Čiste kulture su ključna dogma mikrobiologije u 20. veku. Da bismo razumjeli suštinu ovog koncepta, vrijedi zapamtiti da su bakterije vrlo male i morfološki ih je teško razlikovati. Ali razlikuju se u biohemijskim procesima, a to je upravo njihova glavna karakteristika vrste. Ali u normalnom okruženju nema posla s jednom vrstom bakterija, već s cijelim biomom – zajednicom koja utječe jedni na druge i nemoguće je izdvojiti ulogu jednog mikroorganizma. I tu nam je potrebna čista kultura ili soj određene vrste.
Lovci na mikrobe i agar-agar
Briljantna ideja o izolaciji čistih kultura mikroba pripada medicinskom mikrobiologu Heinrichu Hermannu Robertu Kochu (1843-1910). Onaj koji je otkrio uzročnika antraksa, kolere i tuberkuloze i zasluženo se smatra osnivačem bakteriologije i epidemiologije.
On je tajizumio metodu čistih kultura, kada se razrijeđena kultura mikroba nanese na hranljivu podlogu na bazi agar-agar polisaharida i iz jedne ćelije izraste kolonija potpuno identičnih organizama. Jasno je vidljiva golim okom i specifična je za svaku vrstu.
Njegov izum dao je poticaj razvoju mikrobiologije i taksonomije mikroorganizama. Na kraju krajeva, bilo je moguće uzgajati bilo koji mikrob u njegovom čistom obliku i ispitati sto miliona ćelija kao jednu.
Bez umanjivanja Kochovih dostignuća
Vrijedi napomenuti da su Kochovi saradnici i studenti doprinijeli ovom izumu. Dakle, ideja upotrebe agar-agara pripada Fanny Angelini Hesse, supruzi Kochovog asistenta - W. Hesse.
Još jedan Kochov pomoćnik, bakteriolog Julius Richard Petri (1852-1921), predložio je uzgoj kolonija bakterija u ravnim staklenim posudama. Danas čak i školarci znaju za Petrijeve posude.
Dogma mikrobiologije
Čista (ascenična) kultura - skup (populacija ili soj) mikroorganizama koji imaju identična morfološka i biohemijska svojstva i potomci su jedne ćelije.
Izolacija čiste kulture uključuje implementaciju u tri faze:
- Dobijanje i akumuliranje kulture mikroorganizama.
- Izolacija čiste kulture.
- Određivanje i provjera čistoće kulture.
Metode izolacije čiste kulture
U mikrobiologiji, sljedeće metode se koriste za dobivanje aksenske kultureorganizmi:
- Mehaničke metode (inokulacija na Petrijevim posudama sa lopaticom ili petljom, inokulacija razblaženjem agara - namazi na ploči, metoda odvajanja na osnovu pokretljivosti mikroorganizama).
- Biološka - metoda u kojoj se inficiraju laboratorijske životinje osjetljive na patogen. Ovako se čiste kulture bakterija izoluju iz tijela miševa (na primjer, pneumokoki i bacili tularemije).
- Metode zasnovane na selektivnoj otpornosti mikroorganizama na određene faktore. Kada se zagriju, na primjer, sve bakterije koje stvaraju spore će umrijeti, dok će bakterije koje ne stvaraju spore ostati u čistoj kulturi. Kada su izložene kiselinama, bakterije koje su osjetljive na njih umiru, dok one otporne na kiseline (na primjer, bacili tuberkuloze) opstaju. Uticaj antibiotika na podlogu ostavlja čistu kulturu mikroorganizama koji na nju nisu osjetljivi. Stvaranje okruženja bez kiseonika će odvojiti aerobne od anaerobnih.
Šta je za
Primjenjuju se čiste kulture:
- U naučnoj taksonomiji pri klasifikaciji (određivanje filogenetskog mjesta u sistemu) mikroorganizama.
- U proučavanju naslijeđa i varijabilnosti organizama.
- U infektivnoj dijagnostici i otkrivanju patogena.
