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成長培地または培養培地は、細胞増殖の過程を介して微生物や細胞の集団の成長をサポートするように設計された固体、液体、または半固体です[ 1 ] 。コケ植物のPhyscomitrella patensのような小さな植物も同様です[ 2 ]。異なる種類の細胞を培養するために、異なる種類の培地が使用されます[ 3 ]。
成長培地には大きく分けて2種類あり、植物や動物由来の特定の細胞型を用いる細胞培養用培地と、細菌や真菌などの微生物を培養するための微生物培養用培地があります。微生物の最も一般的な成長培地は栄養ブロスと寒天培地ですが、微生物や細胞培養の成長には特殊な培地が必要になる場合もあります。[ 1 ]栄養要求が複雑なため、特殊な環境を必要とする微生物（偏性微生物と呼ばれる）もいます。例えば、ウイルスは絶対細胞内寄生体であり、生細胞を含む成長培地を必要とします。
微生物の最も一般的な培養培地は、栄養ブロス（液体栄養培地）または溶原性ブロス培地です。液体培地は、多くの場合、寒天と混合され、滅菌された培地ディスペンサーを介してペトリ皿に注がれて固化します。これらの寒天プレートは、微生物を培養できる固体培地を提供します。寒天を分解できる細菌はごくわずかであるため（例外として、Cytophaga、Flavobacterium、Bacillus、Pseudomonas、およびAlcaligenes属の一部の種）、寒天は固体のままです。液体培養で増殖した細菌は、しばしばコロイド懸濁液を形成します。[ 4 ] [ 5 ]
細胞培養に用いられる培地と微生物培養に用いられる培地の違いは、生物全体から採取され培養された細胞は、生体内で通常存在するホルモンや成長因子などの添加なしには増殖できないことが多いという点である。[ 6 ]動物細胞の場合、この問題は、培地に血清または合成血清代替物を添加することで解決されることが多い。微生物の場合、単細胞生物であることが多いため、そのような制限は存在しない。もう 1 つの大きな違いは、動物細胞は培養において、細胞が付着する平らな表面上で培養されることが多く、培地は細胞を覆う液体状で提供されるという点である。対照的に、大腸菌などの細菌は、固体培地または液体培地で培養することができる。
培養培地の種類における重要な区別は、化学的に定義された培地と定義されていない培地の違いです。[ 1 ]定義済み培地は、すべての成分の量が既知です。微生物の場合、微生物が必要とする微量元素とビタミン、特に定義された炭素源と窒素源を提供します。グルコースまたはグリセロールは炭素源としてよく使用され、アンモニウム塩または硝酸塩は無機窒素源として使用されます。定義されていない培地には、酵母エキスやカゼイン加水分解物などの複雑な成分が含まれており、未知の割合で多くの化学種の混合物で構成されています。定義されていない培地は、価格に基づいて選択される場合もあれば、必要性に基づいて選択される場合もあります。一部の微生物は、定義済み培地で培養されたことがありません。
成長培地の良い例は、ビールの製造に使用される麦汁です。麦汁には酵母の成長に必要なすべての栄養素が含まれており、嫌気条件下でアルコールが生成されます。発酵プロセスが完了すると、培地と休眠状態の微生物の組み合わせであるビールが消費できる状態になります。主な種類は次のとおりです。
培養培地には、ほとんどの細菌の増殖に必要なすべての要素が含まれており、選択性もないため、研究室の培養コレクションに保存されている細菌の一般的な培養および維持に使用されます。
未定義培地（基礎培地または複合培地とも呼ばれる）には以下が含まれる。
これは未定義の培地である。なぜなら、アミノ酸源には様々な化合物が含まれており、その正確な組成は不明だからである。
定義済み培地（化学的に定義された培地または合成培地とも呼ばれる）は、
栄養培地の例：
成長を支えるのに必要最低限の成分のみを含む規定培地は「最小培地」と呼ばれます。最小培地に加える必要のある成分の数は、培養する微生物によって大きく異なります。[ 7 ]最小培地は、コロニーの成長に必要な最小限の栄養素を含み、一般的にアミノ酸は含まれておらず、微生物学者や遺伝学者が「野生型」微生物を培養するためによく使用されます。最小培地は、組換え体や接合体を選択的に選別するためにも使用できます。
最小培地には通常、以下のものが含まれます。
