Pure culturen zijn het belangrijkste dogma van de microbiologie in de 20e eeuw. Om de essentie van dit concept te begrijpen, is het de moeite waard eraan te denken dat bacteriën erg klein zijn en morfologisch moeilijk te onderscheiden. Maar ze verschillen in biochemische processen, en dit is precies hun belangrijkste soortkenmerk. Maar in een normale omgeving hebben we niet te maken met één type bacterie, maar met een heel bioom - een gemeenschap die elkaar beïnvloedt, en het is onmogelijk om de rol van één micro-organisme te onderscheiden. En dit is waar we een zuivere cultuur of stam van een bepaalde soort nodig hebben.
Microbe Hunters en agar-agar
Het briljante idee om zuivere culturen van microben te isoleren is van de medisch microbioloog Heinrich Hermann Robert Koch (1843-1910). Degene die de veroorzaker van miltvuur, cholera en tuberculose heeft ontdekt en terecht wordt beschouwd als de grondlegger van de bacteriologie en epidemiologie.
Hij is hetde uitvinder van de methode van zuivere culturen, wanneer een verdunde cultuur van microben wordt toegepast op een voedingsbodem op basis van agar-agar polysaccharide en een kolonie van volledig identieke organismen groeit uit één cel. Het is duidelijk zichtbaar voor het blote oog en is specifiek voor elke soort.
Zijn uitvinding gaf een impuls aan de ontwikkeling van microbiologie en taxonomie van micro-organismen. Het was tenslotte mogelijk om elke microbe in zijn pure vorm te kweken en honderd miljoen cellen als één te onderzoeken.
Zonder de prestaties van Koch te verminderen
Het is vermeldenswaard dat Koch's medewerkers en studenten hebben bijgedragen aan deze uitvinding. Het idee om agar-agar te gebruiken is dus van Fanny Angelina Hesse, de vrouw van de assistent van Koch - W. Hesse.
Een andere assistent van Koch, de bacterioloog Julius Richard Petri (1852-1921), stelde voor om kolonies van bacteriën te kweken in platte glazen schalen. Tegenwoordig kennen zelfs schoolkinderen petrischalen.
Dogma van de microbiologie
Pure (ascenische) cultuur - een verzameling (populatie of stam) micro-organismen die identieke morfologische en biochemische eigenschappen hebben en afstammelingen zijn van één cel.
Isolatie van een zuivere cultuur omvat de implementatie van drie fasen:
- Het verkrijgen en accumuleren van de cultuur van micro-organismen.
- Isolatie van pure cultuur.
- Bepaling en verificatie van cultuurzuiverheid.
Pure cultuur isolatie methoden
In de microbiologie worden de volgende methoden gebruikt om axenische cultuur te verkrijgenorganismen:
- Mechanische methoden (inoculatie op petrischalen met een spatel of lus, inoculatie door agarverdunning - plaatspreidingen, scheidingsmethode op basis van de beweeglijkheid van micro-organismen).
- Biologisch - een methode waarbij proefdieren die vatbaar zijn voor een ziekteverwekker worden geïnfecteerd. Op deze manier worden zuivere bacterieculturen geïsoleerd uit het lichaam van muizen (bijvoorbeeld pneumokokken en tularemiebacillen).
- Methoden gebaseerd op de selectieve resistentie van micro-organismen tegen bepaalde factoren. Bij verhitting gaan bijvoorbeeld alle sporenvormende bacteriën dood, terwijl niet-sporenvormende bacteriën in de zuivere cultuur achterblijven. Bij blootstelling aan zuren sterven bacteriën die daarvoor gevoelig zijn, terwijl zuurresistente (bijvoorbeeld tuberculosebacillen) overleven. De impact van antibiotica laat op het medium een zuivere cultuur achter van micro-organismen die er niet gevoelig voor zijn. Het creëren van een zuurstofvrije omgeving zal aeroben van anaëroben scheiden.
Waar is het voor
Pure culturen zijn van toepassing:
- In wetenschappelijke taxonomie bij het classificeren (bepalen van de fylogenetische plaats in het systeem) van micro-organismen.
- In de studie van erfelijkheid en variabiliteit van organismen.
- In infectieuze diagnostiek en detectie van pathogenen.
