วัฒนธรรมบริสุทธิ์เป็นความเชื่อหลักของจุลชีววิทยาในศตวรรษที่ 20 เพื่อให้เข้าใจแก่นแท้ของแนวคิดนี้ ควรจำไว้ว่าแบคทีเรียมีขนาดเล็กมากและแยกแยะได้ยาก แต่พวกมันต่างกันในกระบวนการทางชีวเคมี และนี่คือลักษณะเฉพาะของสปีชีส์หลักของพวกมัน แต่ในสภาพแวดล้อมปกติ เราไม่ได้จัดการกับแบคทีเรียชนิดใดชนิดหนึ่ง แต่กับชีวนิเวศทั้งหมด ซึ่งเป็นชุมชนที่มีอิทธิพลซึ่งกันและกัน และเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกแยะบทบาทของจุลินทรีย์เพียงชนิดเดียว และนี่คือจุดที่เราต้องการวัฒนธรรมหรือสายพันธุ์ที่บริสุทธิ์ของสายพันธุ์เฉพาะ
นักล่าจุลินทรีย์และวุ้นวุ้น
ความคิดที่ยอดเยี่ยมในการแยกวัฒนธรรมบริสุทธิ์ของจุลินทรีย์เป็นของนักจุลชีววิทยาทางการแพทย์ Heinrich Hermann Robert Koch (1843-1910) ผู้ค้นพบสาเหตุของโรคแอนแทรกซ์ อหิวาตกโรค และวัณโรค และสมควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นผู้ก่อตั้งแบคทีเรียวิทยาและระบาดวิทยา
เขาคนนั้นคิดค้นวิธีการเพาะเลี้ยงเชื้อบริสุทธิ์ เมื่อนำจุลินทรีย์ที่เจือจางแล้วไปใช้กับอาหารเลี้ยงเชื้อที่มีโพลิแซ็กคาไรด์วุ้น-วุ้นและกลุ่มของสิ่งมีชีวิตที่เหมือนกันทั้งหมดเติบโตจากเซลล์เดียว มองเห็นได้ชัดเจนด้วยตาเปล่าและมีลักษณะเฉพาะของแต่ละสายพันธุ์
การประดิษฐ์ของเขาเป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนาทางจุลชีววิทยาและอนุกรมวิธานของจุลินทรีย์ ท้ายที่สุด มันเป็นไปได้ที่จะปลูกฝังจุลินทรีย์ในรูปแบบบริสุทธิ์และตรวจสอบหนึ่งร้อยล้านเซลล์เป็นหนึ่งเดียว
โดยไม่ลดทอนความสำเร็จของ Koch
เป็นที่น่าสังเกตว่าเพื่อนร่วมงานและนักเรียนของ Koch มีส่วนทำให้เกิดการประดิษฐ์นี้ ดังนั้นแนวคิดในการใช้วุ้นวุ้นจึงเป็นของ Fanny Angelina Hesse ภรรยาของผู้ช่วย Koch - W. Hesse
ผู้ช่วยอีกคนของ Koch นักแบคทีเรียวิทยา Julius Richard Petri (1852-1921) แนะนำให้ปลูกแบคทีเรียในอาณานิคมในจานแก้วแบน วันนี้แม้แต่เด็กนักเรียนก็รู้เกี่ยวกับจานเพาะเชื้อ
ความเชื่อของจุลชีววิทยา
วัฒนธรรมบริสุทธิ์ (แอสซีนิก) - ชุด (ประชากรหรือสายพันธุ์) ของจุลินทรีย์ที่มีคุณสมบัติทางสัณฐานวิทยาและชีวเคมีเหมือนกันและเป็นลูกหลานของเซลล์เดียว
การแยกตัวของวัฒนธรรมบริสุทธิ์เกี่ยวข้องกับการดำเนินการสามขั้นตอน:
- การได้มาและการสะสมของจุลินทรีย์
- แยกวัฒนธรรมบริสุทธิ์
- การกำหนดและยืนยันความบริสุทธิ์ของวัฒนธรรม
วิธีแยกวัฒนธรรมบริสุทธิ์
ในทางจุลชีววิทยา ใช้วิธีการต่อไปนี้เพื่อให้ได้วัฒนธรรม axenicสิ่งมีชีวิต:
