國論文下載中心

 

 自從1882Koch發現結核桿菌以來,為促進結核桿菌生長,縮短培養時間,達到提前分離、鑒定的目的,人們對結核桿菌的營養、生理代謝及人工培養進行了一系列的研究,經過一個多世紀的不懈努力,已經對結核桿菌的生長規律有了比較深入地了解,并且形成了許多成熟的培養方法。盡管現代分子生物學技術在結核病研究中發揮著越來越重要的作用,但是結核桿菌的培養在結核病的診斷、流行病學指標、結核菌的分型鑒定、藥敏試驗、結核病藥物的研究等方面依然有著不可替代的作用。為了能夠較系統地了解、有針對性地選擇合適、恰當的培養基,本文就國內外較為成熟的培養基種類及應用進行如下綜述。

  按培養基的性狀分類

    培養結核桿菌的培養基,從性狀上分主要有固體培養基、液體培養基、半流體培養基、固液雙相培養基等類型,這些培養基各有特點。

  1.1  固體培養基  最常用的是羅氏(Lownstein-JensonL-J)培養基,也是最具代表性的一種,其他的還有小川辰次(Tatsujiogawa)雞蛋培養基和Middle brook 7H107H11等瓊脂培養基等。在固體培養基中,由于可以直接觀察菌落的形態并可做鑒別用,因此常用于臨床標本的分離培養、鑒別、保存菌種及對抗結核藥物的敏感性測定等方面,缺點是結核菌生長緩慢。

  1.2  液體培養基  常用的有蘇通(Sauton)培養基、Middle brook 7H9等液體培養基。結核桿菌在液體培養基中能夠更廣泛的接觸營養成分,因此在液體中生長相對較快,主要在液體表面生長,攪動時下沉至管底,可獲得大量的結核桿菌。主要缺點是:在對臨床標本的收集、采樣、運輸方面有不利的一面;不能根據肉眼觀察菌落形態;培養基污染機會多,影響結核桿菌的生長,污染時不易與結核桿菌鑒別,需涂片染色鏡檢判斷結核桿菌是否生長。

  1.3  半流體培養基  改良蘇通半流體瓊脂培養基是一種人工綜合培養基,基質透明,呈半流體狀態,生長的結核桿菌形成白色顆粒狀菌落懸浮于培養基中段,便于觀察。

  1.4  固液雙向培養基  Septi-Check AFB雙相培養基是國外應用較早的一種培養基[1],采用BD專利式封閉式固液雙相一體化培養基設計。液相為Middle brook 7H9分枝桿菌專用增菌培養基,可迅速繁殖分枝桿菌,固相為3種固體培養基平面:Middle brook 7H11和改良的L-J培養基用于及時將增菌肉湯內分枝桿菌進行分離純化以獲得單個菌落,巧克力瓊脂用于早期發現污染菌,避免時間浪費。由于有液相作為基礎,因此結核桿菌生長較快,也是一種非常有效的培養基。國內有用平菇制備的平菇雙相培養基[2]是利用平菇浸出液為基礎,加小牛血清、瓊脂等成分而配制的一種培養基,根據瓊脂的量不同制成液相、固相培養基。在國內應用較少,主要特點是成本低,制備簡單,適合于基層使用,有一定的研究價值。

  按成分分類

    主要分為以雞卵和瓊脂為基礎的兩種培養基[3]。為了使結核桿菌達到快速生長的目的,可加上血液、椰汁、平菇液等不同營養成分,從而配制出各種不同的培養基。

  2.1  以雞卵為基礎的培養基  L-J培養基、Ogawa培養基、丙酮酸鈉培養基和丙酮酸鈉細胞色素C培養基等。在雞卵為主的培養基中,雞卵液是關鍵成分,在制備培養基時,要充分考慮雞卵液的新鮮程度以及營養成分是否受到破壞。

  2.1.1  L-J培養基  是一種經典的培養基[4],主要成分有天門冬素、KH2PO4MgSO47H2O、枸櫞酸鎂、甘油、雞卵液等,需要血清凝固器對培養基進行凝固,以保證培養基中有一定的凝固水,以滿足長時間培養的需要。根據成分種類及劑量的不同,又可分為酸性L-J培養基和堿性L-J培養基。將L-J培養基中KH2PO4的量由2.4g增加為14g,就是酸性L-J培養基,而將KH2PO42.4g改為K2HPO43.6g,就是堿性L-J培養基。L-J培養基制備簡單,主要用于分枝桿菌初次分離培養、傳代培養、菌落觀察、保存菌種、藥物敏感性測定及菌種鑒定等,而酸性L-J培養基和堿性L-J培養基用于分枝桿菌分離培養時,標本分別用堿和酸處理。結核桿菌在L-J培養基上生長時,培養時間較長,大約在4~8周,因此不利于臨床快速檢測的需求,但作為其他快速診斷的參照,以及作為結核桿菌診斷的標準有非常重要的意義。

