完全培养基是一种在基本培养基内加入一些富含氨基酸、维生素和碱基之类的天然物质,即加入生长因子而制成的各种营养基,可用来满足微生物的各种营养缺陷型菌株的生长需要,是微生物学上常用的一种培养基,有时用符号“[ + ]”表示。完全培养基中各物质的作用:
1. 双抗 (Penicillin-Streptomycin Solution, P/S)
青霉素-链霉素混合液,通常也被称为“双抗”,是体外培养中为预防微生物污染最常用的抗生素。
1.1 青霉素 (Penicillin)最初从真菌青霉菌中纯化制成,其作用机制为直接干扰细菌细胞壁的转换以及通过触发可进一步改变细胞壁的酶释放间接干扰细菌细胞壁的转换。能够干扰细菌细胞壁的合成,对革兰阳性菌特别有效。
1.2 链霉素 (Streptomycin)起初是从灰色链霉菌中纯化制成。能够与细菌核糖体30S亚单位结合,抑制细菌蛋白质的合成,对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均有效,但对革兰氏阴性菌特别有效;青霉素溶液对温度和酸碱度较为敏感,室温易降解,PH 6.0~6.5时最为稳定;链霉素则相对稳定,PH 5.0~7.5时最为稳定 。
2. 基础培养基 (Basal medium)
基础细胞培养基主要包括199、MEM、RPMI-1640、DMEM、DMEM/F12等。主要成分是氨基酸、维生素、碳水化合物、无机盐和其它一些辅助物质。人工合成培养基使用时还需添加一定量的血清使细胞生长和繁殖。
2.1 L-谷氨酰胺 (L-Glutamine):是细胞生长的必须氨基酸,为培养的细胞提供重要的能量来源。脱掉氨基后,L-谷氨酰胺可作为培养细胞的能量来源、参与蛋白质的合成和核酸代谢。L-谷氨酰胺在溶液中经过一段时间后会降解,降解率随保存温度而变。L-谷氨酰胺的降解导致氨的形成,而氨对于一些细胞具有毒性。
2.2 GLutaMAX:即谷丙氨酸二肽,部分培养基中会使用L-丙氨酰-L-谷氨酰胺二肽来代L-谷氨酰胺,此二肽在水溶液中极为稳定,可以在储存、孵育和长期培养过程中防止L-谷氨酰胺的降解和氨的积累。
2.3 丙酮酸钠:丙酮酸钠可以作为细胞培养中的替代碳源,尽管细胞更倾向于以葡萄糖作为碳源,但是,如果没有葡萄糖的话,细胞也可以代谢丙酮酸钠。
2.4 HEPES:HEPES (4-羟乙基哌嗪乙磺酸)是一种常用的两性离子缓冲液,在37℃下的pKa为7.3。由于培养中细胞的生长和代谢会导致培养基的环境pH值发生剧烈变化,因此,为了维持可以稳定培养细胞的环境,通常,大多数细胞的最佳培养环境是pH7.2-7.4,HEPES的缓冲范围恰好在pH6.8-8.2内,这对于细胞培养是有利的。与其他缓冲液 (例如PBS (磷酸盐缓冲盐水)和TRIS)相比,HEPES在维持细胞培养基的pH值方面具有更高的稳定性。
2.5 酚红:酚红在培养基中被用来作为PH值的指示剂,用以持续监测培养液的酸碱度,在低PH值时酚红使培养液呈黄色,而较高的PH值时使培养液呈紫色,PH值7.2~7.4时为红色,最适合细胞培养。但酚红也有一些缺点,研究表明酚红可以模拟固醇类激素 (特别是雌激素)的作用,因此在用到雌激素敏感的细胞时 (如乳腺组织),最好使用不含酚红的培养基。酚红会干扰流式细胞分析时候的检测。此外,一些无血清培养基的配方中若存在酚红会干扰钠-钾平衡。
3. 胎牛血清 (Fetal Bovine Serum, FBS)
胎牛血清是细胞培养基中最广泛使用的生长补充剂,因为它具有高含量的胚胎生长促进因子。当以适当的浓度使用时,它提供许多已定义和未定义的成分,血清中含有各种血浆蛋白、多肽、脂肪、碳水化合物、生长因子、激素、无机物等,这些成分已被证明可满足细胞培养的特定代谢需求。胎牛血清的具体作用:
3.1 提供对维持细胞指数生长的激素,基础培养基中没有或量很少的营养物,以及主要的低分子营养物。
3.2 提供结合蛋白,能识别维生素、脂类、金属和其他激素等,能结合或调变它们所结合的物质活力。
3.3 有些情况下结合蛋白质能与有毒金属和热原质结合,起到解毒作用。
3.4 是细胞贴壁、铺展在塑料培养基质上所需因子来源。
3.5 起酸碱度缓冲液作用。
3.6 提供蛋白酶抑制剂,使在细胞传代时使剩余胰蛋白酶失活,保护细胞不受伤害。