A tiszta kultúrák a 20. századi mikrobiológia kulcsdogmája. A koncepció lényegének megértéséhez érdemes megjegyezni, hogy a baktériumok nagyon kicsik, és morfológiailag nehéz megkülönböztetni őket. De különböznek a biokémiai folyamatokban, és pontosan ez a fő faji jellemzőjük. De normál környezetben nem egyfajta baktériummal van dolgunk, hanem egy egész életközösséggel - egy közösséggel, amely befolyásolja egymást, és lehetetlen kiemelni egyetlen mikroorganizmus szerepét. És itt van szükségünk egy adott faj tiszta kultúrájára vagy törzsére.
Mikrobavadászok és agar-agar
A tiszta mikrobakultúrák elkülönítésének zseniális ötlete Heinrich Hermann, Robert Koch (1843-1910) orvosi mikrobiológusé. Az, aki felfedezte a lépfene, kolera és tuberkulózis kórokozóját, és méltán tartják a bakteriológia és epidemiológia megalapítójának.
Ő azfeltalálta a tiszta kultúrák módszerét, amikor a mikrobák hígított tenyészetét agar-agar poliszacharid alapú táptalajra visszük, és egy sejtből teljesen azonos organizmusok kolóniája nő ki. Jól látható szabad szemmel, és minden fajra jellemző.
Találmánya lendületet adott a mikrobiológia és a mikroorganizmusok taxonómiája fejlődésének. Hiszen bármilyen mikrobát tiszta formájában lehetett tenyészteni és százmillió sejtet egyként megvizsgálni.
Anélkül, hogy csökkentené Koch teljesítményét
Érdemes megjegyezni, hogy Koch munkatársai és tanítványai hozzájárultak ehhez a találmányhoz. Tehát az agar-agar használatának ötlete Fanny Angelina Hesse-é, Koch asszisztensének, W. Hesse-nek a felesége.
Koch másik asszisztense, Julius Richard Petri (1852-1921) bakteriológus azt javasolta, hogy baktériumkolóniákat szaporítsunk síküvegedényekben. Ma már az iskolások is ismerik a Petri-csészéket.
A mikrobiológia dogmája
Tiszta (aszcenikus) kultúra – olyan mikroorganizmusok halmaza (populációja vagy törzse), amelyek azonos morfológiai és biokémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, és egy sejt leszármazottai.
A tiszta kultúra izolálása három szakasz végrehajtását foglalja magában:
- A mikroorganizmusok tenyészetének beszerzése és felhalmozása.
- A tiszta kultúra izolálása.
- A tenyészet tisztaságának meghatározása és ellenőrzése.
Tisztakultúrás izolációs módszerek
A mikrobiológiában a következő módszereket alkalmazzák axénikus tenyészet előállításáraorganizmusok:
- Mechanikai módszerek (inokuláció Petri-csészékre spatulával vagy hurokkal, beoltás agarhígítással - lemezkenések, mikroorganizmusok mozgékonyságán alapuló elválasztási módszer).
- Biológiai – olyan módszer, amellyel a kórokozóra fogékony laboratóriumi állatokat megfertőzik. Így izolálhatók tiszta baktériumtenyészetek az egerek testéből (például pneumococcusok és tularemia bacillusok).
- A mikroorganizmusok bizonyos tényezőkkel szembeni szelektív rezisztenciáján alapuló módszerek. Melegítéskor például minden spóraképző baktérium elpusztul, míg a nem spóraképző baktériumok tiszta tenyészetben maradnak. Savaknak kitéve a rájuk érzékeny baktériumok elpusztulnak, míg a savrezisztensek (például tuberkulózisbacilusok) életben maradnak. Az antibiotikumok hatása a táptalajra egy tiszta mikroorganizmus-kultúrát hagy, amely nem érzékeny rá. Az oxigénmentes környezet kialakítása elválasztja az aerobokat az anaeroboktól.
Mit jelent?
Tiszta kultúrák érvényesek:
- A tudományos taxonómiában a mikroorganizmusok osztályozásakor (a rendszerben elfogl alt filogenetikai hely meghatározásakor).
- Az élőlények öröklődésének és változékonyságának vizsgálatában.
- A fertőző diagnosztikában és a kórokozók kimutatásában.
