Биотехнологи, микробиологи, агрохимики активно используют в работе метод поверхностного культивирования микроорганизмов, то есть выращивание микробов на поверхности питательной среды. Подобное искусственное выращивание нужно, например, для получения полезных биологически активных веществ, производимых бактериями. Кроме того, часто требуется изучение различных свойств микроорганизмов, зная которые, можно диагностировать заболевания человека, анализировать микрофлору пищевых продуктов, воды, воздуха и других объектов, делать закваски, выращивать бактерии-продуценты ферментов и белков и даже утилизировать некоторые твёрдые отходы производства.
Узнать, насколько хорошо себя чувствует микробная колония, поселившаяся в чашке Петри, можно, наблюдая за «дыханием» микроорганизмов. Для этого нужно измерять объём выделяемого микроорганизмами углекислого газа. Чем активнее микробная колония, тем больше она выделяет CO2, и наоборот (это справедливо для микробной культуры в аэробных условиях, то есть в присутствии кислорода).
Для измерения объёма углекислого газа, который «надышали» микробы, используются специальные приборы. В них объём газа рассчитывается на основе показаний датчика концентрации CO2. Но такие устройства сложны в исполнении, а методики измерений довольно длительны и зачастую способствуют заражению микробной культуры.
Сотрудники Белгородского государственного национального исследовательского университета (НИУ «БелГУ») сконструировали простой прибор для оценки роста бактерий, не требующий отбора жидкости с растущей культурой, что практически исключает внешнее заражение колонии микроорганизмов. В качестве основы созданной экспериментальной установки исследователи из БелГУ взяли обычную реакцию нейтрализации раствора щёлочи (гидроксида натрия) углекислым газом, выделяемым микроорганизмами. В ходе реакции образуются карбонат или гидрокарбонат натрия (пищевая сода), что сопровождается изменением рН раствора щёлочи: он снижается (то есть раствор становится более кислым), и это фиксируют с помощью pH-метра. Измерения кислотности раствора проще и не такие «капризные», как измерения концентрации газов.
Разработанное устройство помимо стерильной ёмкости, в которой выращивается бактериальная культура, включает компрессор, рН-метр и камеру с 1%-ным раствором гидроксида натрия. Компрессор, предназначенный для аэрации ёмкости с культивируемой культурой, соединён с ней трубкой, снабжённой фильтром с размером пор не более 0,22 мкм, что предотвращает нарушение стерильности среды с растущей культурой.
Об интенсивности дыхания растущей колонии микроорганизмов судят по изменению рН щелочного раствора. Когда кислотность раствора перестаёт уменьшаться, значит, колония перестала расти и выделять углекислый газ. Чтобы не спутать изменение pH, вызванное микробами, с воздействием каких-нибудь внешних факторов, используют контроль — эксперимент по измерению рН раствора гидроксида натрия в тех же условиях, но в отсутствии в субстрате посева микроорганизмов.
Предложенный прибор для оценки роста бактериальной культуры прост и имеет низкую стоимость, что позволяет применять его в любых научных и испытательных лабораториях, а также на биотехнологических производствах.
По материалам пресс-службы Минобрнауки.
