造成細胞污染的微生物主要包括細菌、真菌、支原體、病毒以及外源性細胞。這些微生物可以通過實驗室環境、實驗材料、操作人員或實驗設備等途徑進入細胞培養系統,導致細胞培養物的污染。以下列舉了一些常見的造成細胞污染的微生物及其特點,一起來學習下吧!
細菌污染
1. 大腸桿菌(Escherichia coli)
① 形態特點:為革蘭氏陰性短桿菌,大小約 0.5 - 0.7μm×1 - 3μm,細胞呈桿狀,兩端鈍圓,多數單獨存在或成雙排列。
② 生長特性:是兼性厭氧菌,在有氧和無氧環境下都能生長。在細胞培養基中生長迅速,能利用多種糖類作為碳源。一般在適宜溫度(37℃)下,幾個小時內就可以使培養基變得渾濁,它會消耗培養基中的營養成分,產生酸性代謝產物,使培養基的 pH 值下降。
③ 對細胞的影響:產生的內毒素和外毒素會破壞細胞的結構和功能,導致細胞腫脹、破裂和死亡。例如,在哺乳動物細胞培養中,大腸桿菌污染會使細胞形態發生改變,細胞之間的連接被破壞,細胞的正常代謝和增殖活動受到嚴重干擾。
2. 金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)
① 形態特點:屬于革蘭氏陽性菌,呈球形,直徑約 0.8 - 1.2μm,在顯微鏡下常以葡萄串狀排列,無芽孢、鞭毛,多數無莢膜。
② 生長特性:是需氧或兼性厭氧菌,對營養要求不高,在普通的細胞培養基中能很好地生長。生長速度較快,適宜溫度為 37℃左右,能在培養基表面形成光滑、濕潤、邊緣整齊的圓形菌落。
③ 對細胞的影響:它能產生多種毒素,如溶血毒素、殺白細胞毒素等,這些毒素會導致細胞死亡。而且金黃色葡萄球菌還能在細胞表面黏附并形成生物膜,干擾細胞與外界的物質交換和信號傳遞,影響細胞的正常生理功能。
3. 假單胞菌(Pseudomonas)
① 形態特點:革蘭氏陰性菌,細胞呈直或稍彎的桿狀,大小約 0.5 - 1μm×1.5 - 5μm,有單端鞭毛,能運動,無芽孢。
② 生長特性:是需氧菌,對營養要求相對較低,在潮濕環境下生長良好。在細胞培養基中,它可以利用多種有機化合物作為碳源和能源,生長速度快,在 25 - 37℃的溫度范圍內都能繁殖,能使培養基迅速變渾濁。
③ 對細胞的影響:假單胞菌產生的一些酶和毒素,如蛋白酶、脂酶和外毒素等,會分解細胞成分,破壞細胞的膜結構,導致細胞裂解死亡。
真菌污染
1. 黑曲霉(Aspergillus niger)
① 形態特點:屬于絲狀真菌,菌絲有分隔,多核。分生孢子梗從特化了的厚壁而膨大的菌絲細胞(足細胞)垂直生出,頂部膨大成球形的頂囊,頂囊表面長滿一層或兩層輻射狀小梗,最上層小梗瓶狀,頂端著生成串的球形分生孢子。在顯微鏡下可以看到黑色的孢子頭,這是其典型的特征。
② 生長特性:是好氧菌,在較寬的溫度范圍(10 - 45℃)和 pH 范圍(2 - 9)內都能生長。在細胞培養環境中,它可以在培養基表面、培養瓶壁等地方生長,形成黑色的菌斑。黑曲霉能利用多種碳源和氮源,如糖類、蛋白質等,生長過程中會產生大量的菌絲,這些菌絲會在培養基中蔓延。
③ 對細胞的影響:黑曲霉的菌絲生長會消耗培養基中的營養成分,改變培養基的物理和化學性質。同時,它還可能產生一些毒素,如黃曲霉毒素(雖然黑曲霉產生黃曲霉毒素的情況相對較少)和其他次生代謝產物,這些物質會對細胞產生毒性作用,抑制細胞生長,甚至導致細胞死亡。
4. 白色念珠菌(Candida albicans)
① 形態特點:是一種酵母樣真菌,細胞呈卵圓形,大小約 2 - 6μm×3 - 9μm,在適宜的環境下,以出芽方式繁殖,形成芽生孢子。在玉米 - 吐溫 80 培養基等特定培養基上,可形成假菌絲。
② 生長特性:是兼性厭氧菌,在有氧和無氧環境下都能生長。它可以在含有葡萄糖、酵母提取物等營養成分的培養基中良好生長,適宜生長溫度為 37℃左右,這和哺乳動物細胞培養溫度相似。白色念珠菌在培養基中生長時,會使培養基變得渾濁,同時在表面可能形成白色的菌膜。
③ 對細胞的影響:白色念珠菌能黏附在細胞表面,通過分泌一些水解酶,如蛋白酶、磷脂酶等,破壞細胞的細胞膜和細胞壁,侵入細胞內部,影響細胞的正常功能,導致細胞死亡。而且它還可能引起細胞的免疫反應,進一步加重對細胞的損害。
支原體污染
特點:
① 支原體是一類沒有細胞壁的原核微生物,大小介于細菌和病毒之間,一般在 0.2 - 0.3μm 之間。形態多樣,有球形、絲狀、分枝狀等。由于沒有細胞壁,它們具有高度的多形性,在不同的生長條件下可以改變形狀。
② 支原體是最小的能夠獨立生活的原核生物,對營養要求苛刻,需要從宿主細胞獲取膽固醇、脂肪酸、氨基酸等營養物質。它們可以在細胞表面或者細胞內寄生,生長速度相對較慢,在細胞培養中不易被察覺。
③ 支原體污染會對細胞產生多種不良影響。它會消耗細胞培養基中的營養成分,改變培養基的 pH 值,影響細胞的生長速度,使細胞生長緩慢甚至停滯。同時,支原體還能改變細胞的基因表達和代謝途徑,干擾細胞的信號轉導,導致實驗結果的偏差。例如,在細胞轉染等實驗中,支原體污染可能會使轉染效率降低,影響基因表達的研究。
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