Tīrkultūras ir galvenā mikrobioloģijas dogma 20. gadsimtā. Lai saprastu šī jēdziena būtību, ir vērts atcerēties, ka baktērijas ir ļoti mazas un morfoloģiski grūti atšķirt. Bet tie atšķiras bioķīmiskos procesos, un tieši tā ir viņu galvenā sugas iezīme. Bet normālā vidē mums ir darīšana nevis ar viena veida baktērijām, bet ar veselu biomu - kopienu, kas ietekmē viena otru, un nav iespējams izcelt viena mikroorganisma lomu. Un šeit mums ir vajadzīga noteiktas sugas tīrkultūra vai celms.
Mikrobu mednieki un agar-agars
Spožā ideja par mikrobu tīrkultūru izolēšanu pieder medicīnas mikrobiologam Heinriham Hermanim Robertam Koham (1843-1910). Tas, kurš atklāja Sibīrijas mēra, holēras un tuberkulozes izraisītāju un ir pelnīti uzskatīts par bakterioloģijas un epidemioloģijas pamatlicēju.
Viņš ir tas patsizgudroja tīrkultūru metodi, kad uz agara-agara polisaharīda bāzes tiek uzklāta atšķaidīta mikrobu kultūra un no vienas šūnas izaug pilnīgi identisku organismu kolonija. Tas ir skaidri redzams ar neapbruņotu aci un ir raksturīgs katrai sugai.
Viņa izgudrojums deva impulsu mikrobioloģijas un mikroorganismu taksonomijas attīstībai. Galu galā bija iespējams kultivēt jebkuru mikrobu tīrā veidā un pārbaudīt simts miljonus šūnu kā vienu.
Nemazinot Koha sasniegumus
Ir vērts atzīmēt, ka Koha līdzstrādnieki un studenti piedalījās šī izgudrojuma tapšanā. Tātad ideja par agara izmantošanu pieder Fanijai Andželīnai Hesei, Koha asistenta V. Heses sievai.
Cits Koha palīgs, bakteriologs Jūlijs Ričards Petri (1852–1921), ieteica audzēt baktēriju kolonijas plakanos stikla traukos. Mūsdienās pat skolēni zina par Petri trauciņiem.
Mikrobioloģijas dogma
Tīrā (asceniskā) kultūra - mikroorganismu kopums (populācija vai celms), kuriem ir identiskas morfoloģiskās un bioķīmiskās īpašības un kas ir vienas šūnas pēcteči.
Tīrkultūras izolēšana ietver trīs posmu īstenošanu:
- Mikroorganismu kultūras iegūšana un uzkrāšana.
- Tīrās kultūras izolācija.
- Kultūras tīrības noteikšana un pārbaude.
Tīrkultūras izolācijas metodes
Mikrobioloģijā aksēnu kultūras iegūšanai izmanto šādas metodesorganismi:
- Mehāniskās metodes (inokulācija uz Petri trauciņiem ar lāpstiņu vai cilpu, inokulācija ar agara atšķaidīšanu - plākšņu izklājumi, atdalīšanas metode, kuras pamatā ir mikroorganismu kustība).
- Bioloģiski - metode, ar kuras palīdzību tiek inficēti laboratorijas dzīvnieki, kas ir uzņēmīgi pret patogēnu. Tādā veidā no peļu ķermeņa tiek izolētas baktēriju tīrkultūras (piemēram, pneimokoki un tularēmijas baciļi).
- Metodes, kuru pamatā ir mikroorganismu selektīva rezistence pret noteiktiem faktoriem. Karsējot, piemēram, visas sporas veidojošās baktērijas iet bojā, bet sporas neveidojošās baktērijas paliks tīrkultūrā. Saskaroties ar skābēm, pret tām jutīgās baktērijas iet bojā, savukārt skābju izturīgās (piemēram, tuberkulozes baciļi) izdzīvo. Antibiotiku ietekme uz barotni atstāj tīru mikroorganismu kultūru, kas nav jutīga pret to. Izveidojot vidi bez skābekļa, aerobi tiks atdalīti no anaerobiem.
Kam tas paredzēts
Piemērojas tīrkultūras:
- Zinātniskajā taksonomijā, klasificējot (nosakot filoģenētisko vietu sistēmā) mikroorganismus.
- Organistu iedzimtības un mainīguma izpētē.
- Infekciju diagnostikā un patogēnu noteikšanā.