- วิธีการทางกล (การเพาะเชื้อบนจานเพาะเชื้อด้วยไม้พายหรือห่วง เพาะเชื้อโดยการเจือจางวุ้น - แผ่จาน วิธีแยกตามการเคลื่อนไหวของจุลินทรีย์)
- ชีวภาพ - วิธีการที่สัตว์ทดลองที่ไวต่อเชื้อโรคติดเชื้อ นี่คือวิธีที่แยกวัฒนธรรมบริสุทธิ์ของแบคทีเรียออกจากร่างกายของหนู (เช่น โรคปอดบวมและแบคทีเรียทูลาเรเมีย)
- วิธีการเลือกความต้านทานของจุลินทรีย์ต่อปัจจัยบางอย่าง ตัวอย่างเช่น เมื่อถูกความร้อน แบคทีเรียที่สร้างสปอร์ทั้งหมดจะตาย ในขณะที่แบคทีเรียที่ไม่สร้างสปอร์จะยังคงอยู่ในวัฒนธรรมที่บริสุทธิ์ เมื่อสัมผัสกับกรด แบคทีเรียที่ไวต่อพวกมันจะตาย ในขณะที่แบคทีเรียที่ดื้อต่อกรด (เช่น แบคทีเรียวัณโรค) จะอยู่รอดได้ ผลกระทบของยาปฏิชีวนะทำให้อาหารเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์บริสุทธิ์ที่ไม่ไวต่ออาหาร การสร้างสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจนจะแยกแอโรบิกออกจากแอโรบิก
เพื่ออะไร
ใช้วัฒนธรรมบริสุทธิ์:
- ในอนุกรมวิธานทางวิทยาศาสตร์เมื่อจำแนก (กำหนดตำแหน่งของสายวิวัฒนาการในระบบ) จุลินทรีย์
- ในการศึกษาพันธุกรรมและความแปรปรวนของสิ่งมีชีวิต
- ในการวินิจฉัยการติดเชื้อและการตรวจหาเชื้อโรค
- เมื่อแยกวัฒนธรรมบริสุทธิ์ของแบคทีเรียที่นำไปสู่การเน่าเสียของอาหาร
- ในการผลิตวิตามิน เอนไซม์ ยาปฏิชีวนะ เซรั่ม และวัคซีน
- ในอุตสาหกรรมอาหาร (การผลิตขนมปัง, ไวน์,kvass และเบียร์ (แบคทีเรียอะซิติกและยีสต์เชื้อราเซลล์เดียว), ผลิตภัณฑ์กรดแลคติก (แบคทีเรียแลคโตบาซิลลัสและกรดแลคติก))
- ในเทคโนโลยีชีวภาพและการศึกษาไวรัส
ในธรรมชาติ ทุกสิ่งแตกต่างอย่างสิ้นเชิง
ใน 90s ของศตวรรษที่ผ่านมา ทุกสิ่งเปลี่ยนไปอย่างกะทันหันเมื่อเทียบกับวัฒนธรรมที่บริสุทธิ์ ปรากฎว่าเมื่อจุลินทรีย์จากสองสายพันธุ์บริสุทธิ์รวมกันในหลอดทดลองเดียว พวกมันจะมีพฤติกรรมแตกต่างไปจากที่ทำโดยลำพัง กระบวนการทางชีวเคมีของกิจกรรมที่สำคัญมีอิทธิพล (ระงับหรือกระตุ้น) ซึ่งกันและกัน นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในไบโอมธรรมชาติ
ข้อสรุปนั้นง่าย: คุณสมบัติของวัฒนธรรมบริสุทธิ์ในห้องปฏิบัติการไม่สามารถคาดการณ์ได้จากไบโอมธรรมชาติ
การปฏิวัติจีโนม
การระบุจีโนมของจุลินทรีย์อีกครั้งหนึ่งได้ถูกจัดการแล้ว ในขั้นต้น สำหรับการวิเคราะห์จีโนมของจุลินทรีย์ นักพันธุศาสตร์ระดับโมเลกุลได้เลือกบริเวณของไรโบโซม RNA ที่พบได้ทั่วไปในแบคทีเรียทั้งหมด ตามความแตกต่างของลำดับนิวคลีโอไทด์ในกรดนิวคลีอิกนี้ แบคทีเรียทั้งหมดถูกกระจายบนพื้นฐานของความสัมพันธ์สายวิวัฒนาการ
