Văn hóa thuần túy là tín điều quan trọng của vi sinh vật học trong thế kỷ 20. Để hiểu bản chất của khái niệm này, cần nhớ rằng vi khuẩn rất nhỏ và khó phân biệt về mặt hình thái. Nhưng chúng khác nhau về quá trình sinh hóa, và đây chính xác là đặc điểm loài chính của chúng. Nhưng trong một môi trường bình thường, chúng ta không phải đối phó với một loại vi khuẩn, mà là với cả một quần xã sinh vật - một cộng đồng ảnh hưởng lẫn nhau, và không thể phân biệt vai trò của một vi sinh vật. Và đây là nơi chúng ta cần một nền văn hóa hoặc dòng thuần chủng của một loài cụ thể.
Thợ săn vi sinh và thạch
Ý tưởng tuyệt vời về việc phân lập vi sinh vật nuôi cấy thuần túy thuộc về nhà vi sinh vật y học Heinrich Hermann Robert Koch (1843-1910). Người đã phát hiện ra tác nhân gây bệnh than, bệnh tả và bệnh lao và xứng đáng được coi là người sáng lập ra ngành vi khuẩn học và dịch tễ học.
Anh ấy là ngườiđã phát minh ra phương pháp nuôi cấy tinh khiết, khi nuôi cấy vi sinh pha loãng được áp dụng cho môi trường dinh dưỡng dựa trên polysaccharide agar-agar và một khuẩn lạc gồm các sinh vật hoàn toàn giống nhau phát triển từ một tế bào. Nó có thể nhìn thấy rõ ràng bằng mắt thường và đặc trưng cho từng loài.
Phát minh của ông đã tạo động lực cho sự phát triển của vi sinh vật học và phân loại vi sinh vật. Rốt cuộc, có thể nuôi cấy bất kỳ vi khuẩn nào ở dạng tinh khiết của nó và kiểm tra một trăm triệu tế bào như một.
Không làm giảm thành tích của Koch
Điều đáng chú ý là các cộng sự và sinh viên của Koch đã đóng góp vào phát minh này. Vì vậy, ý tưởng sử dụng agar-agar thuộc về Fanny Angelina Hesse, vợ của trợ lý của Koch - W. Hesse.
Một trợ lý khác của Koch, nhà vi khuẩn học Julius Richard Petri (1852-1921), đề xuất phát triển các đàn vi khuẩn trong các đĩa thủy tinh phẳng. Ngày nay, ngay cả học sinh cũng biết về đĩa Petri.
Giáo lý vi sinh
Nuôi cấy thuần khiết (ascenic) - một tập hợp (quần thể hoặc chủng) vi sinh vật có các đặc tính hình thái và sinh hóa giống hệt nhau và là hậu duệ của một tế bào.
Cách ly một nền văn hóa thuần túy bao gồm việc thực hiện ba giai đoạn:
- Thu nhận và tích lũy quá trình nuôi cấy vi sinh vật.
- Cách ly văn hóa thuần túy.
- Xác định và xác minh độ tinh khiết của môi trường nuôi cấy.
Phương pháp phân lập nuôi cấy thuần khiết
Trong vi sinh vật học, các phương pháp sau được sử dụng để thu nhận nuôi cấy sợi trụcsinh vật:
- Phương pháp cơ học (cấy vào đĩa Petri bằng thìa hoặc que cấy, cấy bằng cách pha loãng thạch - trải đĩa, phương pháp tách dựa trên khả năng di chuyển của vi sinh vật).
- Sinh học - một phương pháp trong đó động vật thí nghiệm nhạy cảm với mầm bệnh bị nhiễm bệnh. Đây là cách các vi khuẩn được nuôi cấy thuần túy được phân lập từ cơ thể chuột (ví dụ: phế cầu khuẩn và trực khuẩn bệnh sốt gan).
- Phương pháp dựa trên sự đề kháng có chọn lọc của vi sinh vật đối với các yếu tố nhất định. Ví dụ, khi đun nóng, tất cả vi khuẩn tạo bào tử sẽ chết, trong khi vi khuẩn không tạo bào tử sẽ vẫn ở trong môi trường nuôi cấy tinh khiết. Khi tiếp xúc với axit, vi khuẩn nhạy cảm với chúng sẽ chết, trong khi những vi khuẩn kháng axit (ví dụ, trực khuẩn lao) vẫn tồn tại. Tác động của thuốc kháng sinh để lại trên môi trường nuôi cấy thuần túy các vi sinh vật không nhạy cảm với nó. Việc tạo ra một môi trường không có oxy sẽ tách các vi khuẩn hiếu khí ra khỏi các vi khuẩn kỵ khí.
Nó để làm gì
Văn hóa thuần túy áp dụng:
- Trong phân loại khoa học khi phân loại (xác định vị trí phát sinh loài trong hệ thống) vi sinh vật.
- Trong nghiên cứu về tính di truyền và sự biến đổi của các sinh vật.
- Trong chẩn đoán lây nhiễm và phát hiện mầm bệnh.
- Khi phân lập vi khuẩn nuôi cấy thuần khiết dẫn đến hư hỏng thực phẩm.
