Rena kulturer är mikrobiologins nyckeldogm under 1900-talet. För att förstå kärnan i detta koncept är det värt att komma ihåg att bakterier är mycket små och morfologiskt svåra att särskilja. Men de skiljer sig åt i biokemiska processer, och detta är just deras huvudsakliga artfunktion. Men i en normal miljö har vi inte att göra med en typ av bakterier, utan med en hel biom – ett samhälle som påverkar varandra, och det är omöjligt att peka ut rollen som en mikroorganism. Och det är här vi behöver en ren kultur eller stam av en viss art.
Microbe Hunters and agar-agar
Den briljanta idén att isolera rena kulturer av mikrober tillhör den medicinska mikrobiologen Heinrich Hermann Robert Koch (1843-1910). Den som upptäckte orsaken till mjältbrand, kolera och tuberkulos och välförtjänt anses vara grundaren av bakteriologi och epidemiologi.
Han är denuppfann metoden för rena kulturer, när en utspädd kultur av mikrober appliceras på ett näringsmedium baserat på agar-agar-polysackarid och en koloni av helt identiska organismer växer från en cell. Den är tydligt synlig för blotta ögat och är specifik för varje art.
Hans uppfinning gav impulser till utvecklingen av mikrobiologi och taxonomi för mikroorganismer. Det var trots allt möjligt att odla vilken mikrob som helst i dess rena form och undersöka hundra miljoner celler som en.
Utan att förringa Kochs prestationer
Det är värt att notera att Kochs medarbetare och studenter bidrog till denna uppfinning. Så idén med att använda agar-agar tillhör Fanny Angelina Hesse, hustru till Kochs assistent - W. Hesse.
En annan assistent till Koch, bakteriologen Julius Richard Petri (1852-1921), föreslog att man skulle odla kolonier av bakterier i platta glasfat. Idag känner till och med skolbarn till petriskålar.
Dogma of microbiology
Ren (ascenisk) kultur - en uppsättning (population eller stam) av mikroorganismer som har identiska morfologiska och biokemiska egenskaper och är avkomlingar till en cell.
Isolering av en ren kultur innebär implementering av tre steg:
- Erhålla och ackumulera odling av mikroorganismer.
- Isolering av ren kultur.
- Bestämning och verifiering av kulturens renhet.
Renkulturisoleringsmetoder
Inom mikrobiologi används följande metoder för att erhålla axenodlingorganismer:
- Mekaniska metoder (ympning på petriskålar med en spatel eller ögla, ympning med agarutspädning - plattspridning, separationsmetod baserad på mikroorganismernas motilitet).
- Biologisk - en metod där försöksdjur som är mottagliga för en patogen infekteras. Så här isoleras rena bakteriekulturer från möss (till exempel pneumokocker och tularemibaciller).
- Metoder baserade på mikroorganismers selektiva resistens mot vissa faktorer. Vid upphettning kommer till exempel alla sporbildande bakterier att dö, medan icke-sporbildande bakterier förblir i renodling. När de utsätts för syror dör bakterier som är känsliga för dem, medan syraresistenta (till exempel tuberkulosbaciller) överlever. Effekten av antibiotika lämnar på mediet en ren kultur av mikroorganismer som inte är känsliga för det. Att skapa en syrefri miljö kommer att skilja aerober från anaerober.
Vad är det för
Rena kulturer gäller:
- I vetenskaplig taxonomi vid klassificering (bestämning av den fylogenetiska platsen i systemet) mikroorganismer.
- I studien av ärftlighet och variation hos organismer.
- I infektionsdiagnostik och detektion av patogener.
- När man isolerar en ren kultur av bakterier som leder till matförstöring.
- Vid produktion av vitaminer, enzymer, antibiotika, serum och vacciner.
- I livsmedelsindustrin (tillverkning av bröd, vin,kvass och öl (ättiksyrabakterier och encelliga svampjäst), mjölksyraprodukter (laktobaciller och mjölksyrabakterier)).
- Inom bioteknik och i studiet av virus.
I naturen är allt helt annorlunda
På 90-talet av förra seklet förändrades allt plötsligt med avseende på rena kulturer. Det visade sig att när mikroorganismer av två rena stammar kombineras i ett provrör, beter de sig helt annorlunda än de gör ensamma. De biokemiska processerna för deras vitala aktivitet påverkar (undertrycker eller stimulerar) varandra. Det är precis vad som händer i naturliga biomer.
Slutsatsen är enkel: egenskaperna hos renkultur i laboratoriet kan inte extrapoleras till naturliga biomer.
genomisk revolution
Ännu ett slag har drabbats av genomisk identifiering av mikroorganismer. Inledningsvis, för genomisk analys av mikroorganismer, valde molekylärgenetiker en region av ribosom alt RNA gemensamt för alla bakterier. I enlighet med skillnaderna i nukleotidsekvensen i denna nukleinsyra, fördelades alla bakterier på basis av fylogenetisk relation.
Det var då det visade sig att odlade stammar och de bakterier som vi studerade utgör cirka 5 % av alla bakterier som lever på vår planet. Och till skillnad från kulturella stammar vet vi ingenting om deras egenskaper och biokemi.
Efter att ha hittat motsvarande sekvens i genomet av en naturlig stam, kan vi bara placera den på det fylogenetiska trädet ochanta att den i naturen har samma egenskaper som den närmast besläktade stammen av en ren linje.
Och vad händer härnäst?
Sekvensering av bakteriegenomet från en enda cell är fortfarande i framtiden. Idag, medan det är dyrt och mycket svårt. Och så förblir rena linjer mikrobiologins "gyllene reserv".
Även om svårigheterna kvarstår. Till exempel har bakterierna hos "svarta rökare" som finns på botten av havet nyligen studerats. Mikroorganismen beskrevs och dess genom sekvenserades utan att isolera en ren kultur.
En liknande situation finns med bakterier som lever i djupet av guldgruvor. Det visade sig att detta är en ren rad mikroorganismer - ättlingar till en bakterie.
Men dessa organismer växer inte på näringsmedier, och hittills har ingen lyckats odla en koloni av en ren stam.
Biotekniknyheter
Mänskligheten ställs inför många frågor i utvecklingen av denna gren av tillämpad kunskap. Och inte bara biologiskt, utan också etiskt. I vilken utsträckning kan en person förändra världen omkring honom och inte skada den? Frågan är fortfarande öppen.
Men idag introduceras bioteknik i våra liv. Så, bakteriestammar som kan livnära sig på plast och bryta ner den har redan fötts upp. Så länge de gör det långsamt. Men forskare arbetar på deras genom. Ingen är förvånad över att allt humaninsulin "görs" av genetiskt modifierade E. coli-bakterier.
En artificiell biosyntesredan idag förser oss med biogas och biobränslen i form av högmolekylära kolhydrater av naturligt ursprung (avfallsprodukter från bakterier, protozosvampar som bearbetar biomassan från vårt avfall till bränsle, energi, kemikalier).
Åkermark och sötvatten är idag den viktigaste beståndsdelen av begränsade naturresurser. Ny bioteknik (bioremediering) erbjuder möjligheten att använda mikroorganismer för att återställa deras potential och ta bort föroreningar.
Och det var allt - framtiden är redan här.
