Medio de cultivo

Un medio de crecimiento o medio de cultivo es un sólido, líquido o semisólido diseñado para sustentar el crecimiento de una población de microorganismos o células mediante el proceso de proliferación celular ^{[ 1 ]} o plantas pequeñas como el musgo Physcomitrella patens . ^{[ 2 ]} Se utilizan diferentes tipos de medios para cultivar diferentes tipos de células. ^{[ 3 ]}

Los dos tipos principales de medios de cultivo son los utilizados para el cultivo celular , que emplean tipos celulares específicos derivados de plantas o animales, y los utilizados para el cultivo microbiológico , que se emplean para el crecimiento de microorganismos como bacterias u hongos . Los medios de cultivo más comunes para microorganismos son los caldos nutritivos y las placas de agar ; en ocasiones se requieren medios especializados para el crecimiento de microorganismos y cultivos celulares. ^{[ 1 ]} Algunos organismos, denominados organismos exigentes , requieren entornos especializados debido a sus complejos requerimientos nutricionales. Los virus , por ejemplo, son parásitos intracelulares obligados y requieren un medio de cultivo que contenga células vivas.

Los medios de cultivo más comunes para microorganismos son los caldos nutritivos (medios nutritivos líquidos) o el caldo de lisogenia . Los medios líquidos suelen mezclarse con agar y verterse en placas de Petri mediante un dispensador de medios estéril para su solidificación. Estas placas de agar proporcionan un medio sólido sobre el que se pueden cultivar los microbios. Permanecen sólidas, ya que muy pocas bacterias son capaces de descomponer el agar (con la excepción de algunas especies de los géneros: Cytophaga , Flavobacterium , Bacillus , Pseudomonas y Alcaligenes ). Las bacterias cultivadas en medios líquidos suelen formar suspensiones coloidales . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

La diferencia entre los medios de cultivo utilizados para el cultivo celular y los utilizados para el cultivo microbiológico radica en que las células derivadas de organismos completos y cultivadas en laboratorio a menudo no pueden crecer sin la adición de, por ejemplo, hormonas o factores de crecimiento que suelen estar presentes in vivo . ^{[ 6 ]} En el caso de las células animales, esta dificultad se suele solucionar añadiendo suero sanguíneo o un sustituto sintético del suero al medio. En el caso de los microorganismos, no existen tales limitaciones, ya que suelen ser organismos unicelulares . Otra diferencia importante es que las células animales en cultivo suelen crecer sobre una superficie plana a la que se adhieren, y el medio se proporciona en forma líquida, cubriendo las células. En cambio, las bacterias como Escherichia coli pueden cultivarse en medios sólidos o líquidos.

Una distinción importante entre los tipos de medios de cultivo es la de medios químicamente definidos frente a medios indefinidos. ^{[ 1 ]} Un medio definido contiene cantidades conocidas de todos sus componentes. Para los microorganismos, consiste en proporcionar oligoelementos y vitaminas necesarios para el microbio, y especialmente fuentes definidas de carbono y nitrógeno . La glucosa o el glicerol se utilizan a menudo como fuentes de carbono, y las sales de amonio o los nitratos como fuentes inorgánicas de nitrógeno. Un medio indefinido contiene algunos componentes complejos, como extracto de levadura o hidrolizado de caseína, que consisten en una mezcla de muchas especies químicas en proporciones desconocidas. Los medios indefinidos se eligen a veces por su precio y otras veces por necesidad, ya que algunos microorganismos nunca se han cultivado en medios definidos.

Un buen ejemplo de medio de cultivo es el mosto utilizado para elaborar cerveza . El mosto contiene todos los nutrientes necesarios para el crecimiento de la levadura y, en condiciones anaeróbicas , se produce alcohol. Cuando el proceso de fermentación se completa, la combinación del medio y los microbios latentes, ahora cerveza, está lista para el consumo. Los principales tipos son:

• medios culturales
• medios mínimos
• medios selectivos
• medios diferenciales
• medios de transporte
• medios indicadores

Medios culturales

Los medios de cultivo contienen todos los elementos que la mayoría de las bacterias necesitan para crecer y no son selectivos, por lo que se utilizan para el cultivo y mantenimiento general de las bacterias que se conservan en las colecciones de cultivos de laboratorio.

