Մաքուր մշակույթները 20-րդ դարում մանրէաբանության հիմնական դոգման են: Այս հայեցակարգի էությունը հասկանալու համար հարկ է հիշել, որ բակտերիաները շատ փոքր են և մորֆոլոգիապես դժվար է տարբերակել: Բայց դրանք տարբերվում են կենսաքիմիական պրոցեսներով, և հենց դա է նրանց հիմնական տեսակի առանձնահատկությունը։ Բայց նորմալ միջավայրում մենք գործ ունենք ոչ թե մեկ տեսակի բակտերիաների, այլ մի ամբողջ բիոմի հետ՝ մի համայնքի, որը ազդում է միմյանց վրա, և անհնար է առանձնացնել մեկ միկրոօրգանիզմի դերը։ Եվ սա այն վայրն է, որտեղ մեզ անհրաժեշտ է որոշակի տեսակի մաքուր մշակույթ կամ շտամ:
Միկրոբի որսորդներ և ագար-ագար
Մանրէների մաքուր կուլտուրաների մեկուսացման փայլուն գաղափարը պատկանում է բժշկական մանրէաբան Հենրիխ Հերման Ռոբերտ Կոխին (1843-1910): Նա, ով հայտնաբերել է սիբիրյան խոցի, խոլերայի և տուբերկուլյոզի հարուցիչը և արժանիորեն համարվում է մանրէաբանության և համաճարակաբանության հիմնադիրը։
Նա մեկն էհորինել է մաքուր կուլտուրաների մեթոդը, երբ մանրէների նոսրացված մշակույթը կիրառվում է ագար-ագար պոլիսախարիդի վրա հիմնված սննդարար միջավայրի վրա և մեկ բջջից աճում է միանգամայն նույնական օրգանիզմների գաղութ: Այն հստակ տեսանելի է անզեն աչքով և հատուկ է յուրաքանչյուր տեսակի:
Նրա գյուտը խթան է տվել միկրոօրգանիզմների մանրէաբանության և տաքսոնոմիայի զարգացմանը։ Ի վերջո, հնարավոր էր ցանկացած մանրէ մշակել իր մաքուր տեսքով և հետազոտել հարյուր միլիոն բջիջ որպես մեկ:
Առանց Կոխի ձեռքբերումները նվազեցնելու
Հարկ է նշել, որ այս գյուտին իրենց ներդրումն են ունեցել Կոխի համախոհներն ու ուսանողները։ Այսպիսով, ագար-ագարի օգտագործման գաղափարը պատկանում է Ֆանի Անջելինա Հեսսեին՝ Կոխի օգնական Վ. Հեսսեի կնոջը։
Կոխի մեկ այլ օգնական՝ մանրէաբան Ջուլիուս Ռիչարդ Պետրին (1852-1921), առաջարկեց բակտերիաների գաղութներ աճեցնել հարթ ապակյա սպասքի մեջ: Այսօր նույնիսկ դպրոցականները գիտեն Պետրիի ուտեստների մասին։
Մանրէաբանության դոգմա
Մաքուր (ասցենիկ) կուլտուրա - միկրոօրգանիզմների մի շարք (պոպուլյացիա կամ շտամ), որոնք ունեն նույնական մորֆոլոգիական և կենսաքիմիական հատկություններ և մեկ բջջի ժառանգներ են։
Մաքուր մշակույթի մեկուսացումը ներառում է երեք փուլերի իրականացում՝
- Միկրոօրգանիզմների մշակույթի ստացում և կուտակում.
- Մաքուր մշակույթի մեկուսացում.