- Prilikom izolacije čiste kulture bakterija koje dovode do kvarenja hrane.
- U proizvodnji vitamina, enzima, antibiotika, seruma i vakcina.
- U prehrambenoj industriji (proizvodnja hljeba, vina,kvas i pivo (octene bakterije i jednoćelijske gljivice kvasac), proizvodi mliječne kiseline (laktobacili i bakterije mliječne kiseline)).
- U biotehnologiji i proučavanju virusa.
U prirodi je sve potpuno drugačije
90-ih godina prošlog veka sve se naglo promenilo u pogledu čistih kultura. Pokazalo se da kada se mikroorganizmi dva čista soja spoje u jednoj epruveti, ponašaju se sasvim drugačije nego sami. Biohemijski procesi njihove vitalne aktivnosti utiču jedni na druge (suzbijaju ili stimulišu). To je upravo ono što se dešava u prirodnim biomima.
Zaključak je jednostavan: svojstva čiste kulture u laboratoriji ne mogu se ekstrapolirati na prirodne biome.
Genomic Revolution
Još jedan udarac zadala je genomska identifikacija mikroorganizama. U početku, za genomsku analizu mikroorganizama, molekularni genetičari su odabrali regiju ribosomske RNK koja je zajednička svim bakterijama. U skladu sa razlikama u nukleotidnoj sekvenci ove nukleinske kiseline, sve bakterije su raspoređene na osnovu filogenetskog odnosa.
Tada se ispostavilo da kultivisani sojevi i one bakterije koje smo proučavali čine oko 5% svih bakterija koje naseljavaju našu planetu. I, za razliku od kulturnih sojeva, ne znamo ništa o njihovim svojstvima i biohemiji.
Našavši odgovarajuću sekvencu u genomu prirodnog soja, možemo je postaviti samo na filogenetsko stablo ipretpostavimo da u prirodi ima ista svojstva kao najbliži srodni soj čiste linije.
A što je sljedeće?
Sekvenciranje bakterijskog genoma iz jedne ćelije je još uvijek u budućnosti. Danas je to skupo i veoma teško. I tako čiste linije ostaju "zlatna rezerva" mikrobiologije.
Iako poteškoće ostaju. Na primjer, nedavno su proučavane bakterije "crnih pušača" koje se nalaze na dnu okeana. Mikroorganizam je opisan i njegov genom je sekvenciran bez izolacije čiste kulture.
Slična situacija postoji i sa bakterijama koje žive u dubinama rudnika zlata. Ispostavilo se da se radi o čistoj liniji mikroorganizama - potomaka jedne bakterije.
Međutim, ovi organizmi ne rastu na hranljivim podlogama, i do sada niko nije uspeo da uzgaja koloniju čistog soja.
Biotehnološke vijesti
Čovječanstvo se suočava sa mnogim pitanjima u razvoju ove grane primijenjenog znanja. I ne samo biološki, već i etički. U kojoj mjeri čovjek može promijeniti svijet oko sebe i ne nauditi mu? Pitanje ostaje otvoreno.
Ali danas se biotehnologija uvodi u naše živote. Dakle, sojevi bakterija koji se mogu hraniti plastikom i razgraditi je već su uzgojeni. Sve dok to rade polako. Ali naučnici rade na njihovom genomu. Niko se ne čudi što je sav ljudski insulin "napravljen" od genetski modifikovanih bakterija E. coli.
Vještačka biosintezaveć danas nas snabdijeva bioplinom i biogorivima u obliku visokomolekularnih ugljikohidrata prirodnog porijekla (otpadni proizvodi bakterija, protozojske gljive koje prerađuju biomasu našeg otpada u gorivo, energiju, hemikalije).
Obradivo zemljište i slatka voda su danas najvažnija komponenta ograničenih prirodnih resursa. Nove biotehnologije (bioremedijacija) nude mogućnost korištenja mikroorganizama za obnavljanje njihovog potencijala i uklanjanje zagađivača.
I to je to - budućnost je već tu.
