출처: 이안 페퍼 박사와 찰스 게르바 박사의 연구소 – 애리조나 대학교
데모 저자: 루이사 이크너
무균 기술은 실험실에서 마음 챙김과 연습의 균형을 필요로 환경 미생물학 분야에서 널리 연습 하는 기본적인 기술. 이 기술을 적절히 사용하면 시약, 배양 매체 및 환경 샘플의 세균 또는 곰팡이 오염 가능성을 줄입니다. 무균 기술은 데이터 무결성을 보장하고 문화 격리가 매우 드물고 어려운 문화 라이브러리의 순도를 유지하는 데 에도 중요합니다. 실험실 환경에서 오염의 근원은 공기 중 미생물 (먼지와 보풀 입자에 부착하는 그 포함), 실험실 벤치 작업 공간 또는 살균되지 않은 유리 제품 또는 장비에 존재하는 미생물, 연구원의 몸과 머리카락에서 전송 된 미생물을 포함한다. 무균 기술의 사용은 또한 병원균과 함께 작업할 때 특히 중요한 연구원에게 미생물의 전송을 위한 잠재력을 낮추는 안전 측정입니다.
무균 기술을 사용하는 목적은 생물학적 샘플의 오염을 최소화하기 위해 멸균 작업 환경, 장비 및 시약을 만들고 유지하는 것입니다. 이를 위해 작업 공간과 일부 도구는 70% 에탄올과 희석 표백제와 같은 화학 물질로 소독될 수 있습니다. 연구위원은 실험실 코트, 장갑 및 안전 고글과 같은 개인 보호 장비(PPE)를 착용하는 것도 중요합니다.
미디어 및 시약은 박테리아와 같은 대부분의 미생물을 효과적으로 제거하는 0.22 μm 필터를 사용하는 필터 살균 장치를 사용하여 멸균될 수 있습니다. 또는 많은 시약 및 장비도 고열로 살균할 수 있습니다. 예를 들어, 공구, 유리 제품 및 액체 매체의 미생물은 고온 가압 증기에 노출되어 내용을 살균하는 챔버인 오토클레이브에서 열로 죽을 수 있습니다. 또한, 분젠 버너와 같은 화염원을 사용하여 일부 공구를 열살균할 수 있다.
화염 원천의 사용은 또한 무균 작업 환경을 설정하는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. 화염의 열은 공기 대류를 일으켜 버너 근처에서 공중 오염 물질을 들어 올리는 업드래프트를 생성하고 무균 실험 작업을 수행하는 “멸균 필드”를 만듭니다.
1. 무균 작업 준비
2. 세균 전달: 페트리 플레이트에서 페트리 플레이트까지
3. 세균 전달: 국물 문화에서 페트리 플레이트까지
4. 세균 전달: 성장이 있는 페트리 플레이트에서 멸균 액체 매체까지
5. 세균 전달: 국물 배양에서 멸균 액체 성장 매체에
무균 기술은 미생물학의 기본 기술이며 환경 연구에 중요한 응용 프로그램을 가지고 있습니다.
미생물 배양이 오염되면 실험실에서 문화를 “정리”하거나 문화를 대체하는 데 필요한 시간, 인건비 및 재정적 비용, 특히 희귀 한 환경으로부터 분리되는 것은 매우 높고 금지적 일 수 있으며 일부 샘플은 대체 할 수 없습니다.
무균 기술을 적절히 사용하면 시약, 배양 매체 및 환경 샘플의 세균 및 곰팡이 오염 가능성을 줄이고 샘플 간의 교차 오염을 방지합니다. 그것은 또한 병원균으로 일할 때 특히 중요한 실험자에게 미생물의 잠재적인 전송을 감소시키는 안전 측정입니다.
이 비디오는 아셉시스의 원리를 소개합니다. 멸균 시약 및 배양을 유지하기 위한 몇 가지 중요한 기술; 그리고 마지막으로, 환경 과학에서 그들의 사용의 일부.
무균 기술을 사용하는 목적은 생물학적 샘플의 오염을 최소화하기 위해 멸균 작업 환경, 장비 및 시약을 만들고 유지하는 것입니다. 오염의 일반적인 근원은 공기 중 미생물, 실험실 벤치 또는 장비에 존재하는 미생물, 그리고 연구원의 머리, 바디 및 의류에서 그 포함합니다.
두 가지 유형의 제제는 실험실에서 오염을 제거하거나 방지하는 데 핵심적인 것입니다: 소독제 화학 물질 및 열. 70% 에탄올 및 희석 표백제와 같은 솔루션은 무균 작업에 참여하기 전에 장비, 작업 표면 및 실험자의 장갑을 소독하는 데 자주 사용됩니다.
