مقدمه

محیط کشت مک‌کانکی (MacConkey Agar) یکی از پرکاربردترین محیط‌های انتخابی و تمایزی در میکروبیولوژی است که برای جداسازی و شناسایی باکتری‌های گرم منفی روده‌ای، به‌ویژه اعضای خانواده انتروباکتریاسه، طراحی شده است. این محیط به دلیل ترکیبات شیمیایی منحصربه‌فرد خود، امکان مهار رشد باکتری‌های گرم مثبت و تمایز باکتری‌های گرم منفی بر اساس توانایی تخمیر لاکتوز را فراهم می‌کند. ترکیبات کلیدی مک‌کانکی، شامل لاکتوز، نمک‌های صفراوی، کریستال ویوله، پپتون‌ها، قرمز خنثی و آگار، هرکدام نقش خاصی در عملکرد محیط دارند و آن را به ابزاری کلیدی در تشخیص پاتوژن‌هایی مانند اشرشیا کلای، spp.، سالمونلا، شیگلا و کلبسیلا پنومونیه تبدیل کرده‌اند.

لاکتوز به‌عنوان منبع کربوهیدرات، امکان شناسایی باکتری‌های تخمیرکننده را از طریق تولید اسید و تغییر رنگ فراهم می‌کند. نمک‌های صفراوی و کریستال ویوله به‌عنوان مهارکننده‌ها، رشد باکتری‌های گرم مثبت را محدود می‌کنند، و قرمز خنثی به‌عنوان شاخص pH، تغییرات شیمیایی را قابل‌مشاهده می‌سازد.

ترکیبات محیط کشت مک‌کانکی

محیط مک‌کانکی شامل مجموعه‌ای از ترکیبات شیمیایی است که به‌طور هماهنگ برای انتخاب و تمایز باکتری‌ها عمل می‌کنند. ترکیبات استاندارد بر اساس فرمولاسیون تجاری شامل موارد زیر است:

• پپتون‌ها (Peptones): ۱۷-۲۰ گرم بر لیتر، منبع نیتروژن و اسیدهای آمینه برای رشد باکتری‌ها.
• عصاره گوشت یا مخمر: ۱-۳ گرم بر لیتر، تأمین‌کننده ویتامین‌ها و مواد مغذی اضافی.
• لاکتوز: ۱۰ گرم بر لیتر، منبع کربوهیدرات برای تمایز باکتری‌های تخمیرکننده.
• نمک‌های صفراوی (Bile Salts): ۱.۵-۵ گرم بر لیتر، مهارکننده باکتری‌های گرم مثبت.
• کریستال ویوله (Crystal Violet): ۰.۰۰۱ گرم بر لیتر، مهارکننده اضافی برای باکتری‌های گرم مثبت.
• قرمز خنثی (Neutral Red): ۰.۰۳-۰.۰۵ گرم بر لیتر، شاخص pH برای شناسایی تولید اسید.
• آگار: ۱۲-۱۵ گرم بر لیتر، ماده جامدکننده برای تشکیل کلنی‌ها.
• سدیم کلرید (NaCl): ۵ گرم بر لیتر، تنظیم فشار اسمزی.
• آب مقطر: پایه محیط، pH نهایی ۷.۱ ± ۰.۲

نقش لاکتوز در تمایز باکتری‌ها

مکانیسم تخمیر لاکتوز:

لاکتوز، یک دی‌ساکارید متشکل از گلوکز و گالاکتوز، به‌عنوان منبع کربوهیدرات اصلی در مک‌کانکی عمل می‌کند. باکتری‌های تخمیرکننده لاکتوز مانند  E. coli، کلبسیلا و انتروباکتر آنزیم‌های بتا-گالاکتوزیداز و پرمئاز را تولید می‌کنند که لاکتوز را به گلوکز و گالاکتوز تجزیه کرده و سپس این قندها را متابولیزه می‌کنند. این فرآیند اسیدهای آلی (مانند اسید لاکتیک) تولید می‌کند که pH محیط را کاهش می‌دهد.

