高速轨道振荡促进需氧细菌生长

序言
小体积细菌培养物的生长有助于降低材料成本并提高分析效率。标准的 96 孔板常用于细菌生长实验，但要实现充足的氧气转移率以支持需氧生长，则需要对样本进行快速搅拌。通过使用 Stratus 微生物生长曲线仪（美国Cerillo公司，Stratus现已升级至Rayo S600）并结合 MS 3 基础型（德国IKA公司）摇床，本应用说明详细介绍了在 Stratus 微生物生长曲线仪中快速摇动大肠杆菌 K12 培养物以实现连续监测的需氧细菌生长曲线的结果。
材料和方法
在最小培养基中培养了一夜的 E. coli K12 细菌菌株，其初始浓度被稀释至 0.1 OD。随后，将稀释后的菌液按每孔 200 微升的体积分装到一个标准透明聚苯乙烯 96 孔板中。96 个孔中有 80 个孔装有稀释后的生长菌液，另外 16 个孔装有无菌的最小培养基，同样体积为 200 微升。所使用的最小培养基含有 M9 盐，并添加了 2.7 克/升的葡萄糖，以促进 E. coli K12 的最佳生长（Wang，2018）。
将样本分装后，用 BreathEasy® 膜（美国Diversifed Biotech公司产品）覆盖微孔板以防止水分蒸发。然后将板置于 MS 基本型摇床中，以200转/分钟的速度运行（该摇床置于一个设定为37°C的加热培养箱内）。实验持续了 20 小时。实验完成后，准备了相同的稀释培养物，并在500转/分钟的摇动速度下重复进行了该实验。
结果

图 1.通过以 200 转/分钟的转速对大肠杆菌 K12 培养物进行摇动，得到了生长曲线数据。误差条表示标准偏差。

图 2. 在 500 转/分钟的转速下摇动 E. coli K12 培养物所得的生长曲线结果。误差条表示标准偏差。
结果表明，在以 500 转/分钟的速度振荡时，培养板的 OD600 值读数显著高于以 200 转/分钟振荡时的读数。这表明，振荡强度更强的处理方式能够提高总体生物量产量。
小结
细菌培养样本的搅动会对其生长速率和生物量产量产生重大影响，因为充分搅动的样本中氧气转移速率会有所提高（Duetz, 2001）。在选择振荡摇床的协议时，通过观察样本的湍流情况来预测是否能达到足够的氧气转移速率以实现最佳生长是至关重要的（Duetz, 2001）。在本次实验中观察培养板时，200 转/分钟的实验中样本孔内的视觉湍流明显少于 500 转/分钟的实验。
因此，在使用Stratus(现已升级至Rayo S600）时，首先需要确定能够使样本产生可见搅拌效果的旋转速率，然后再根据此来估算所需的实验旋转速率。实现湍流流动的旋转速率取决于多种因素，包括样本体积、搅拌半径、微孔板孔径以及旋转角度（Duetz, 2000）。在确定实现理想微生物生长所需的速度时，应综合考虑所有这些因素。
参考文献
Duetz, Wouter A., Rüedi Lorenz, Robert Hermann, Kevin O’Connor, Büchs Jochen, and Bernard Witholt. “Methods for Intense Aeration, Growth, Storage, and Replication of Bacterial Strains in Microtiter Plates.” Applied and Environmental Microbiology 66, no. 6 (2000): 2641–46. .

Duetz, Wouter A., and Bernard Witholt. “Effectiveness of Orbital Shaking for the Aeration of Suspended Bacterial Cultures in Square-Deepwell Microtiter Plates.” Biochemical Engineering Journal 7, no. 2 (2001): 113–15.

Wang, Liang, Qinghua Liu, Yangguang Du, Daoquan Tang, and Michael Wise. “Optimized M9 Minimal Salts Medium for Enhanced Growth Rate and Glycogen Accumulation of Escherichia Coli DH5a.” Microbiology and Biotechnology Letters 46, no. 3 (2018): 194–200. .

赛朗道（上海）科技有限公司