동시에 공구, 유리 제품 및 액체 매체의 미생물은 고온 가압 증기에 노출되어 내용을 살균하는 챔버인 오토클레이브에서 열로 만들 수 있습니다. 또한, 확산 도금 및 금속 접종 루프에 사용되는 유리 막대와 같은 공구는 분젠 버너와 같은 화염 원을 사용하여 열 멸균될 수 있다.
화염 원천의 사용은 또한 무균 작업 환경을 설정하는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. 화염의 열은 공기 대류를 일으켜 버너 근처에서 공중 오염 물질을 들어 올리는 업드래프트를 생성하고 무균 실험 작업을 수행하는 “멸균 필드”를 만듭니다.
이제 무균 기술의 원리와 중요한 이유를 이해하게 되었으므로 무균 작업 환경을 만들고 멸균 성장 매체를 만들고 다른 배양 조건 사이에 박테리아를 무균적으로 이전하기 위한 프로토콜을 살펴보겠습니다.
무균 작업을 시작하기 전에 실험자가 적절한 개인 보호 장비 또는 PPE를 착용하는 것이 중요합니다. 이것의 목적은 둘 다 견본과 실험실 문화를 오염시키는 실험자가 오염하는 것을 방지하고, 또한 연구원에게 잠재적으로 병원성 미생물의 전송을 방지하기 위한 것입니다. PPE 품목에는 실험실 코트, 장갑 및 안전 고글이 포함됩니다.
다음 단계는 미생물 샘플을 배양하는 데 사용되는 성장 매체를 적절히 살균하고 저장하는 것입니다. 먼저, 적당한 양의 고체 중간 성분을 계량하고, 탈열된 물과 같은 제조업체가 지정한 액체 용매의 적절한 부피에 첨가하고, 자동 교반바에 자석 교반바를 추가하고, 용기를 뜨거운 플레이트 교반기위에 놓고, 저열 및 교반으로 고체 중간 성분을 용해한다.
중간 컨테이너를 닫습니다. 나사 에 캡 유리 용기를 사용하는 경우, 완전히 캡을 조여하지 않도록해야합니다, 선박 내부의 공기는 오토 클레이브 동안 가열로 인해 확장하고 탈출할 필요가있다. 탈출하지 않으면 가스가 혈관이 파열될 수 있습니다. 용기에 오토클레이브 테이프 조각을 넣고 121 °C에서 20 분과 같은 제조업체의 지시에 따라 미디어를 오토클레이브하십시오. 오토클레이브 후 오토클레이브 테이프의 줄무늬가 검은색으로 변했는지 확인하여 적절한 온도에 도달했음을 나타냅니다.
액체 성장 매체의 경우 실온으로 식히고 실온이나 냉장 보관하십시오. 한천 기반의 고체 성장 매체의 경우 약 50°C로 식힌 다음 멸균 페트리 접시에 붓습니다. 적절한 온도에서 저장하기 전에 한천이 식히고 고체되도록 하십시오.
열에 민감한 부품의 존재로 인해 오토클레이브할 수 없는 미디어의 경우 0.22 μm 필터를 사용하여 필터를 살균합니다.
미생물 작업의 핵심 기술은 고체및 액체 모두 다른 성장 매체 간에 세균 배양을 무균적으로 전달하는 것입니다. 시작하기 전에 소독제로 실험실 벤치 표면을 청소하십시오. 이것은 배양 또는 멸균 매체를 오염의 리스크를 낮춥습니다.
세균 배양을 옮기는 것은 일반적으로 화염에 가열해서 사용하기 전에 살균될 필요가 있는 접종 루프에게 불린 공구의 사용을 합니다.
화염 원을 켭니다. 불의 끝을 통해 접종 루프를 천천히 전달합니다. 루프가 빨간색으로 뜨거워집니다. 단단한 한천 접시에서 세균 성 식민지를 옮기려면 페트리 플레이트를 약간 열고 뜨거운 접종 루프를 천지 표면의 빈 부분에 부드럽게 눌러 박테리아를 열 을 죽이는 것을 피하십시오. 접종 루프로 단일 식민지를 긁어 내고 판을 닫습니다.
액체 성장 배지에서 박테리아를 전송하려면 배양 용기에서 캡을 제거하십시오. 오염을 방지하기 위해 캡을 벤치로 내려 놓는 것을 피하십시오. 용기의 입을 2-3번 전달하여 가장 뜨거운 화염 부분을 통과합니다. 그런 다음, 용기 내부에 뜨겁고 살균된 접종 루프를 조심스럽게 만져 국물 배양에 삽입하기 전에 식힙니다. 컬쳐의 루프 를 제거하고 즉시 캡을 닫습니다.