تغییر رنگ با قرمز خنثی:

قرمز خنثی، یک شاخص pH، در pH اسیدی (زیر ۶.۸) به رنگ صورتی یا قرمز تغییر می‌کند. با کاهش pH ناشی از تخمیر لاکتوز، کلنی‌های باکتری‌های تخمیرکننده صورتی یا قرمز می‌شوند و اغلب هاله‌ای صورتی اطراف آن‌ها تشکیل می‌شود (ناشی از رسوب قرمز خنثی). باکتری‌های غیرتخمیرکننده لاکتوز (مانند سالمونلا، شیگلا و پروتئوس pH محیط را تغییر نمی‌دهند و کلنی‌های بی‌رنگ یا شفاف تولید می‌کنند.

اهمیت در تشخیص:

تمایز بر اساس تخمیر لاکتوز امکان شناسایی اولیه پاتوژن‌ها را فراهم می‌کند. به‌عنوان مثال، E. coli (تخمیرکننده) کلنی‌های صورتی تولید می‌کند، در حالی که سالمونلا (غیرتخمیرکننده) کلنی‌های بی‌رنگ ایجاد می‌کند. این ویژگی در تشخیص بیماری‌های روده‌ای، عفونت‌های ادراری و سپتی‌سمی حیاتی است.

نقش نمک‌های صفراوی در انتخاب باکتری‌ها

مکانیسم مهار:

نمک‌های صفراوی (مانند سدیم دئوکسی‌کولات یا سدیم تائوروکولات) به‌عنوان عوامل انتخابی، رشد باکتری‌های گرم مثبت را مهار می‌کنند. این ترکیبات با اختلال در غشای سلولی حساس باکتری‌های گرم مثبت مانند استافیلوکوک اورئوس و استرپتوکوک باعث لیز شدن آن‌ها می‌شوند. باکتری‌های گرم منفی، به دلیل غشای خارجی غنی از لیپوپلی‌ساکارید (LPS)، در برابر اثرات سمی نمک‌های صفراوی مقاوم هستند.

غلظت و تأثیر:

غلظت نمک‌های صفراوی (معمولاً ۱.۵-۵ گرم بر لیتر) برای مهار انتخابی بهینه تنظیم شده است. غلظت‌های بالاتر ممکن است رشد برخی باکتری‌های گرم منفی حساس (مانند یرسینیا انتروکولیتیکا را نیز مهار کنند، در حالی که غلظت‌های پایین‌تر ممکن است به رشد باکتری‌های گرم مثبت اجازه دهند. تولیدکنندگان محیط کشت باید این تعادل را در فرمولاسیون رعایت کنند.

کاربرد در جداسازی:

نمک‌های صفراوی امکان جداسازی باکتری‌های گرم منفی روده‌ای از فلور مخلوط در نمونه‌هایی مانند مدفوع را فراهم می‌کنند. این ویژگی در تشخیص پاتوژن‌های روده‌ای مانند سالمونلا و شیگلا در حضور باکتری‌های گرم مثبت فلور نرمال حیاتی است.

 نقش کریستال ویوله در مهار باکتری‌ها

مکانیسم عملکرد:

کریستال ویوله، یک رنگ کاتیونی، به‌عنوان مهارکننده اضافی برای باکتری‌های گرم مثبت عمل می‌کند. این ترکیب با نفوذ به غشای سلولی و اختلال در فرآیندهای متابولیکی، رشد باکتری‌های گرم مثبت را محدود می‌کند. باکتری‌های گرم منفی، به دلیل غشای خارجی نفوذناپذیر، کمتر تحت تأثیر قرار می‌گیرند.

