مقدمه

قند آرابینوز یکی از مونوساکاریدهای پنتوز است که در بسیاری از محیط‌های کشت افتراقی و تشخیصی برای شناسایی باکتری‌ها به‌ویژه گونه‌های مختلف خانواده انتروباکتریاسه و برخی باکتری‌های گرم مثبت استفاده می‌شود. این قند به دلیل خاصیت تخمیری ویژه، نقش مهمی در افتراق گونه‌ها بر اساس توانایی تخمیر آن دارد. محیط کشت حاوی آرابینوز معمولاً همراه با یک شاخص pH مانند فنول رد (Phenol Red) یا بروموتیمول بلو (Bromothymol Blue) تهیه می‌شود تا تغییرات حاصل از تولید اسید یا قلیایی‌شدن محیط را قابل مشاهده کند.

ترکیب و اجزای محیط کشت آرابینوز

محیط کشت آرابینوز معمولاً شامل اجزای زیر است:

• آرابینوز: به عنوان تنها منبع قند و انرژی.
• پپتون‌ها و عصاره‌های گوشت یا مخمر: تأمین مواد مغذی و اسیدهای آمینه مورد نیاز رشد باکتری‌ها.
• شاخص pH: معمولاً فنول رد، که در pH اسیدی به رنگ زرد و در pH قلیایی به رنگ قرمز یا صورتی درمی‌آید.
• آگار: عامل جامدکننده در محیط‌های جامد.

فرمول دقیق ممکن است بر اساس هدف و نوع تست متفاوت باشد. برای مثال، در برخی آزمایش‌ها از محیط مایع آرابینوز نیز استفاده می‌شود.

مکانیسم عملکرد

باکتری‌هایی که توانایی تخمیر قند آرابینوز را دارند، آن را به اسیدهای آلی تجزیه کرده و باعث کاهش pH محیط می‌شوند. این تغییر pH با تغییر رنگ شاخص قابل مشاهده است. اگر باکتری قادر به استفاده از آرابینوز نباشد، معمولاً از پپتون استفاده کرده و با تولید آمونیاک pH را افزایش می‌دهد که به تغییر رنگ قلیایی منجر می‌شود.

کاربردها در میکروبیولوژی

الف. افتراق گونه‌های باکتریایی

• در شناسایی اشرشیا کلای و افتراق آن از گونه‌های سالمونلا و شیگلا
• افتراق گونه‌های لیستریا مونوسایتوژنز (که آرابینوز منفی هستند) از سایر گونه‌های لیستریا که اغلب آرابینوز مثبت هستند.

ب. استفاده در آزمایش‌های بیوشیمیایی

محیط آرابینوز بخشی از تست‌های تخمیر قند در میکروبیولوژی است که در شناسایی ترکیبی با سایر تست‌ها (مانند گلوکز، لاکتوز، سوکروز) انجام می‌شود.

ارتباط با متابولیسم باکتری

آرابینوز نوعی قند پنج‌کربنه است که مسیر متابولیکی آن در باکتری‌ها با قندهای شش‌کربنه مانند گلوکز متفاوت است. آنزیم‌هایی مانند L-arabinose isomerase، L-ribulokinase و L-ribulose-5-phosphate 4-epimerase در این مسیر نقش دارند. باکتری‌هایی که ژن‌های کدکننده این آنزیم‌ها را دارند، قادر به تخمیر آرابینوز بوده و در محیط کشت تغییر رنگ ایجاد می‌کنند.

محدودیت‌ها و نکات فنی

یکی از نکات مهم در استفاده از محیط کشت قند آرابینوز، کنترل دقیق pH و کیفیت مواد اولیه است؛ چرا که وجود ناخالصی در قند یا خطا در میزان فنل رد می‌تواند نتیجه را مخدوش کند. همچنین، برخی باکتری‌ها ممکن است تخمیر کند یا دیرهنگام آرابینوز را انجام دهند که نیاز به انکوباسیون طولانی‌تر (تا ۴۸ ساعت) دارد.

