Grynos kultūros yra pagrindinė XX amžiaus mikrobiologijos dogma. Norint suprasti šios sąvokos esmę, verta prisiminti, kad bakterijos yra labai mažos ir morfologiškai sunkiai atskiriamos. Tačiau jie skiriasi biocheminiais procesais, ir tai yra pagrindinis jų rūšies bruožas. Tačiau normalioje aplinkoje turime reikalą ne su vienos rūšies bakterijomis, o su visu biomu – bendruomene, kuri daro įtaką viena kitai, ir neįmanoma išskirti vieno mikroorganizmo vaidmens. Ir čia mums reikia grynos tam tikros rūšies kultūros ar atmainos.
Mikrobų medžiotojai ir agaras
Puikus idėja išskirti grynas mikrobų kultūras priklauso medicinos mikrobiologui Heinrichui Hermannui Robertui Kochui (1843–1910). Tas, kuris atrado juodligės, choleros ir tuberkuliozės sukėlėją ir yra pelnytai laikomas bakteriologijos ir epidemiologijos pradininku.
Jis yra tas patsišrado grynųjų kultūrų metodą, kai praskiesta mikrobų kultūra dedama į maistinę terpę agaro-agaro polisacharido pagrindu ir iš vienos ląstelės išauga visiškai identiškų organizmų kolonija. Jis aiškiai matomas plika akimi ir būdingas kiekvienai rūšiai.
Jo išradimas paskatino mikrobiologijos ir mikroorganizmų taksonomijos raidą. Juk buvo galima išauginti bet kurį gryną mikrobą ir ištirti šimtą milijonų ląstelių kaip vieną.
Nemenkinant Kocho laimėjimų
Verta pažymėti, kad prie šio išradimo prisidėjo Kocho bendražygiai ir studentai. Taigi, idėja naudoti agarą priklauso Fanny Angelina Hesse, Kocho padėjėjo W. Hesse žmonai.
Kitas Kocho padėjėjas, bakteriologas Julius Richardas Petri (1852–1921), pasiūlė auginti bakterijų kolonijas plokščiuose stikliniuose induose. Šiandien net moksleiviai žino apie Petri lėkštes.
Mikrobiologijos dogma
Gryna (asceninė) kultūra – mikroorganizmų rinkinys (populiacija arba padermė), turinčių identiškas morfologines ir biochemines savybes ir yra vienos ląstelės palikuonys.
Grynosios kultūros išskyrimas apima trijų etapų įgyvendinimą:
- Mikroorganizmų kultūros gavimas ir kaupimas.
- Grynosios kultūros izoliacija.
- Kultūros grynumo nustatymas ir patikrinimas.
Grynosios kultūros išskyrimo metodai
Mikrobiologijoje akseninei kultūrai gauti naudojami šie metodaiorganizmai:
- Mechaniniai metodai (sėjimas ant Petri lėkštelių mentele arba kilpa, skiedimas agaru – lėkštelės užtepimai, atskyrimo metodas, pagrįstas mikroorganizmų judrumu).
- Biologinis – metodas, kuriuo užkrečiami patogenui imlūs laboratoriniai gyvūnai. Taip iš pelių kūno išskiriamos grynos bakterijų kultūros (pavyzdžiui, pneumokokai ir tularemijos bacilos).
- Metodai, pagrįsti selektyviniu mikroorganizmų atsparumu tam tikriems veiksniams. Pavyzdžiui, kaitinant, visos sporas formuojančios bakterijos žus, o sporų nesudarančios bakterijos liks grynoje kultūroje. Veikiant rūgštims, joms jautrios bakterijos žūva, o atsparios rūgštims (pavyzdžiui, tuberkuliozės bacilos) išgyvena. Dėl antibiotikų poveikio terpėje susidaro gryna jai nejautri mikroorganizmų kultūra. Kuriant aplinką be deguonies aerobai bus atskirti nuo anaerobų.
Kam tai kainuoja
Taikomos grynosios kultūros:
- Mokslinėje taksonomijoje klasifikuojant (nustatant filogenetinę vietą sistemoje) mikroorganizmus.
- Tiriant organizmų paveldimumą ir kintamumą.
- Infekcinėje diagnostikoje ir patogenų aptikimo srityje.