補助培地とは、通常はアミノ酸または糖類といった特定の成分を1種類加えた最小培地のことである。この補助培地を用いることで、特定の栄養要求性組換え株の培養が可能となる。
選択培地は、特定の微生物のみを増殖させるために使用されます。例えば、ある微生物がアンピシリンやテトラサイクリンなどの特定の抗生物質に耐性を持っている場合、その抗生物質を培地に添加することで、耐性を持たない他の細胞の増殖を防ぐことができます。プロリンなどのアミノ酸を欠く培地は、それを合成できない大腸菌と組み合わせて、ゲノミクスが登場する以前は、細菌の染色体マッピングを行うために遺伝学者によって一般的に使用されていました。
選択培地は、抗生物質耐性や特定の代謝産物を合成する能力など、特定の特性を持つ細胞の生存や増殖を確実にするために、細胞培養において使用されます。通常、特定の遺伝子または遺伝子の対立遺伝子の存在によって、細胞は選択培地で増殖する能力を獲得します。このような場合、その遺伝子はマーカーと呼ばれます。
真核細胞の選択的増殖培地には、ネオマイシン耐性遺伝子をマーカーとして持つプラスミドを正常に導入した細胞を選択するために、一般的にネオマイシンが含まれています。ガンシクロビルは例外で、そのマーカーである単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼを持つ細胞を特異的に殺すために使用されます。
選択的メディアの例：
鑑別培地または指示培地は、同じ培地で増殖する微生物の種類を区別します。[ 12 ]このタイプの培地は、培地に添加された特定の栄養素または指示薬（ニュートラルレッド、フェノールレッド、エオシンY、メチレンブルーなど）の存在下で増殖する微生物の生化学的特性を利用して、微生物の決定的な特性を視覚的に示します。これらの培地は、微生物の検出や、分子生物学者が細菌の組換え株を検出するために使用されます。
差動媒体の例：
輸送媒体は以下の基準を満たす必要があります。
輸送媒体の例：
栄養強化培地には、特に培養が難しいものも含め、多種多様な微生物の増殖を支えるために必要な栄養素が含まれています。これらは、検体中に存在する様々な種類の微生物を採取するためによく用いられます。血液寒天培地は、栄養豊富な全血が基本栄養素を補う栄養強化培地です。チョコレート寒天培地は、加熱処理した血液（40～45 ℃または104～113 °F）で強化されており、血液が褐色に変色して培地にその名の由来となった色を与えます。
培養培地の選択は、特に代謝研究において、組織培養実験の結果の生理学的関連性に影響を与える可能性がある。 [ 15 ]さらに、細胞株の代謝遺伝子への依存性は、培地の種類によって影響を受けることが示されている。[ 16 ]複数の細胞株を用いた研究を行う場合、すべての細胞株に均一な培養培地を使用することで、生成されるデータセットのバイアスを減らすことができる。生理学的レベルの栄養素をよりよく反映する増殖培地を使用することで、in vitro研究の生理学的関連性を向上させることができ、最近では、Plasmax [ 17 ]やヒト血漿様培地（HPLM）[ 18 ]などの培地が開発された。
細胞培養培地の選択は、効率的な哺乳類細胞培養にとって非常に重要であり、細胞の成長、生産性、およびバッチ間の一貫性に大きな影響を与えます。[ 19 ]タンパク質発現においては、培地の選択は、グリコシル化などのプロセスを通じて、生産されるタンパク質の治療特性にも影響を与える可能性があります。[ 20 ]血清含有培地、無血清培地、無タンパク質培地、化学的に定義された培地など、さまざまな種類の培地には、それぞれ異なる利点と欠点があります。
血清含有培地は成長因子が豊富だが、ばらつきや汚染の問題を引き起こす可能性がある。胎児ウシ血清（FBS）は細胞増殖をサポートする能力が高いため一般的に使用されているが、組成が一定しないためバイオセーフティ上の懸念がある。[ 19 ]一方、無血清培地（SFM）は標準化された組成を提供し、信頼性を高め、汚染リスクを低減する。これらはアミノ酸、ビタミン、グルコースなどの必須栄養素を含むように設計されているが、血清含有培地と比較して成長性能が劣る場合がある。[ 21 ]タンパク質を含まない化学的に定義された培地の開発は、細胞培養プロセスにおける一貫性と制御性の向上を目指している。
最終的に、培養培地の組成は細胞の生存率と生産性に直接影響を与えるため、哺乳類細胞培養を成功させるには培養培地の慎重な選択と設計が不可欠である。[ 22 ]
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