Čiste kulture su ključna dogma mikrobiologije u 20. stoljeću. Da bismo razumjeli bit ovog koncepta, vrijedi zapamtiti da su bakterije vrlo male i morfološki ih je teško razlikovati. Ali razlikuju se u biokemijskim procesima, a to je upravo njihova glavna značajka vrste. No, u normalnom okruženju nema posla s jednom vrstom bakterija, već s cijelim biomom – zajednicom koja utječe jedni na druge, te je nemoguće izdvojiti ulogu jednog mikroorganizma. I tu nam je potrebna čista kultura ili soj određene vrste.
Lovci na mikrobe i agar-agar
Sjajna ideja izolacije 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 utemeljiteljem bakteriologije i epidemiologije.
On je tajizumio metodu čistih kultura, kada se razrijeđena kultura mikroba nanese na hranjivi medij na bazi agar-agar polisaharida i iz jedne stanice 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. Uostalom, bilo je moguće uzgajati bilo koji mikrob u njegovom čistom obliku i ispitati sto milijuna stanica kao jednu.
Bez umanjivanja Kochovih postignuća
Vrijedi napomenuti da su Kochovi suradnici i studenti doprinijeli ovom izumu. Dakle, ideja korištenja agar-agara pripada Fanny Angelini Hesse, ženi Kochovog pomoćnika - 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 zdjelice.
Dogma mikrobiologije
Čista (ascenična) kultura - skup (populacija ili soj) mikroorganizama koji imaju identična morfološka i biokemijska svojstva i potomci su jedne stanice.
Izolacija čiste kulture uključuje provedbu tri faze:
- Dobivanje i akumuliranje kulture mikroorganizama.
- Izolacija čiste kulture.
- Određivanje i provjera čistoće kulture.
Metode izolacije čiste kulture
U mikrobiologiji se za dobivanje aksenske kulture koriste sljedeće metodeorganizmi:
- Mehaničke metode (cijepljenje na Petrijeve zdjelice s lopaticom ili petljom, inokulacija razrjeđivanjem agarom - namazi na ploči, metoda odvajanja na temelju pokretljivosti mikroorganizama).
- Biološka - metoda u kojoj se inficiraju laboratorijske životinje osjetljive na patogen. Ovako se čiste kulture bakterija izoliraju iz tijela miševa (na primjer, pneumokoki i bacili tularemije).
- Metode temeljene na selektivnoj otpornosti mikroorganizama na određene čimbenike. Kada se zagrijavaju, 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 na njih osjetljive umiru, dok one otporne na kiseline (npr. bacili tuberkuloze) prežive. Utjecaj antibiotika ostavlja na podlogu čistu kulturu mikroorganizama koji na nju nisu osjetljivi. Stvaranje okoliša bez kisika odvojit će aerobe od anaeroba.
Za što je to
Primjenjuju se čiste kulture:
- U znanstvenoj taksonomiji pri klasifikaciji (određivanje filogenetskog mjesta u sustavu) mikroorganizama.
- U proučavanju naslijeđa i varijabilnosti organizama.
- U infektivnoj dijagnostici i otkrivanju patogena.
- Kada se izolira čista kultura bakterija koje dovode do kvarenja hrane.
- U proizvodnji vitamina, enzima, antibiotika, seruma i cjepiva.
- U prehrambenoj industriji (proizvodnja kruha, vina,kvas i pivo (octene bakterije i jednostanične 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 stoljeća sve se naglo promijenilo u pogledu čistih kultura. Pokazalo se da kada se mikroorganizmi dva čista soja spoje u jednu epruvetu, ponašaju se sasvim drugačije nego sami. Biokemijski procesi njihove vitalne aktivnosti utječu (potiskuju ili stimuliraju) jedni na druge. Upravo se to događa u prirodnim biomima.
Zaključak je jednostavan: svojstva čiste kulture u laboratoriju ne mogu se ekstrapolirati na prirodne biome.
Genomska revolucija
Još jedan udarac zadala je genomska identifikacija mikroorganizama. U početku, za genomsku analizu mikroorganizama, molekularni genetičari odabrali su regiju ribosomske RNA koja je zajednička svim bakterijama. U skladu s razlikama u nukleotidnom slijedu ove nukleinske kiseline, sve bakterije su raspoređene na temelju filogenetskog odnosa.
Tada se pokazalo da kultivirani sojevi i one bakterije koje smo proučavali čine oko 5% svih bakterija koje nastanjuju naš planet. I, za razliku od kulturnih sojeva, ne znamo ništa o njihovim svojstvima i biokemiji.
Našavši odgovarajući slijed u genomu prirodnog soja, možemo ga postaviti samo na filogenetsko stablo ipretpostavimo da u prirodi ima ista svojstva kao najbliži srodni soj čiste linije.
I što je sljedeće?
Sekvenciranje bakterijskog genoma iz jedne stanice je još uvijek u budućnosti. Danas, dok je skupo i vrlo teško. I tako čiste linije ostaju "zlatna rezerva" mikrobiologije.
Iako poteškoće ostaju. Primjerice, nedavno su proučavane bakterije “crnih pušača” koje se nalaze na dnu oceana. Mikroorganizam je opisan i njegov genom sekvenciran bez izolacije čiste kulture.
Slična situacija postoji i s bakterijama koje žive u dubinama rudnika zlata. Pokazalo se da je riječ o čistoj liniji mikroorganizama - potomaka jedne bakterije.
Međutim, ti organizmi ne rastu na hranjivim podlogama i do sada nitko nije uspio uzgojiti koloniju čistog soja.
Biotehnološke vijesti
Čovječanstvo se suočava s mnogim pitanjima u razvoju ove grane primijenjenog znanja. I ne samo biološki, nego i etički. U kojoj mjeri čovjek može promijeniti svijet oko sebe i ne naštetiti 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 znanstvenici rade na svom genomu. Nitko se ne čudi što sav ljudski inzulin "izrađuju" genetski modificirane bakterije E. coli.
Umjetna biosintezaveć danas nas opskrbljuje bioplinom i biogorivima u obliku visokomolekularnih ugljikohidrata prirodnog porijekla (otpadni produkti bakterija, protozojske gljive koje prerađuju biomasu našeg otpada u gorivo, energiju, kemikalije).
Obradivo zemljište i slatka voda danas su 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 ovdje.