اهمیت در تحقیقات مولکولی

در مهندسی ژنتیک، سیستم promoter arabinose-inducible (مانند pBAD) از ویژگی‌های متابولیسم آرابینوز بهره می‌برد. در این روش، بیان ژن مورد نظر با حضور یا غیاب آرابینوز کنترل می‌شود. این کاربرد باعث شده که آرابینوز در آزمایشگاه‌های مولکولی نیز جایگاه ویژه‌ای داشته باشد.

نحوه تهیه محیط کشت آرابینوز

1. وزن‌کشی مواد: مقدار مشخصی آرابینوز، پپتون، شاخص pH و آگار (در صورت نیاز) بر اساس دستورالعمل استاندارد.
2. حل کردن در آب مقطر: همه اجزا را در حجم مشخص آب مقطر حل کرده و به‌خوبی مخلوط می‌کنیم.
3. تنظیم pH: معمولاً pH را به حدود ۷٫۴ ± ۰٫۲ تنظیم می‌کنند.
4. اتوکلاو کردن: استریل‌سازی در دمای ۱۲۱ درجه سانتی‌گراد به مدت ۱۵ دقیقه.
5. افزودن شاخص حرارت‌حساس (در صورت نیاز): اگر شاخص به گرما حساس باشد، بعد از خنک شدن محیط تا حدود ۵۰ درجه افزوده می‌شود.

تفسیر نتایج

نتیجه مثبت: تغییر رنگ محیط به زرد، نشان‌دهنده تخمیر آرابینوز و تولید اسید.

نتیجه منفی: باقی ماندن رنگ قرمز یا تغییر به رنگ صورتی/بنفش، نشان‌دهنده عدم تخمیر آرابینوز.

مزایا و محدودیت‌ها

مزایا:

• روش ساده و کم‌هزینه برای افتراق گونه‌ها.
• قابلیت ترکیب با سایر تست‌های قندی برای شناسایی دقیق‌تر.

محدودیت‌ها:

• برخی باکتری‌ها تخمیر آرابینوز را آهسته انجام می‌دهند که ممکن است نیاز به زمان بیشتر برای مشاهده نتیجه باشد.
• تغییرات pH ناشی از استفاده از پپتون می‌تواند نتایج کاذب ایجاد کند.

نتیجه‌گیری

محیط کشت قند آرابینوز یکی از ابزارهای مهم در تشخیص و افتراق باکتری‌ها در میکروبیولوژی است. با توجه به ویژگی‌های تخمیری خاص این قند، استفاده از آن در کنار سایر تست‌های بیوشیمیایی می‌تواند به شناسایی دقیق‌تر میکروارگانیسم‌ها کمک کند. تهیه و استفاده صحیح از این محیط، به همراه تفسیر دقیق نتایج، نقش مهمی در دقت تشخیص آزمایشگاه‌های میکروبیولوژی دارد. محیط کشت قند آرابینوز علاوه بر یک ابزار کلاسیک در میکروبیولوژی تشخیصی، نقش مهمی در پژوهش‌های ژنتیکی و بیوشیمیایی دارد. شناخت دقیق ویژگی‌های این قند و نحوه تخمیر آن توسط میکروارگانیسم‌ها، به میکروبیولوژیست‌ها کمک می‌کند تا نتایج دقیق‌تری در شناسایی و طبقه‌بندی باکتری‌ها به دست آورند.

منابع

Use of cephalexin-aztreonam-arabinose agar for selective isolation of Enterococcus faecium

Physiology of the enterococci as related to their taxonomy

Carriage of multidrug resistant Enterococcus faecalis isolates … arabinose fermentation test

Identification of Enterococcus spp. with a Biochemical Key

Use of Cephalexin-Aztreonam-Arabinose Agar for Selective Isolation