غلظت پایین و اثربخشی:

غلظت کریستال ویوله در مک‌کانکی بسیار پایین (۰.۰۰۱ گرم بر لیتر) است تا از مهار باکتری‌های گرم منفی حساس جلوگیری شود. این غلظت به‌گونه‌ای تنظیم شده که مکمل اثر نمک‌های صفراوی باشد و انتخابی بودن محیط را تقویت کند.

چالش‌ها:

در برخی موارد، کریستال ویوله ممکن است رشد باکتری‌های گرم منفی خاص مانند برخی سویه‌های شیگلا را محدود کند. نسخه‌های اصلاح‌شده مک‌کانکی با کاهش یا حذف کریستال ویوله برای این باکتری‌ها توسعه یافته‌اند.

پپتون‌ها و عصاره گوشت

پپتون‌ها و عصاره گوشت منابع نیتروژن، اسیدهای آمینه و ویتامین‌ها را تأمین می‌کنند که برای رشد باکتری‌های گرم منفی ضروری هستند. این ترکیبات محیطی غنی فراهم می‌کنند تا باکتری‌ها کلنی‌های قابل‌مشاهده تولید کنند.

قرمز خنثی

قرمز خنثی به‌عنوان شاخص pH، تغییرات شیمیایی ناشی از تخمیر لاکتوز را قابل‌مشاهده می‌کند. حساسیت آن به pH اسیدی، شناسایی دقیق باکتری‌های تخمیرکننده را تضمین می‌کند.

آگار

آگار، ماده جامدکننده، بستری پایدار برای تشکیل کلنی‌ها فراهم می‌کند. غلظت آن (۱۲-۱۵ گرم بر لیتر) برای ایجاد محیطی با استحکام مناسب تنظیم شده است.

سدیم کلرید

سدیم کلرید فشار اسمزی محیط را حفظ می‌کند و از لیز شدن سلول‌های باکتریایی جلوگیری می‌کند.

تعاملات شیمیایی بین ترکیبات

ترکیبات مک‌کانکی به‌طور هماهنگ عمل می‌کنند. این تعاملات، مک‌کانکی را به محیطی چندمنظوره برای انتخاب و تمایز تبدیل کرده‌اند.

• نمک‌های صفراوی و کریستال ویوله: به‌طور هم‌افزا باکتری‌های گرم مثبت را مهار می‌کنند.
• لاکتوز و قرمز خنثی: تولید اسید از تخمیر لاکتوز، تغییر رنگ قرمز خنثی را القا می‌کند.
• پپتون‌ها و آگار: بستری مغذی و جامد برای رشد و مشاهده کلنی‌ها فراهم می‌کنند.

نتیجه‌گیری

محیط کشت مک‌کانکی با ترکیبات دقیق خود، از لاکتوز و قرمز خنثی برای تمایز تا نمک‌های صفراوی و کریستال ویوله برای انتخاب، به ابزاری بی‌نظیر در میکروبیولوژی تبدیل شده است. لاکتوز امکان شناسایی باکتری‌های تخمیرکننده را فراهم می‌کند، نمک‌های صفراوی و کریستال ویوله باکتری‌های گرم مثبت را مهار می‌کنند، و سایر ترکیبات محیطی مغذی و پایدار ایجاد می‌کنند. این تعادل شیمیایی، مک‌کانکی را برای تشخیص پاتوژن‌های روده‌ای، ادراری و بیمارستانی ایده‌آل کرده است. تولیدکنندگان محیط کشت باید با رعایت استانداردهای تولید و کنترل کیفیت، عملکرد بهینه این محیط را تضمین کنند.

منابع

Lactose-fermenting bacteria in intestines

Bailey & Scott’s Diagnostic Microbiology

Manual of Clinical Microbiology

Koneman’s Color Atlas and Textbook of Diagnostic Microbiology

16S rRNA gene sequencing for bacterial identification in the diagnostic laboratory

Evaluation of automated systems for identification and antimicrobial susceptibility testing of Enterobacteriaceae