Οι καθαρές καλλιέργειες είναι το βασικό δόγμα της μικροβιολογίας στον 20ο αιώνα. Για να κατανοήσουμε την ουσία αυτής της έννοιας, αξίζει να θυμηθούμε ότι τα βακτήρια είναι πολύ μικρά και μορφολογικά δύσκολο να διακριθούν. Αλλά διαφέρουν στις βιοχημικές διεργασίες, και αυτό ακριβώς είναι το κύριο χαρακτηριστικό του είδους τους. Αλλά σε ένα κανονικό περιβάλλον, δεν έχουμε να κάνουμε με έναν τύπο βακτηρίων, αλλά με ένα ολόκληρο βίωμα - μια κοινότητα που επηρεάζει η μία την άλλη και είναι αδύνατο να ξεχωρίσουμε τον ρόλο ενός μικροοργανισμού. Και εδώ είναι που χρειαζόμαστε μια καθαρή καλλιέργεια ή στέλεχος ενός συγκεκριμένου είδους.
Microbe Hunters and agar-agar
Η λαμπρή ιδέα της απομόνωσης καθαρών καλλιεργειών μικροβίων ανήκει στον ιατρό μικροβιολόγο Heinrich Hermann Robert Koch (1843-1910). Αυτός που ανακάλυψε τον αιτιολογικό παράγοντα του άνθρακα, της χολέρας και της φυματίωσης και θεωρείται επάξια ο ιδρυτής της βακτηριολογίας και της επιδημιολογίας.
Είναι ο έναςεφηύρε τη μέθοδο των καθαρών καλλιεργειών, όταν μια αραιωμένη καλλιέργεια μικροβίων εφαρμόζεται σε ένα θρεπτικό μέσο που βασίζεται σε πολυσακχαρίτη άγαρ-άγαρ και μια αποικία εντελώς πανομοιότυπων οργανισμών αναπτύσσεται από ένα κύτταρο. Είναι σαφώς ορατό με γυμνό μάτι και είναι ειδικό για κάθε είδος.
Η εφεύρεσή του έδωσε ώθηση στην ανάπτυξη της μικροβιολογίας και της ταξινόμησης των μικροοργανισμών. Τελικά, ήταν δυνατό να καλλιεργηθεί οποιοδήποτε μικρόβιο στην καθαρή του μορφή και να εξεταστούν εκατό εκατομμύρια κύτταρα ως ένα.
Χωρίς μείωση των επιτευγμάτων του Koch
Αξίζει να σημειωθεί ότι οι συνεργάτες και οι μαθητές του Koch συνέβαλαν σε αυτήν την εφεύρεση. Έτσι, η ιδέα της χρήσης του άγαρ-άγαρ ανήκει στη Fanny Angelina Hesse, τη σύζυγο του βοηθού του Koch - W. Hesse.
Ένας άλλος βοηθός του Koch, ο βακτηριολόγος Julius Richard Petri (1852-1921), πρότεινε την ανάπτυξη αποικιών βακτηρίων σε επίπεδα γυάλινα πιάτα. Σήμερα, ακόμη και οι μαθητές ξέρουν για τα πιάτα Petri.
Δόγμα της μικροβιολογίας
Καθαρή (ασκενική) καλλιέργεια - ένα σύνολο (πληθυσμός ή στέλεχος) μικροοργανισμών που έχουν πανομοιότυπες μορφολογικές και βιοχημικές ιδιότητες και είναι απόγονοι ενός κυττάρου.
Η απομόνωση μιας καθαρής καλλιέργειας περιλαμβάνει την εφαρμογή τριών σταδίων:
- Λήψη και συσσώρευση της καλλιέργειας μικροοργανισμών.
- Απομόνωση καθαρής καλλιέργειας.
- Προσδιορισμός και επαλήθευση της καθαρότητας της καλλιέργειας.
Μέθοδοι απομόνωσης καθαρής καλλιέργειας
Στη μικροβιολογία, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες μέθοδοι για τη λήψη αξενικής καλλιέργειαςοργανισμοί:
- Μηχανικές μέθοδοι (ενοφθαλμισμός σε τρυβλία Petri με σπάτουλα ή θηλιά, ενοφθαλμισμός με αραίωση άγαρ - επάλειψη πλακών, μέθοδος διαχωρισμού με βάση την κινητικότητα μικροοργανισμών).