Un medio indefinido (también conocido como medio basal o complejo) contiene:

• una fuente de carbono como la glucosa
• agua
• diversas sales
• una fuente de aminoácidos y nitrógeno (por ejemplo, carne de res, extracto de levadura)

Se trata de un medio indefinido porque la fuente de aminoácidos contiene una variedad de compuestos; se desconoce su composición exacta.

Un medio definido (también conocido como medio químicamente definido o medio sintético) es un medio en el que

• Todos los productos químicos utilizados son conocidos.
• No hay presencia de levadura, tejido animal o vegetal.

Ejemplos de medios de cultivo:

• agar nutritivo
• agar para recuento de placas
• agar tripticasa de soja

Medios selectivos

Los medios selectivos se utilizan para el crecimiento exclusivo de microorganismos específicos. Por ejemplo, si un microorganismo es resistente a un antibiótico determinado , como la ampicilina o la tetraciclina , dicho antibiótico puede añadirse al medio para impedir el crecimiento de otras células que no poseen esa resistencia. Los medios que carecían de un aminoácido como la prolina , junto con cepas de E. coli incapaces de sintetizarlo, eran utilizados habitualmente por los genetistas antes del surgimiento de la genómica para mapear los cromosomas bacterianos.

Los medios de cultivo selectivos también se utilizan en cultivos celulares para asegurar la supervivencia o proliferación de células con ciertas propiedades, como resistencia a antibióticos o la capacidad de sintetizar un metabolito específico . Normalmente, la presencia de un gen específico o un alelo de un gen confiere a la célula la capacidad de crecer en el medio selectivo. En estos casos, el gen se denomina marcador .

Los medios de cultivo selectivos para células eucariotas suelen contener neomicina para seleccionar las células que han sido transfectadas con éxito con un plásmido que porta el gen de resistencia a la neomicina como marcador. El ganciclovir es una excepción a esta regla, ya que se utiliza para eliminar específicamente las células que portan su marcador correspondiente: la timidina quinasa del virus del herpes simple .

Ejemplos de medios selectivos:

• El azul de metileno de eosina contiene colorantes tóxicos para las bacterias Gram positivas. Es un medio selectivo y diferencial para coliformes.
• El agar con extracto de levadura ( YM ) tiene un pH bajo , lo que dificulta el crecimiento bacteriano.
• El agar de extracto de malta (MEA ) tiene un pH bajo , lo que dificulta el crecimiento bacteriano.
• El agar MacConkey se utiliza para bacterias Gram negativas .
• El agar entérico Hektoen es selectivo para bacterias Gram negativas.
• El medio selectivo para histidina es un tipo de medio de cultivo celular que carece del aminoácido histidina.
• El agar sal manitol es selectivo para bacterias grampositivas y diferencial para el manitol.
• El desoxicolato de xilosa lisina es selectivo para las bacterias Gram negativas.
• El agar con extracto de levadura y carbón activado tamponado es selectivo para ciertas bacterias gramnegativas, especialmente Legionella pneumophila .
• El agar Baird-Parker se utiliza para estafilococos grampositivos .
• El agar Sabouraud es selectivo para ciertos hongos debido a su bajo pH (5,6) y alta concentración de glucosa (3-4%).
• El agar DRBC (agar diclorán rosa de Bengala cloranfenicol) es un medio selectivo para la enumeración de mohos y levaduras en alimentos. El diclorán y la rosa de Bengala restringen el crecimiento de colonias de moho, evitando el crecimiento excesivo de especies exuberantes y facilitando el recuento preciso de colonias. ^{[ 8 ]}
• Los medios MMN (Melin-Norkrans modificado) y BAF se utilizan para hongos ectomicorrícicos . ^{[ 9 ] [ 10 ]}
• El agar Columbia con ácido nalidíxico (CNA) contiene antibióticos (ácido nalidíxico y colistina) que inhiben los organismos Gram negativos, lo que ayuda en el aislamiento selectivo de bacterias Gram positivas . ^{[ 11 ]}

Medios diferenciales

Los medios diferenciales o indicadores distinguen un tipo de microorganismo de otro que crece en el mismo medio. ^{[ 12 ]} Este tipo de medios utiliza las características bioquímicas de un microorganismo que crece en presencia de nutrientes o indicadores específicos (como rojo neutro , rojo fenol , eosina Y o azul de metileno ) añadidos al medio para indicar visualmente las características definitorias de un microorganismo. Estos medios se utilizan para la detección de microorganismos y por biólogos moleculares para detectar cepas recombinantes de bacterias.

