Le colture pure sono il dogma chiave della microbiologia nel 20° secolo. Per comprendere l'essenza di questo concetto, vale la pena ricordare che i batteri sono molto piccoli e morfologicamente difficili da distinguere. Ma differiscono nei processi biochimici, e questa è precisamente la loro caratteristica principale della specie. Ma in un ambiente normale, non abbiamo a che fare con un tipo di batterio, ma con un intero bioma: una comunità che si influenza a vicenda ed è impossibile individuare il ruolo di un microrganismo. Ed è qui che abbiamo bisogno di una cultura pura o di un ceppo di una specie particolare.
Cacciatori di microbi e agar-agar
La brillante idea di isolare colture pure di microbi appartiene al microbiologo medico Heinrich Hermann Robert Koch (1843-1910). Colui che ha scoperto l'agente eziologico dell'antrace, del colera e della tubercolosi ed è meritatamente considerato il fondatore della batteriologia e dell'epidemiologia.
È luiha inventato il metodo delle colture pure, quando una coltura diluita di microbi viene applicata a un mezzo nutritivo a base di polisaccaride agar-agar e da una cellula cresce una colonia di organismi completamente identici. È chiaramente visibile ad occhio nudo ed è specifico per ciascuna specie.
La sua invenzione ha dato impulso allo sviluppo della microbiologia e della tassonomia dei microrganismi. Dopotutto, era possibile coltivare qualsiasi microbo nella sua forma pura ed esaminare cento milioni di cellule come una sola.
Senza sminuire i risultati di Koch
Vale la pena notare che i soci e gli studenti di Koch hanno contribuito a questa invenzione. Quindi, l'idea di usare l'agar-agar appartiene a Fanny Angelina Hesse, la moglie dell'assistente di Koch - W. Hesse.
Un altro assistente di Koch, il batteriologo Julius Richard Petri (1852-1921), suggerì di far crescere colonie di batteri in piatti di vetro piano. Oggi anche gli scolari conoscono le piastre Petri.
Dogma della microbiologia
Cultura pura (ascenica): un insieme (popolazione o ceppo) di microrganismi che hanno proprietà morfologiche e biochimiche identiche e sono discendenti di una cellula.
L'isolamento di una cultura pura comporta l'attuazione di tre fasi:
- Ottenere e accumulare la coltura di microrganismi.
- Isolamento della cultura pura.
- Determinazione e verifica della purezza della coltura.
Metodi di isolamento in coltura pura
In microbiologia, i seguenti metodi vengono utilizzati per ottenere la coltura axenicaorganismi:
- Metodi meccanici (inoculazione su piastre Petri con spatola o ansa, inoculazione mediante diluizione con agar - diffusione su piastra, metodo di separazione basato sulla motilità dei microrganismi).
- Biologico - un metodo in cui vengono infettati animali da laboratorio sensibili a un agente patogeno. Questo è il modo in cui le colture batteriche pure vengono isolate dal corpo dei topi (ad esempio, pneumococchi e bacilli di tularemia).
- Metodi basati sulla resistenza selettiva dei microrganismi a determinati fattori. Se riscaldati, ad esempio, tutti i batteri sporigeni moriranno, mentre i batteri non sporigeni rimarranno in coltura pura. Se esposti agli acidi, i batteri ad essi sensibili muoiono, mentre quelli resistenti agli acidi (ad esempio i bacilli della tubercolosi) sopravvivono. L'impatto degli antibiotici lascia sul terreno una coltura pura di microrganismi che non sono sensibili ad esso. La creazione di un ambiente privo di ossigeno separerà gli aerobi dagli anaerobi.
A cosa serve
Si applicano le culture pure:
- Nella tassonomia scientifica quando si classificano (determinando il posto filogenetico nel sistema) i microrganismi.
- Nello studio dell'ereditarietà e della variabilità degli organismi.
- Nella diagnostica infettiva e nel rilevamento di agenti patogeni.
