mikrobio

A mikrobio.blog.hu oldal látogatói jól tudják, hogy munkám középpontjában a Bipolaris nemzetség áll, ezért szeretném egy kicsit részletesebben bemutatni a csoportot.

A nemzetség tagjai főként gazdasági növények fertőzésével okoznak komoly károkat. Jól ismert a kukorica levélszáradással, szár és csőkorhadással járó betegség (B. zeicola, B. maydis) és az árpán jellemző barna levélfoltosság (Bipolaris sorokiniana). További, az állati takarmányozás és humán élelmezés szempontjából fontos gazdanövények kórokozói a nemzetségből: B. oryzae, melynek fő gazdanövénye a rizs; a cukornádat támadó B. sacchari; a búzán és árpán jellemző B. zeicola, B. victoriae és B. sorokiniana (Manamgoda és mtsi. 2011, Fungal Divers 51(1):3-42). Ezek mellet előfordulnak még szója, lencse, köles, szezámmag, cirok, pálma, kávé, bab és tök gazdanövényeken is.

A Bipolaris nemzetséget az 1970-es évek óta sorolják a jelentős növényi kórokozók közé és ekkor indultak meg komolyabb kutatások a nemzetséggel kapcsolatban. Az érdeklődést az Egyesült Államokat érintő B. maydis okozta kukoricafertőzés váltotta ki, mely során az évi termés 15-20%-a odaveszett, ezzel jelentős gazdasági kárt okozva az ágazatnak.

A fertőzéshez megfelelő páratartalom és 20-30 °C közötti átlag hőmérséklet szükséges. Lényegében a növények bármely részét támadhatja a gomba és a fertőzött növényi részeken, illetve a talajban képes áttelelni. A kutatások megállapították, hogy a fertőzések kialakulásában a fajok által termelt gazda-szelektív és nem gazda-szelektív toxinoknak van szerepe (1.ábra), melyek között számos peptid, poliketid és terpén származék található (Berestetskiy 2008, Appl Biochem Micro 44(5):453-465).

Három faj a B. hawaiiensis, B. spicifera és B. australiensis a klinikai gyakorlatban is előfordul trópusi, szubtrópusi éghajlatú területeken. Főként legyengült immunrendszerű emberekben (opportunista patogén) és mezőgazdasági munkások körében jelenik meg az általuk okozott fertőzés. Elsősorban allergiás tünetekkel járó orrmelléküreg-gyulladásból és szaruhártya fekélyből izolálhatók. A humán fertőzés szempontjából fontos a nemzetségre jellemző színanyag, a melanin termelése, mely a környezeti stresszel szembeni védekezést szolgálja. Ez a szervezetben a védekezőrendszer által termelt reaktív oxigéngyökökkel, hidrolitikus enzimekkel és fagocitózissal szembeni hatékony ellenállást jelenti (Ikeda és mtsi. 2003, Microbiol Immunol 47:271-277).

Következő bejegyzésben a nemzetség tagjainak azonosítására használt módszerekről lesz szó.

Az eredeti tervhez képest kicsit megkésve írok ugyan, de remélem azért még így is érdekes lesz. Emlékeztetőül annyit írnék, hogy összeállítottunk egy rövid kísérletet, ami demonstrálja, hogy mennyi mikroorganizmus van körülöttünk, pontosabban az irodám levegőjében.

A kísérlet összeállítását követően a második napon ellenőriztem először a csészéket. A kontrollon nem volt semmilyen változás (ld. előző bejegyzés), míg a másik csészén jól láthatóan beindult az élet.

Különböző gombák apró telepei láthatók a csészén. Köztük felfedezhetők a járomspórás gombák képviselői, ezek képezték a nagyobb, szétterülő telepeket; illetve a tömlősgombák a kompaktabb telepeikkel. A járomspórás gombák (Zygomycetes) nevüket az ivaros szaporodás során létrejövő zigospóra alakjáról kapták. A csoportot általánosan jellemzi, hogy a harántfalak hiánya miatt gombafonalaik sokmagvúak. A tömlősgombák (Ascomycetes) nevüket az ivaros szaporodás végén létrejövő aszkospórákat tartalmazó tömlő alakra emlékeztető aszkuszról kapták és az előző csoporttal ellentétben itt a gombafonalak harántfalakkal tagoltak, szeptáltak. Ezek a különbségek mikroszkóppal jól láthatók, legközelebb erről mellékelek képet.