  2.1.2  Ogawa培養基  成分較少,又少了天門冬素,因此是一種比L-J培養基更為經濟的培養基,主要成分有谷氨酸鈉、KH2PO4、甘油、雞卵液等,還可以通過調整KH2PO4的量及谷氨酸鈉的量制備成改良培養基(Modified Ogawa),此培養基的用途與L-J培養基相同,由于價廉,特別適合于發展中國家[5]。

  2.1.3  丙酮酸鈉培養基  是在L-J培養基的基礎上加入丙酮酸鈉,除去甘油制備而成,主要用于從標本中分離牛型分枝桿菌或作為本菌的傳種及保存。而丙酮酸鈉細胞色素C培養基是在Ogawa培養基基礎上,楊樂蔭等用0.1%丙酮酸鈉代替甘油,并加入2.5%葡萄糖液及細胞色素C制成丙酮酸鈉細胞色素C培養基,與丙酮酸鈉培養基、Ogawa培養基對臨床標本比較,其培養的培養陽性率最高,顯示了丙酮酸鈉細胞色素C培養基的優越性。

  2.2  以瓊脂為基礎培養基  包括蘇通(Sauton)培養基Middle brook 7H97H107H117H12,匡氏培養基Proskauer培養基和Beck瓊脂培養基等。這些培養基主要是由無機鹽類及一系列的有機化合物等成分組成。瓊脂的作用主要是賦形劑,通過調整瓊脂的量,一方面可以制備成不同性狀的培養基;另一方面,在液體培養基中的少量瓊脂有利于結核桿菌在中段形成菌落,從而便于觀察。

  2.2.1  Sauton培養基[6  主要成分有天門冬素、K2HPO4MgSO47H2O、檸檬酸、枸櫞酸鐵銨、甘油等,根據是否加入瓊脂及瓊脂的量,又形成了液體培養基及半固體培養基(也稱改良蘇通半流體培養基)等。在培養基的制備上,也不需要特殊的設備,通過高壓滅菌法既可處理培養基,因此操作簡單,主要用于牛型分枝桿菌的培養,卡介苗的生產及中草藥對結核桿菌的作用的研究中。

  2.2.2  Middle brook系列培養基  是國外最常用于結核桿菌研究和診斷目的的培養基之一,從成分上看,最大的特點是成分多、配制復雜[6],但是培養時間短,因此越來越受到國內外學者的關注,其中7H97H12為液體培養基,7H107H11為固體培養基。通過在培養基中加入標記14C的棕櫚酸,當有分枝桿菌生長時,就可利用培養基中的標記物而產生有放射性14CO2,然后由BACTE TB 460監測系統檢測其含量,因此非常敏感。Middle brook系列培養基主要用于分枝桿菌培養及藥物敏感性的測定。

  2.2.3  Proskauer培養基和Beck瓊脂培養基  使用簡便,但是菌落不典型,呈扁平狀、露滴狀,多為光滑型[7]。

  按目的分類

  在前述的培養基基礎上,根據研究目的不同,加入特定物質后,可以制備成用于快速培養、鑒別、藥敏等不同用途的培養基,主要為了滿足臨床的需要。

  3.1  用于快速培養  主要有Becton DiskinsonBD)公司研制的系列全自動培養系統和Organon Teknika公司研制開發的培養系統。其的還有Difco公司ESP系統、生物梅里埃公司的VITAL系統等。由于與現代先進的儀器設備、技術結合,檢測靈敏度高,時間短,但通常價位較高。
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世紀70年代末,BD公司研制的培養系統主要有早期的BACTEC 460TM TB,成為全球第一臺專業的全自動分枝桿菌培養鑒定儀,該系統培養基以Middle brook7H12為基礎,在培養基中加入標記14C的棕櫚酸,因故也稱為放射同位素液體培養法,由于存在廢棄物放射性環境污染以及探針空刺開放性檢測技術缺陷,公司又推出無放射性污染的BACTEC 9000MBBACTEC MGIT 960全自動快速分枝桿菌培養鑒定藥敏系統,真正實現了分枝桿菌快速、安全、無放射性檢測。BACTEC MGIT 960培養基以Middle brook 7H9為基礎,配方優良的BBL PANTA TM抗菌劑和OADC營養劑。采用一種熒光物質作為分枝桿菌生長指示劑,因此也稱為分枝桿菌生長指示管法(mycobacteria growth indicator tubeMGIT),是目前全球最快的分枝直菌培養、鑒定、藥敏系統。許多學者[8~10]應用發現,結核分枝桿菌平均檢出時間為14.4,最快10天。適用于多種標本來源,對各種分枝桿菌檢測都適用。

