Reinkulturen sind das zentrale Dogma der Mikrobiologie des 20. Jahrhunderts. Um die Essenz dieses Konzepts zu verstehen, sei daran erinnert, dass Bakterien sehr klein und morphologisch schwer zu unterscheiden sind. Aber sie unterscheiden sich in biochemischen Prozessen, und genau das ist ihr Hauptmerkmal. Aber in einer normalen Umgebung haben wir es nicht mit einer Bakterienart zu tun, sondern mit einem ganzen Biom – einer Gemeinschaft, die sich gegenseitig beeinflusst, und es ist unmöglich, die Rolle eines Mikroorganismus herauszugreifen. Und hier brauchen wir eine Reinkultur oder einen Stamm einer bestimmten Spezies.
Mikrobenjäger und Agar-Agar
Die geniale Idee, Reinkulturen von Mikroben zu isolieren, stammt von dem medizinischen Mikrobiologen Heinrich Hermann Robert Koch (1843-1910). Derjenige, der den Erreger von Anthrax, Cholera und Tuberkulose entdeckte und zu Recht als Begründer der Bakteriologie und Epidemiologie gilt.
Er ist eserfand die Methode der Reinkulturen, bei der eine verdünnte Mikrobenkultur auf ein Nährmedium auf Basis von Agar-Agar-Polysaccharid aufgebracht wird und aus einer Zelle eine Kolonie völlig identischer Organismen wächst. Es ist mit bloßem Auge deutlich sichtbar und für jede Art spezifisch.
Seine Erfindung gab der Entwicklung der Mikrobiologie und Taxonomie von Mikroorganismen Impulse. Schließlich war es möglich, jede Mikrobe in ihrer reinen Form zu kultivieren und hundert Millionen Zellen als eine zu untersuchen.
Ohne Kochs Leistungen zu schmälern
Es ist erwähnenswert, dass Kochs Mitarbeiter und Studenten zu dieser Erfindung beigetragen haben. Die Idee, Agar-Agar zu verwenden, stammt also von Fanny Angelina Hesse, der Frau von Kochs Assistentin W. Hesse.
Ein weiterer Assistent von Koch, der Bakteriologe Julius Richard Petri (1852-1921), schlug vor, Bakterienkolonien in flachen Glasschalen zu züchten. Heute kennen sogar Schulkinder Petrischalen.
Dogma der Mikrobiologie
Reine (aszenische) Kultur - eine Gruppe (Population oder Stamm) von Mikroorganismen, die identische morphologische und biochemische Eigenschaften haben und Nachkommen einer Zelle sind.
Die Isolierung einer Reinkultur beinh altet die Umsetzung von drei Stufen:
- Beschaffung und Akkumulation der Kultur von Mikroorganismen.
- Isolation einer Reinkultur.
- Bestimmung und Überprüfung der Kulturreinheit.
Reinkultur-Isolierungsmethoden
In der Mikrobiologie werden die folgenden Methoden verwendet, um eine axenische Kultur zu erh altenOrganismen:
- Mechanische Methoden (Inokulation auf Petrischalen mit einem Spatel oder einer Öse, Inokulation durch Agarverdünnung - Plattenaufstriche, Trennverfahren basierend auf der Beweglichkeit von Mikroorganismen).
- Biologisch - eine Methode, bei der Versuchstiere, die für einen Krankheitserreger empfänglich sind, infiziert werden. So werden Reinkulturen von Bakterien aus dem Körper von Mäusen isoliert (zum Beispiel Pneumokokken und Tularämie-Bazillen).
- Methoden, die auf der selektiven Resistenz von Mikroorganismen gegen bestimmte Faktoren beruhen. Beim Erhitzen sterben beispielsweise alle sporenbildenden Bakterien ab, während nicht sporenbildende Bakterien in Reinkultur verbleiben. Bei Einwirkung von Säuren sterben säureempfindliche Bakterien ab, während säureresistente (z. B. Tuberkulose-Bazillen) überleben. Die Wirkung von Antibiotika hinterlässt auf dem Medium eine Reinkultur von Mikroorganismen, die dagegen nicht empfindlich sind. Durch die Schaffung einer sauerstofffreien Umgebung werden Aerobier von Anaerobier getrennt.
Wofür ist es
Reinkulturen gelten:
- In der wissenschaftlichen Taxonomie bei der Klassifizierung (Bestimmung des phylogenetischen Platzes im System) von Mikroorganismen.
- In der Untersuchung der Vererbung und Variabilität von Organismen.
- In der Infektionsdiagnostik und dem Erregernachweis.
