Come coltivare i batteri in modo corretto

Nel 1878, Robert Koch scoprì come far crescere i batteri in una capsula di Petri (dal nome del suo assistente Julius Petri). Inoltre, egli è stato in grado di scoprire quali batteri causano alcune malattie, tra cui la tubercolosi e il colera. Oggi gli scienziati continuano a coltivare microrganismi in laboratorio, in modo che possano essere esaminati e riconosciuti, oppure usati per esperimenti. In questa esperienza introduttiva, preleva dei campioni intorno a te e osserva quali batteri cresceranno nell’ambiente sterile di una capsula di Petri piena di agar, che costituisce il terreno di coltura o nutriente.

Questa attività dimostrerà che la mamma aveva ragione a dire “Lavati le mani con sapone e acqua tiepida!”. Una piastra (o capsula) di Petri preparata con agar nutriente (un derivato di alghe con aggiunte sostanze nutritive di manzo) è un modo ideale per rivelare i batteri che si nascondono intorno a te. Potresti non credere a ciò che troverai nascosto in tutti i punti di ogni casa, della scuola e del mondo.

Ora  vedremo come realizzare delle colture di microrganismi, ovvero popolazioni di microrganismi che sono stati coltivati ​​per uno scopo (ad es. riconoscere i batteri). È importante che le colture siano incontaminate da altri microrganismi, quindi sono necessarie condizioni sterili. In pratica:

• le capsule di Petri, la gelatina di agar nutriente e altri terreni di coltura devono essere sterilizzati;
• le bacchette di inoculo utilizzate per trasferire i microrganismi devono essere sterilizzate (di solito passando l’anello metallico attraverso la fiamma di un bruciatore Bunsen);
• il coperchio della capsula di Petri va sigillato con del nastro adesivo per impedire ai microrganismi dell’aria di entrare e contaminare la coltura.

Le classiche capsule di Petri da 10 cm di diametro e altri formati. Puoi trovare una vasta scelta di capsule di Petri per il tuo laboratorio qui.

I batteri crescono e si riproducono più rapidamente quando sono caldi rispetto a quando sono freddi. Sarebbe pericoloso incubare (cioè mantenere e coltivare) le colture a temperature prossime alla temperatura corporea (37 °C), perché così si potrebbe consentire la crescita di agenti patogeni dannosi per la salute. Quindi la temperatura massima usata nei laboratori scolastici e universitari è di 25 °C.

Preparazione del terreno di coltura

I materiali di cui necessiti per questa esperienza sono i seguenti:

• Alcune capsule di Petri
• Una bottiglia di agar (125 ml bastano per 10 capsule – Lo trovi qui)
• Un termometro ambiente
• Nastro adesivo trasparente
• Alcuni cotton-fioc
• Guanti in lattice
• Buste a zip trasparenti
• Una ciotola per microonde
• Forno a microonde (opzionale ma consigliato)

Le capsule di Petri sono piccoli contenitori a fondo piatto realizzati in vetro trasparente o plastica. Hanno due metà, una superiore e una inferiore, che si incastrano l’una nell’altra. Questo protegge il contenuto da qualsiasi aria contaminata indesiderata, ma consente anche a qualsiasi gas prodotto dai batteri di fuoriuscire. Le capsule di Petri devono essere completamente sterilizzate prima di essere usate per la crescita dei batteri, altrimenti i risultati potrebbero essere influenzati. Le capsule di Petri appena acquistate dovrebbero venire pre-sterilizzate e sigillate in un imballaggio di plastica.

L’agar è la sostanza gelatinosa utilizzata per la coltura dei batteri. È fatto da un tipo di alghe rosse che fornisce una superficie di crescita ideale per molti diversi tipi di batteri. Alcuni tipi di agar contengono sostanze nutritive aggiunte (come il sangue di pecora) che aiutano a promuovere una crescita batterica più vigorosa. Il tipo più semplice di agar da utilizzare per questo esperimento è un agar nutriente che si presenta sotto forma di polvere, e che potete acquistare online (ad esempio, qui).

Due forme sotto cui possiamo trovare l’agar in vendita online.

Avrai bisogno di un contenitore pulito, adatto alle microonde (una ciotola di dimensioni da un quarto di litro funziona alla grande) per mescolare l’agar con acqua e poi bollirlo. Mescola bene mezzo cucchiaino di agar (circa 1,2 grammi) con ¼ di tazza (60 ml) di acqua calda. Queste proporzioni producono una quantità di agar nutriente sufficiente a preparare una capsula di Petri. Non usare meno di 1,2 grammi di polvere di agar per ogni capsula di Petri da circa 10-12 cm che desideri usare. Moltiplica dunque queste quantità per le varie capsule di Petri che si prevede di utilizzare nell’esperienza.

Porta questa miscela a ebollizione per tre minuti per sciogliere completamente l’agar. Attenzione: è necessaria la supervisione di un adulto per far bollire l’acqua. Se si utilizza un forno a microonde per far bollire la miscela, fate attenzione a non farla bollire troppo. In sostanza, la miscela deve essere di colore chiaro e pulita, senza particelle che galleggiano in essa dopo l’ebollizione. Se invece del forno a microonde (che è preferibile) usate un normale fornello a gas, le tempistiche potrebbero essere diverse.