얻어진 박테리아를 멸균 성장 배지로 옮기려면 멸균 국물로 용기에서 캡을 제거하고 용기의 개구부를 2-3번 통과한다. 그런 다음 접종 루프를 배지로 조심스럽게 낮추고 부드럽게 교반하여 박테리아를 방출합니다. 즉시 캡을 닫습니다. 사용 후 접종 루프를 살균합니다.
박테리아를 멸균 한천 접시에 옮기면, 단장한 천으로 신선한 페트리 플레이트뚜껑을 엽니다. 한 농가의 한 구역에서 세균 배양과 함께 접종 루프를 앞뒤로 줄입니다. 루프를 살균하고 한천의 빈 부분을 만져서 식힌 다음 첫 번째 줄무늬에 둔한 각도로 한 천에 또 다른 행진을 만들어 첫 1-2 스트로크에서 첫 번째 연승을 통과하지만 후속 스트로크에서 첫 번째 줄무늬를 만지지 않도록하십시오. 살균을 반복하고 2 번 더 줄무늬. 페트리 플레이트를 닫고 접종 루프를 살균합니다.
일단 접종되면, 국물 또는 한천 플레이트는 실행 가능한 문화를 얻기 위해 주어진 미생물에 대한 이상적인 성장 온도에서 배양되어야한다. 단단한 매체에서, 잔디 또는 박테리아의 연속 가닥처음 두 줄무늬에 의해 덮여 한고에 볼 수 있을 것 이다, 하지만 개별 식민지 마지막 줄무늬에 얻을 수 있어야. 불량 무균 기술은 플레이트에 곰팡이 및 기타 오염 물질의 성장을 초래할 것이다.
무균 기술은 환경에서 미생물 견본을 관련시키는 많은 실험에서 중요합니다. 이 연구에서, 연구원은 박테리아 감염 바이러스인 박테리오파지를 일반적인 토양 박테리아 관절경에서격리하였다. 관절 경 문화는 무균 조건하에서 처음으로 성장했다. 토양 샘플은 파지 버퍼에서 세척 및 여과되었고, 파지 용액은 세균 배양과 혼합되어 식기 판에 도금되었다. 세균성 잔디는 접시에 형성 될 것 이다, 하지만 클리어링 있을 것 이다, 또는 “플라크”, 바이러스 감염 하 고 박테리아를 죽인 반 점에. 파지는 추가 연구를 위해 이 플라크에서 정제될 수 있었습니다.
Bunsen 버너를 사용하는 것 외에도 무균 작업 환경은 라미나르 흐름 후드로 알려진 특수 워크스테이션에서 유지관리될 수 있으며, 이는 지시된 기류와 필터를 사용하여 멸균을 유지할 수 있습니다. 여기서 과학자들은 잠재적인 병원성 박테리아와 바이러스를 물 샘플에서 분리하기 위해 유동 후드에서 일했습니다. 이러한 격리는 아메배와 함께 배양되었습니다. 아모에바는 일반적으로 먹거나 “phagocytose” 박테리아 이기 때문에, 아메발 소화에 저항하고 이 유기체에 남아 있던 어떤 박테리아든지 또한 잠재적으로 인간 적인 세포에서 실행 가능한 남아 질병을 일으키는 원인이 될 수 있습니다.
마지막으로, 멸균 조건은 우부 식물에 있는 뿌리 결절의 형성과 같은 생태기계에 대한 상세한 연구를 허용합니다 – 성장을 위해 식물에 의해 이용되는 암모니아로 대기 질소를 “고정”하는 박테리아 채워진 기관. 여기에서 연구원은 식물 성장 매체를 가진 노치 페트리 플레이트를 사용하여 고개를 끄덕이는 과정을 연구하기 위한 “소우주”를 만들고, 그(것)들에 묘목을 놓고 nodule 형성 rhizobial 박테리아를 가진 모종을 접종했습니다. 유동 후드의 무균 환경은 다른 박테리아 또는 곰팡이로 배양의 오염을 방지합니다.
환경 과학의 무균 기술에 대한 JoVE의 비디오를 방금 시청했습니다. 이제 무균 근무 조건이 중요한 이유를 이해해야 합니다. 미생물학적 실험을 무균적으로 수행하는 방법; 환경 연구에 무균 기술의 일부 응용 프로그램. 언제나처럼, 시청주셔서 감사합니다!