- Quando si isola una coltura pura di batteri che porta al deterioramento del cibo.
- Nella produzione di vitamine, enzimi, antibiotici, sieri e vaccini.
- Nel settore alimentare (produzione di pane, vino,kvas e birra (batteri acetici e lieviti fungini unicellulari), prodotti a base di acido lattico (lattobacilli e batteri lattici)).
- Nelle biotecnologie e nello studio dei virus.
In natura, tutto è completamente diverso
Negli anni '90 del secolo scorso, tutto è cambiato improvvisamente rispetto alle culture pure. Si è scoperto che quando i microrganismi di due ceppi puri vengono combinati in una provetta, si comportano in modo molto diverso rispetto a quelli da soli. I processi biochimici della loro attività vitale si influenzano (sopprimono o stimolano) a vicenda. Questo è esattamente ciò che accade nei biomi naturali.
La conclusione è semplice: le proprietà della coltura pura in laboratorio non possono essere estrapolate ai biomi naturali.
Rivoluzione genomica
Un altro colpo è stato inferto dall'identificazione genomica dei microrganismi. Inizialmente, per l'analisi genomica dei microrganismi, i genetisti molecolari hanno scelto una regione di RNA ribosomiale comune a tutti i batteri. In accordo con le differenze nella sequenza nucleotidica di questo acido nucleico, tutti i batteri sono stati distribuiti sulla base della relazione filogenetica.
Fu allora che si scoprì che i ceppi coltivati e quei batteri che abbiamo studiato costituiscono circa il 5% di tutti i batteri che abitano il nostro pianeta. E, a differenza dei ceppi culturali, non sappiamo nulla delle loro proprietà e della loro biochimica.
Avendo trovato la sequenza corrispondente nel genoma di un ceppo naturale, possiamo solo collocarla sull'albero filogenetico esupponiamo che in natura abbia le stesse proprietà della deformazione correlata più vicina di una linea pura.
E poi?
Il sequenziamento del genoma batterico da una singola cellula è ancora nel futuro. Oggi, mentre è costoso e molto difficile. E così le linee pure rimangono la "riserva aurea" della microbiologia.
Anche se le difficoltà rimangono. Ad esempio, sono stati recentemente studiati i batteri dei "fumatori neri" situati sul fondo dell'oceano. Il microrganismo è stato descritto e il suo genoma sequenziato senza isolare una coltura pura.
Una situazione simile esiste con i batteri che vivono nelle profondità delle miniere d'oro. Si è scoperto che questa è una linea pura di microrganismi - i discendenti di un batterio.
Tuttavia, questi organismi non crescono su terreni nutritivi e finora nessuno è riuscito a far crescere una colonia di un ceppo puro.
Notizie sulla biotecnologia
L'umanità deve affrontare molte domande nello sviluppo di questo ramo della conoscenza applicata. E non solo biologico, ma anche etico. In che misura una persona può cambiare il mondo che lo circonda e non danneggiarlo? La domanda rimane aperta.
Ma oggi la biotecnologia viene introdotta nelle nostre vite. Quindi, sono già stati allevati ceppi di batteri in grado di nutrirsi di plastica e decomporla. Sempre che lo facciano lentamente. Ma gli scienziati stanno lavorando sul loro genoma. Nessuno è sorpreso che tutta l'insulina umana sia "prodotta" da batteri E. coli geneticamente modificati.
Una biosintesi artificialegià oggi ci fornisce biogas e biocarburanti sotto forma di carboidrati ad alto contenuto molecolare di origine naturale (i prodotti di scarto dei batteri, funghi protozoi che trasformano la biomassa dei nostri rifiuti in combustibile, energia, prodotti chimici).
La terra arabile e l'acqua dolce sono oggi la componente più importante delle limitate risorse naturali. Le nuove biotecnologie (biorisanamento) offrono la possibilità di utilizzare i microrganismi per ripristinare il loro potenziale e rimuovere gli inquinanti.
E questo è tutto: il futuro è già qui.
