Čisté kultúry sú kľúčovou dogmou mikrobiológie 20. storočia. Aby sme pochopili podstatu tohto konceptu, je potrebné pripomenúť, že baktérie sú veľmi malé a morfologicky ťažko rozlíšiteľné. Ale líšia sa biochemickými procesmi, a to je presne ich hlavná druhová vlastnosť. Ale v bežnom prostredí nemáme do činenia s jedným druhom baktérií, ale s celým biómom – spoločenstvom, ktoré sa navzájom ovplyvňuje, a nie je možné vyčleniť úlohu jedného mikroorganizmu. A tu potrebujeme čistú kultúru alebo kmeň konkrétneho druhu.
Lovci mikróbov a agar-agar
Skvelá myšlienka izolácie čistých kultúr mikróbov patrí lekárskemu mikrobiológovi Heinrichovi Hermannovi Robertovi Kochovi (1843-1910). Ten, kto objavil pôvodcu antraxu, cholery a tuberkulózy a je právom považovaný za zakladateľa bakteriológie a epidemiológie.
On je ten pravývynašiel metódu čistých kultúr, kedy sa zriedená kultúra mikróbov aplikuje na živné médium na báze agar-agarového polysacharidu a z jednej bunky vyrastie kolónia úplne identických organizmov. Je jasne viditeľný voľným okom a je špecifický pre každý druh.
Jeho vynález dal impulz pre rozvoj mikrobiológie a taxonómie mikroorganizmov. Koniec koncov, bolo možné kultivovať akýkoľvek mikrób v jeho čistej forme a preskúmať sto miliónov buniek ako jednu.
Bez znižovania Kochových úspechov
Stojí za zmienku, že Kochovi spolupracovníci a študenti prispeli k tomuto vynálezu. Takže myšlienka použitia agar-agaru patrí Fanny Angeline Hesse, manželke Kochovho asistenta - W. Hesse.
Ďalší Kochov asistent, bakteriológ Julius Richard Petri (1852-1921), navrhol pestovanie kolónií baktérií v miskách z plochého skla. Dnes už aj školáci vedia o Petriho miskách.
Dogma mikrobiológie
Čistá (ascenická) kultúra - súbor (populácia alebo kmeň) mikroorganizmov, ktoré majú identické morfologické a biochemické vlastnosti a sú potomkami jednej bunky.
Izolácia čistej kultúry zahŕňa implementáciu troch etáp:
- Získanie a hromadenie kultúry mikroorganizmov.
- Izolácia čistej kultúry.
- Stanovenie a overenie čistoty kultúry.
Čisté metódy izolácie kultúry
V mikrobiológii sa na získanie axenickej kultúry používajú nasledujúce metódyorganizmy:
- Mechanické metódy (očkovanie na Petriho misky špachtľou alebo slučkou, očkovanie agarovým riedením - platňové nátierky, separačná metóda založená na motilite mikroorganizmov).
- Biologická – metóda, pri ktorej sa infikujú laboratórne zvieratá vnímavé na patogén. Takto sa izolujú čisté kultúry baktérií z tela myší (napríklad pneumokoky a bacily tularémie).
- Metódy založené na selektívnej odolnosti mikroorganizmov voči určitým faktorom. Pri zahrievaní napríklad všetky baktérie tvoriace spóry odumrú, zatiaľ čo baktérie, ktoré netvoria spóry, zostanú v čistej kultúre. Pri vystavení kyselinám baktérie, ktoré sú na ne citlivé, umierajú, zatiaľ čo kyselinovzdorné (napríklad bacily tuberkulózy) prežívajú. Vplyv antibiotík zanecháva na médiu čistú kultúru mikroorganizmov, ktoré naň nie sú citlivé. Vytvorenie prostredia bez kyslíka oddelí aeróby od anaeróbov.
Na čo slúži
Platia čisté kultúry:
- Vo vedeckej taxonómii pri klasifikácii (určovaní fylogenetického miesta v systéme) mikroorganizmov.
- Pri štúdiu dedičnosti a variability organizmov.
- V infekčnej diagnostike a detekcii patogénov.
- Pri izolácii čistej kultúry baktérií, ktoré vedú k pokazeniu potravín.