- Մշակույթի մաքրության որոշում և ստուգում:
Մաքուր մշակույթի մեկուսացման մեթոդներ
Մանրէաբանության մեջ աքսենիկ կուլտուրա ստանալու համար օգտագործվում են հետևյալ մեթոդներըօրգանիզմներ:
- Մեխանիկական մեթոդներ (Պետրիի ափսեների վրա պատվաստում սպաթուլայով կամ օղակով, պատվաստում ագարի նոսրացումով - ափսեի սփրեդ, տարանջատման եղանակ՝ հիմնված միկրոօրգանիզմների շարժունակության վրա):
- Կենսաբանական - մեթոդ, որով վարակվում են լաբորատոր կենդանիները, որոնք ենթակա են հարուցիչի: Այսպես են մեկուսացնում բակտերիաների մաքուր կուլտուրաները մկների օրգանիզմից (օրինակ՝ պնևմոկոկ և տուլարեմիա բացիլներ):
- Մեթոդներ, որոնք հիմնված են որոշակի գործոնների նկատմամբ միկրոօրգանիզմների ընտրողական դիմադրության վրա: Օրինակ, երբ տաքացվեն, բոլոր սպոր առաջացնող բակտերիաները կմահանան, մինչդեռ ոչ սպոր առաջացնող բակտերիաները կմնան մաքուր կուլտուրայում: Երբ ենթարկվում են թթուների, դրանց նկատմամբ զգայուն բակտերիաները մահանում են, մինչդեռ թթվակայունները (օրինակ՝ տուբերկուլյոզի բացիլները) գոյատևում են։ Հակաբիոտիկների ազդեցությունը միջավայրի վրա թողնում է միկրոօրգանիզմների մաքուր մշակույթ, որոնք զգայուն չեն դրա նկատմամբ: Թթվածնազուրկ միջավայրի ստեղծումը կբաժանի աերոբները անաէրոբներից:
Ինչի համար է դա
Մաքուր մշակույթները կիրառվում են՝
- Գիտական տաքսոնոմիայում միկրոօրգանիզմները դասակարգելիս (համակարգում ֆիլոգենետիկ տեղը որոշելիս):
- Օրգանիզմների ժառանգականության և փոփոխականության ուսումնասիրության մեջ.
- Վարակիչ ախտորոշման և ախտածինների հայտնաբերման գործում.
- Սննդամթերքի փչացման պատճառ դարձած բակտերիաների մաքուր մշակույթը մեկուսացնելիս:
- Վիտամինների, ֆերմենտների, հակաբիոտիկների, շիճուկների և պատվաստանյութերի արտադրության մեջ։
- Սննդի արդյունաբերությունում (հացի, գինու արտադրություն,կվաս և գարեջուր (քացախային բակտերիաներ և միաբջիջ սնկերի խմորիչ), կաթնաթթվային մթերքներ (լակտոբասիլներ և կաթնաթթվային բակտերիաներ)):
- Կենսատեխնոլոգիայի և վիրուսների ուսումնասիրության մեջ.
Բնության մեջ ամեն ինչ բոլորովին այլ է
Անցյալ դարի 90-ականներին ամեն ինչ հանկարծ փոխվեց մաքուր մշակույթների նկատմամբ։ Պարզվեց, որ երբ երկու մաքուր շտամների միկրոօրգանիզմները միավորվում են մեկ փորձանոթում, նրանք իրենց պահում են միանգամայն այլ կերպ, քան միայնակ: Նրանց կենսագործունեության կենսաքիմիական գործընթացները ազդում են (ճնշում կամ խթանում) միմյանց վրա։ Սա հենց այն է, ինչ տեղի է ունենում բնական բիոմներում:
Եզրակացությունը պարզ է. լաբորատորիայում մաքուր կուլտուրայի հատկությունները չեն կարող էքստրապոլացվել բնական բիոմների վրա:
Genomic Revolution
Հերթական հարվածը հասցվել է միկրոօրգանիզմների գենոմային նույնականացման պատճառով: Սկզբում միկրոօրգանիզմների գենոմային վերլուծության համար մոլեկուլային գենետոլոգներն ընտրեցին բոլոր բակտերիաների համար ընդհանուր ռիբոսոմային ՌՆԹ-ի տարածքը: Այս նուկլեինաթթվի նուկլեոտիդային հաջորդականության տարբերություններին համապատասխան՝ բոլոր բակտերիաները բաշխվել են ֆիլոգենետիկ հարաբերությունների հիման վրա։
Այդ ժամանակ պարզվեց, որ մշակված շտամները և այն բակտերիաները, որոնք մենք ուսումնասիրել ենք, կազմում են մեր մոլորակում բնակվող բոլոր բակտերիաների մոտ 5%-ը: Եվ, ի տարբերություն մշակութային շտամների, մենք ոչինչ չգիտենք դրանց հատկությունների և կենսաքիմիայի մասին։
Գտնելով համապատասխան հաջորդականությունը բնական շտամի գենոմում՝ մենք կարող ենք այն տեղադրել միայն ֆիլոգենետիկ ծառի վրա ևենթադրենք, որ բնության մեջ այն ունի նույն հատկությունները, ինչ մաքուր գծի ամենամոտ հարակից շտամը։
Եվ ի՞նչ է հաջորդը?
