Čiste kulture so ključna dogma mikrobiologije 20. stoletja. Da bi razumeli bistvo tega koncepta, se je vredno spomniti, da so bakterije zelo majhne in jih je morfološko težko razlikovati. Razlikujejo pa se v biokemičnih procesih in ravno to je njihova glavna značilnost vrste. A v normalnem okolju nimamo opravka z eno vrsto bakterij, ampak s celim biomom – skupnostjo, ki vpliva drug na drugega, pri čemer je nemogoče izpostaviti vlogo enega mikroorganizma. In tukaj potrebujemo čisto kulturo ali sev določene vrste.
Lovci na mikrobe in agar-agar
Briljantna ideja o izolaciji čistih kultur mikrobov pripada medicinskemu mikrobiologu Heinrichu Hermannu Robertu Kochu (1843-1910). Tisti, ki je odkril povzročitelja antraksa, kolere in tuberkuloze in zasluženo velja za utemeljitelja bakteriologije in epidemiologije.
On je tistiizumil metodo čistih kultur, ko razredčeno kulturo mikrobov nanesemo na hranilni medij na osnovi agar-agar polisaharida in iz ene celice zraste kolonija popolnoma enakih organizmov. Jasno je vidna s prostim očesom in je specifična za vsako vrsto.
Njegov izum je dal zagon razvoju mikrobiologije in taksonomije mikroorganizmov. Konec koncev je bilo mogoče gojiti katerega koli mikroba v njegovi čisti obliki in preučiti sto milijonov celic kot eno.
Brez zmanjševanja Kochovih dosežkov
Omeniti velja, da so k temu izumu prispevali Kochovi sodelavci in študenti. Torej, ideja o uporabi agar-agarja pripada Fanny Angelini Hesse, ženi Kochovega pomočnika - W. Hesse.
Drug Kochov pomočnik, bakteriolog Julius Richard Petri (1852-1921), je predlagal gojenje kolonij bakterij v ploščati stekleni posodi. Danes celo šolarji vedo za petrijevke.
Dogma mikrobiologije
Čista (ascenična) kultura - skupek (populacija ali sev) mikroorganizmov, ki imajo enake morfološke in biokemične lastnosti in so potomci ene celice.
Izolacija čiste kulture vključuje izvedbo treh stopenj:
- Pridobivanje in kopičenje kulture mikroorganizmov.
- Izolacija čiste kulture.
- Določanje in preverjanje čistosti kulture.
Metode izolacije čiste kulture
V mikrobiologiji se za pridobivanje aksenske kulture uporabljajo naslednje metodeorganizmi:
- Mehanske metode (cepljenje na petrijevke z lopatico ali zanko, inokulacija z redčenjem agarja - namazi za plošče, metoda ločevanja na podlagi gibljivosti mikroorganizmov).
- Biološka - metoda, s katero se okužijo laboratorijske živali, občutljive na patogen. Tako se iz telesa miši izolirajo čiste kulture bakterij (npr. pnevmokoki in bacili tularemije).
- Metode, ki temeljijo na selektivni odpornosti mikroorganizmov na določene dejavnike. Pri segrevanju bodo na primer vse bakterije, ki tvorijo spore, umrle, medtem ko bodo bakterije, ki ne tvorijo spor, ostale v čisti kulturi. Ko so izpostavljene kislinam, bakterije, ki so nanje občutljive, umrejo, tiste, ki so odporne na kisline (na primer bacili tuberkuloze), pa preživijo. Vpliv antibiotikov pusti na gojišču čisto kulturo mikroorganizmov, ki nanj niso občutljivi. Ustvarjanje okolja brez kisika bo ločilo aerobe od anaerobov.
Kaj je za
Veljajo čiste kulture:
- V znanstveni taksonomiji pri razvrščanju (določevanju filogenetskega mesta v sistemu) mikroorganizmov.
- Pri preučevanju dednosti in variabilnosti organizmov.
- Pri infekcijski diagnostiki in odkrivanju patogenov.