Rimuovete la miscela dal forno a microonde e lasciatela raffreddare per 3-5 minuti. Solo a questo punto, togliete il coperchio dalla capsula di Petri e riempite la metà inferiore della capsula in questione con una miscela ancora calda di agar nutriente. Coprite subito parzialmente la parte inferiore della capsula (in pratica, lasciate il coperchio socchiuso in modo che l’umidità in eccesso possa fuoriuscire) e poi dopo qualche minuto copritela del tutto, per evitare che i batteri presenti nell’aria contaminino l’esperimento.

Una volta raffreddatasi, si versa la miscela agar + acqua nella capsula di Petri.

Mettete ora da parte la capsula di Petri per un tempo che va da 30 minuti a 2 ore, fino a quando la soluzione di agar si raffredda e si indurisce. Se non si prevede di usare subito le capsule di Petri riempite con agar, conservale (capovolte!) in frigorifero fino a quando non si è pronti per procedere con l’esperimento. Ciò impedisce l’evaporazione dell’acqua all’interno delle capsule (i batteri necessitano di un ambiente umido per crescere). Le capsule di Petri riempite di agar possono rimanere in frigo per un paio di mesi, ma quando le userai falle prima raggiungere la temperatura ambiente.

Proprio come la gelatina, l’agar deve bollire per un certo periodo di tempo per gelificare correttamente. Se necessario, versate qualsiasi miscela non uniformemente miscelata presente in ciascuna capsula di Petri nella ciotola (coprite i piattini di Petri vuoti!) e ripassatela nel microonde finché non si vede che bolle. Guardatela bollire (ma non fatela bollire troppo) per 10-15 secondi prima di spegnere il microonde. Non ci dovrebbero essere particelle galleggianti in essa. Versate la miscela di agar caldo nelle capsule di Petri (e copritele!) come avete fatto prima, ed esso dovrebbe solidificare entro un’ora.

La coltura di microrganismi batterici

È ora di raccogliere alcuni batteri all’estremità di un batuffolino di cotone! Il test classico consiste nel rotolare un cotton-fioc pulito in bocca e poi sfiorare leggermente l’agar gelificato. Anche se lì per lì non vedremo nulla, questa azione trasferirà dei batteri sul terreno di coltura.

È possibile raccogliere un campione dalla tastiera di un computer e porlo su metà della capsula di Petri e lasciare l’altra metà libera per un test di confronto che illustreremo più avanti. Per ottenere un buon campione, inumidite leggermente il tampone di cotone, o cotton-fioc, con acqua sterile (ad es. bollita in precedenza). Assicurati di far scorrere il bastoncino in modo che tocchi tutta la superficie da testare, allo scopo di coprire l’intera estremità di cotone del tampone con batteri invisibili.

A questo punto, solleva il coperchio dalla capsula di Petri e disegna leggermente una linea ondulata a zig-zag nell’agar con l’estremità del cotton-fioc. Tieni il bastoncino tra le dita mentre disegni la linea. Gira la capsula e ripeti. Copri la capsula con il coperchio ed etichetta la capsula con la data e il nome del campione che hai prelevato e inserito nella capsula. Se hai finito, sigilla la capsula con il nastro adesivo trasparente in modo da evitare che dell’aria esterna possa entrarvi contaminando la coltura in atto.

Come usare la capsula di Petri con l’agar per inoculare e coltivare un campione.

Naturalmente, puoi introdurre i batteri nella capsula di Petri anche con il contatto diretto, cioè toccando l’agar. Uno dei modi più comuni per farlo è quello di premere semplicemente il polpastrello (prima o dopo aver lavato le mani) leggermente sulla superficie dell’agar. Tuttavia, potresti anche provare a premere un’unghia o la superficie di una vecchia moneta nell’agar, o anche a posizionare un piccolo capello o una goccia di latte nella capsula. Usa semplicemente la tua immaginazione!

L’umidità proveniente dall’agar può essere un problema. Molte persone girano la capsula di Petri durante questa fase per evitare che l’umidità goccioli sulle colonie in crescita, ed è una buona idea. Se volete, posizionate una goccia (non di più) di un gel igienizzante per le mani nel mezzo di uno dei ghirigori che avete creato nella capsula di Petri. L’ipotesi è che il disinfettante antibatterico presente nel detergente per le mani impedisca ai batteri di crescere lì, e potrete in questo modo verificarlo facilmente.

Ora utilizzate un panno igienizzante per pulire a fondo una delle superfici sottoposte al test appena descritto, ad esempio un cellulare. Con un tampone pulito, rifate il test facendo uno scarabocchio con un cotton-fioc pulito (dopo averlo ripassato sul cellulare da voi ripulito) nell’altra metà della capsula di Petri, per confermare il risultato positivo degli sforzi di pulizia. Se fai questo secondo prelievo, è ovviamente solo a questo punto che sigillerai la capsula con del nastro adesivo.

