Đa số môi trường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm chẩn đoán vi khuẩn y học đều là các môi trường gốc được sử dụng từ thời kỳ vàng của ngành vi
54
khuẩn học (cuối thế kỷ 19 tới đầu thế kỷ 20). Mặc dù trong quá trình sử dụng đã có rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm được tích lũy, tuy nhiên thành phần môi trường cơ bản có sự thay đổi rất ít. Mục đích ban đầu của việc thiết kế các môi trường là để nuôi cấy được các vi khuẩn gây bệnh, phân tách chúng ra khỏi hỗn hợp vi khuẩn tồn tại trong mẫu bệnh phẩm và cuối cùng là để phân biệt các đặc tính của vi khuẩn sao cho có thể nhận diện được chúng. Một đóng góp quan trọng trong quá trình này là việc tìm ra các chất làm đông môi trường, điển hình là loại polysaccharide mà vi khuẩn không phân hủy được là thạch (agar) được tách chiết từ dong biển. Ngoài ra còn có các chất làm đông khác như gelatine và lòng trắng trứng. Trước khi phát hiện ra chất làm đông, việc có được một dòng thuần phải tiến hành qua rất nhiều bước nuôi cấy, pha loãng để thu được mẫu chỉ chứa một tế bào hoặc một nhóm tế bào cùng loại. Đây là một quá trình không tin cậy và phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện của mỗi phòng thí nghiệm. Trái lại, môi trường đặc trên các đĩa Petri đã cung cấp cơ chất sinh trưởng mà một mẫu hỗn hợp nhiều loại vi khuẩn có thể được nuôi cấy sao cho các khuẩn lạc được tách rời và chúng ta có thể phân biệt được những khuẩn lạc khác nhau, từ đó dễ dàng tách biệt được các dòng thuần khác nhau.
2.1. Môi trường phân lập và nhận biết các vi khuẩn gây bệnh
Các đặc tính quan trọng của môi trường sử dụng trong vi khuẩn y học là:
Là một nguồn protein hoặc dịch thủy phân protein, thường có nguồn gốc từ casein hoặc dịch chiết não, tim, gan.
Có độ pH xác định và được kiểm soát.
Có thành phần muối xác định.
Các môi trường trước đây thường bao gồm máu hoặc huyết thanh để cố gắng tạo ra môi trường dinh dưỡng giống trong cơ thể người. Sinh trưởng của một số tác nhân gây bệnh đã được chứng minh là phụ thuộc vào các yếu tố dinh dưỡng như vậy và chúng được xem là các sinh vật khó tính do phải phụ thuộc vào các nhân tố sinh trưởng (growth factor). Hiện nay chúng ta đã xác định được nhiều nhân tố sinh trưởng (ví dụ như heamine và một số coenzyme), tuy nhiên máu vẫn là nguồn dinh dưỡng thường được sử dụng để tạo môi trường nuôi cấy vi khuẩn gây bệnh.
2.2. Môi trường chọn lọc và môi trường chỉ thị
Môi trường chọn lọc (selective medium) bao gồm các thành phần chẳng hạn như muối mật hoặc các chất kháng sinh có tác dụng ức chế sinh trưởng của một số sinh vật nhưng lại có ít ảnh hưởng hoặc không ảnh hưởng tới sinh vật cần chọn lọc. Môi trường này phù hợp cho các mẫu chứa một hệ vi khuẩn thông
55
thường chẳng hạn như mẫu phân. Một môi trường có chứa các thành phần hoặc các chất đặc biệt để nhận biết liệu một loại vi khuẩn có chứa một đặc tính sinh hóa nào đó không được gọi là môi trường chỉ thị (indicator medium). Đây là những môi trường giúp xác định nhanh sơ bộ một chủng phân lập nào đó. Việc kết hợp các thành phần chọn lọc và chỉ thị trong một môi trường thạch giúp chúng ta vừa sàng lọc được những vi sinh vật đích đồng thời nhận biết được các đặc tính sinh hóa của các vi sinh vật đó.
2.3. Môi trường cho các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
Hầu hết mục tiêu của các phòng thí nghiệm chẩn đoán lâm sàng có thể được thực hiện nhờ các loại môi trường đã đề cập ở phần trên. Tuy nhiên, thành phần của những loại môi trường đó không được xác định cụ thể và điều này gây khó khăn cho một số nghiên cứu, chẳng hạn như các phân tích cụ thể về hoạt động của chất kháng sinh. Trong các nghiên cứu di truyền học người ta thường sử dụng các môi trường tối thiểu (minimal medium), trong đó mỗi thành phần của môi trường đều cần cho sinh trưởng của sinh vật vì vậy chỉ cần loại bỏ một thành phần thì cũng ngăn cản quá trình sinh trưởng. Môi trường tối thiểu cũng ngăn cản sinh trưởng của các thể đột biến khuyết dưỡng, là những thể cần phải bổ sung thêm một số chất dinh dưỡng nhất định mới có thể sinh trưởng được. Đối với một số vi sinh vật, đặc biệt là những dạng có thể sống ngoài cơ thể con người thì môi trường tối thiểu có thể bao gồm một lượng nhỏ muối amoni làm nguồn cung cấp nitơ, một nguồn carbon (trong một vài trường hợp có thể sử dụng methane hoặc CO), một lượng nhỏ sắt cùng các chất cần thiết khác và có pH phù hợp.
Môi trường có hàm lượng các chất được xác định (defined medium) thường được ưu tiên sử dụng, ngay cả với các thí nghiệm chất kháng sinh thông thường, bởi vì liên quan tới khía cạnh định lượng các phản ứng sinh hóa của vi sinh vật, khả năng sinh trưởng và khả năng cảm ứng với các kích thích có hại có thể bị ảnh hưởng đáng kể chỉ bởi những thay đổi nhỏ trong thành phần môi trường. Việc sử dụng môi trường hoàn toàn xác định thành phần đã củng cố hầu như toàn bộ những gì chúng ta biết được về sinh lý học vi sinh vật. Tuy nhiên, trên thực tế thì môi trường xác định thường được tiếp tục tối ưu hóa để phân lập được những vi khuẩn trong môi trường nơi chúng đang bị stress. Môi trường xác định chỉ có thể được tối ưu cho vi khuẩn ở một trạng thái sinh lý nhất định, ngược lại, môi trường phức (complex media) có ưu thế hơn trong việc thỏa mãn mức độ đa dạng các trạng thái sinh lý của vi khuẩn tồn tại trong các mẫu tự nhiên.