Rene kulturer er mikrobiologiens nøgledogme i det 20. århundrede. For at forstå essensen af dette koncept er det værd at huske, at bakterier er meget små og morfologisk vanskelige at skelne. Men de adskiller sig i biokemiske processer, og dette er netop deres vigtigste artstræk. Men i et norm alt miljø har vi ikke at gøre med én type bakterier, men med et helt biom – et fællesskab, der påvirker hinanden, og det er umuligt at udpege én mikroorganismes rolle. Og det er her, vi har brug for en ren kultur eller stamme af en bestemt art.
Mikrobejægere og agar-agar
Den geniale idé om at isolere rene kulturer af mikrober tilhører den medicinske mikrobiolog Heinrich Hermann Robert Koch (1843-1910). Den, der opdagede årsagen til miltbrand, kolera og tuberkulose og fortjent betragtes som grundlæggeren af bakteriologi og epidemiologi.
Han er den eneopfundet metoden med rene kulturer, når en fortyndet kultur af mikrober påføres et næringsmedium baseret på agar-agar polysaccharid og en koloni af fuldstændig identiske organismer vokser fra én celle. Den er tydeligt synlig for det blotte øje og er specifik for hver art.
Hans opfindelse satte skub i udviklingen af mikrobiologi og taksonomi af mikroorganismer. Det var trods alt muligt at dyrke enhver mikrobe i sin rene form og undersøge hundrede millioner celler som én.
Uden at forringe Kochs præstationer
Det er værd at bemærke, at Kochs medarbejdere og studerende bidrog til denne opfindelse. Så ideen om at bruge agar-agar tilhører Fanny Angelina Hesse, hustruen til Kochs assistent - W. Hesse.
En anden assistent for Koch, bakteriologen Julius Richard Petri (1852-1921), foreslog at dyrke kolonier af bakterier i flade glasfade. I dag kender selv skolebørn til petriskåle.
Dogma of microbiology
Ren (ascenisk) kultur - et sæt (population eller stamme) af mikroorganismer, der har identiske morfologiske og biokemiske egenskaber og er efterkommere af én celle.
Isolering af en ren kultur involverer implementering af tre faser:
- Opnåelse og akkumulering af kulturen af mikroorganismer.
- Isolation af ren kultur.
- Bestemmelse og verifikation af kulturens renhed.
Renkulturisolationsmetoder
I mikrobiologi bruges følgende metoder til at opnå axenisk kulturorganismer:
- Mekaniske metoder (podning på petriskåle med en spatel eller løkke, podning ved agarfortynding - pladespredning, separationsmetode baseret på mikroorganismemotilitet).
- Biologisk - en metode, hvor forsøgsdyr, der er modtagelige for et patogen, inficeres. Sådan isoleres rene bakteriekulturer fra musekroppen (f.eks. pneumokokker og tularæmibaciller).
- Metoder baseret på mikroorganismers selektive resistens over for visse faktorer. Ved opvarmning vil for eksempel alle sporedannende bakterier dø, mens ikke-sporedannende bakterier forbliver i ren kultur. Når de udsættes for syrer, dør bakterier, der er følsomme over for dem, mens syreresistente (f.eks. tuberkulosebaciller) overlever. Effekten af antibiotika efterlader på mediet en ren kultur af mikroorganismer, der ikke er følsomme over for det. At skabe et iltfrit miljø vil adskille aerober fra anaerober.
Hvad er det til
Rene kulturer gælder:
- I videnskabelig taksonomi ved klassificering (bestemmelse af det fylogenetiske sted i systemet) mikroorganismer.
- I studiet af arvelighed og variabilitet af organismer.
- I infektiøs diagnostik og påvisning af patogener.
- Når man isolerer en ren kultur af bakterier, der fører til fødevarefordærv.
- I produktionen af vitaminer, enzymer, antibiotika, serum og vacciner.
- I fødevareindustrien (produktion af brød, vin,kvas og øl (eddikesyrebakterier og encellede svampegær), mælkesyreprodukter (lactobaciller og mælkesyrebakterier)).
- I bioteknologi og i studiet af vira.
I naturen er alting helt anderledes
I 90'erne af forrige århundrede ændrede alt sig pludselig med hensyn til rene kulturer. Det viste sig, at når mikroorganismer af to rene stammer kombineres i et reagensglas, opfører de sig helt anderledes, end de gør alene. De biokemiske processer af deres vitale aktivitet påvirker (undertrykker eller stimulerer) hinanden. Det er præcis, hvad der sker i naturlige biomer.
Konklusionen er enkel: egenskaberne ved renkultur i laboratoriet kan ikke ekstrapoleres til naturlige biomer.
genomisk revolution
Endnu et slag er blevet uddelt af den genomiske identifikation af mikroorganismer. Til den genomiske analyse af mikroorganismer valgte molekylærgenetikere i første omgang en region af ribosom alt RNA, der er fælles for alle bakterier. I overensstemmelse med forskellene i nukleotidsekvensen i denne nukleinsyre blev alle bakterier fordelt på basis af fylogenetisk forhold.
Det var da det viste sig, at dyrkede stammer og de bakterier, som vi undersøgte, udgør omkring 5 % af alle bakterier, der bebor vores planet. Og i modsætning til kulturelle stammer ved vi intet om deres egenskaber og biokemi.
Efter at have fundet den tilsvarende sekvens i genomet af en naturlig stamme, kan vi kun placere den på det fylogenetiske træ ogantag, at den i naturen har de samme egenskaber som den nærmeste beslægtede stamme af en ren linje.
Og hvad er det næste?
Sekvensering af bakteriegenomet fra en enkelt celle er stadig i fremtiden. I dag, mens det er dyrt og meget svært. Så rene linjer forbliver mikrobiologiens "gyldne reserve".
Selvom vanskelighederne forbliver. For eksempel er bakterierne fra "sorte rygere" placeret på bunden af havet for nylig blevet undersøgt. Mikroorganismen blev beskrevet og dens genom sekventeret uden at isolere en ren kultur.
En lignende situation eksisterer med bakterier, der lever i dybet af guldminer. Det viste sig, at dette er en ren række af mikroorganismer - efterkommere af én bakterie.
Disse organismer vokser dog ikke på næringsmedier, og indtil videre er det ikke lykkedes nogen at dyrke en koloni af en ren stamme.
Bioteknologinyheder
Mennesket står over for mange spørgsmål i udviklingen af denne gren af anvendt viden. Og ikke kun biologisk, men også etisk. I hvilket omfang kan en person ændre verden omkring ham og ikke skade den? Spørgsmålet er stadig åbent.
Men i dag bliver bioteknologi introduceret i vores liv. Så stammer af bakterier, der er i stand til at fodre på plastik og nedbryde det, er allerede blevet avlet. Så længe de gør det langsomt. Men forskere arbejder på deres genom. Ingen er overrasket over, at al human insulin er "lavet" af genetisk modificerede E. coli-bakterier.
En kunstig biosynteseallerede i dag forsyner os med biogas og biobrændstoffer i form af højmolekylære kulhydrater af naturlig oprindelse (affaldsprodukter fra bakterier, protozosvampe, der behandler biomassen af vores affald til brændstof, energi, kemikalier).
Aktiveringsjord og ferskvand er i dag den vigtigste komponent i begrænsede naturressourcer. Ny bioteknologi (bioremediering) giver mulighed for at bruge mikroorganismer til at genoprette deres potentiale og fjerne forurenende stoffer.
Og det var det - fremtiden er allerede her.
