在欧洲药典、美国药典以及ISO相关标准中,木糖赖氨酸脱氧胆盐(XLD)琼脂广泛用于肠道致病菌的分离,其配方设计十分精妙,令人叹为观止。
XLD琼脂配方的妙处,在于综合运用糖发酵、赖氨酸脱羧、产H2S等生化反应,再辅以各成分巧妙的配比,从而将沙门氏菌、志贺氏菌与非致病肠道菌区分开来。
从XLD的配方中可见(图1),细菌可利用的碳源是木糖、乳糖和蔗糖,其中木糖的含量相对较低,仅为乳糖和蔗糖的一半。培养基中所用的酸碱指示剂是酚红,其在酸性条件下显黄色,在碱性条件下显红色。此外,XLD也用硫代硫酸钠和柠檬酸铁铵来检测H2S,其原理是细菌在酸性条件下,将硫代硫酸钠还原并产生H2S,H2S与柠檬酸铁铵中的铁离子形成黑色的硫化亚铁沉淀。需要注意的是,当酸度太高时,因硫化亚铁分解,黑色沉淀的产生会减少。
一、肠道致病菌与非致病菌
志贺氏菌、沙门氏菌这些肠道致病菌,在XLD上显现为透明的粉红色至无色菌落。由于志贺氏菌不能发酵木糖、乳糖和蔗糖产酸,也不能使赖氨酸脱羧产碱,因此志贺氏菌在XLD上显现为透明的粉红色至无色菌落(图2)。
虽然沙门氏菌大多不发酵乳糖和蔗糖,但可迅速发酵木糖产酸,在XLD上最初显现为黄色菌落。然而,沙门氏菌还具有赖氨酸脱羧酶,还可分解赖氨酸产碱。而且由于培养基中木糖的含量相对较低,分解赖氨酸的产碱量最终会超过发酵木糖的产酸量,因此沙门氏菌在XLD上最终也显现为透明的粉红色至无色菌落。
非致病肠道菌,在XLD上显现为黄色菌落。绝大部分非致病肠道菌,既可发酵木糖,又能发酵乳糖和蔗糖,在XLD上显现为黄色菌落。虽然其中的一些大肠埃希氏菌和克雷伯氏菌也具有赖氨酸脱羧酶,可分解赖氨酸产碱。但是培养基中乳糖和蔗糖的含量较高,糖发酵的产酸量超过了分解赖氨酸的产碱量,这些菌在XLD上因此表现为黄色菌落(图3)。
需要指出的是,双相亚利桑那菌(沙Ⅲb)除了发酵木糖,大多也能发酵乳糖,糖发酵的产酸量较大,所以在XLD上也显现为黄色菌落。
二、沙门氏菌与志贺氏菌
大多数沙门氏菌可发酵木糖产酸,并在酸性条件下还原硫代硫酸钠产H2S,H2S与铁离子形成黑色的硫化亚铁沉淀。同时,沙门氏菌可分解赖氨酸产碱,并中和一部分糖发酵所产的酸,形成的低酸环境更有利于硫化亚铁沉淀的产生,所以XLD上沙门氏菌透明的粉红色至无色菌落,带有黑色且有光泽中心(图4)。
而志贺氏菌由于不产H2S,在XLD上的菌落不具有黑色中心。需要提醒的是,甲型副伤寒以及一些猪霍乱沙门氏菌、鸡白痢沙门氏菌也不产H2S,在XLD上的菌落也没有黑色中心。
三、沙门氏菌与奇异变形杆菌
某些变形杆菌和柠檬酸杆菌也可还原硫代硫酸钠产H2S,特别值得一提的是奇异变形杆菌,该菌可发酵木糖和葡萄糖,但不发酵乳糖和蔗糖,而且还产H2S,这些生化特性与沙门氏菌完全一致,所以其在XLD上的菌落形态与沙门氏菌很相似,此外,奇异变形杆菌在三糖铁琼脂上的反应也与沙门氏菌一模一样。因此,奇异变形杆菌常作为干扰菌,用于沙门氏菌检验项目的能力验证和盲样考核。
但是这些变形杆菌和柠檬酸杆菌由于没有赖氨酸脱羧酶,不能分解赖氨酸产碱,因此不能中和糖发酵所产的酸。由于高酸水平会导致部分硫化亚铁沉淀溶解,所以在XLD上菌落的中心呈现为灰黑色。XLD上变形杆菌和柠檬酸杆菌的菌落中心,没有沙门氏菌的菌落中心辣么亮,也没有辣么黑。
四、其他
为了排除革兰氏阳性菌的干扰,XLD中还添加了脱氧胆酸钠。值得注意的是,不同品牌XLD琼脂配方中,脱氧胆酸钠的含量、甚至是木糖的含量会略有不同,但这对沙门氏菌和志贺氏菌的分离并没有实质性影响。
另外,XLD琼脂无需高压灭菌,可通过煮沸消毒,但不宜过度加热,以免影响其选择性。制备好的XLD琼脂,在防止干燥的情况下,可在冰箱冷藏不超过4周。
主要参考文献:
1、Difco & BBL Manual.Manual of Microbiological Culture Media[M].BD Diagnostics,USA, 2009.
2、Taylor W I. Isolation of shigellae I Xylose lysine agars: new media for isolation of enteric pathogens[J]. Am J Clin Pathol, 1965, 44(4):471-475.