- Trong sản xuất vitamin, enzym, kháng sinh, huyết thanh và vắc xin.
- Trong ngành công nghiệp thực phẩm (sản xuất bánh mì, rượu,kvass và bia (vi khuẩn acetic và nấm men đơn bào), các sản phẩm axit lactic (lactobacilli và vi khuẩn axit lactic)).
- Trong công nghệ sinh học và nghiên cứu virus.
Về bản chất, mọi thứ hoàn toàn khác
Vào những năm 90 của thế kỷ trước, mọi thứ đột ngột thay đổi đối với những nền văn hóa thuần túy. Hóa ra là khi các vi sinh vật của hai chủng tinh khiết được kết hợp trong một ống nghiệm, chúng hoạt động hoàn toàn khác so với chúng hoạt động đơn lẻ. Các quá trình sinh hóa của hoạt động quan trọng của chúng ảnh hưởng (ngăn chặn hoặc kích thích) lẫn nhau. Đây chính xác là những gì xảy ra trong quần xã sinh vật tự nhiên.
Kết luận rất đơn giản: các đặc tính của nuôi cấy thuần túy trong phòng thí nghiệm không thể ngoại suy cho quần xã sinh vật tự nhiên.
Cuộc cách mạng gen
Một đòn khác đã được giải quyết bằng việc xác định bộ gen của vi sinh vật. Ban đầu, để phân tích bộ gen của vi sinh vật, các nhà di truyền học phân tử đã chọn một vùng RNA ribosome chung cho tất cả các vi khuẩn. Theo sự khác biệt về trình tự nucleotide trong axit nucleic này, tất cả các vi khuẩn được phân bố trên cơ sở mối quan hệ phát sinh loài.
Đó là khi hóa ra các chủng vi khuẩn được nuôi cấy và những vi khuẩn mà chúng tôi nghiên cứu chiếm khoảng 5% tổng số vi khuẩn sinh sống trên hành tinh của chúng ta. Và, không giống như các chủng tộc văn hóa, chúng ta không biết gì về đặc tính và hóa sinh của chúng.
Sau khi tìm thấy trình tự tương ứng trong bộ gen của một dòng tự nhiên, chúng tôi chỉ có thể đặt nó trên cây phát sinh loài vàgiả sử rằng trong tự nhiên nó có các đặc tính giống như dòng có liên quan gần nhất của một dòng thuần.
Và tiếp theo là gì?
Việc giải trình tự bộ gen vi khuẩn từ một tế bào vẫn còn trong tương lai. Ngày nay, trong khi nó là tốn kém và rất khó khăn. Và vì vậy các dòng thuần vẫn là "nguồn dự trữ vàng" của vi sinh vật học.
Dù khó khăn vẫn còn. Ví dụ, vi khuẩn của những "người hút thuốc đen" nằm dưới đáy đại dương gần đây đã được nghiên cứu. Vi sinh vật đã được mô tả và giải trình tự bộ gen của nó mà không cần phân lập môi trường nuôi cấy thuần túy.
Tình trạng tương tự cũng tồn tại với vi khuẩn sống ở độ sâu của các mỏ vàng. Hóa ra đây là một dòng vi sinh vật thuần túy - hậu duệ của một loại vi khuẩn.
Tuy nhiên, những sinh vật này không phát triển trên môi trường dinh dưỡng, và cho đến nay chưa ai thành công trong việc nuôi cấy một đàn thuần chủng.
Tin công nghệ sinh học
Nhân loại phải đối mặt với nhiều câu hỏi trong sự phát triển của nhánh kiến thức ứng dụng này. Và không chỉ về mặt sinh học, mà còn về mặt đạo đức. Một người có thể thay đổi thế giới xung quanh và không làm hại nó ở mức độ nào? Câu hỏi vẫn còn bỏ ngỏ.
Nhưng ngày nay công nghệ sinh học đang được đưa vào cuộc sống của chúng ta. Vì vậy, các chủng vi khuẩn có thể ăn nhựa và phân hủy nhựa đã được lai tạo. Miễn là họ làm điều đó từ từ. Nhưng các nhà khoa học đang nghiên cứu bộ gen của chúng. Không ai ngạc nhiên rằng tất cả insulin của con người đều được "tạo ra" bởi vi khuẩn E. coli biến đổi gen.
Sinh tổng hợp nhân tạongày nay đã cung cấp cho chúng ta khí sinh học và nhiên liệu sinh học ở dạng cacbohydrat cao phân tử có nguồn gốc tự nhiên (sản phẩm thải của vi khuẩn, nấm động vật nguyên sinh xử lý sinh khối chất thải của chúng ta thành nhiên liệu, năng lượng, hóa chất).
Đất canh tác và nước ngọt ngày nay là thành phần quan trọng nhất của nguồn tài nguyên thiên nhiên có hạn. Công nghệ sinh học mới (xử lý sinh học) cung cấp khả năng sử dụng vi sinh vật để khôi phục tiềm năng của chúng và loại bỏ các chất ô nhiễm.
Và đó là nó - tương lai đã ở đây.
