Puhtkultuurid on 20. sajandi mikrobioloogia põhidogma. Selle kontseptsiooni olemuse mõistmiseks tasub meeles pidada, et bakterid on väga väikesed ja morfoloogiliselt raskesti eristatavad. Kuid nad erinevad biokeemiliste protsesside poolest ja see on just nende peamine liigiomadus. Kuid tavakeskkonnas ei ole meil tegemist ühte tüüpi bakteritega, vaid terve elustikuga – kooslusega, mis üksteist mõjutavad ja ühe mikroorganismi rolli on võimatu välja tuua. Ja see on koht, kus me vajame konkreetse liigi puhast kultuuri või tüve.
Mikroobikütid ja agar-agar
Mikroobide puhaskultuuride eraldamise hiilgav idee kuulub meditsiinimikrobioloogile Heinrich Hermann Robert Kochile (1843-1910). See, kes avastas siberi katku, koolera ja tuberkuloosi tekitaja ning keda peetakse teenitult bakterioloogia ja epidemioloogia rajajaks.
Ta on see üksleiutas puhaskultuuride meetodi, kui agar-agar polüsahhariidil põhinevale toitekeskkonnale kantakse lahjendatud mikroobikultuur ja ühest rakust kasvab välja täiesti identsete organismide koloonia. See on palja silmaga selgelt nähtav ja on iga liigi jaoks omane.
Tema leiutis andis tõuke mikrobioloogia ja mikroorganismide taksonoomia arengule. Lõppude lõpuks oli võimalik kasvatada mis tahes mikroobi puhtal kujul ja uurida sada miljonit rakku ühena.
Kochi saavutusi vähendamata
Väärib märkimist, et Kochi kaaslased ja õpilased andsid oma panuse sellesse leiutisse. Niisiis kuulub agar-agari kasutamise idee Fanny Angelina Hessele, Kochi assistendi W. Hesse naisele.
Teine Kochi assistent, bakterioloog Julius Richard Petri (1852–1921), soovitas kasvatada bakterikolooniaid klaasnõudes. Tänapäeval teavad isegi koolilapsed Petri tassidest.
Mikrobioloogia dogma
Puhas (astseeniline) kultuur – mikroorganismide kogum (populatsioon või tüvi), millel on identsed morfoloogilised ja biokeemilised omadused ning mis on ühe raku järeltulijad.
Puhase kultuuri isoleerimine hõlmab kolme etapi rakendamist:
- Mikroorganismide kultuuri hankimine ja akumuleerimine.
- Puhta kultuuri isoleerimine.
- Kultuuri puhtuse määramine ja kontrollimine.
Puhtkultuuri eraldamise meetodid
Mikrobioloogias kasutatakse akseenilise kultuuri saamiseks järgmisi meetodeidorganismid:
- Mehaanilised meetodid (okuleerimine Petri tassidele spaatli või silmusega, inokuleerimine agarlahjendusega – plaadid, eraldusmeetod, mis põhineb mikroorganismide liikuvusel).
- Bioloogiline – meetod, mille käigus nakatatakse patogeenile vastuvõtlikud laboriloomad. Nii eraldatakse hiirte kehast bakterite puhaskultuurid (näiteks pneumokokid ja tulareemiabatsillid).
- Meetodid, mis põhinevad mikroorganismide selektiivsel resistentsusel teatud tegurite suhtes. Näiteks kuumutamisel surevad kõik spoore moodustavad bakterid, samas kui eoseid mittemoodustavad bakterid jäävad puhaskultuuri. Hapetega kokkupuutel nende suhtes tundlikud bakterid surevad, happeresistentsed (näiteks tuberkuloosibatsillid) jäävad ellu. Antibiootikumide mõju jätab söötmele puhta mikroorganismide kultuuri, mis ei ole selle suhtes tundlik. Hapnikuvaba keskkonna loomine eraldab aeroobid anaeroobidest.
Mille eest?
Kehtivad puhaskultuurid:
- Teaduslikus taksonoomias mikroorganismide klassifitseerimisel (süsteemis fülogeneetilise koha määramisel).
- Organismide pärilikkuse ja varieeruvuse uurimisel.