- Βιολογική - μέθοδος κατά την οποία μολύνονται τα πειραματόζωα που είναι ευαίσθητα σε ένα παθογόνο. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο απομονώνονται καθαρές καλλιέργειες βακτηρίων από το σώμα ποντικών (για παράδειγμα, πνευμονιόκοκκοι και βάκιλοι τουλαραιμίας).
- Μέθοδοι που βασίζονται στην επιλεκτική αντοχή των μικροοργανισμών σε ορισμένους παράγοντες. Όταν θερμανθούν, για παράδειγμα, όλα τα βακτήρια που σχηματίζουν σπόρους θα πεθάνουν, ενώ τα βακτήρια που δεν σχηματίζουν σπόρους θα παραμείνουν σε καθαρή καλλιέργεια. Όταν εκτίθενται σε οξέα, τα βακτήρια που είναι ευαίσθητα σε αυτά πεθαίνουν, ενώ τα ανθεκτικά στα οξέα (για παράδειγμα, οι βάκιλοι της φυματίωσης) επιβιώνουν. Η επίδραση των αντιβιοτικών αφήνει στο μέσο μια καθαρή καλλιέργεια μικροοργανισμών που δεν είναι ευαίσθητοι σε αυτό. Η δημιουργία ενός περιβάλλοντος χωρίς οξυγόνο θα διαχωρίσει τα αερόβια από τα αναερόβια.
Τι είναι για
Ισχύουν καθαρές καλλιέργειες:
- Στην επιστημονική ταξινόμηση κατά την ταξινόμηση (καθορισμός της φυλογενετικής θέσης στο σύστημα) μικροοργανισμών.
- Στη μελέτη της κληρονομικότητας και της μεταβλητότητας των οργανισμών.
- Στη λοιμώδη διάγνωση και ανίχνευση παθογόνων.
- Όταν απομονώνεται μια καθαρή καλλιέργεια βακτηρίων που οδηγούν σε αλλοίωση των τροφίμων.
- Στην παραγωγή βιταμινών, ενζύμων, αντιβιοτικών, ορών και εμβολίων.
- Στη βιομηχανία τροφίμων (παραγωγή ψωμιού, κρασιού,kvass και μπύρα (οξικά βακτήρια και μαγιά μονοκύτταρων μυκήτων), προϊόντα γαλακτικού οξέος (γαλακτοβάκιλλοι και βακτήρια γαλακτικού οξέος)).
- Στη βιοτεχνολογία και στη μελέτη των ιών.
Στη φύση, όλα είναι τελείως διαφορετικά
Στη δεκαετία του '90 του περασμένου αιώνα, όλα άλλαξαν ξαφνικά σε σχέση με τους καθαρούς πολιτισμούς. Αποδείχθηκε ότι όταν οι μικροοργανισμοί δύο καθαρών στελεχών συνδυάζονται σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα, συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά από ό,τι μόνοι τους. Οι βιοχημικές διεργασίες της ζωτικής τους δραστηριότητας επηρεάζουν (καταστέλλουν ή διεγείρουν) η μία την άλλη. Αυτό ακριβώς συμβαίνει στα φυσικά βιώματα.
Το συμπέρασμα είναι απλό: οι ιδιότητες της καθαρής καλλιέργειας στο εργαστήριο δεν μπορούν να επεκταθούν σε φυσικά βιοϊώματα.
Γονιδιακή Επανάσταση
Άλλο ένα πλήγμα δόθηκε από τη γονιδιωματική ταυτοποίηση μικροοργανισμών. Αρχικά, για τη γονιδιωματική ανάλυση των μικροοργανισμών, οι μοριακοί γενετιστές επέλεξαν μια περιοχή ριβοσωμικού RNA κοινή για όλα τα βακτήρια. Σύμφωνα με τις διαφορές στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων σε αυτό το νουκλεϊκό οξύ, όλα τα βακτήρια κατανεμήθηκαν με βάση τη φυλογενετική σχέση.