- Išskiriant gryną bakterijų kultūrą, dėl kurios maistas genda.
- Gaminant vitaminus, fermentus, antibiotikus, serumus ir vakcinas.
- Maisto pramonėje (duonos, vyno,gira ir alus (acto bakterijos ir vienaląsčių grybų mielės), pieno rūgšties produktai (laktobacilos ir pieno rūgšties bakterijos)).
- Biotechnologijoje ir virusų tyrime.
Gamtoje viskas yra visiškai kitaip
Praėjusio amžiaus 90-aisiais viskas staiga pasikeitė grynųjų kultūrų atžvilgiu. Paaiškėjo, kad dviejų grynų padermių mikroorganizmus sujungus viename mėgintuvėlyje, jie elgiasi visai kitaip nei pavieniui. Jų gyvybinės veiklos biocheminiai procesai veikia (slopina arba stimuliuoja) vienas kitą. Būtent taip nutinka natūraliuose biomuose.
Išvada paprasta: grynosios kultūros laboratorijoje savybių negalima ekstrapoliuoti į natūralius biomus.
Genominė revoliucija
Dar vieną smūgį padarė mikroorganizmų genominis identifikavimas. Iš pradžių mikroorganizmų genominei analizei molekulinės genetikos specialistai pasirinko visoms bakterijoms bendrą ribosominės RNR sritį. Atsižvelgiant į šios nukleorūgšties nukleotidų sekos skirtumus, visos bakterijos pasiskirstė pagal filogenetinį ryšį.
Tuomet ir paaiškėjo, kad kultivuotos padermės ir mūsų ištirtos bakterijos sudaro apie 5 % visų mūsų planetoje gyvenančių bakterijų. Ir, skirtingai nei kultūrinės atmainos, mes nieko nežinome apie jų savybes ir biochemiją.
Suradę atitinkamą seką natūralaus kamieno genome, galime ją įdėti tik į filogenetinį medį irtarkime, kad gamtoje jis turi tokias pačias savybes kaip ir artimiausia gimininga grynosios linijos atmaina.
O kas toliau?
Bakterijos genomo sekos nustatymas iš vienos ląstelės vis dar yra ateityje. Šiandien, nors tai brangu ir labai sunku. Taigi grynos linijos lieka mikrobiologijos „auksiniu rezervu“.
Nors sunkumų išlieka. Pavyzdžiui, neseniai buvo tiriamos „juodųjų rūkalių“bakterijos, esančios vandenyno dugne. Mikroorganizmas buvo aprašytas ir jo genomas sekvenuotas neišskiriant grynos kultūros.
Panaši situacija yra su aukso kasyklų gelmėse gyvenančiomis bakterijomis. Paaiškėjo, kad tai gryna mikroorganizmų linija – vienos bakterijos palikuonys.
Tačiau šie organizmai neauga maistinėse terpėse ir iki šiol niekam nepavyko išauginti grynos atmainos kolonijos.
Biotechnologijų naujienos
Plėtodama šią taikomųjų žinių šaką, žmonija susiduria su daugybe klausimų. Ir ne tik biologinės, bet ir etinės. Kiek žmogus gali pakeisti jį supantį pasaulį ir jam nepakenkti? Klausimas lieka atviras.
Tačiau šiandien biotechnologijos įvedamos į mūsų gyvenimą. Taigi, bakterijų padermės, galinčios maitintis plastiku ir ją suskaidyti, jau buvo išvestos. Tol, kol jie tai daro lėtai. Tačiau mokslininkai dirba ties savo genomu. Niekas nesistebi, kad visą žmogaus insuliną „gamina“genetiškai modifikuotos E. coli bakterijos.
Dirbtinė biosintezėjau šiandien tiekia mums biodujas ir biokurą natūralios kilmės didelės molekulinės masės angliavandenių pavidalu (bakterijų, pirmuonių grybų, kurie perdirba mūsų atliekų biomasę į kurą, energiją, chemines medžiagas, atliekos).
Ariama žemė ir gėlas vanduo šiandien yra svarbiausia ribotų gamtos išteklių sudedamoji dalis. Naujos biotechnologijos (bioremediacija) suteikia galimybę panaudoti mikroorganizmus jų potencialui atkurti ir teršalams pašalinti.
Ir viskas – ateitis jau čia.
