미생물학: 배지 조제

배지란 무엇인가?

미생물이 성장하고 번식하기 위해서는 영양분, 에너지원, 그리고 특정 환경 조건이 필요합니다. 자연 환경에서는 미생물이 자신들의 요구에 가장 적합한 서식지에 적응해 왔습니다. 그러나 실험실에서는 이러한 요구 사항을 배지로 충족시켜야 합니다. 배지는 필요한 모든 영양분이 첨가된 수용액입니다. 영양분의 종류와 조합에 따라 다양한 범주의 배지를 만들 수 있습니다.

미생물 배지: 차별 배지, 선택 배지, 복합 배지 및 정의 배지

미생물 배지: 차별 배지, 선택 배지, 복합 배지 및 정의 배지

선택 배지와 차별배지는 복합 배지 또는 정량 배지를 기반으로 성장 촉진제 또는 성장 억제제를 첨가한 배지입니다. 첨가제는 종 또는 유기체 선택적일 수 있습니다. 예를 들어 특정 기질이나 사이클로헥사미드(아티디온)와 같은 억제제(모든 진핵생물의 성장을 억제하며 혼합 배양에서 곰팡이 성장을 방지하는 데 일반적으로 사용됨)가 있습니다.

복합 배지는식물 또는 동물 조직의 수용성 추출물(예: 펩톤 및 트립톤과 같은 효소 분해 동물 단백질)을 함유한 풍부한 영양소로구성됩니다. 일반적으로 주요 탄소 및 에너지원으로 작용하기 위해 당류(주로 포도당)가 첨가됩니다. 추출물과 당류의 조합은 미네랄과 유기 영양소가 풍부한 배지를 생성하지만, 정확한 조성은 알려지지 않아 이 배지를 복합 배지라고 부릅니다.

정형 배지는 정밀하게 계량된 순수 성분으로 구성되며 이중 증류수에 용해된 배지입니다(즉, 배지의 정확한 화학적 조성이 알려져 있음). 일반적으로 탄소 및 에너지원으로 단순 당류, 무기 질소 공급원, 다양한 무기염, 그리고 필요한 경우 성장 인자(정제된 아미노산, 비타민, 퓨린, 피리미딘)를 포함합니다.

필수 영양소의 혼합물은 액체 배지로 사용하거나 고형화제를 첨가할 수 있습니다. "한천(agar agar)"은 해조류에서 생산되는 천연 다당류로, 배지에 첨가되는 가장 흔한 고형화제입니다(최종 농도 일반적으로 1.5% w/v). 한천의 가수분해가 의심될 경우 실리카겔을 대체 고형화제로 사용합니다.

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단백질 가수분해물

복합 배지는 종종 단백질 가수분해물을 함유하며, 이는 배지에서 아미노산, 펩타이드 및 단백질의 우수한 천연 공급원입니다. 질소 영양소의 가장 중요한 공급원입니다. 이들은 주로 동물 조직, 우유, 식물 또는 미생물 배양물과 같은 천연물의 효소 분해 또는 산 가수분해를 통해 얻어집니다. 펩톤이라고도 불리는 이용 가능한 단백질 가수분해물의 종류는 매우 다양하며 대부분의 일반적인 미생물의 성장을 촉진하고 유지할 수 있습니다. 효소 분해에는 주로 파파인, 펩신, 트립신 또는 췌장액의 효소 혼합물이 사용됩니다. 아래는 자주 사용되는 용어와 그 정의 목록입니다.

미생물학 실험실에서 사용되는 무균 기술

접종 전, 미생물 배지 및 접촉하는 모든 재료의 무균 상태를 유지하는 것이 중요하다. 이후 세균 배양물 취급 시에는 무균 기술을 적용하여 원치 않거나 오염을 일으키는 미생물을 배제해야 한다.

멸균은 포자를 포함한 모든 미생물의 파괴를 의미하며, 열, 화학 물질, 방사선 및 여과를 통해 달성됩니다.

열 살균

열 살균은 생체 단백질을 변성 및 응고시킵니다. 사용이 간편하고 효과적이며 제어하기 쉬우며 비용 효율적입니다. 열 살균에는 다양한 형태가 있습니다.

