Los cultivos puros son el dogma clave de la microbiología en el siglo XX. Para entender la esencia de este concepto, vale la pena recordar que las bacterias son muy pequeñas y morfológicamente difíciles de distinguir. Pero difieren en los procesos bioquímicos, y esta es precisamente su principal característica de especie. Pero en un entorno normal, no estamos tratando con un tipo de bacteria, sino con un bioma completo, una comunidad que se influye entre sí, y es imposible destacar el papel de un microorganismo. Y aquí es donde necesitamos un cultivo puro o una cepa de una especie en particular.
Cazadores de microbios y agar-agar
La brillante idea de aislar cultivos puros de microbios pertenece al médico microbiólogo Heinrich Hermann Robert Koch (1843-1910). El que descubrió el agente causante del ántrax, el cólera y la tuberculosis y es merecidamente considerado el fundador de la bacteriología y la epidemiología.
Él es el indicadoinventó el método de cultivos puros, cuando un cultivo diluido de microbios se aplica a un medio nutritivo a base de polisacárido de agar-agar y una colonia de organismos completamente idénticos crece a partir de una célula. Es claramente visible a simple vista y es específico de cada especie.
Su invento impulsó el desarrollo de la microbiología y la taxonomía de los microorganismos. Después de todo, era posible cultivar cualquier microbio en su forma pura y examinar cien millones de células como una sola.
Sin disminuir los logros de Koch
Vale la pena señalar que los socios y estudiantes de Koch contribuyeron a esta invención. Entonces, la idea de usar agar-agar pertenece a Fanny Angelina Hesse, la esposa del asistente de Koch, W. Hesse.
Otro asistente de Koch, el bacteriólogo Julius Richard Petri (1852-1921), sugirió cultivar colonias de bacterias en platos de vidrio plano. Hoy en día, incluso los escolares conocen las placas de Petri.
Dogma de la microbiología
Cultivo puro (ascénico): un conjunto (población o cepa) de microorganismos que tienen propiedades morfológicas y bioquímicas idénticas y son descendientes de una célula.
El aislamiento de un cultivo puro implica la realización de tres etapas:
- Obtención y acumulación del cultivo de microorganismos.
- Aislamiento de cultivo puro.
- Determinación y verificación de la pureza del cultivo.
Métodos de aislamiento de cultivo puro
En microbiología, se utilizan los siguientes métodos para obtener cultivos axénicosorganismos:
- Métodos mecánicos (inoculación en placas de Petri con espátula o asa, inoculación por dilución de agar - placas para untar, método de separación basado en la motilidad de los microorganismos).
- Biológico: un método en el que se infectan animales de laboratorio susceptibles a un patógeno. Así es como se aíslan cultivos puros de bacterias del cuerpo de ratones (por ejemplo, neumococos y bacilos de tularemia).
- Métodos basados en la resistencia selectiva de los microorganismos a determinados factores. Cuando se calienta, por ejemplo, todas las bacterias que forman esporas morirán, mientras que las bacterias que no forman esporas permanecerán en cultivo puro. Cuando se exponen a los ácidos, las bacterias que son sensibles a ellos mueren, mientras que las resistentes a los ácidos (por ejemplo, el bacilo de la tuberculosis) sobreviven. El impacto de los antibióticos deja en el medio un cultivo puro de microorganismos que no son sensibles a él. Crear un ambiente libre de oxígeno separará a los aerobios de los anaerobios.
Para qué sirve
Aplican cultivos puros:
- En la taxonomía científica al clasificar (determinar el lugar filogenético en el sistema) los microorganismos.
- En el estudio de la herencia y la variabilidad de los organismos.
- En diagnóstico infeccioso y detección de patógenos.
- Al aislar un cultivo puro de bacterias que provocan el deterioro de los alimentos.
- En la producción de vitaminas, enzimas, antibióticos, sueros y vacunas.
- En la industria alimentaria (producción de pan, vino,kvas y cerveza (bacteria acética y levadura de hongos unicelulares), productos del ácido láctico (lactobacilos y bacterias del ácido láctico)).
- En biotecnología y en el estudio de virus.
En la naturaleza, todo es completamente diferente
En los años 90 del siglo pasado, todo cambió de repente con respecto a las culturas puras. Resultó que cuando los microorganismos de dos cepas puras se combinan en un tubo de ensayo, se comportan de manera muy diferente a como lo hacen solos. Los procesos bioquímicos de su actividad vital se influyen (reprimen o estimulan) unos a otros. Esto es exactamente lo que sucede en los biomas naturales.
La conclusión es simple: las propiedades del cultivo puro en el laboratorio no se pueden extrapolar a los biomas naturales.
Revolución genómica
Otro golpe lo ha asestado la identificación genómica de microorganismos. Inicialmente, para el análisis genómico de los microorganismos, los genetistas moleculares eligieron una región de ARN ribosomal común a todas las bacterias. De acuerdo con las diferencias en la secuencia de nucleótidos de este ácido nucleico, todas las bacterias se distribuyeron sobre la base de una relación filogenética.
Fue entonces cuando resultó que las cepas cultivadas y las bacterias que estudiamos constituyen aproximadamente el 5% de todas las bacterias que habitan nuestro planeta. Y, a diferencia de las cepas culturales, no sabemos nada acerca de sus propiedades y bioquímica.
Habiendo encontrado la secuencia correspondiente en el genoma de una cepa natural, solo podemos ubicarla en el árbol filogenético yasuma que en la naturaleza tiene las mismas propiedades que la cepa más cercana de una línea pura.
¿Y qué sigue?
La secuenciación del genoma bacteriano a partir de una sola célula aún está en el futuro. Hoy en día, si bien es caro y muy difícil. Y así, las líneas puras siguen siendo la "reserva dorada" de la microbiología.
Aunque las dificultades persisten. Por ejemplo, recientemente se han estudiado las bacterias de los "fumadores negros" que se encuentran en el fondo del océano. Se describió el microorganismo y se secuenció su genoma sin aislar un cultivo puro.
Existe una situación similar con las bacterias que viven en las profundidades de las minas de oro. Resultó que esta es una línea pura de microorganismos, los descendientes de una bacteria.
Sin embargo, estos organismos no crecen en medios nutritivos, y hasta ahora nadie ha tenido éxito en hacer crecer una colonia de una cepa pura.
Noticias de biotecnología
La humanidad se enfrenta a muchos interrogantes en el desarrollo de esta rama del conocimiento aplicado. Y no solo biológica, sino también ética. ¿Hasta qué punto puede una persona cambiar el mundo que le rodea y no dañarlo? La pregunta sigue abierta.
Pero hoy la biotecnología se está introduciendo en nuestras vidas. Entonces, ya se han criado cepas de bacterias que pueden alimentarse del plástico y descomponerlo. Siempre y cuando lo hagan despacio. Pero los científicos están trabajando en su genoma. A nadie le sorprende que toda la insulina humana sea "fabricada" por la bacteria E. coli modificada genéticamente.
Una biosíntesis artificialya hoy nos suministra biogás y biocombustibles en forma de carbohidratos de alto peso molecular de origen natural (los productos de desecho de bacterias, hongos protozoarios que procesan la biomasa de nuestros desechos en combustible, energía, productos químicos).
La tierra cultivable y el agua dulce son hoy en día el componente más importante de los recursos naturales limitados. Las nuevas biotecnologías (biorremediación) ofrecen la posibilidad de utilizar microorganismos para restaurar su potencial y eliminar contaminantes.
Y eso es todo: el futuro ya está aquí.