กลายเป็นว่าสายพันธุ์ที่เพาะเลี้ยงและแบคทีเรียที่เราศึกษานั้นประกอบขึ้นเป็นประมาณ 5% ของแบคทีเรียทั้งหมดที่อาศัยอยู่ในโลกของเรา และแตกต่างจากสายพันธุ์ทางวัฒนธรรม เราไม่รู้อะไรเกี่ยวกับคุณสมบัติและชีวเคมีของพวกมัน
เมื่อพบลำดับที่สอดคล้องกันในจีโนมของสายพันธุ์ธรรมชาติ เราสามารถวางไว้บนต้นไม้สายวิวัฒนาการและสมมติว่าในธรรมชาติมีคุณสมบัติเหมือนกับสายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องใกล้เคียงที่สุดของเส้นบริสุทธิ์
แล้วไงต่อ
การจัดลำดับจีโนมของแบคทีเรียจากเซลล์เดียวยังคงอยู่ในอนาคต ทุกวันนี้ในขณะที่มันมีราคาแพงและยากมาก และเส้นที่บริสุทธิ์จึงยังคงเป็น "ทองสำรอง" ของจุลชีววิทยา
แม้ความยากจะยังคงอยู่ ตัวอย่างเช่น เมื่อเร็ว ๆ นี้ได้มีการศึกษาแบคทีเรียของ "นักสูบบุหรี่ดำ" ที่ก้นมหาสมุทร มีการอธิบายจุลินทรีย์และจัดลำดับจีโนมโดยไม่แยกวัฒนธรรมบริสุทธิ์
สถานการณ์คล้ายคลึงกันกับแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในความลึกของเหมืองทองคำ ปรากฎว่านี่คือกลุ่มจุลินทรีย์บริสุทธิ์ - ซึ่งเป็นลูกหลานของแบคทีเรียตัวหนึ่ง
อย่างไรก็ตาม สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ไม่ได้เติบโตบนสารอาหาร และจนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครประสบความสำเร็จในการปลูกอาณานิคมของสายพันธุ์บริสุทธิ์
ข่าวเทคโนโลยีชีวภาพ
มนุษยชาติเผชิญกับคำถามมากมายในการพัฒนาความรู้ประยุกต์สาขานี้ และไม่ใช่แค่ทางชีววิทยาเท่านั้น แต่ยังมีจริยธรรมด้วย บุคคลสามารถเปลี่ยนแปลงโลกรอบตัวเขาและไม่ทำร้ายโลกได้มากน้อยเพียงใด? คำถามยังคงเปิดอยู่
แต่วันนี้เทคโนโลยีชีวภาพกำลังเข้ามาในชีวิตของเรา ดังนั้นสายพันธุ์ของแบคทีเรียที่สามารถกินพลาสติกและย่อยสลายได้จึงได้รับการอบรมแล้ว ตราบใดที่พวกเขาทำอย่างช้าๆ แต่นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเกี่ยวกับจีโนมของพวกเขา ไม่มีใครแปลกใจที่อินซูลินของมนุษย์ทั้งหมดถูก "สร้าง" โดยแบคทีเรีย E. coli ที่ดัดแปลงพันธุกรรม
การสังเคราะห์ทางชีวภาพวันนี้ได้ส่งก๊าซชีวภาพและเชื้อเพลิงชีวภาพในรูปแบบของคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลสูงที่มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติ (ของเสียจากแบคทีเรีย เชื้อราโปรโตซัวที่แปรรูปชีวมวลของเสียของเราให้เป็นเชื้อเพลิง พลังงาน สารเคมี)
พื้นที่เพาะปลูกและน้ำจืดเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่อย่างจำกัดในปัจจุบัน เทคโนโลยีชีวภาพใหม่ (การบำบัดทางชีวภาพ) นำเสนอความเป็นไปได้ในการใช้จุลินทรีย์เพื่อฟื้นฟูศักยภาพและขจัดมลพิษ
และก็เท่านั้น อนาคตอยู่ที่นี่แล้ว