- Nakkusdiagnostikas ja patogeenide tuvastamisel.
- Toidu riknemiseni viivate bakterite puhaskultuuri eraldamisel.
- Vitamiinide, ensüümide, antibiootikumide, seerumite ja vaktsiinide tootmisel.
- Toiduainetööstuses (leiva-, veini-,kalja ja õlu (äädikhappebakterid ja üherakulised seente pärm), piimhappetooted (laktobatsillid ja piimhappebakterid)).
- Biotehnoloogias ja viiruste uurimises.
Looduses on kõik täiesti erinev
Eelmise sajandi 90ndatel muutus kõik äkitselt puhaskultuuride osas. Selgus, et kui ühte katseklaasi kombineerida kahe puhast tüve mikroorganismid, käituvad nad hoopis teisiti kui üksi. Nende elutegevuse biokeemilised protsessid mõjutavad (surutavad või stimuleerivad) üksteist. Täpselt see juhtub looduslikes bioomides.
Järeldus on lihtne: puhaskultuuri omadusi laboris ei saa ekstrapoleerida looduslikele bioomidele.
Genoomiline revolutsioon
Teise löögi on andnud mikroorganismide genoomne tuvastamine. Algselt valisid molekulaargeneetikud mikroorganismide genoomse analüüsi jaoks ribosomaalse RNA piirkonna, mis on ühine kõigile bakteritele. Vastav alt selle nukleiinhappe nukleotiidjärjestuse erinevustele jaotati kõik bakterid fülogeneetilise suhte alusel.
Siis selgus, et kultiveeritud tüved ja need bakterid, mida me uurisime, moodustavad umbes 5% kõigist meie planeedil elavatest bakteritest. Ja erinev alt kultuuritüvedest ei tea me nende omadustest ja biokeemiast midagi.
Olles leidnud vastava järjestuse loodusliku tüve genoomist, saame selle paigutada ainult fülogeneetilisele puule jaoletame, et sellel on looduses samad omadused kui puhta liini lähimal seotud tüvel.
Ja mis saab edasi?
Bakteri genoomi järjestamine ühest rakust on veel tulevikus. Täna, kuigi see on kallis ja väga raske. Ja nii jäävad puhtad jooned mikrobioloogia "kullareserviks".
Kuigi raskused jäävad püsima. Näiteks on hiljuti uuritud ookeani põhjas asuvaid "mustade suitsetajate" baktereid. Mikroorganismi kirjeldati ja selle genoom sekveneeriti ilma puhaskultuuri eraldamata.
Sarnane olukord on kullakaevanduste sügavustes elavate bakteritega. Selgus, et see on puhas mikroorganismide rida – ühe bakteri järglased.
Need organismid ei kasva aga toitainekeskkonnas ja siiani pole kellelgi õnnestunud kasvatada puhta tüve kolooniat.
Biotehnoloogiauudised
Inimkond seisab silmitsi paljude küsimustega selle rakendusteadmiste haru arendamisel. Ja mitte ainult bioloogiline, vaid ka eetiline. Mil määral saab inimene ümbritsevat maailma muuta ja seda mitte kahjustada? Küsimus jääb lahtiseks.
Kuid täna tuuakse meie ellu biotehnoloogiat. Seega on juba aretatud bakteritüved, mis on võimelised plastist toituma ja seda lagundama. Kuni nad teevad seda aeglaselt. Kuid teadlased töötavad oma genoomi kallal. Kedagi ei üllata, et kogu iniminsuliini "toodavad" geneetiliselt muundatud E. coli bakterid.
Kunstlik biosünteesvarustab meid juba täna biogaasi ja biokütustega loodusliku päritoluga kõrgmolekulaarsete süsivesikute kujul (bakterite, algloomade seente jäätmed, mis töötlevad meie jäätmete biomassi kütuseks, energiaks, kemikaalideks).
Põllumaa ja magevesi on tänapäeval piiratud loodusvarade kõige olulisem komponent. Uued biotehnoloogiad (bioremediatsioon) pakuvad võimalust kasutada mikroorganisme nende potentsiaali taastamiseks ja saasteainete eemaldamiseks.
Ja ongi kõik – tulevik on juba käes.
