造成细胞污染的微生物主要包括细菌、真菌、支原体、病毒以及外源性细胞。这些微生物可以通过实验室环境、实验材料、操作人员或实验设备等途径进入细胞培养系统,导致细胞培养物的污染。以下列举了一些常见的造成细胞污染的微生物及其特点,一起来学习下吧!
细菌污染
1. 大肠杆菌(Escherichia coli)
① 形态特点:为革兰氏阴性短杆菌,大小约 0.5 - 0.7μm×1 - 3μm,细胞呈杆状,两端钝圆,多数单独存在或成双排列。
② 生长特性:是兼性厌氧菌,在有氧和无氧环境下都能生长。在细胞培养基中生长迅速,能利用多种糖类作为碳源。一般在适宜温度(37℃)下,几个小时内就可以使培养基变得浑浊,它会消耗培养基中的营养成分,产生酸性代谢产物,使培养基的 pH 值下降。
③ 对细胞的影响:产生的内毒素和外毒素会破坏细胞的结构和功能,导致细胞肿胀、破裂和死亡。例如,在哺乳动物细胞培养中,大肠杆菌污染会使细胞形态发生改变,细胞之间的连接被破坏,细胞的正常代谢和增殖活动受到严重干扰。
2. 金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)
① 形态特点:属于革兰氏阳性菌,呈球形,直径约 0.8 - 1.2μm,在显微镜下常以葡萄串状排列,无芽孢、鞭毛,多数无荚膜。
② 生长特性:是需氧或兼性厌氧菌,对营养要求不高,在普通的细胞培养基中能很好地生长。生长速度较快,适宜温度为 37℃左右,能在培养基表面形成光滑、湿润、边缘整齐的圆形菌落。
③ 对细胞的影响:它能产生多种毒素,如溶血毒素、杀白细胞毒素等,这些毒素会导致细胞死亡。而且金黄色葡萄球菌还能在细胞表面黏附并形成生物膜,干扰细胞与外界的物质交换和信号传递,影响细胞的正常生理功能。
3. 假单胞菌(Pseudomonas)
① 形态特点:革兰氏阴性菌,细胞呈直或稍弯的杆状,大小约 0.5 - 1μm×1.5 - 5μm,有单端鞭毛,能运动,无芽孢。
② 生长特性:是需氧菌,对营养要求相对较低,在潮湿环境下生长良好。在细胞培养基中,它可以利用多种有机化合物作为碳源和能源,生长速度快,在 25 - 37℃的温度范围内都能繁殖,能使培养基迅速变浑浊。
③ 对细胞的影响:假单胞菌产生的一些酶和毒素,如蛋白酶、脂酶和外毒素等,会分解细胞成分,破坏细胞的膜结构,导致细胞裂解死亡。
真菌污染
1. 黑曲霉(Aspergillus niger)
① 形态特点:属于丝状真菌,菌丝有分隔,多核。分生孢子梗从特化了的厚壁而膨大的菌丝细胞(足细胞)垂直生出,顶部膨大成球形的顶囊,顶囊表面长满一层或两层辐射状小梗,最上层小梗瓶状,顶端着生成串的球形分生孢子。在显微镜下可以看到黑色的孢子头,这是其典型的特征。
② 生长特性:是好氧菌,在较宽的温度范围(10 - 45℃)和 pH 范围(2 - 9)内都能生长。在细胞培养环境中,它可以在培养基表面、培养瓶壁等地方生长,形成黑色的菌斑。黑曲霉能利用多种碳源和氮源,如糖类、蛋白质等,生长过程中会产生大量的菌丝,这些菌丝会在培养基中蔓延。
③ 对细胞的影响:黑曲霉的菌丝生长会消耗培养基中的营养成分,改变培养基的物理和化学性质。同时,它还可能产生一些毒素,如黄曲霉毒素(虽然黑曲霉产生黄曲霉毒素的情况相对较少)和其他次生代谢产物,这些物质会对细胞产生毒性作用,抑制细胞生长,甚至导致细胞死亡。
4. 白色念珠菌(Candida albicans)
① 形态特点:是一种酵母样真菌,细胞呈卵圆形,大小约 2 - 6μm×3 - 9μm,在适宜的环境下,以出芽方式繁殖,形成芽生孢子。在玉米 - 吐温 80 培养基等特定培养基上,可形成假菌丝。
② 生长特性:是兼性厌氧菌,在有氧和无氧环境下都能生长。它可以在含有葡萄糖、酵母提取物等营养成分的培养基中良好生长,适宜生长温度为 37℃左右,这和哺乳动物细胞培养温度相似。白色念珠菌在培养基中生长时,会使培养基变得浑浊,同时在表面可能形成白色的菌膜。
③ 对细胞的影响:白色念珠菌能黏附在细胞表面,通过分泌一些水解酶,如蛋白酶、磷脂酶等,破坏细胞的细胞膜和细胞壁,侵入细胞内部,影响细胞的正常功能,导致细胞死亡。而且它还可能引起细胞的免疫反应,进一步加重对细胞的损害。
支原体污染
特点:
① 支原体是一类没有细胞壁的原核微生物,大小介于细菌和病毒之间,一般在 0.2 - 0.3μm 之间。形态多样,有球形、丝状、分枝状等。由于没有细胞壁,它们具有高度的多形性,在不同的生长条件下可以改变形状。
② 支原体是最小的能够独立生活的原核生物,对营养要求苛刻,需要从宿主细胞获取胆固醇、脂肪酸、氨基酸等营养物质。它们可以在细胞表面或者细胞内寄生,生长速度相对较慢,在细胞培养中不易被察觉。
③ 支原体污染会对细胞产生多种不良影响。它会消耗细胞培养基中的营养成分,改变培养基的 pH 值,影响细胞的生长速度,使细胞生长缓慢甚至停滞。同时,支原体还能改变细胞的基因表达和代谢途径,干扰细胞的信号转导,导致实验结果的偏差。例如,在细胞转染等实验中,支原体污染可能会使转染效率降低,影响基因表达的研究。