- Az élelmiszer romlásához vezető baktériumok tiszta kultúrájának izolálásakor.
- A vitaminok, enzimek, antibiotikumok, szérumok és vakcinák gyártásában.
- Az élelmiszeriparban (kenyér, bor,kvas és sör (ecetsavbaktériumok és egysejtű gombák élesztő), tejsavtermékek (laktobacillusok és tejsavbaktériumok)).
- A biotechnológiában és a vírusok tanulmányozásában.
A természetben minden teljesen más
A múlt század 90-es éveiben minden hirtelen megváltozott a tiszta kultúrák tekintetében. Kiderült, hogy ha két tiszta törzs mikroorganizmusait egy kémcsőben egyesítik, egészen másképpen viselkednek, mint egyedül. Életműködésük biokémiai folyamatai egymást befolyásolják (elnyomják vagy stimulálják). Pontosan ez történik a természetes biomokban.
A következtetés egyszerű: a laboratóriumi tiszta kultúra tulajdonságait nem lehet a természetes biomokra extrapolálni.
Genomic Revolution
Újabb csapást mért a mikroorganizmusok genomiális azonosítása. Kezdetben a mikroorganizmusok genomikai elemzéséhez a molekuláris genetikusok a riboszómális RNS egy régióját választották, amely minden baktériumra jellemző. Az ebben a nukleinsavban lévő nukleotidszekvencia különbségeinek megfelelően az összes baktérium a filogenetikai rokonság alapján oszlott meg.
Ekkor derült ki, hogy a tenyésztett törzsek és az általunk vizsgált baktériumok a bolygónkon élő összes baktérium körülbelül 5%-át teszik ki. És a kulturális törzsekkel ellentétben mi semmit sem tudunk tulajdonságaikról és biokémiájukról.
Miután megtaláltuk a megfelelő szekvenciát egy természetes törzs genomjában, csak a filogenetikai fán tudjuk elhelyezni éstételezzük fel, hogy a természetben ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik, mint egy tiszta vonal legközelebbi rokon törzse.
És mi következik?
A bakteriális genom szekvenálása egyetlen sejtből még a jövő előtt áll. Ma, míg ez drága és nagyon nehéz. Így a tiszta vonalak a mikrobiológia "arany tartaléka" maradnak.
Bár a nehézségek továbbra is fennállnak. Például nemrégiben tanulmányozták az óceán fenekén elhelyezkedő "fekete dohányosok" baktériumait. A mikroorganizmust tiszta kultúra izolálása nélkül írták le és genomját szekvenálták.
Hasonló helyzet áll fenn az aranybányák mélyén élő baktériumokkal is. Kiderült, hogy ez a mikroorganizmusok tiszta sora - egyetlen baktérium leszármazottai.
Azonban ezek az élőlények nem szaporodnak tápközegen, és eddig senkinek sem sikerült egy tiszta törzsből álló kolóniát kinevelni.
Biotechnológiai hírek
Az emberiség számos kérdéssel néz szembe az alkalmazott tudás ezen ágának fejlesztése során. És nem csak biológiai, hanem etikai is. Mennyire tudja az ember megváltoztatni a körülötte lévő világot, és nem ártani neki? A kérdés nyitva marad.
De ma a biotechnológia bekerül az életünkbe. Tehát már tenyésztettek olyan baktériumtörzseket, amelyek képesek a műanyaggal táplálkozni és azt lebontani. Amíg lassan csinálják. De a tudósok a genomjukon dolgoznak. Senki sem lepődik meg azon, hogy az összes humán inzulint genetikailag módosított E. coli baktériumok "készítik".
Mesterséges bioszintézismár ma is ellát bennünket biogázzal és bioüzemanyagokkal természetes eredetű nagy molekulatömegű szénhidrátok formájában (baktériumok salakanyagai, protozoon gombák, amelyek a hulladékunk biomasszáját üzemanyaggá, energiává, vegyi anyagokká dolgozzák fel).
A szántóföld és az édesvíz ma a korlátozott természeti erőforrások legfontosabb összetevője. Az új biotechnológiák (bioremediáció) lehetőséget kínálnak a mikroorganizmusok felhasználására potenciáljuk helyreállítására és a szennyező anyagok eltávolítására.
És ennyi – a jövő már itt van.