• 적열: 접종용 와이어나 루프를 분젠 불꽃에 붉게 달아오를 때까지 노출시켜 살균합니다.
• 습열: 박테리아는 건열보다 습열(증기)에 의해 더 쉽게 파괴됩니다. 일반적으로 배지, 수용액의 멸균 및 폐기 배양물의 파괴에 사용됩니다. 성공적인 살균에 필요한 121°C를 달성하려면 먼저 공기를 제거해야 합니다. 이는 오토클레이브(압력솥의 기술적 버전)를 사용하여 압력 하에서 필요한 시간 동안 가열하는 자동 사이클을 수행함으로써 달성됩니다.
• 건조 열: 일반적으로 증기에 의해 부식될 수 있거나 사용 전 건조 상태를 유지해야 하는 재료에 사용됩니다. 여기에는 금속 기구, 유리 페트리 접시, 플라스크 및 피펫, 면봉 등이 포함됩니다. 실제 적용 시 건열 멸균은 증기 멸균보다 더 긴 시간과 더 높은 온도를 요구합니다(예: 증기 멸균 121°C 15분 vs 건열 멸균 160°C 120분).

화학 멸균

화학 살균은 일반적으로 광학 기기나 전기 장치와 같이 열에 의해 손상될 수 있는 정밀 장비에 사용됩니다. 사용되는 화학 물질의 독성으로 인해 가장 널리 사용되는 살균 방식은 아닙니다. 사용되는 화학 물질로는 미생물 세포 화합물의 아미노, 설프하이드릴, 카르복실, 하이드록실 그룹을 알킬화하는 기체 에틸렌옥사이드, 훈증제로 사용되는 포름알데히드, 무균 포장용 과산화수소 증기 등이 있습니다.

방사선 살균

방사선은 열에 민감한 물질과 토양, 퇴적물 같은 환경 시료에 적용되며, 열로 인한 구조적 변화를 피해야 할 때 사용됩니다. 두 가지 형태의 방사선이 활용됩니다:

• 자외선 살균은 원자 흥분을 유발하며, 이는 핵산에서 치명적 돌연변이를 초래합니다. 자외선은 물질을 투과하지 못하므로 주로 표면 처리(예: 층류 벤치, 공기 및 물)에 사용됩니다.
• 이온화 방사선은 시료를 투과하여 세포 내 이온화를 유발합니다. 60Co를통해 생성된 감마선은 토양 및 식품과 같은 복잡한 매트릭스의 살균에 사용됩니다. 미생물은 무산소 조건(2~5배) 및 동결 시료에서 방사선에 대한 내성이 증가합니다.

여과를 통한 살균

여과 살균은 미생물을 파괴하기보다는 배제하는 방식으로 작동합니다. 사용자에게 안전하며 민감한 액체 및 가스에 적용됩니다. 현재 사용 중인 여과기 유형은 다음과 같습니다:

• 심층 여과는 유리솜이나 면솜과 같은 섬유질 재료로 채워진 기둥으로 만들어집니다. 꼬이고 굽은 섬유들이 입자를 포획하여 여과 역할을 합니다. 유동 저항이 적어 주로 기체나 막 여과기의 프리필터로 사용되며, 막 여과기는 쉽게 막힙니다.
• 막 여과는 입자를 걸러내는 방식으로 작동합니다. 그 효과는 막 기공의 크기와 존재하는 정전기적 인력에 달려 있습니다. 미생물학에서 가장 흔히 사용되는 여과는 일반적으로 셀룰로오스 아세테이트나 셀룰로오스 니트레이트로 만들어집니다. 막 여과는 일반적으로 열에 민감한 물질(예: 비타민 용액)에 사용되며, 여과는 사용 전에 열 멸균됩니다.

• 핵생성 트랙(Nuclepore) 필터는 핵 방사선으로 처리된 후 화학 약품으로 에칭 처리되어 매우 균일한 수직 구멍을 생성한 초박형 폴리카보네이트 필름으로 구성됩니다. 이들은 멤브레인 필터와 동일한 재료에 적용되지만 막힘 현상이 더 쉽게 발생합니다.

배지 보충제

가장 일반적으로 사용되는 배지 보충제, 살균 방법 및 용해도 표.

모든 아미노산 원액은 120°C에서 20분간 오토클레이브 처리할 수 있습니다.

배지 성분 간의 상호작용

배지 조성이 중요한 역할을 하는 연구(예: 독성 연구)를 수행할 때는 배지 성분 간에 발생할 수 있는 다양한 상호작용을 주의 깊게 관찰해야 합니다.

* 인산염을 감소시키기 위해 HEPES 완충액을 첨가함으로써 피할 수 있습니다.

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