תרבויות טהורות הן דוגמת המפתח של המיקרוביולוגיה במאה ה-20. כדי להבין את מהות המושג הזה, כדאי לזכור שחיידקים קטנים מאוד וקשה להבחין בהם מבחינה מורפולוגית. אבל הם שונים בתהליכים ביוכימיים, וזו בדיוק תכונת המין העיקרית שלהם. אבל בסביבה רגילה, אנחנו לא עוסקים בסוג אחד של חיידקים, אלא בביום שלם – קהילה שמשפיעה זה על זה, ואי אפשר לייחד את תפקידו של מיקרואורגניזם אחד. וכאן אנחנו צריכים תרבות טהורה או זן של מין מסוים.
ציידי מיקרובים ואגר-אגר
הרעיון המבריק של בידוד תרבויות טהורות של חיידקים שייך למיקרוביולוג הרפואי היינריך הרמן רוברט קוך (1843-1910). מי שגילה את הגורם הסיבתי של אנתרקס, כולרה ושחפת ונחשב בצדק למייסד הבקטריולוגיה והאפידמיולוגיה.
הוא האחדהמציאו את השיטה של תרביות טהורות, כאשר תרבית מדוללת של חיידקים מוחלת על מצע תזונתי המבוסס על אגר-אגר פוליסכריד ומושבה של אורגניזמים זהים לחלוטין צומחת מתא אחד. זה נראה בבירור בעין בלתי מזוינת והוא ספציפי לכל מין.
המצאתו נתנה תנופה לפיתוח המיקרוביולוגיה והטקסונומיה של מיקרואורגניזמים. הרי אפשר היה לטפח כל חיידק בצורתו הטהורה ולבחון מאה מיליון תאים כאחד.
מבלי להפחית מההישגים של קוך
ראוי לציין שמקורביו ותלמידיו של קוך תרמו להמצאה זו. אז הרעיון של שימוש באגר-אגר שייך לפאני אנג'לינה הסה, אשתו של עוזרו של קוך - ו. הסה.
עוזר נוסף של קוך, הבקטריולוג יוליוס ריצ'רד פטרי (1852-1921), הציע לגדל מושבות של חיידקים בכלי זכוכית שטוחים. היום אפילו תלמידי בית ספר יודעים על מנות פטרי.
דוגמה של מיקרוביולוגיה
תרבות טהורה (אסנאית) - קבוצה (אוכלוסיה או זן) של מיקרואורגניזמים בעלי תכונות מורפולוגיות וביוכימיות זהות והם צאצאים של תא אחד.
בידוד של תרבות טהורה כרוך ביישום של שלושה שלבים:
- השגה וצבירת התרבות של מיקרואורגניזמים.
- בידוד של תרבות טהורה.
- קביעה ואימות של טוהר התרבות.
שיטות בידוד תרבות טהורה
במיקרוביולוגיה, נעשה שימוש בשיטות הבאות להשגת תרבית אקסניתאורגניזמים:
- שיטות מכניות (חיסון על צלחות פטרי עם מרית או לולאה, חיסון בדילול אגר - ממרחי צלחות, שיטת הפרדה על בסיס תנועתיות מיקרואורגניזמים).
- Biological - שיטה שבה נדבקות חיות מעבדה הרגישות לפתוגן. כך מבודדות תרביות טהורות של חיידקים מגופן של עכברים (למשל, חיידקי פנאומוקוק וטולרמיה).
- שיטות המבוססות על עמידות סלקטיבית של מיקרואורגניזמים לגורמים מסוימים. בחימום, למשל, כל החיידקים היוצרים נבגים ימותו, בעוד שחיידקים שאינם יוצרים נבגים יישארו בתרבית טהורה. בחשיפה לחומצות מתים חיידקים הרגישים להן, בעוד שעמידים לחומצות (למשל, חיידקי שחפת) שורדים. השפעת האנטיביוטיקה משאירה על המדיום תרבית טהורה של מיקרואורגניזמים שאינם רגישים אליו. יצירת סביבה נטולת חמצן תפריד בין אירוביים לאנאירובים.
למה זה מיועד
תרבויות טהורות חלות:
- בטקסונומיה מדעית בעת סיווג (קביעת המקום הפילוגנטי במערכת) מיקרואורגניזמים.
- בחקר התורשה והשונות של אורגניזמים.
- באבחון זיהומיות וגילוי פתוגנים.