- Pri izolaciji čiste kulture bakterij, ki vodijo v kvarjenje hrane.
- Pri proizvodnji vitaminov, encimov, antibiotikov, serumov in cepiv.
- V živilski industriji (proizvodnja kruha, vina,kvas in pivo (kvasovke ocetne bakterije in enocelične glive), mlečnokislinski proizvodi (laktobacili in mlečnokislinske bakterije)).
- V biotehnologiji in pri preučevanju virusov.
V naravi je vse popolnoma drugače
V 90-ih letih prejšnjega stoletja se je glede čistih kultur vse nenadoma spremenilo. Izkazalo se je, da se mikroorganizmi dveh čistih sevov združijo v eni epruveti, da se obnašajo precej drugače kot sami. Biokemični procesi njihove vitalne aktivnosti vplivajo (zavirajo ali stimulirajo) drug na drugega. Točno to se dogaja v naravnih biomih.
Sklep je preprost: lastnosti čiste kulture v laboratoriju ni mogoče ekstrapolirati na naravne biome.
Genomska revolucija
Še en udarec je zadala genomska identifikacija mikroorganizmov. Sprva so za genomsko analizo mikroorganizmov molekularni genetiki izbrali regijo ribosomske RNA, ki je skupna vsem bakterijam. V skladu z razlikami v nukleotidnem zaporedju v tej nukleinski kislini so bile vse bakterije razporejene na podlagi filogenetskega razmerja.
Takrat se je izkazalo, da kultivirani sevi in tiste bakterije, ki smo jih preučevali, predstavljajo približno 5 % vseh bakterij, ki naseljujejo naš planet. In za razliko od kulturnih sevov ne vemo ničesar o njihovih lastnostih in biokemiji.
Ko smo našli ustrezno zaporedje v genomu naravnega seva, ga lahko postavimo le na filogenetsko drevo inpredpostavimo, da ima v naravi enake lastnosti kot najbližji sorodni sev čiste črte.
In kaj je naslednje?
Sekvenciranje bakterijskega genoma iz ene celice je še v prihodnosti. Danes, medtem ko je drago in zelo težko. In tako čiste linije ostajajo "zlata rezerva" mikrobiologije.
Čeprav težave ostajajo. Nedavno so na primer preučevali bakterije "črnih kadilcev", ki se nahajajo na dnu oceana. Mikroorganizem je bil opisan in njegov genom sekvenciran brez izolacije čiste kulture.
Podobna situacija je pri bakterijah, ki živijo v globinah rudnikov zlata. Izkazalo se je, da je to čista linija mikroorganizmov - potomcev ene bakterije.
Vendar ti organizmi ne rastejo na hranilnih gojiščih in doslej še nikomur ni uspelo gojiti kolonije čistega seva.
biotehnološke novice
Človeštvo se pri razvoju te veje uporabnega znanja sooča s številnimi vprašanji. Pa ne samo biološki, ampak tudi etični. V kolikšni meri lahko človek spremeni svet okoli sebe in mu ne škodi? Vprašanje ostaja odprto.
A danes se biotehnologija uvaja v naša življenja. Torej so sevi bakterij, ki se lahko hranijo s plastiko in jo razgradijo, že vzrejeni. Dokler to počnejo počasi. Toda znanstveniki delajo na svojem genomu. Nihče ni presenečen, da ves človeški inzulin "izdelujejo" gensko spremenjene bakterije E. coli.
Umetna biosintezaže danes nas oskrbuje z bioplinom in biogorivi v obliki visokomolekularnih ogljikovih hidratov naravnega izvora (odpadni produkti bakterij, protozojskih gliv, ki predelujejo biomaso naših odpadkov v gorivo, energijo, kemikalije).
Obdelovalne površine in sladka voda sta danes najpomembnejša sestavina omejenih naravnih virov. Nove biotehnologije (bioremediacija) ponujajo možnost uporabe mikroorganizmov za obnovitev njihovega potenciala in odstranjevanje onesnaževal.
In to je to - prihodnost je že tukaj.