Búcsúzóul mellékelem a képet a fent látható csészéről további három nap elteltével:

A mikrobiológiai munkák során az egyik legalapvetőbb követelmény, hogy sterilen dolgozzunk. Vagyis mindig mindent csíramentesíteni kell, mielőtt használni kezdjük. Ez történhet hővel, szűrőkkel, UV-vel és kémiai úton is. A leggyakoribb a hővel történő sterilezés, ezen belül is az autoklávozás. Az autoklávozás a nedves hővel történő sterilezés egyik fajtája, melynek leggyakoribb körülményei a 120 °C és 1 atmoszféra túlnyomás fenntartása 20-30 percen keresztül. Vannak ehhez speciálisan kialakított eszközök, de lényegében egy hagyományos kuktafazékban is elvégezhető. Így minden mikrobiológiai munka első lépése, hogy a tenyésztéshez és molekuláris munkákhoz használni kívánt összes eszközt sterilezni kell (az edényektől, a vízen át a vattadugókig mindent).
A másik gyakori sterilezési módszer a szűrők alkalmazása, melyet főleg hőérzékeny komponenseket tartalmazó anyagok sterilezésére használunk. A munka folyamata során is oda kell figyelni a steril körülményekre, hiszen a levegőben rengeteg féle mikroorganizmus található, melyek ha nem vagyunk elég körültekintőek könnyen bekerülhetnek a kísérleti rendszerünkbe.
Hogy milyen sokféle mikroorganizmus van a levegőben egy egyszerű kísérlettel be is mutatom. Készítettem egy maláta kivonatot tartalmazó táptalajt. Ez a természetes táptalaj tartalmaz minden tápanyagot, amelyre a mikrobáknak szüksége van. A Petri csészébe az autoklávozás után még forrón kiöntöttem a táptalajt, amely az agarnak köszönhetően lehűlve megszilárdult (1. kép).

Ezután fedetlenül hagytam a csészét 10 percre az irodában, majd lefedtem és egy 30 °C állandó hőmérsékletre beállított - a mikroorganizmusok tenyésztésére szolgáló - inkubátorba helyeztem. A kísérleti rendszert 2 és 5 nap múlva is ellenőrzöm, és majd fotókon bemutatom az eredményeket. Természetesen ebben az esetben is használok kontrollt, mely egy olyan maláta kivonatos táptalajt tartalmazó Petri csésze, melyet a táptalaj kiöntése után egyáltalán nem nyitottam ki. Pár nap múlva már az eredményekkel jelentkezem.

Mint már az az első bejegyzésben előkerült nemzetközi törzsgyűjteményekben megtalálható gombák mellett humán szemfertőzésből izolált gombákkal is dolgozunk. Ez utóbbi esetben hozzánk már a humán szövetből tisztított izolátum érkezik a gomba növekedésének megfelelő tápanyagokat tartalmazó táptalajon (1. kép). 

A mikroorganizmusok fenntartásához biztosítani kell elegendő szén-, nitrogénforrást és vizet. Szénforrásként legalapvetőbb az egyszerű cukrok felhasználása, de a gombák fajtól függően képesek energiát nyerni poliszacharidokból (keményítő, cellulóz), szerves savakból és alkoholokból is. Nitrogén forrásként szerves nitrogén vegyületeket, aminósavakat alkalmazunk. Emellett a különböző fajok igényeinek megfelelően további tápanyagokkal, vitaminokkal kell kiegészíteni az alap táptalajt. A táptalaj összetételén túl figyelni kell a pH-ra és az adott mikroorganizmus hő és oxigén igényére is. A fenti képen egy szilárd táptalaj látható, melyben a szilárdító anyagot tengeri moszatokból készült agar képezi, míg gyakran használunk folyadék táptalajokat (tápoldat) is rázatott tenyésztés során (2. kép). Az utóbbi esetben a tenyésztés során folyamatosan rázatjuk (kevertetjük) a tápoldatot, hogy biztosítsuk a megfelelő mennyiségű oxigént az oldatban, mindezt az adott mikroorganizmus növekedése számára legmegfelelőbb hőmérsékleten.