Մեկ բջջից բակտերիաների գենոմի հաջորդականությունը դեռ ապագայում է: Այսօր, մինչդեռ դա թանկ է և շատ դժվար: Եվ այսպես, մաքուր գծերը մնում են մանրէաբանության «ոսկե պահուստը»:
Չնայած դժվարությունները մնում են։ Օրինակ, վերջերս ուսումնասիրվել են օվկիանոսի հատակում տեղակայված «սեւ ծխողների» բակտերիաները։ Միկրոօրգանիզմը նկարագրվել է և նրա գենոմը հաջորդականացվել է առանց մաքուր մշակույթը մեկուսացնելու:
Նման իրավիճակ է ոսկու հանքերի խորքերում ապրող բակտերիաների դեպքում: Պարզվեց, որ սա միկրոօրգանիզմների մաքուր գիծ է՝ մեկ բակտերիաների ժառանգներ։
Սակայն այս օրգանիզմները չեն աճում սննդարար միջավայրի վրա, և մինչ այժմ ոչ ոքի չի հաջողվել մաքուր շտամի գաղութ աճեցնել:
Կենսատեխնոլոգիական նորություններ
Մարդկությունը բախվում է բազմաթիվ հարցերի կիրառական գիտելիքների այս ճյուղի զարգացման գործում: Եվ ոչ միայն կենսաբանական, այլեւ էթիկական։ Որքանո՞վ կարող է մարդը փոխել իրեն շրջապատող աշխարհը և չվնասել նրան։ Հարցը մնում է բաց։
Բայց այսօր կենսատեխնոլոգիան ներմուծվում է մեր կյանք: Այսպիսով, բակտերիաների շտամներ, որոնք ունակ են սնվել պլաստմասսայով և քայքայել այն, արդեն բուծվել են: Քանի դեռ դանդաղ են անում։ Սակայն գիտնականներն աշխատում են նրանց գենոմի վրա: Ոչ ոք չի զարմանում, որ ամբողջ մարդկային ինսուլինը «ստեղծվում է» գենետիկորեն ձևափոխված E. coli բակտերիայով:
Արհեստական կենսասինթեզարդեն այսօր մեզ մատակարարում է կենսագազ և կենսավառելիք՝ բնական ծագման բարձր մոլեկուլային ածխաջրերի տեսքով (բակտերիաների թափոններ, նախակենդանիների սնկերը, որոնք վերամշակում են մեր թափոնների կենսազանգվածը վառելիքի, էներգիայի, քիմիական նյութերի):
Վարելահողերն ու քաղցրահամ ջուրն այսօր սահմանափակ բնական ռեսուրսների ամենակարեւոր բաղադրիչն են: Նոր կենսատեխնոլոգիաները (կենսավերականգնումը) առաջարկում են միկրոօրգանիզմների օգտագործման հնարավորություն՝ վերականգնելու դրանց ներուժը և հեռացնել աղտոտիչները:
Եվ վերջ. ապագան արդեն այստեղ է:
