algologické kultivační techniky

Historie spojená se studiem nebo myšlenkami o existenci mikrosvěta sahá hluboko do historie lidstva a prvotní myšlenky spojené s mikroorganismy se objevují již ve starověku. Otázka mikroorganismů se dostává výrazně do popředí, především se jí věnují lékaři v období středověkých epidemií. Zásadním se pak pro poznání mikrobiálního světa stává Antoni van Leeuwenhoek (1632 - 1727) a jeho objev jednoduchého mikroskopu, díky kterému jako první pozoruje mikroorganismy, které byly pro jeho předchůdce především abstraktním a více filosofickým než exaktním tématem, a tyto organismy označuje jako animalcules, mezi jeho pozorováními se objevují také mikroskopické řasy. Další rozvoj poznání mikrosvěta přináší zdokonalení mikroskopu Robertem Hookem (1635 – 1703), který také poprvé používá slovo buňka (lat. cellula, etymologicky odvozena od komůrky, klášterní cely). Právě objev mikroskopu a jeho zdokonalení odstartoval zlatý věk mikrobiologie.

Z dlouhého seznamu jmen z tohoto období je zásadní práce Louisa Pasteura (1822 – 1895) a Roberta Kocha (1843 – 1910), kteří stanovili základní mikrobiologická dogmata – vyvrácení abiogeneze, principy očkování, sterilizace (pasterizace), mikroorganismy jako původci chorob. Nově získané poznatky v mikrobiologii pak utřídil a systematicky zpracoval Ferdinand J. Cohn (1829 – 1898), mimo jiné autor konceptu sinic jako samostatné skupiny bakterií. Milníky v metodice kultivace mikroorganismů jsou spojena se jmény spolupracovníků R. Kocha – Julius R. Petri (1852 – 1921, kultivační misky) a Walther Hesse (1846 – 1911, agar jako kultivační médium). 

Pro kultivaci sinic a řas byl mikrobiální výzkum zásadní a poznatky z tohoto výzkumu byly a jsou základy využívané dodnes, ať už se jedná o metodiky izolací a kultivací mikroorganismů nebo jejich výživy, především práce Martina W. Beijerincka (1851 – 1931) a Sergeie N. Winogradskeho (1856 – 1953), nebo objevu antibiotik Alexandrem Flemingem (1881 – 1955).

Historie kultivace sinic a řas, jejich udržování ve sbírkách a studium jejich taxonomie, fyziologie apod. je poměrně dlouhá, a proto se následující text jen velmi stručně zmíní o zásadních osobnostech a objevech z této oblasti. Detailnější souhrn dějin tohoto oboru shrnutí například Preising & Andersen (2005) nebo Mollenhauer (2004).

První pokusy o kultivace sinic a řas s využitím kultivačního média provedl Andrei Sergeyevich Famintzin (1835 – 1918). Pravděpodobně první kultura řasy byla kultura zeleného bičíkovce rodu Haematococcus, kterou vyizoloval Ferdinand J. Cohn (1828 – 1898), a první axenická kultura řasy Chlorella byla vyizolována Martinem W. Beijerinckem (1851 – 1931) v roce 1889, tato kultura je stále udržována v několika sbírkách, tedy již 130 let, podobně úspěšně axenizoval kultury Georg Albrecht Klebs (1857 – 1918), který získával axenické kultury vláknitých a sifonálních řas pomocí izolace jejich zoospor.

Nové kultivační a izolační techniky anebo modifikace soudobých mikrobiologických technik využitelných pro sinice a řasy přinesla například práce Pierra Miquela (1850 – 1920), který je považován za zakladatele oboru aerobiologie a který zavedl dnes rutinní izolační techniky (ředící řada, izolace mikrokapilárou, organické výtažky přidávané do médií apod.). Sinice a řasy udržované v kulturách nabídly možnost studovat fyziologii těchto organismů, vliv mědi na růst sladkovodních řas studovaný na rodu Spirogyra (Otto Nägeli, 1871 – 1938), minerální výživa řas (Hans Molisch, 1856 – 1937; Wilhelm Benecke, 1868 – 1946), studium fototaxe (Felix Mainx, 1900 – 1983), objev enzymů dýchacího řetězce a jejich funkce s využitím studia mikrořas (Nobelova cena za fyziologii a medicínu, Otto Henrich Warburg, 1883 – 1970).  V oblasti fyziologie řas byli dále významní Edgar Allen (1866 – 1942) věnující se především mořským řasám – kultury mořských rozsivek rodů Chaetoceros, Skeletonema, Thalassiosira, designování umělé mořské vody, pochopení významu železa a jiných stopových prvků pro řasy apod. V oblasti fyziologie řas, a především metabolismu stopových prvků byl Luigi Provasoli (1908 – 1992), autor mnoha kultivačních médií, studium metabolismu prvků, efekt chelatace, purifikace kultur s využitím antibiotik apod.