Hogy miként érjük el, hogy csak a számunkra fontos mikroorganizmusok növekedjenek az adott táptalajon, a következő bejegyzésből megtudhatjátok.

Talán sokan nem is gondolnák, hogy ezek az apró fonalas (hifa) vagy sejtes (élesztő) szerveződésű élőlények mennyire beépültek a hétköznapi életünkbe. Negatív tulajdonságaikat viszonylag sokat látni a képernyőn a gombafertőzéseket, illetve a fürdőszobában megjelenő penészt eltávolító készítmények reklámjaiban, vagy otthon a romlásban lévő gyümölcsökön, zöldségeken és feldolgozott élelmiszeripari termékeken. Most mégis a pozitív tulajdonságaikra koncentrálnék, melyet a termelési folyamatok végén fogyasztóként élvezünk. A teljesség igénye nélkül felsorolnék néhány dolgot, melyekkel mindannyian találkozunk a hétköznapi életünk során és talán nem is vagyunk vele tisztában, hogy az adott termék előállításában milyen fontos szerepe van a mikroszkópikus gombáknak.

A legismertebb példa talán a kenyér és kelt tészták készítése. Az ilyen receptek alapját képező élesztő készítmények valójában élesztőgombák (Saccharomyces cerevisiae, sütőélesztő) tömegét tartalmazzák, melyek megfelelő környezetben - az alkoholos erjedés folyamata során - a cukor vegyületeket alkohollá és széndioxid gázzá alakítják át, ezzel növelve a tészták térfogatát és létrehozva a jól ismert lyukacsos szerkezetet, illetve az élesztővel készült ételekre jellemző finom ízt.  Ugyancsak a Saccharomyces nemzetség egyes tagjait használják a sör-, bor- és pezsgőgyártás során. Szintén megfelelő körülmények (hőmérséklet, oxigén tartalom, tápanyag) mellett a sörlét, illetve a mustot beoltják különböző, az adott termék gyártására legmegfelelőbb élesztőgombákkal, melyek az előbb említett alkoholos erjedés folyamata során létrehozzák a nagy népszerűségnek örvendő italokat.

Manapság már a citromsav termelése is gombákhoz köthető. Bár régen a citromsavat valóban citrusfélékből nyerték ki, mára már a nagyüzemi termelésben az Aspergillus nemzetségbe tartozó gombákat használják erre a célra, mely normális életműködése során termeli ezt az élelmiszer és kozmetikai ipar által is hasznosított vegyületet.

A gombák által termelt enzimek közül nagy jelentőséggel bírnak a különböző fehérjebontó enzimek, melyek a tejiparban, sajtgyártás során elengedhetetlenek. Emellett a növényi sejtfal elbontására alkalmas enzimek (pektinázok) révén a gyümölcslevek előállítása és állati takarmányozás során is fontos szerepük van.

Az élelmiszeripar mellett a gyógyszergyártás során is nagy jelentőséggel bírnak a mikroorganizmusok. Egyik legismertebb felfedezés Flemming nevéhez fűződik, aki felismerte, hogy egy penészgomba bakrtériumölő hatással rendelkezik. Ez a gomba a Penicillium nemzetségbe tartozik, melynek segítségével megindult egy manapság is használt antibiotikum, a penicillin gyártása. A penicillineken kívül mára már több ezer féle antibiotikumot gyártanak mikroorganizmusok felhasználásával. Az antibiotikumok mellett a manapság népbetegségnek számító szív és érrendszeri betegségek kezelésében használt természetes (kémiailag nem módosított) koleszterinszint csökkentő vegyületet a lovasztatint is gombák termelik.

Ez a néhány példa is jól szemlélteti, hogy előnyös tulajdonságaikat felhasználva a mikroszkópikus gombák mindennapi életünk hasznos részévé váltak.

A kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.