Rene kulturer er mikrobiologiens nøkkeldogme på 1900-tallet. For å forstå essensen av dette konseptet, er det verdt å huske at bakterier er veldig små og morfologisk vanskelige å skille. Men de er forskjellige i biokjemiske prosesser, og dette er nettopp deres viktigste artstrekk. Men i et norm alt miljø har vi ikke å gjøre med én type bakterier, men med et helt biom – et fellesskap som påvirker hverandre, og det er umulig å skille ut rollen til én mikroorganisme. Og det er her vi trenger en ren kultur eller stamme av en bestemt art.
Microbe Hunters and agar-agar
Den geniale ideen om å isolere rene kulturer av mikrober tilhører den medisinske mikrobiologen Heinrich Hermann Robert Koch (1843-1910). Han som oppdaget årsaken til miltbrann, kolera og tuberkulose og fortjent regnes som grunnleggeren av bakteriologi og epidemiologi.
Han er denoppfant metoden for rene kulturer, når en fortynnet kultur av mikrober påføres et næringsmedium basert på agar-agar polysakkarid og en koloni av helt identiske organismer vokser fra en celle. Den er godt synlig for det blotte øye og er spesifikk for hver art.
Oppfinnelsen hans ga drivkraft til utviklingen av mikrobiologi og taksonomi av mikroorganismer. Tross alt var det mulig å dyrke hvilken som helst mikrobe i sin rene form og undersøke hundre millioner celler som én.
Uten å redusere Kochs prestasjoner
Det er verdt å merke seg at Kochs medarbeidere og studenter bidro til denne oppfinnelsen. Så ideen om å bruke agar-agar tilhører Fanny Angelina Hesse, kona til Kochs assistent - W. Hesse.
En annen assistent for Koch, bakteriologen Julius Richard Petri (1852-1921), foreslo å dyrke kolonier av bakterier i flate glassfat. I dag vet til og med skolebarn om petriskåler.
Dogma of microbiology
Ren (ascenisk) kultur – et sett (populasjon eller stamme) av mikroorganismer som har identiske morfologiske og biokjemiske egenskaper og er etterkommere av én celle.
Isolering av en ren kultur innebærer implementering av tre stadier:
- Å skaffe og akkumulere kulturen av mikroorganismer.
- Isolasjon av ren kultur.
- Bestemmelse og verifisering av kulturens renhet.
Renkulturisolasjonsmetoder
I mikrobiologi brukes følgende metoder for å oppnå aksenisk kulturorganismer:
- Mekaniske metoder (inokulering på petriskåler med spatel eller løkke, inokulering med agarfortynning - platespredning, separasjonsmetode basert på mikroorganismemotilitet).
- Biologisk - en metode der forsøksdyr som er mottakelige for et patogen blir smittet. Slik isoleres rene bakteriekulturer fra musekroppen (for eksempel pneumokokker og tularemia-basiller).
- Metoder basert på selektiv motstand av mikroorganismer mot visse faktorer. Ved oppvarming vil for eksempel alle sporedannende bakterier dø, mens ikke-sporedannende bakterier vil forbli i ren kultur. Når de utsettes for syrer dør bakterier som er følsomme for dem, mens syreresistente (for eksempel tuberkulosebasiller) overlever. Effekten av antibiotika etterlater på mediet en ren kultur av mikroorganismer som ikke er følsomme for det. Å skape et oksygenfritt miljø vil skille aerober fra anaerober.
Hva er det for
Rene kulturer gjelder:
- I vitenskapelig taksonomi ved klassifisering (bestemmelse av det fylogenetiske stedet i systemet) mikroorganismer.
- I studiet av arvelighet og variabilitet av organismer.
- I infeksjonsdiagnostikk og påvisning av patogener.
- Når man isolerer en ren kultur av bakterier som fører til matødeleggelse.
- I produksjon av vitaminer, enzymer, antibiotika, serum og vaksiner.
- I næringsmiddelindustrien (produksjon av brød, vin,kvass og øl (eddikbakterier og encellet soppgjær), melkesyreprodukter (laktobaciller og melkesyrebakterier)).
- I bioteknologi og i studiet av virus.
I naturen er alt helt annerledes
På 90-tallet av forrige århundre endret alt seg plutselig med hensyn til rene kulturer. Det viste seg at når mikroorganismer av to rene stammer kombineres i ett reagensrør, oppfører de seg ganske annerledes enn de gjør alene. De biokjemiske prosessene for deres vitale aktivitet påvirker (undertrykker eller stimulerer) hverandre. Dette er nøyaktig hva som skjer i naturlige biomer.
Konklusjonen er enkel: egenskapene til renkultur i laboratoriet kan ikke ekstrapoleres til naturlige biomer.
genomisk revolusjon
Nok et slag har blitt gitt av genomisk identifikasjon av mikroorganismer. Opprinnelig, for genomisk analyse av mikroorganismer, valgte molekylærgenetikere en region med ribosom alt RNA som er felles for alle bakterier. I samsvar med forskjellene i nukleotidsekvensen i denne nukleinsyren ble alle bakterier fordelt på grunnlag av fylogenetisk slektskap.
Det var da det viste seg at dyrkede stammer og de bakteriene vi studerte utgjør omtrent 5 % av alle bakterier som bor på planeten vår. Og, i motsetning til kulturelle stammer, vet vi ingenting om deres egenskaper og biokjemi.
Etter å ha funnet den tilsvarende sekvensen i genomet til en naturlig stamme, kan vi bare plassere den på det fylogenetiske treet oganta at den i naturen har de samme egenskapene som den nærmeste beslektede stammen av en ren linje.
Og hva er det neste?
Sekvensering av bakteriegenomet fra en enkelt celle er fortsatt i fremtiden. I dag, mens det er dyrt og veldig vanskelig. Så rene linjer forblir mikrobiologiens "gyldne reserve".
Selv om vanskelighetene gjenstår. For eksempel har bakteriene til «svarte røykere» som ligger på bunnen av havet nylig blitt studert. Mikroorganismen ble beskrevet og dens genom sekvensert uten å isolere en ren kultur.
En lignende situasjon eksisterer med bakterier som lever i dypet av gullgruver. Det viste seg at dette er en ren linje av mikroorganismer - etterkommere av én bakterie.
Disse organismene vokser imidlertid ikke på næringsmedier, og så langt har ingen lykkes i å dyrke en koloni av en ren stamme.
Bioteknologinyheter
Mennesket står overfor mange spørsmål i utviklingen av denne grenen av anvendt kunnskap. Og ikke bare biologisk, men også etisk. I hvilken grad kan en person forandre verden rundt seg og ikke skade den? Spørsmålet er fortsatt åpent.
Men i dag blir bioteknologi introdusert i livene våre. Så, stammer av bakterier som er i stand til å livnære seg på plast og bryte den ned er allerede avlet. Så lenge de gjør det sakte. Men forskere jobber med genomet deres. Ingen er overrasket over at alt humant insulin er "laget" av genmodifiserte E. coli-bakterier.
En kunstig biosynteseallerede i dag forsyner oss med biogass og biodrivstoff i form av høymolekylære karbohydrater av naturlig opprinnelse (avfallsproduktene fra bakterier, protozoasopper som behandler biomassen fra avfallet vårt til drivstoff, energi, kjemikalier).
Dyrkbar jord og ferskvann er i dag den viktigste komponenten av begrensede naturressurser. Ny bioteknologi (bioremediering) gir muligheten til å bruke mikroorganismer for å gjenopprette deres potensiale og fjerne forurensninger.
Og det var det – fremtiden er allerede her.
