Inokulation

Definition und Ziel

Inokulation bezeichnet in der Mikrobiologie und Zellbiologie das Hinzufügen eines replikationsfähigen Inokulums (auch Inokulat) zu einer Zellkultur. Ein Inokulum kann beispielsweise aus einer Zellkultur oder aus Pathogenen wie Viren oder Prionen bestehen. Umgangssprachlich werden auch die Begriffe Animpfen und Beimpfung verwendet.

Ziel ist meistens eine maximale Zellteilungsrate. Dazu wird meist ausgehend von einer Startkultur ein größeres Volumen eines Nähr- oder Kulturmediums inokuliert. Das übertragene Material heißt Inokulum; von ihm und von der Qualität des Kulturmediums hängt der Erfolg der Inokulation ab.

Wachstum und Herkunft des Inokulums

Die Anzahl der Partikel im Inokulum ist besonders für erfolgreiche Kulturen in Großansätzen entscheidend. Viele Bakterien benötigen eine bestimmte Zelldichte, um in die exponentielle oder logarithmische Wachstumsphase (Log-Phase) einzutreten. Ist das Inokulum zu klein, wächst die Kultur nicht oder nur sehr langsam an.

Für die Kultivierung in großen Volumen werden in der Biotechnologie deshalb Serien immer größerer Vorkulturen verwendet, bis der eigentliche Fermenter angeimpft wird. Die Zellen können sich dabei von Anfang bis Ende in einer ununterbrochenen exponentiellen Wachstumsphase befinden.

Das Inokulum kann aus allen drei phylogenetischen Domänen der Lebewesen stammen: Archaebakterien (Archaea), Bakterien (Bacteria) und Eukaryoten (Eukarya). Stammt es aus dem Reich der vielzelligen Eukaryoten, also aus Pilzen, Pflanzen oder Tieren, wird die Kultur Gewebe- oder Zellkultur genannt. Inokula aus Protisten sowie ein- bis wenigzelligen Tieren, Pilzen und Pflanzen werden oft weiterhin als mikrobielle Kultur bezeichnet. Das Inokulum kann ein Wildtyp oder ein kultivierter Typus sein.

Wichtige Qualitätsparameter

Ein gutes Inokulum ist frisch, ausreichend groß und besitzt eine gute Zelldichte. Das Größenverhältnis wird als Volumen des Inokulums geteilt durch das Volumen der Kultur beschrieben; die Zelldichte als Anzahl der Zellen geteilt durch das Volumen.

Frisch ist ein Inokulum, wenn es nicht zu lange unter schlechten Bedingungen, etwa ungeeigneter Temperatur oder unzureichender Nahrungsversorgung, gelagert wurde. Eine Ausnahme bilden Untersuchungen von Überdauerungsstadien. Reicht die Größe oder Zelldichte nicht aus, werden Vorkulturen eingesetzt. Diese können in immer größer werdenden Serien angelegt oder in bestimmten, durch das Inokulat bedingten Zeitabständen neu angesetzt werden, damit das Inokulum ausreichend frisch bleibt.

Eine gute Kultur besitzt ein frisches Medium, dessen Nährstoffe noch nicht verbraucht sind und das alle Bedingungen für das Wachstum oder die Vermehrung des verwendeten mikrobiellen Stammes erfüllt. Je nach Stamm sind spezielle Mikrokomponenten wie Ionen, Mineralien oder Vitamine sowie bestimmte, enge pH-Bereiche erforderlich. Außerdem müssen physikalische Parameter wie Temperatur, Feuchtigkeit und Luftdruck, chemische Parameter wie die Zusammensetzung des Mediums und der pH-Wert sowie biologische Parameter wie Nährstoffversorgung, deren Zugang und mögliche Symbionten optimal gehalten werden.

Keimfreiheit ist ebenfalls Voraussetzung. Sie wird durch eine Sterilisationskontrolle geprüft und kann je nach Nährmedium und Inokulum unterschiedlich streng gehandhabt werden. Allgemein steigen mit stärkerer Sterilität die Chancen auf eine erfolgreiche Kultur, doch ein hohes Sterilitätsniveau verursacht hohe Kosten.

Weitere Verwendungen des Begriffs

Im Zusammenhang mit Impfungen bezeichnete Inokulation früher Impfungen mit Lebendimpfstoffen, zum Beispiel die Variolation. Der Sinn moderner Impfung ist die Krankheitsvermeidung durch abgeschwächte Erreger. Zu Zeiten von Robert Koch wurde dagegen im Tierexperiment zunächst versucht, durch virulente Krankheitserreger die betreffende Krankheit auszulösen. Dadurch wandelte sich die Bedeutung von der Inokulation zur Vakzination, also von der Animpfung zur Durchimpfung.

In der Sozialpsychologie beschreibt die Inokulationstheorie ein Verfahren, mit dem Einstellungen bereits im Vorfeld gegen Änderungsversuche widerstandsfähig gemacht werden. Die Methode wird auch zur Resilienz gegenüber „Fake News“ eingesetzt. Umgekehrt kann theoretisch auch eine Widerstandsfähigkeit gegenüber unerwünschten Informationen erzeugt werden. Im Rahmen der kognitiven Kriegsführung der NATO wird diese Anwendung als „pre-bunk“ bezeichnet.

Im Marketing bedeutet Inokulationsstrategie, eine Zielgruppe durch aktive Kommunikation gegen Kontra-Argumente zu immunisieren.