Ejemplos de medios diferenciales:

• El agar sangre (utilizado en las pruebas de estreptococos ) contiene sangre de corazón bovino que se vuelve transparente en presencia de organismos β-hemolíticos como Streptococcus pyogenes y Staphylococcus aureus .
• El azul de metileno eosina es diferencial para la fermentación de la lactosa.
• El medio Granada es selectivo y diferencial para Streptococcus agalactiae (estreptococo del grupo B), que crece en este medio formando colonias rojas características.
• El agar MacConkey es diferencial para la fermentación de lactosa.
• El agar sal manitol es diferencial para la fermentación del manitol.
• Las placas X-gal presentan diferencias en los mutantes del operón lac .

Los medios enriquecidos contienen los nutrientes necesarios para el crecimiento de una amplia variedad de organismos, incluyendo algunos de los más exigentes. Se utilizan comúnmente para obtener la mayor cantidad posible de microbios presentes en la muestra. El agar sangre es un medio enriquecido en el que la sangre entera, rica en nutrientes, complementa los nutrientes básicos. El agar chocolate se enriquece con sangre tratada térmicamente ( 40–45 °C o 104–113 °F ), que adquiere un color marrón y le da al medio el color que le da nombre.  

La elección del medio de cultivo puede afectar la relevancia fisiológica de los hallazgos de los experimentos de cultivo de tejidos , especialmente para los estudios metabólicos. ^{[ 15 ]} Además, se ha demostrado que la dependencia de una línea celular de un gen metabólico se ve afectada por el tipo de medio. ^{[ 16 ]} Al realizar un estudio que involucre varias líneas celulares, utilizar un medio de cultivo uniforme para todas las líneas celulares podría reducir el sesgo en los conjuntos de datos generados. El uso de un medio de crecimiento que represente mejor los niveles fisiológicos de nutrientes puede mejorar la relevancia fisiológica de los estudios in vitro y recientemente se han desarrollado tipos de medios como Plasmax ^{[ 17 ]} y el medio similar al plasma humano (HPLM), ^{[ 18 ]} .

La selección del medio de cultivo celular es crucial para un cultivo eficiente de células de mamíferos, ya que afecta significativamente el crecimiento celular, la productividad y la consistencia entre lotes. ^{[ 19 ]} En la expresión de proteínas, la elección del medio también puede influir en las características terapéuticas de las proteínas producidas a través de procesos como la glicosilación. ^{[ 20 ]} Los diferentes tipos de medios, como los que contienen suero, los que no contienen suero, los que no contienen proteínas y los medios químicamente definidos, tienen ventajas y desventajas distintas.

Los medios que contienen suero son ricos en factores de crecimiento, pero pueden generar variabilidad y problemas de contaminación. El suero fetal bovino (SFB) se usa comúnmente debido a su alta capacidad para favorecer el crecimiento celular, aunque plantea problemas de bioseguridad debido a su composición inconsistente. ^{[ 19 ]} En contraste, los medios libres de suero (MLS) ofrecen formulaciones estandarizadas que mejoran la fiabilidad y reducen los riesgos de contaminación. Están diseñados para incluir nutrientes esenciales como aminoácidos, vitaminas y glucosa, pero a veces pueden proporcionar un rendimiento de crecimiento más débil en comparación con las alternativas que contienen suero. ^{[ 21 ]} El desarrollo de medios libres de proteínas y químicamente definidos tiene como objetivo lograr una mayor consistencia y control en los procesos de cultivo celular.

En última instancia, la composición del medio de cultivo impacta directamente en la viabilidad y productividad celular, por lo que la cuidadosa selección y diseño de los medios de cultivo son esenciales para el éxito del cultivo de células de mamíferos. ^{[ 22 ]}

• cultivo celular
• microbiología de impedancia
• Chee's mediano modificado

• "Los requerimientos nutricionales de las células"