Čisté kultury jsou klíčovým dogmatem mikrobiologie 20. století. Abychom pochopili podstatu tohoto konceptu, stojí za to připomenout, že bakterie jsou velmi malé a morfologicky obtížně rozlišitelné. Liší se ale biochemickými procesy, a to je právě jejich hlavní druhový rys. V běžném prostředí ale nemáme co do činění s jedním typem bakterií, ale s celým biomem – společenstvím, které se navzájem ovlivňuje, a nelze vyčlenit roli jednoho mikroorganismu. A tady potřebujeme čistou kulturu nebo kmen určitého druhu.
Lovci mikrobů a agar-agar
Skvělý nápad izolovat čisté kultury mikrobů patří lékařskému mikrobiologovi Heinrichu Hermannovi Robertu Kochovi (1843-1910). Ten, kdo objevil původce antraxu, cholery a tuberkulózy a je právem považován za zakladatele bakteriologie a epidemiologie.
On je ten pravývynalezl metodu čistých kultur, kdy se zředěná kultura mikrobů aplikuje na živné médium na bázi agar-agarového polysacharidu a z jedné buňky vyroste kolonie zcela identických organismů. Je jasně viditelný pouhým okem a je specifický pro každý druh.
Jeho vynález dal impuls k rozvoji mikrobiologie a taxonomie mikroorganismů. Koneckonců bylo možné kultivovat jakýkoli mikrob v jeho čisté formě a zkoumat sto milionů buněk jako jednu.
Aniž bych snižoval Kochovy úspěchy
Stojí za zmínku, že na tomto vynálezu přispěli Kochovi spolupracovníci a studenti. Takže myšlenka použití agar-agaru patří Fanny Angelině Hesse, manželce Kochova asistenta - W. Hesse.
Další asistent Kocha, bakteriolog Julius Richard Petri (1852-1921), navrhl pěstování kolonií bakterií v miskách z plochého skla. Dnes už i školáci znají Petriho misky.
Dogma mikrobiologie
Čistá (ascenická) kultura - soubor (populace nebo kmen) mikroorganismů, které mají identické morfologické a biochemické vlastnosti a jsou potomky jedné buňky.
Izolace čisté kultury zahrnuje implementaci tří fází:
- Získávání a hromadění kultury mikroorganismů.
- Izolace čisté kultury.
- Stanovení a ověření čistoty kultury.
Čisté metody izolace kultury
V mikrobiologii se k získání axenické kultury používají následující metodyorganismy:
- Mechanické metody (očkování na Petriho misky špachtlí nebo kličkou, inokulace agarovým ředěním - misky, separační metoda založená na motilitě mikroorganismů).
- Biologická – metoda, při které jsou infikována laboratorní zvířata vnímavá k patogenu. Takto se izolují čisté kultury bakterií z těla myší (například pneumokoky a bacily tularemie).
- Metody založené na selektivní odolnosti mikroorganismů vůči určitým faktorům. Při zahřátí například všechny sporotvorné bakterie zemřou, zatímco sporotvorné bakterie zůstanou v čisté kultuře. Při vystavení kyselinám hynou bakterie, které jsou na ně citlivé, zatímco kyselinovzdorné (například bacily tuberkulózy) přežívají. Vliv antibiotik zanechává na médiu čistou kulturu mikroorganismů, které na něj nejsou citlivé. Vytvoření prostředí bez kyslíku oddělí aeroby od anaerobů.
K čemu to je
Platí čisté kultury:
- Ve vědecké taxonomii při klasifikaci (určování fylogenetického místa v systému) mikroorganismů.
- Ve studiu dědičnosti a variability organismů.
- V infekční diagnostice a detekci patogenů.
- Při izolaci čisté kultury bakterií, které vedou ke zkažení potravin.
- Při výrobě vitamínů, enzymů, antibiotik, sér a vakcín.
- V potravinářském průmyslu (výroba chleba, vína,kvas a pivo (octové bakterie a kvasinky jednobuněčných hub), produkty kyseliny mléčné (laktobacily a bakterie mléčného kvašení).
- V biotechnologii a ve studiu virů.
V přírodě je všechno úplně jinak
V 90. letech minulého století se vše s ohledem na čisté kultury náhle změnilo. Ukázalo se, že když se mikroorganismy dvou čistých kmenů spojí v jedné zkumavce, chovají se zcela jinak než samostatně. Biochemické procesy jejich životní činnosti se navzájem ovlivňují (potlačují nebo stimulují). To je přesně to, co se děje v přírodních biomech.
Závěr je jednoduchý: vlastnosti čisté kultury v laboratoři nelze extrapolovat na přírodní biomy.
Genomická revoluce
Další ránu zasadila genomická identifikace mikroorganismů. Zpočátku pro genomickou analýzu mikroorganismů zvolili molekulární genetici oblast ribozomální RNA společnou všem bakteriím. V souladu s rozdíly v nukleotidové sekvenci v této nukleové kyselině byly všechny bakterie distribuovány na základě fylogenetického vztahu.
Tehdy se ukázalo, že kultivované kmeny a ty bakterie, které jsme studovali, tvoří asi 5 % všech bakterií obývajících naši planetu. A na rozdíl od kulturních kmenů nevíme nic o jejich vlastnostech a biochemii.
Když jsme nalezli odpovídající sekvenci v genomu přirozeného kmene, můžeme ji pouze umístit do fylogenetického stromu apředpokládat, že v přírodě má stejné vlastnosti jako nejbližší příbuzný kmen čisté linie.
A co dál?
Sekvenování bakteriálního genomu z jedné buňky je stále v budoucnosti. Dnes, když je to drahé a velmi obtížné. A tak čisté linie zůstávají „zlatou rezervou“mikrobiologie.
I když potíže přetrvávají. Nedávno byly zkoumány například bakterie „černých kuřáků“umístěné na dně oceánu. Mikroorganismus byl popsán a jeho genom sekvenován bez izolace čisté kultury.
Podobná situace existuje u bakterií žijících v hlubinách zlatých dolů. Ukázalo se, že se jedná o čistou linii mikroorganismů - potomky jedné bakterie.
Tyto organismy však nerostou na živných půdách a zatím se nikomu nepodařilo vypěstovat kolonii čistého kmene.
Biotechnology News
Při vývoji tohoto odvětví aplikovaných znalostí čelí lidstvo mnoha otázkám. A to nejen biologické, ale i etické. Do jaké míry může člověk změnit svět kolem sebe a neublížit mu? Otázka zůstává otevřená.
Ale dnes se do našich životů zavádí biotechnologie. Takže kmeny bakterií, které jsou schopny se živit plastem a rozkládat ho, již byly vyšlechtěny. Dokud to dělají pomalu. Vědci ale pracují na jejich genomu. Nikoho nepřekvapí, že veškerý lidský inzulín je „vyroben“geneticky modifikovanými bakteriemi E. coli.
Umělá biosyntézajiž dnes nám dodává bioplyn a biopaliva ve formě vysokomolekulárních sacharidů přírodního původu (odpadní produkty bakterií, prvokových hub, které zpracovávají biomasu našeho odpadu na palivo, energii, chemikálie).
Orná půda a sladká voda jsou dnes nejdůležitější složkou omezených přírodních zdrojů. Nové biotechnologie (bioremediace) nabízejí možnost využití mikroorganismů k obnovení jejich potenciálu a odstranění škodlivin.
A je to – budoucnost je již tady.