Τότε αποδείχθηκε ότι τα καλλιεργημένα στελέχη και αυτά τα βακτήρια που μελετήσαμε αποτελούν περίπου το 5% όλων των βακτηρίων που κατοικούν στον πλανήτη μας. Και, σε αντίθεση με τα πολιτιστικά στελέχη, δεν γνωρίζουμε τίποτα για τις ιδιότητες και τη βιοχημεία τους.
Έχοντας βρει την αντίστοιχη αλληλουχία στο γονιδίωμα ενός φυσικού στελέχους, μπορούμε μόνο να την τοποθετήσουμε στο φυλογενετικό δέντρο καιυποθέστε ότι στη φύση έχει τις ίδιες ιδιότητες με το πλησιέστερο σχετικό στέλεχος μιας καθαρής γραμμής.
Και τι ακολουθεί;
Η αλληλούχιση του βακτηριακού γονιδιώματος από ένα μόνο κύτταρο βρίσκεται ακόμη στο μέλλον. Σήμερα, ενώ είναι ακριβό και πολύ δύσκολο. Και έτσι οι καθαρές γραμμές παραμένουν το «χρυσό απόθεμα» της μικροβιολογίας.
Αν και οι δυσκολίες παραμένουν. Για παράδειγμα, πρόσφατα μελετήθηκαν τα βακτήρια των «μαύρων καπνιστών» που βρίσκονται στον βυθό του ωκεανού. Ο μικροοργανισμός περιγράφηκε και το γονιδίωμά του αλληλουχήθηκε χωρίς να απομονωθεί καθαρή καλλιέργεια.
Μια παρόμοια κατάσταση υπάρχει με τα βακτήρια που ζουν στα βάθη των χρυσωρυχείων. Αποδείχθηκε ότι αυτή είναι μια καθαρή σειρά μικροοργανισμών - οι απόγονοι ενός βακτηρίου.
Ωστόσο, αυτοί οι οργανισμοί δεν αναπτύσσονται σε θρεπτικά μέσα και μέχρι στιγμής κανείς δεν έχει καταφέρει να αναπτύξει μια αποικία ενός καθαρού στελέχους.
Ειδήσεις Βιοτεχνολογίας
Η ανθρωπότητα αντιμετωπίζει πολλά ερωτήματα στην ανάπτυξη αυτού του κλάδου της εφαρμοσμένης γνώσης. Και όχι μόνο βιολογικό, αλλά και ηθικό. Σε ποιο βαθμό μπορεί ένας άνθρωπος να αλλάξει τον κόσμο γύρω του και να μην τον βλάψει; Το ερώτημα παραμένει ανοιχτό.
Αλλά σήμερα η βιοτεχνολογία εισάγεται στη ζωή μας. Έτσι, στελέχη βακτηρίων που μπορούν να τρέφονται με πλαστικό και να το αποσυνθέτουν έχουν ήδη εκτραφεί. Αρκεί να το κάνουν σιγά σιγά. Όμως οι επιστήμονες εργάζονται πάνω στο γονιδίωμά τους. Κανείς δεν εκπλήσσεται που όλη η ανθρώπινη ινσουλίνη «φτιάχνεται» από γενετικά τροποποιημένα βακτήρια E. coli.
Μια τεχνητή βιοσύνθεσηήδη σήμερα μας προμηθεύει με βιοαέριο και βιοκαύσιμα με τη μορφή υδατανθράκων υψηλής μοριακής προέλευσης (τα απόβλητα βακτηρίων, πρωτόζωων μυκήτων που επεξεργάζονται τη βιομάζα των αποβλήτων μας σε καύσιμα, ενέργεια, χημικά).
Η καλλιεργήσιμη γη και το γλυκό νερό αποτελούν σήμερα το πιο σημαντικό συστατικό των περιορισμένων φυσικών πόρων. Οι νέες βιοτεχνολογίες (βιοαποκατάσταση) προσφέρουν τη δυνατότητα χρήσης μικροοργανισμών για την αποκατάσταση των δυνατοτήτων τους και την απομάκρυνση των ρύπων.
Και αυτό είναι - το μέλλον είναι ήδη εδώ.