- Izolējot baktēriju tīrkultūru, kas izraisa pārtikas bojāšanos.
- Vitamīnu, fermentu, antibiotiku, serumu un vakcīnu ražošanā.
- Pārtikas rūpniecībā (maizes, vīna ražošana,kvass un alus (etiķskābes baktērijas un vienšūnu sēnīšu raugs), pienskābes produkti (laktobacilli un pienskābes baktērijas)).
- Biotehnoloģijā un vīrusu izpētē.
Dabā viss ir pavisam savādāk
Pagājušā gadsimta 90. gados viss pēkšņi mainījās attiecībā uz tīrkultūrām. Izrādījās, ka, apvienojot vienā mēģenē divu tīru celmu mikroorganismus, tie uzvedas pavisam savādāk nekā atsevišķi. Viņu dzīvībai svarīgās aktivitātes bioķīmiskie procesi ietekmē (nomāc vai stimulē) viens otru. Tieši tas notiek dabiskajos biomos.
Secinājums ir vienkāršs: tīrās kultūras īpašības laboratorijā nevar ekstrapolēt uz dabiskajiem biomiem.
Genomiskā revolūcija
Vēl vienu triecienu ir devusi mikroorganismu genomiskā identifikācija. Sākotnēji mikroorganismu genoma analīzei molekulārie ģenētiķi izvēlējās ribosomu RNS reģionu, kas kopīgs visām baktērijām. Saskaņā ar šīs nukleīnskābes nukleotīdu secības atšķirībām visas baktērijas tika izplatītas, pamatojoties uz filoģenētiskajām attiecībām.
Tieši tad izrādījās, ka kultivētie celmi un tās baktērijas, kuras mēs pētījām, veido aptuveni 5% no visām baktērijām, kas apdzīvo mūsu planētu. Un atšķirībā no kultūras celmiem mēs neko nezinām par to īpašībām un bioķīmiju.
Atrodot atbilstošo secību dabiskā celma genomā, mēs varam to novietot tikai uz filoģenētisko koku unpieņemsim, ka dabā tam ir tādas pašas īpašības kā vistuvāk saistītajam tīras līnijas celmam.
Un kas būs tālāk?
Baktēriju genoma sekvencēšana no vienas šūnas vēl ir nākotnē. Šodien, kamēr tas ir dārgi un ļoti grūti. Un tāpēc tīras līnijas paliek mikrobioloģijas "zelta rezerve".
Lai gan grūtības paliek. Piemēram, nesen tika pētītas "melno smēķētāju" baktērijas, kas atrodas okeāna dzelmē. Mikroorganisms tika aprakstīts un tā genoms sekvencēts, neizdalot tīrkultūru.
Līdzīga situācija ir ar baktērijām, kas dzīvo zelta raktuvju dzīlēs. Izrādījās, ka šī ir tīra mikroorganismu līnija - vienas baktērijas pēcteči.
Tomēr šie organismi neaug uz barības vielu barotnēm, un līdz šim nevienam nav izdevies izaudzēt tīra celma koloniju.
Biotehnoloģiju ziņas
Cilvēce saskaras ar daudziem jautājumiem šīs lietišķo zināšanu nozares attīstībā. Un ne tikai bioloģiski, bet arī ētiski. Cik lielā mērā cilvēks var mainīt apkārtējo pasauli un nekaitēt tai? Jautājums paliek atklāts.
Bet šodien biotehnoloģija tiek ieviesta mūsu dzīvē. Tātad jau ir izaudzēti baktēriju celmi, kas spēj baroties ar plastmasu un to sadalīt. Kamēr viņi to dara lēnām. Bet zinātnieki strādā pie sava genoma. Neviens nav pārsteigts, ka visu cilvēka insulīnu "ražo" ģenētiski modificētas E. coli baktērijas.
Mākslīgā biosintēzejau šodien apgādā mūs ar biogāzi un biodegvielu dabīgas izcelsmes lielmolekulāro ogļhidrātu veidā (baktēriju atkritumi, vienšūņu sēnes, kas pārstrādā mūsu atkritumu biomasu degvielā, enerģijā, ķīmiskās vielās).
Aramzeme un saldūdens mūsdienās ir vissvarīgākā ierobežoto dabas resursu sastāvdaļa. Jaunās biotehnoloģijas (bioremediācija) piedāvā iespēju izmantot mikroorganismus, lai atjaunotu to potenciālu un noņemtu piesārņotājus.
Un viss - nākotne jau ir klāt.