Možnost pracovat s kulturami přinášela také posun v taxonomii sinic a řas – Wilhelm Vischer (1890 – 1960) studoval kultury terestrických řas, především zelených řas (Chlorophyceae) a různobrvek (Xantophyceae), kultury sinic a řas při taxonomickém studium a studiu životních cyklů využíval také Lothar Geitler (1899 – 1990), Robert Chodat (1865 – 1934, sbírka asi 300 řasových axenických kultur) a mnoho dalších. K těmto účelům slouží kultury sinic a řas dodnes.  

V počátcích kultivací mikroorganismů, včetně sinic a řas, a sbírek mikrobiálních kultur je výrazná česká stopa. Pravděpodobně úplně první sbírka mikrobiálních kultur vznikla v roce 1890 na Německé univerzitě v Praze a jejím zakladatelem byl František Král (1846 – 1911) pod oficiálním názvem Král’sche Sammlung von Mikroorganismen. Jeho katalog kultur byl poprvé publikován v roce 1900 a obsahoval kolem 800 kmenů zahrnujících patogeny lidí a zvířat, anaerobní bakterie, mikroorganismy spojené s kvasnými procesy a s mlékárenstvím, houby a řasy. Králova sbírka fungovala jako klasická servisní sbírka, poskytující materiál dalším organizacím (Sly et al., 1990). Druhou českou stopu ve spojení se sbírkami sinic a řas zanechal Václav Uhlíř (1892 – 1915) pracující v Laboratoři rostlinné fyziologie Univerzity Karlovy v Praze, kde udržoval kultury na Petriho miskách s filtračním papírem nasyceným půdním extraktem a pod nepřetržitým žárovkovým osvětlením. Bohužel V. Uhlíř padnul v první světové válce a jeho sbírka zanikla (Lukavský, 2003).  Součástí sbírky V. Uhlíře byly izoláty symbiotických sinic rodu Nostoc z lišejníku rodu Collema, podobně Jan Hořejší (1885 - 1957) izoloval symbiotické sinice druhu Trichormus cycadearum, který poměrně detailně popsal včetně jeho interakce s rostlinami cykasu (Hořejší, 1910a,b). Pokračovatelem V. Uhlíře se stal rostlinný fyziolog Silvestr Prát (1895 – 1990), který úspěšně izoloval a kultivoval některé druhy sinic (např. některé zástupce rodu Oscillatoria), jeho sbírka však pro nedostatek prostředků zanikla. Silvestr Prát však vstupuje do historie českých sbírek ještě jednou, kdy po druhé světové válce přebírá původní sbírku kmenů, kterou na Německé univerzitě vytvořil Ernst Georg Pringsheim (viz výše) a kterou během války spravoval Pringsheimův spolupracovník Viktor Czurda (1897 – 1945). Silvestr Prát tuto sbírku po válce převzal a spolu s jeho spolupracovníky tuto sbírku rozšířili, např. také o izoláty mechů a játrovek. V šedesátých letech založil Bohuslav Fott (1908 – 1976) sbírku na katedře botaniky Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, sbírka funguje dodnes. Sbírka sinic a řas v Třeboni vznikla v roce 1960 jako součást Algologické laboratoře Mikrobiologického ústavu ČSAV, jejími zakladateli byli Jiří Komárek (*1931) a František Hindák (1937 – 2019), primární účel sbírky byl v hledání zajímavých produkčních kmenů. V období normalizace hrozil sbírce zánik a o její záchranu se zasloužil botanik Slavomil Hejný a sbírka se roku 1979 stala součástí Botanického ústavu AV ČR a je jeho součástí dodnes (Lukavský, 2003).