절차의 결과는 적절한 무균 기술과 가난한 무균 기술을 보여줍니다. 도 7은 아가로즈 플레이트(상단 플레이트: 멸균 매체; 하단 플레이트: 오염된 매체)를 부을 때 불량 한 무균 기술에서 발생할 수있는 오염을 보여줍니다.
그림 7: 아가로즈 플레이트를 부을 때 불량 한 무균 기술에서 발생할 수있는 오염. 상단 플레이트: 멸균 매체; 하단 플레이트: 오염된 미디어.
Bunsen 버너를 사용하는 것 외에도 무균 작업 환경은 라미나르 흐름 후드로 알려진 특수 워크스테이션에서 유지관리될 수 있으며, 이는 지시된 기류와 필터를 사용하여 멸균을 유지할 수 있습니다.
무균 기술의 적절한 사용은 미디어, 시약 및 배양 된 격리와 함께 작업 할 때 현장과 실험실에서 샘플링 할 때 환경 미생물학자에게 매우 중요합니다. 현장에서 가난한 무균 기술은 기술자에서 중요한 환경 샘플로 미생물을 옮기고 미생물을 한 샘플에서 다른 샘플로 교차 오염시킬 수 있습니다. 이러한 사건은 예를 들어, 주어진 생물체에 존재할 수 있는 세균및 곰팡이 인구를 식별하고 비교하고자 하는 미생물 생태학 연구에서 중요합니다. 이러한 샘플의 오염으로 인해 데이터 무결성이 손실될 수 있습니다. 무균 기술은 또한 현장 샘플링에서 유래한 실험실 배양 분리 또는 잘 확립된 미생물 및 세포 배양 저장소에서 유래한 격리에 중요합니다. 오염된 문화를 “정화”하거나 대체하는 노력의 일환으로 실험실에서 요구되는 시간, 인건비 및 재정적 비용, 특히 독특한 환경에서 드문 격리는 일부 격리가 대체할 수 없기 때문에 매우 높고 금지적일 수 있습니다.
Aseptic technique is a fundamental skill in microbiology, and has crucial applications in environmental research.
If microbiological cultures are contaminated, the time, labor, and financial costs that would be required of a lab to “clean up” or replace the cultures, particularly rare isolates from unique environments, could be very high and prohibitive, and some samples may be irreplaceable.
Proper use of aseptic techniques reduces the likelihood of bacterial and fungal contamination of reagents, culture media, and environmental samples, and also avoids cross-contamination between samples. It is also a safety measure that diminishes the potential transmission of microbes to the experimenter, which is especially important when working with pathogens.
This video will introduce the principles of asepsis; several important techniques to maintain sterile reagents and cultures; and finally, some of their uses in environmental science.
The goal of using aseptic techniques is to create and maintain a sterile working environment, equipment, and reagents, so as to minimize contamination of biological samples. Common sources of contamination include airborne microorganisms, microbes present on the laboratory bench or equipment, and those from the hair, body, and clothing of the researcher.
Two types of agents are central to removing or preventing contamination in the laboratory: disinfectant chemicals and heat. Solutions such as 70% ethanol and dilute bleach are often used to disinfect equipment, working surfaces, and experimenters’ gloves before engaging in aseptic work.
At the same time, microbes on or in tools, glassware, and liquid media can be heat-killed in an autoclave, which is a chamber that sterilizes contents via exposure to high-temperature pressurized steam. In addition, tools such as glass rods used for spread plating and metal inoculation loops can be heat-sterilized using a flame source, such as a Bunsen burner.
The use of a flame source is also one of the most common ways to establish an aseptic working environment. The heat from the flame causes air convection, generating an updraft that lifts any airborne contaminants away from the vicinity of the burner, and creating a “sterile field” in which to conduct aseptic experimental work.
Now that you understand the principles behind aseptic techniques and why they are important, let’s go through a protocol for creating an aseptic working environment, making up sterile growth media, and aseptically transferring bacteria between different culturing conditions.
Before beginning aseptic work, it is important for the experimenter to don proper personal protective equipment, or PPE. The purpose of this is both to prevent the experimenter from contaminating the samples and lab cultures, and also to prevent the transfer of potentially pathogenic microbes to the researcher. PPE items include a lab coat, gloves, and safety goggles.
The next step is to properly sterilize and store the growth media to be used for culturing the microbial samples. First, weigh out the proper amount of solid medium components, and add them to the proper volume of liquid solvent specified by the manufacturer, such as deionized water, in an autoclavable container Add a magnetic stir bar, place the container on a hot plate stirrer, and dissolve the solid medium components with low heat and stirring.