  MB/BacT分枝桿菌培養系統是由Organon Teknika公司開發的,將血液培養中判斷細菌生長的pH指示劑用于結核桿菌的培養。結核桿菌代謝中產生的CO2變化通過化學感受器監測,利用酸堿度的變化使pH指示劑顏色改變,最后通過發射光度計檢測顏色變化。其平均檢測時間比LJ2周。該系統依然采用Middle brook 7H9液體培養基,當有陽性信號時,需取培養液進行涂片及鑒定確認。

Difco公司ESP系統,是一種全自動的血培養系統,可以連續監測細菌的生長。具有無放射性的特點,與BACTEC TB 460比較[1112],在檢測時間上差異無顯著性,可以替代使用,Williams-Bouyer N等將ESPBACTEC MGIT 960進行了詳細比較[13],在整體檢測時間上稍長些,對戈登分枝桿菌監測率高。作為一種液體培養基,需要與固體培養基結合使用,而不能作為一種獨立系統。

  我國學者根據國內具體情況,利用血液、椰汁、植物激素、平菇液、豆浸液等不同營養成分,配制成多種不同的快速培養基。如用平菇制備的平菇雙相培養基,在落實培養基基礎上的豆浸液培養基、植物激素培養基等。

  3.2  用于選擇  由于結核桿菌生長緩慢,且營養要求高,因此對于其他的微生物極易生長,通常在培養基中都加有抑菌物質。在羅氏培養基中,微量孔雀綠既可抑制雜菌的生長,又可對結核桿菌的生長有促進作用。Gynft通過把孔雀綠的濃度提高,同時加入青霉素、萘啶酸制備成選擇性的改良羅氏培養基[14]。在Middle brook 7H10Middle brook 7H11的基礎上,通過加上多黏菌素B、羧芐青霉素C、兩性霉素B和三甲氧氨嘧啶即可制備成結核菌素的選擇培養基,其目的主要是為了減少污染率,提高陽性率。

  3.3  用于鑒別  最主要的有(對硝基苯甲酸)和TCH(噻吩-2-羧酸)鑒別培養基。用溶解稀釋后,在制備L-J培養基的同時,加入二甲基甲酰胺或丙二醇制成PNB培養基,加入噻吩-2-羧酸制成TCH培養基,用于結核分枝桿菌、牛分枝桿菌和非結核性分枝桿菌的初步鑒定[15]。

  3.4  用于藥敏  匡氏培養基是由我國研制的一種在結核桿菌快速藥敏試驗中有很好價值的培養基[16]。雖然BD公司的產品能夠快速的檢測結核桿菌,并且在藥敏方面也有一定的優勢,但早期的培養系統存在放射性,新開發的培養系統又存在污染率較高的問題,而在傳統的含藥羅氏培養基上存在抗結核藥物受熱失活和蛋白質吸附兩個主要問題至今尚未解決,而匡氏培養基的優點在于不存在高蛋白組分對藥物的吸附作用,又無加熱凝固等造成藥物失活問題,因此在藥敏試驗方面有著顯著的優越性。主要由無機鹽、維生素、瓊脂、甘油和小牛血清等成分組成。藥敏試驗報告結果比羅氏培養基平均早29天,多數藥敏結果可在3周內報告,對結核病的臨床治療有重要指導意義。BACTEC系列培養系統、ESP系統等都可用于藥敏試驗,一些液體培養基(蘇通培養基和膽固醇液體培養)可用于中草藥對結核桿菌抑菌試驗。

  3.5  用于L型細菌的培養  結核桿菌L型的營養基本上與原菌相同,但一般需要加入一定量的滲透壓穩定劑和血清,國外主要使用的培養基[17]有巰基醋酸鹽培養基、PPLO瓊脂、VSY肉湯和高橋的胰腺大豆蛋白陳瓊脂培養基(TSA-I)等。國內莊玉輝等[18]已成功地利用改良TSA-L培養基培養L型菌。此外安徽蚌埠醫學院的L型液體培養基(代號92-3TBL),培養15天后可取沉渣鏡檢。

  在結核桿菌的培養研究中出現過很多培養基,以上介紹的是國內外通用的一些培養基,有許多新出現的培養基雖然培養時間縮短,但同時出現問題也很多,因此要慎重選擇。另外,要用一種培養基同時達到多種目的也是很困難的,因此許多實驗室多同時應用幾種培養基,以便于從各個角度來滿足臨床和科研的需要。總之,只要結核病還威脅著人類的健康,對培養基的研究還將繼續下去,但是如何深入、細致地研究現有培養基各成分的相互作用及如何使現代生物技術與傳統培養技術更好的結合等問題還有待于進一步的研究。

  【參考文獻】

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