Puhtaat kulttuurit ovat mikrobiologian keskeinen dogma 1900-luvulla. Tämän käsitteen olemuksen ymmärtämiseksi on syytä muistaa, että bakteerit ovat hyvin pieniä ja morfologisesti vaikeasti erotettavissa. Mutta ne eroavat biokemiallisista prosesseista, ja tämä on juuri niiden tärkein lajiominaisuus. Mutta normaalissa ympäristössä emme ole tekemisissä yhden tyyppisten bakteerien kanssa, vaan kokonaisen biomin kanssa - yhteisön, joka vaikuttaa toisiinsa, ja on mahdotonta erottaa yhden mikro-organismin roolia. Ja tähän tarvitsemme tietyn lajin puhdasta viljelmää tai kantaa.
Mikrobinmetsästäjät ja agar-agar
Loistava idea puhtaiden mikrobiviljelmien eristämisestä kuuluu lääketieteen mikrobiologi Heinrich Hermann Robert Kochille (1843-1910). Hän, joka löysi pernaruton, koleran ja tuberkuloosin aiheuttajan ja jota pidetään ansaitusti bakteriologian ja epidemiologian perustajana.
Hän on sekeksi puhdasviljelmien menetelmän, jossa laimennettua mikrobiviljelmää levitetään agar-agar-polysakkaridipohjaiseen ravintoalustaan ja yhdestä solusta kasvaa täysin identtisten organismien pesäke. Se näkyy selvästi paljaalla silmällä ja on tyypillinen jokaiselle lajille.
Hänen keksintönsä antoi sysäyksen mikrobiologian ja mikro-organismien taksonomian kehitykselle. Olihan mahdollista viljellä mitä tahansa mikrobia sen puhtaassa muodossa ja tutkia sata miljoonaa solua yhtenä kokonaisuutena.
Kochin saavutuksia heikentämättä
On syytä huomata, että Kochin työtoverit ja opiskelijat osallistuivat tähän keksintöön. Joten idea agar-agarin käytöstä kuuluu Fanny Angelina Hesselle, Kochin avustajan W. Hessen vaimolle.
Toinen Kochin avustaja, bakteriologi Julius Richard Petri (1852-1921), ehdotti bakteeripesäkkeiden kasvattamista tasolasiastioissa. Nykyään jopa koululaiset tietävät petrimaljoista.
Mikrobiologian dogma
Puhdas (asseeninen) viljelmä - mikro-organismien joukko (populaatio tai kanta), joilla on identtiset morfologiset ja biokemialliset ominaisuudet ja jotka ovat yhden solun jälkeläisiä.
Puhdaskulttuurin eristäminen edellyttää kolmen vaiheen toteuttamista:
- Mikro-organismien viljelmän hankkiminen ja kerääminen.
- Puhdaskulttuurin eristäminen.
- Viljelmän puhtauden määritys ja todentaminen.
Puhdasviljelmäeristysmenetelmät
Mikrobiologiassa akseenisen viljelmän saamiseksi käytetään seuraavia menetelmiäorganismit:
- Mekaaniset menetelmät (ympätys petrimaljoille lastalla tai silmukalla, siirrostus agarlaimennuksella - levylevitteet, mikro-organismien liikkuvuuteen perustuva erotusmenetelmä).
- Biologinen - menetelmä, jossa taudinaiheuttajalle herkät laboratorio-eläimet tartutetaan. Näin eristetään puhtaita bakteeriviljelmiä hiirten kehosta (esim. pneumokokit ja tularemiabasillit).
- Menetelmät, jotka perustuvat mikro-organismien selektiiviseen vastustuskykyyn tietyille tekijöille. Esimerkiksi kuumennettaessa kaikki itiöitä muodostavat bakteerit kuolevat, kun taas ei-itiöitä muodostavat bakteerit jäävät puhdasviljelmään. Hapoille altistuessaan niille herkät bakteerit kuolevat, kun taas haponkestävät (esimerkiksi tuberkuloosibasillit) säilyvät. Antibioottien vaikutus jättää väliaineeseen puhtaan mikro-organismiviljelmän, joka ei ole herkkä sille. Happettoman ympäristön luominen erottaa aerobit anaerobeista.
Mitä se tarkoittaa
Puhtaat kulttuurit ovat voimassa:
- Tieteellisessä taksonomiassa mikro-organismien luokittelussa (fylogeneettisen paikan määrittämisessä systeemissä).
- Eliöiden perinnöllisyyden ja vaihtelevuuden tutkimuksessa.
- Tartunnan diagnostiikassa ja taudinaiheuttajien havaitsemisessa.