- Bei der Isolierung einer Reinkultur von Bakterien, die zum Verderben von Lebensmitteln führen.
- Bei der Herstellung von Vitaminen, Enzymen, Antibiotika, Seren und Impfstoffen.
- In der Lebensmittelindustrie (Herstellung von Brot, Wein,Kwas und Bier (Essigbakterien und einzellige Hefepilze), Milchsäureprodukte (Laktobazillen und Milchsäurebakterien)).
- In der Biotechnologie und beim Studium von Viren.
In der Natur ist alles ganz anders
In den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts änderte sich schlagartig alles in Bezug auf Reinkulturen. Es stellte sich heraus, dass sich Mikroorganismen zweier reiner Stämme, wenn sie in einem Reagenzglas kombiniert werden, ganz anders verh alten als alleine. Die biochemischen Prozesse ihrer Lebenstätigkeit beeinflussen (unterdrücken oder stimulieren) sich gegenseitig. Genau das passiert in natürlichen Biomen.
Die Schlussfolgerung ist einfach: Die Eigenschaften der Reinkultur im Labor lassen sich nicht auf natürliche Biome extrapolieren.
Genomische Revolution
Ein weiterer Schlag wurde durch die genomische Identifizierung von Mikroorganismen versetzt. Zunächst wählten Molekulargenetiker für die Genomanalyse von Mikroorganismen eine Region ribosomaler RNA aus, die allen Bakterien gemeinsam ist. Entsprechend den Unterschieden in der Nukleotidsequenz in dieser Nukleinsäure wurden alle Bakterien aufgrund phylogenetischer Verwandtschaft verteilt.
Da stellte sich heraus, dass kultivierte Stämme und die von uns untersuchten Bakterien etwa 5 % aller Bakterien ausmachen, die unseren Planeten bewohnen. Und im Gegensatz zu Kulturstämmen wissen wir nichts über ihre Eigenschaften und Biochemie.
Nachdem wir die entsprechende Sequenz im Genom eines natürlichen Stammes gefunden haben, können wir sie nur dem Stammbaum zuordnen unddavon aus, dass er in der Natur die gleichen Eigenschaften hat wie der nächste verwandte Stamm einer reinen Linie.
Und was kommt als nächstes?
Die Sequenzierung des Bakteriengenoms einer einzelnen Zelle liegt noch in der Zukunft. Heute ist es zwar teuer und sehr schwierig. Und so bleiben reine Linien die "goldene Reserve" der Mikrobiologie.
Obwohl die Schwierigkeiten bestehen bleiben. Kürzlich wurden beispielsweise die Bakterien der „Schwarzen Raucher“am Meeresgrund untersucht. Der Mikroorganismus wurde beschrieben und sein Genom sequenziert, ohne eine Reinkultur zu isolieren.
Eine ähnliche Situation besteht bei Bakterien, die in den Tiefen von Goldminen leben. Es stellte sich heraus, dass dies eine reine Linie von Mikroorganismen ist - die Nachkommen eines Bakteriums.
Diese Organismen wachsen jedoch nicht auf Nährmedien, und bisher ist es noch niemandem gelungen, eine Kolonie eines reinen Stammes zu züchten.
Neuigkeiten zur Biotechnologie
Die Menschheit steht bei der Entwicklung dieses Zweiges des angewandten Wissens vor vielen Fragen. Und das nicht nur biologisch, sondern auch ethisch. Inwieweit kann ein Mensch die Welt um sich herum verändern und ihr keinen Schaden zufügen? Die Frage bleibt offen.
Aber heute wird die Biotechnologie in unser Leben eingeführt. So wurden bereits Bakterienstämme gezüchtet, die sich von Plastik ernähren und dieses zersetzen können. Solange sie es langsam tun. Doch Wissenschaftler arbeiten an ihrem Genom. Niemand ist überrascht, dass alles Humaninsulin von genetisch veränderten E. coli-Bakterien „hergestellt“wird.
Eine künstliche Biosyntheseversorgt uns schon heute mit Biogas und Biokraftstoffen in Form von hochmolekularen Kohlenhydraten natürlichen Ursprungs (Abfallprodukte von Bakterien, einzelligen Pilzen, die die Biomasse unserer Abfälle zu Kraftstoff, Energie, Chemikalien verarbeiten).
Ackerland und Süßwasser sind heute der wichtigste Bestandteil der begrenzten natürlichen Ressourcen. Neue Biotechnologien (Bioremediation) bieten die Möglichkeit, Mikroorganismen zu nutzen, um ihr Potenzial wiederherzustellen und Schadstoffe zu entfernen.
Und das war's - die Zukunft ist schon da.