- בעת בידוד תרבית טהורה של חיידקים המובילים לקלקול מזון.
- בייצור ויטמינים, אנזימים, אנטיביוטיקה, סרומים וחיסונים.
- בתעשיית המזון (ייצור לחם, יין,קוואס ובירה (חיידקי אצטית ושמרי פטריות חד-תאיות), מוצרי חומצה לקטית (לקטובצילים וחיידקי חומצה לקטית)).
- בביוטכנולוגיה ובמחקר של וירוסים.
בטבע הכל שונה לגמרי
בשנות ה-90 של המאה הקודמת, הכל השתנה פתאום ביחס לתרבויות טהורות. התברר שכאשר מיקרואורגניזמים של שני זנים טהורים משולבים במבחנה אחת, הם מתנהגים אחרת לגמרי ממה שהם מתנהגים לבד. התהליכים הביוכימיים של פעילותם החיונית משפיעים (מדכאים או מגרים) זה את זה. זה בדיוק מה שקורה בביומות טבעיות.
המסקנה פשוטה: לא ניתן להעלות את תכונות התרבות הטהורה במעבדה לביומות טבעיות.
מהפכה גנומית
מכה נוספת ספגה זיהוי גנומי של מיקרואורגניזמים. בתחילה, לניתוח הגנומי של מיקרואורגניזמים, גנטיקאים מולקולריים בחרו באזור של RNA ריבוזמלי המשותף לכל החיידקים. בהתאם להבדלים ברצף הנוקלאוטידים בחומצת גרעין זו, כל החיידקים הופצו על בסיס קשר פילוגנטי.
אז התברר שזנים מתורבתים והחיידקים האלה שחקרנו מהווים כ-5% מכלל החיידקים המאכלסים את הפלנטה שלנו. ובניגוד לזנים תרבותיים, איננו יודעים דבר על התכונות והביוכימיה שלהם.
לאחר שמצאנו את הרצף המתאים בגנום של זן טבעי, נוכל למקם אותו רק על העץ הפילוגנטינניח שבטבע יש לו אותן תכונות כמו הזן הקרוב ביותר של קו טהור.
ומה הלאה?
ריצוף של הגנום החיידקי מתא בודד הוא עדיין בעתיד. היום, אמנם זה יקר וקשה מאוד. וכך נשארו קווים טהורים "שמורת הזהב" של המיקרוביולוגיה.
למרות שהקשיים נותרו. לדוגמה, לאחרונה נחקרו החיידקים של "מעשנים שחורים" הנמצאים בקרקעית האוקיינוס. המיקרואורגניזם תואר ורצף הגנום שלו מבלי לבודד תרבות טהורה.
מצב דומה קיים עם חיידקים החיים במעמקי מכרות זהב. התברר שמדובר בשורה טהורה של מיקרואורגניזמים - צאצאיו של חיידק אחד.
עם זאת, האורגניזמים הללו אינם גדלים על חומרי הזנה, ועד כה אף אחד לא הצליח לגדל מושבה של זן טהור.
חדשות ביוטכנולוגיה
האנושות מתמודדת עם שאלות רבות בפיתוח ענף זה של ידע יישומי. ולא רק ביולוגי, אלא גם אתי. עד כמה אדם יכול לשנות את העולם סביבו ולא לפגוע בו? השאלה נותרה פתוחה.
אבל היום ביוטכנולוגיה מוכנסת לחיינו. אז, זני חיידקים שמסוגלים להאכיל מפלסטיק ולפרק אותו כבר גדלו. כל עוד הם עושים את זה לאט. אבל מדענים עובדים על הגנום שלהם. אף אחד לא מופתע שכל האינסולין האנושי "נוצר" על ידי חיידקי E. coli מהונדסים גנטית.
ביוסינתזה מלאכותיתכבר היום מספק לנו ביו-גז וביו-דלקים בצורה של פחמימות מולקולריות גבוהות ממקור טבעי (תוצרי פסולת של חיידקים, פטריות פרוטוזואים שמעבדות את הביומסה של הפסולת שלנו לדלק, אנרגיה, כימיקלים).
אדמה לעיבוד ומים מתוקים הם היום המרכיב החשוב ביותר במשאבי טבע מוגבלים. טכנולוגיות ביו חדשות (ביורימדיה) מציעות את האפשרות להשתמש במיקרואורגניזמים כדי לשחזר את הפוטנציאל שלהם ולהסיר מזהמים.
וזהו - העתיד כבר כאן.