- Kun eristetään puhdasta bakteeriviljelmää, joka johtaa ruoan pilaantumiseen.
- Vitamiinien, entsyymien, antibioottien, seerumien ja rokotteiden tuotannossa.
- Elintarviketeollisuudessa (leivän, viinin,kvassi ja olut (etikkabakteerit ja yksisoluiset sienihiiva), maitohappotuotteet (laktobasillit ja maitohappobakteerit)).
- Bioteknologiassa ja virustutkimuksessa.
Luonnossa kaikki on täysin erilaista
Viime vuosisadan 90-luvulla kaikki muuttui yhtäkkiä puhtaiden kulttuurien suhteen. Kävi ilmi, että kun kahden puhtaan kannan mikro-organismit yhdistetään yhteen koeputkeen, ne käyttäytyvät aivan eri tavalla kuin yksinään. Niiden elintärkeän toiminnan biokemialliset prosessit vaikuttavat (suppressoivat tai stimuloivat) toisiinsa. Juuri näin tapahtuu luonnollisissa biomeissa.
Johtopäätös on yksinkertainen: laboratorion puhtaan viljelmän ominaisuuksia ei voida ekstrapoloida luonnollisiin biomeihin.
Genominen vallankumous
Toisen iskun on antanut mikro-organismien genominen tunnistaminen. Aluksi molekyyligeneetit valitsivat mikro-organismien genomianalyysiin ribosomaalisen RNA:n alueen, joka on yhteinen kaikille bakteereille. Tämän nukleiinihapon nukleotidisekvenssien erojen mukaisesti kaikki bakteerit jakautuivat fylogeneettisen suhteen perusteella.
Silloin kävi ilmi, että viljellyt kannat ja tutkimamme bakteerit muodostavat noin 5 % kaikista planeetallamme asuvista bakteereista. Ja toisin kuin kulttuurikannat, emme tiedä mitään niiden ominaisuuksista ja biokemiasta.
Löysimme vastaavan sekvenssin luonnollisen kannan genomista, voimme vain sijoittaa sen fylogeneettiseen puuhun jaoletetaan, että luonnossa sillä on samat ominaisuudet kuin puhtaan linjan lähimmällä sukulaisella kannalla.
Ja mitä seuraavaksi?
Bakteerigenomin sekvensointi yhdestä solusta on vielä tulevaisuudessa. Tänään, kun se on kallista ja erittäin vaikeaa. Ja niin puhtaat linjat jäävät mikrobiologian "kultaiseksi reserviksi".
Vaikka vaikeudet jatkuvat. Esimerkiksi v altameren pohjalla sijaitsevien "mustien tupakoitsijoiden" bakteereja on hiljattain tutkittu. Mikro-organismi kuvattiin ja sen genomi sekvensoitiin eristämättä puhdasta viljelmää.
Samanlainen tilanne on kultakaivosten syvyyksissä elävien bakteerien kanssa. Kävi ilmi, että tämä on puhdas mikro-organismien sarja - yhden bakteerin jälkeläisiä.
Nämä organismit eivät kuitenkaan kasva ravinnealustalla, eikä kukaan ole toistaiseksi onnistunut kasvattamaan puhtaan kannan pesäkettä.
Bioteknologiauutiset
Ihmiskunta kohtaa monia kysymyksiä tämän sovelletun tiedon haaran kehittämisessä. Eikä vain biologista, vaan myös eettistä. Missä määrin ihminen voi muuttaa ympäröivää maailmaa ja olla vahingoittamatta sitä? Kysymys jää avoimeksi.
Mutta tänään biotekniikka tuodaan elämäämme. Joten bakteerikantoja, jotka pystyvät syömään muovia ja hajottamaan sitä, on jo kasvatettu. Kunhan tekevät sen hitaasti. Mutta tiedemiehet työskentelevät genominsa parissa. Kukaan ei ole yllättynyt siitä, että kaikki ihmisinsuliini on "valmistettu" geneettisesti muunnetuista E. coli -bakteerista.
Keinotekoinen biosynteesitoimittaa meille jo tänään biokaasua ja biopolttoaineita luonnollista alkuperää olevien suurimolekyylisten hiilihydraattien muodossa (bakteerien jätetuotteet, alkueläinsienet, jotka prosessoivat jätteemme biomassaa polttoaineeksi, energiaksi, kemikaaleiksi).
Peltomaa ja makea vesi ovat nykyään rajallisten luonnonvarojen tärkein osa. Uudet biotekniikat (bioremediaatio) tarjoavat mahdollisuuden käyttää mikro-organismeja niiden potentiaalin palauttamiseen ja epäpuhtauksien poistamiseen.
Ja siinä se - tulevaisuus on jo täällä.