- Pri výrobe vitamínov, enzýmov, antibiotík, sér a vakcín.
- V potravinárskom priemysle (výroba chleba, vína,kvas a pivo (octové baktérie a kvasinky jednobunkových húb), produkty kyseliny mliečnej (laktobacily a baktérie mliečneho kvasenia).
- V biotechnológiách a štúdiu vírusov.
V prírode je všetko úplne inak
V 90. rokoch minulého storočia sa všetko s ohľadom na čisté kultúry náhle zmenilo. Ukázalo sa, že keď sa mikroorganizmy dvoch čistých kmeňov spoja v jednej skúmavke, správajú sa celkom inak ako samotné. Biochemické procesy ich životnej činnosti sa navzájom ovplyvňujú (potláčajú alebo stimulujú). To je presne to, čo sa deje v prírodných biómoch.
Záver je jednoduchý: vlastnosti čistej kultúry v laboratóriu nemožno extrapolovať na prirodzené biómy.
Genomická revolúcia
Ďalšiu ranu zasadila genómová identifikácia mikroorganizmov. Spočiatku si molekulárni genetici na genómovú analýzu mikroorganizmov vybrali oblasť ribozomálnej RNA spoločnú pre všetky baktérie. V súlade s rozdielmi v nukleotidovej sekvencii v tejto nukleovej kyseline boli všetky baktérie distribuované na základe fylogenetického vzťahu.
Vtedy sa ukázalo, že kultivované kmene a tie baktérie, ktoré sme študovali, tvoria asi 5 % všetkých baktérií obývajúcich našu planétu. A na rozdiel od kultúrnych kmeňov nevieme nič o ich vlastnostiach a biochémii.
Keď sme našli zodpovedajúcu sekvenciu v genóme prírodného kmeňa, môžeme ju umiestniť iba do fylogenetického stromu apredpokladať, že v prírode má rovnaké vlastnosti ako najbližší príbuzný kmeň čistej línie.
A čo ďalej?
Sekvenovanie bakteriálneho genómu z jednej bunky je stále v budúcnosti. Dnes, zatiaľ čo je to drahé a veľmi ťažké. A tak čisté línie zostávajú „zlatou rezervou“mikrobiológie.
Aj keď ťažkosti pretrvávajú. Nedávno boli napríklad skúmané baktérie „čiernych fajčiarov“nachádzajúce sa na dne oceánu. Mikroorganizmus bol opísaný a jeho genóm bol sekvenovaný bez izolácie čistej kultúry.
Podobná situácia je s baktériami žijúcimi v hlbinách zlatých baní. Ukázalo sa, že ide o čistú líniu mikroorganizmov - potomkov jednej baktérie.
Tieto organizmy však nerastú na živných pôdach a zatiaľ sa nikomu nepodarilo vypestovať kolóniu čistého kmeňa.
Biotechnology News
Ľudstvo čelí mnohým otázkam pri rozvoji tohto odvetvia aplikovaných vedomostí. A to nielen biologické, ale aj etické. Do akej miery dokáže človek zmeniť svet okolo seba a neublížiť mu? Otázka zostáva otvorená.
Dnes sa však do našich životov zavádza biotechnológia. Takže kmene baktérií, ktoré sú schopné živiť sa plastom a rozkladať ho, už boli vyšľachtené. Pokiaľ to robia pomaly. Vedci však pracujú na ich genóme. Nikoho neprekvapí, že všetok ľudský inzulín „vyrábajú“geneticky modifikované baktérie E. coli.
Umelá biosyntézauž dnes nám dodáva bioplyn a biopalivá vo forme vysokomolekulárnych sacharidov prírodného pôvodu (odpadové produkty baktérií, prvokových húb, ktoré spracovávajú biomasu nášho odpadu na palivo, energiu, chemikálie).
Orná pôda a sladká voda sú dnes najdôležitejšou zložkou obmedzených prírodných zdrojov. Nové biotechnológie (bioremediácia) ponúkajú možnosť využitia mikroorganizmov na obnovenie ich potenciálu a odstránenie škodlivín.
A je to – budúcnosť je už tu.
