Чистите култури са ключовата догма на микробиологията през 20-ти век. За да разберем същността на тази концепция, си струва да си припомним, че бактериите са много малки и морфологично трудни за разграничаване. Но те се различават по биохимични процеси и точно това е основната им характеристика на вида. Но в нормална среда ние не си имаме работа с един вид бактерии, а с цял биом – общност, която си влияят взаимно и е невъзможно да се отдели ролята на един микроорганизъм. И тук се нуждаем от чиста култура или щам от определен вид.
Ловци на микроби и агар-агар
Блестящата идея за изолиране на чисти култури от микроби принадлежи на медицинския микробиолог Хайнрих Херман Роберт Кох (1843-1910). Този, който е открил причинителя на антракс, холера и туберкулоза и заслужено се смята за основател на бактериологията и епидемиологията.
Той е тозиизобретил метода на чистите култури, когато разредена култура на микроби се прилага върху хранителна среда на базата на полизахарид агар-агар и от една клетка расте колония от напълно идентични организми. То се вижда ясно с просто око и е специфично за всеки вид.
Неговото изобретение даде тласък на развитието на микробиологията и таксономията на микроорганизмите. В крайна сметка беше възможно да се култивира всеки микроб в чистата му форма и да се изследват сто милиона клетки като една.
Без да намалявате постиженията на Кох
Заслужава да се отбележи, че сътрудниците и учениците на Кох са допринесли за това изобретение. И така, идеята за използването на агар-агар принадлежи на Фани Анджелина Хесе, съпругата на помощника на Кох - В. Хесе.
Друг асистент на Кох, бактериологът Юлиус Ричард Петри (1852-1921), предложи отглеждане на колонии от бактерии в плоски стъклени съдове. Днес дори учениците знаят за петриевите блюда.
Догма на микробиологията
Чиста (асценична) култура - набор (популация или щам) от микроорганизми, които имат идентични морфологични и биохимични свойства и са потомци на една клетка.
Изолирането на чиста култура включва прилагането на три етапа:
- Получаване и натрупване на култура от микроорганизми.
- Изолиране на чистата култура.
- Определяне и проверка на чистотата на културата.
Методи за изолиране на чиста култура
В микробиологията се използват следните методи за получаване на аксенична култураорганизми:
- Механични методи (инокулация върху петриеви блюда със шпатула или бримка, инокулация чрез разреждане на агар - намазване на плочки, метод на разделяне на базата на подвижността на микроорганизмите).
- Биологичен - метод, при който лабораторни животни, податливи на патоген, се заразяват. Ето как се изолират чисти култури от бактерии от тялото на мишки (например пневмококи и бацили на туларемия).
- Методи, базирани на селективната резистентност на микроорганизмите към определени фактори. При нагряване, например, всички спорообразуващи бактерии ще умрат, докато неспорообразуващите бактерии ще останат в чиста култура. Когато са изложени на киселини, бактериите, които са чувствителни към тях, умират, докато киселинно-устойчивите (например туберкулозни бацили) оцеляват. Въздействието на антибиотиците оставя върху средата чиста култура от микроорганизми, които не са чувствителни към нея. Създаването на среда без кислород ще отдели аеробите от анаеробите.
За какво е
Прилагат се чисти култури:
- В научната таксономия при класифициране (определяне на филогенетичното място в системата) микроорганизми.
- В изследването на наследствеността и променливостта на организмите.
- В инфекциозна диагностика и откриване на патогени.
- При изолиране на чиста култура от бактерии, които водят до разваляне на храната.
- В производството на витамини, ензими, антибиотици, серуми и ваксини.
- В хранително-вкусовата промишленост (производство на хляб, вино,квас и бира (оцетни бактерии и дрожди от едноклетъчни гъбички), млечнокисели продукти (лактобацили и млечнокисели бактерии)).
- В биотехнологиите и в изследването на вирусите.
В природата всичко е напълно различно
През 90-те години на миналия век всичко изведнъж се промени по отношение на чистите култури. Оказа се, че когато микроорганизмите от два чисти щама се комбинират в една епруветка, те се държат съвсем различно, отколкото самостоятелно. Биохимичните процеси на тяхната жизнена дейност си влияят (потискат или стимулират) взаимно. Точно това се случва в естествените биоми.
Изводът е прост: свойствата на чистата култура в лабораторията не могат да бъдат екстраполирани към естествените биоми.
Genomic Revolution
Още един удар беше нанесен от геномната идентификация на микроорганизмите. Първоначално, за геномния анализ на микроорганизми, молекулярните генетици избраха област от рибозомна РНК, обща за всички бактерии. В съответствие с разликите в нуклеотидната последователност в тази нуклеинова киселина, всички бактерии бяха разпределени въз основа на филогенетичната връзка.
Тогава се оказа, че култивираните щамове и онези бактерии, които изследвахме, съставляват около 5% от всички бактерии, обитаващи нашата планета. И за разлика от културните щамове, ние не знаем нищо за техните свойства и биохимия.
Като намерихме съответната последователност в генома на естествен щам, можем да я поставим само на филогенетичното дърво иприемем, че в природата той има същите свойства като най-близкия щам на чиста линия.
И какво следва?
Секвенирането на бактериалния геном от една клетка все още е в бъдеще. Днес, докато е скъпо и много трудно. И така чистите линии остават "златният резерв" на микробиологията.
Въпреки че трудностите остават. Например, наскоро бяха изследвани бактериите на "черните пушачи", разположени на дъното на океана. Микроорганизмът е описан и неговият геном е секвениран, без да се изолира чиста култура.
Подобна ситуация съществува и с бактериите, живеещи в дълбините на златните мини. Оказа се, че това е чиста линия от микроорганизми - потомци на една бактерия.
Тези организми обаче не растат върху хранителни среди и досега никой не е успял да отгледа колония от чист щам.
Новини за биотехнологиите
Човечеството е изправено пред много въпроси в развитието на този клон на приложното знание. И не само биологични, но и етични. До каква степен човек може да промени света около себе си и да не му навреди? Въпросът остава отворен.
Но днес биотехнологиите се въвеждат в живота ни. Така че, щамове бактерии, които могат да се хранят с пластмаса и да я разлагат, вече са отгледани. Стига да го правят бавно. Но учените работят върху техния геном. Никой не е изненадан, че целият човешки инсулин е "направен" от генетично модифицирани бактерии E. coli.
Изкуствен биосинтезвече днес ни снабдява с биогаз и биогорива под формата на високомолекулни въглехидрати с естествен произход (отпадните продукти на бактерии, протозойни гъби, които преработват биомасата на нашите отпадъци в гориво, енергия, химикали).
Обработваемата земя и прясната вода днес са най-важният компонент на ограничените природни ресурси. Новите биотехнологии (биоремедиация) предлагат възможност за използване на микроорганизми за възстановяване на техния потенциал и отстраняване на замърсителите.
И това е - бъдещето вече е тук.