Close the medium containers. If using a glass vessel with screw-on cap, be sure to not tighten the cap completely, as the air inside the vessels will expand due to heating during autoclaving and needs to escape. Without escape, the gas could cause the vessel to rupture. Put a piece of autoclave tape on the vessels, and autoclave the media according to the manufacturer’s instructions, such as 20 min at 121 °C. After autoclaving, verify that the stripes on the autoclave tapes turned black, indicating the proper temperature was reached.
For liquid growth media, let them cool to room temperature, and store them at room temperature or with refrigeration as appropriate. For agar-based solid growth media, let them cool to approximately 50 °C, then pour into sterile Petri dishes. Allow the agar to cool and solidify before storing at the appropriate temperature.
For media that cannot be autoclaved due to the presence of heat-sensitive components, filter sterilize using a 0.22-μm filter.
A core technique in microbiological work is to aseptically transfer bacterial cultures between different growth media, both solid and liquid. Prior to beginning, clean the lab bench surface with a disinfectant. This lowers the risk of contaminating cultures or sterile media.
Transferring bacterial cultures commonly makes use of a tool called an inoculating loop, which needs to be sterilized prior to use by heating in a flame.
Turn on a flame source. Slowly pass the inoculating loop through the tip of the flame. The loop will turn red hot. To transfer a bacterial colony from a solid agar plate, open the Petri plate slightly, and gently tap the hot inoculating loop onto an empty part of the agar surface to avoid heat-killing the bacteria. Scrape a single colony with the inoculating loop, and close the plate.
To transfer bacteria from a liquid growth medium, remove the cap from the culture container. To help prevent contamination, avoiding setting the cap down onto the bench. Pass the mouth of the container 2-3 times through the hottest portion of the flame. Then, carefully touch the hot, sterilized inoculation loop onto the inside of the container and let it cool before inserting it into the broth culture. Remove one loopful of the culture, and immediately close the cap.
For transferring the obtained bacteria to a sterile growth medium, remove the cap from a container with the sterile broth and pass the container’s opening through the flame 2-3 times. Then, carefully lower the inoculation loop into the medium, and agitate gently to release the bacteria. Immediately close the cap. Sterilize the inoculation loop after use.
If transferring bacteria onto a sterile agar plate, open the lid of a fresh Petri plate with uninoculated agar. Streak the inoculation loop with the bacterial culture back-and-forth across one sector of the agar. Sterilize the loop and cool it by touching an empty part of the agar, then make another streak on the agar at an obtuse angle to the first streak, making sure to cross the first streak on the first 1-2 strokes but avoid touching the first streak on subsequent strokes. Repeat the sterilization and streaking 2 more times. Close the Petri plate, and sterilize the inoculation loop.
Once inoculated, the broth or agar plate should then be incubated at the ideal growth temperature for the given microorganism to obtain viable culture. On solid medium, a lawn or continuous strand of bacteria would be visible on agar covered by the first two streaks, but individual colonies should be obtained on the final streak. Poor aseptic techniques would result in the growth of mold and other contaminants on the plate.
Aseptic techniques are important in many experiments involving microbial samples from the environment. In this study, researchers isolated bacteriophages, which are bacteria-infecting viruses, from the common soil bacterium Arthrobacter. Arthrobacter cultures were first grown under aseptic conditions. Soil samples were then washed and filtered in phage buffer, and the phage solution was mixed with the bacterial culture and plated onto agar plates. A bacterial lawn would form on the plate, but there would be clearings, or “plaques”, at spots where the virus had infected and killed the bacteria. Phage could then be purified from these plaques for further study.
Other than using Bunsen burners, aseptic working environments can also be maintained in specialized workstations known as laminar flow hoods, which use directed airflow and filters to maintain sterility. Here, scientists worked in a flow hood to isolate potential pathogenic bacteria and viruses from water samples. These isolates were then cultured together with amoebae. Because amoebae normally eat or “phagocytose” bacteria, any bacteria that were able to resist amoebal digestion and remain in these organisms can also potentially remain viable in human cells and cause diseases.
Finally, sterile conditions permit detailed study of ecological mechanisms such as the formation of root nodules in legume plants – bacteria-filled organs that “fix” atmospheric nitrogen into ammonia, which is used by the plant for growth. Researchers here created “microcosms” for studying the nodulation process using notched Petri plates with plant growth medium, placed seedlings into them and inoculated the seedlings with nodule-forming rhizobial bacteria. The aseptic environment of the flow hood prevents contamination of the cultures with other bacteria or fungi.
You’ve just watched JoVE’s video on aseptic techniques in environmental science. You should now understand why aseptic working conditions are important; how to aseptically perform microbiological experiments; and some applications of aseptic techniques to environmental research. As always, thanks for watching!
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