Prima di coltivare qualsiasi cosa, alcune persone posizionano ciascuna capsula di Petri in una busta separata con chiusura a cerniera. In ogni caso, disponete le capsule capovolte in un ambiente caldo a circa 25 °C (la temperatura ideale per i batteri in crescita è tra 20 e 37 °C – e in un luogo totalmente buio – dove i batteri possano crescere. Lascia che i batteri si sviluppino per 4-6 giorni, poiché questo darà alle culture abbastanza tempo per crescere (lo si può notare da un odore proveniente dalle capsule).

Inizio della crescita dei batteri in una capsula di Petri.

Il posto più adatto per la crescita dipende dalla stagione e dalla temperatura ambiente, quindi va valutato caso per caso. Una scatola chiusa posta vicino a una fonte di calore (ad es. un modem o una lampadina) è un posto fantastico, se in precedenza avete testato la temperatura del punto lasciandovi il termometro per un’oretta e non arriva ai pericolosi 37 °C ma al più a 27-28 °C. Ricorda: NON aprire mai le capsule quando i batteri iniziano a crescere. Potresti coltivare dei patogeni seri e nemmeno saperlo.

Risultati e smaltimento dei materiali

In breve tempo, sarete accolti da una straordinaria varietà di batteri, muffe e funghi. Probabilmente vedrete delle colonie sempre più grandi nei giorni successivi. Non dovresti invece vedere troppa crescita dove sono stati usati i disinfettanti (ad es. disinfettanti per le mani). Potresti persino vedere una “aureola” intorno a ogni posizione. Questo alone è chiamato “kill zone”. Misura e confronta le dimensioni della kill zone per determinare l’efficacia di diversi agenti antibatterici.

È probabile che tu abbia un’enorme varietà di colori, forme e odori nei tuoi piccoli mondi. Conta il numero di colonie sul piatto, nota le differenze di colore, forma e altre proprietà. Far crescere i batteri può essere un po’ complicato, quindi non scoraggiarti se devi fare più di un tentativo. Permetti loro di avere abbastanza tempo per crescere. Ne hai bisogno a milioni in un posto solo per vederli del tutto. Sono davvero piccoli! In un laboratorio, si userebbe un’anello da inoculo per raccogliere un po’ di batteri in modo da creare un vetrino per ulteriori studi al microscopio, ma a casa non farlo!

L’anello da inoculo per raccogliere del materiale da trasferire puoi fartelo da solo.

I batteri che hai coltivato crescono e spesso puzzano e fanno conoscere la loro presenza dopo poco tempo. Questi, però, non sono giocattoli o semplici curiosità. Lo smaltimento corretto è essenziale sia per la sicurezza che per l’igiene. Sigilla tutte le piastre di Petri in sacchetti di plastica con chiusura a cerniera più grande. Puoi aggiungere qualche goccia di candeggina al cloro prima di sigillare questi sacchetti per aggiungere un altro livello di distruzione. Ricorda: NON aprire le buste con chiusura lampo… mai! Quando hai finito di analizzare le colture, getta l’intera busta sigillata nella spazzatura.

Proteggi le tue mani dalla candeggina indossando guanti di gomma, proteggiti gli occhi con gli occhiali di plastica e proteggi i tuoi vestiti indossando un grembiule. Versa la candeggina nelle piastre di Petri. Apri la capsula di Petri e versa con attenzione una piccola quantità di candeggina sopra le colonie di batteri, tenendo la capsula sopra un lavandino. Ciò distruggerà i batteri. Fai molta attenzione a non lasciare che la candeggina tocchi la tua pelle, poiché la brucerà. Quindi posiziona la capsula di Petri disinfettata in un sacco di plastica a chiusura lampo e getta il sacco nella spazzatura.

La maggior parte dei batteri prelevati nel tuo ambiente non sarà dannosa. Tuttavia, una volta che si moltiplicano in milioni di colonie in una capsula di Petri, diventano più pericolosi. Assicurati di proteggere i tuoi tagli aperti o ferite con guanti in lattice usa e getta, e di non ingerire né inspirare batteri in crescita. Tieni le tue piastre di Petri sigillate nelle buste con chiusura a cerniera per l’intero esperimento. Quando hai terminato l’esperimento, procedi allo smaltimento come lo abbiamo appena illustrato.

Usa sempre dei guanti sterili quando maneggi le capsule di Petri.

La crescita dei batteri in una capsula di Petri non è, di per sé, un esperimento scientifico. È un risultato interessante e affascinante, ma non soddisfa i requisiti di un progetto scientifico. Se vuoi fare un esperimento scientifico sui germi, devi aggiungere una variabile o qualcosa che cambia nell’esperimento. Ad esempio, nell’attività dei batteri in crescita descritta in questo articolo, l’aggiunta di un disinfettante antibatterico è una variabile che può essere interessante studiare. Vedremo in altri articoli quali sono alcuni esperimenti interessanti che è possibile effettuare con i batteri.

Si raccomanda la supervisione di un adulto quando si lavora con i batteri.