- Bij het isoleren van een zuivere cultuur van bacteriën die tot voedselbederf leiden.
- Bij de productie van vitamines, enzymen, antibiotica, serums en vaccins.
- In de voedingsindustrie (productie van brood, wijn,kwas en bier (azijnbacteriën en eencellige schimmelgist), melkzuurproducten (lactobacillen en melkzuurbacteriën)).
- In de biotechnologie en in de studie van virussen.
In de natuur is alles compleet anders
In de jaren 90 van de vorige eeuw veranderde alles plotseling met betrekking tot pure culturen. Het bleek dat wanneer micro-organismen van twee zuivere stammen in één reageerbuis worden gecombineerd, ze zich heel anders gedragen dan alleen. De biochemische processen van hun vitale activiteit beïnvloeden (onderdrukken of stimuleren) elkaar. Dit is precies wat er gebeurt in natuurlijke biomen.
De conclusie is simpel: de eigenschappen van pure cultuur in het laboratorium kunnen niet worden geëxtrapoleerd naar natuurlijke biomen.
Genomische revolutie
Een nieuwe klap is toegebracht door de genomische identificatie van micro-organismen. Aanvankelijk kozen moleculair genetici voor de genomische analyse van micro-organismen een gebied van ribosomaal RNA dat alle bacteriën gemeen hebben. In overeenstemming met de verschillen in de nucleotidesequentie in dit nucleïnezuur, werden alle bacteriën verdeeld op basis van fylogenetische verwantschap.
Toen bleek dat gekweekte stammen en de bacteriën die we hebben bestudeerd ongeveer 5% uitmaken van alle bacteriën die op onze planeet leven. En, in tegenstelling tot culturele stammen, weten we niets over hun eigenschappen en biochemie.
Nadat we de overeenkomstige sequentie in het genoom van een natuurlijke stam hebben gevonden, kunnen we deze alleen op de fylogenetische boom plaatsen enneem aan dat het in de natuur dezelfde eigenschappen heeft als de meest verwante stam van een zuivere lijn.
En wat nu?
Sequencing van het bacteriële genoom van een enkele cel is nog in de toekomst. Vandaag de dag, terwijl het duur en erg moeilijk is. En zo blijven zuivere lijnen de "gouden reserve" van de microbiologie.
Hoewel de moeilijkheden blijven bestaan. Zo zijn onlangs de bacteriën van "zwarte rokers" op de bodem van de oceaan onderzocht. Het micro-organisme werd beschreven en het genoom werd gesequenced zonder een zuivere cultuur te isoleren.
Een vergelijkbare situatie bestaat met bacteriën die in de diepten van goudmijnen leven. Het bleek dat dit een zuivere lijn van micro-organismen is - de afstammelingen van één bacterie.
Deze organismen groeien echter niet op voedingsbodems, en tot dusver is niemand erin geslaagd een kolonie van een zuivere soort te kweken.
Biotechnologie Nieuws
De mensheid wordt geconfronteerd met veel vragen bij de ontwikkeling van deze tak van toegepaste kennis. En niet alleen biologisch, maar ook ethisch. In hoeverre kan een persoon de wereld om hem heen veranderen en niet schaden? De vraag blijft open.
Maar vandaag wordt biotechnologie in ons leven geïntroduceerd. Er zijn dus al bacteriestammen gekweekt die zich kunnen voeden met plastic en het kunnen afbreken. Zolang ze het maar langzaam doen. Maar wetenschappers werken aan hun genoom. Het verbaast niemand dat alle humane insuline wordt "gemaakt" door genetisch gemodificeerde E. coli-bacteriën.
Een kunstmatige biosyntheselevert ons nu al biogas en biobrandstoffen in de vorm van hoogmoleculaire koolhydraten van natuurlijke oorsprong (de afvalproducten van bacteriën, protozoaire schimmels die de biomassa van ons afval verwerken tot brandstof, energie, chemicaliën).
Akkerland en zoet water zijn tegenwoordig de belangrijkste componenten van beperkte natuurlijke hulpbronnen. Nieuwe biotechnologieën (bioremediatie) bieden de mogelijkheid om micro-organismen te gebruiken om hun potentieel te herstellen en verontreinigende stoffen te verwijderen.
En dat is het - de toekomst is er al.
