Dopisek „Full Auto” w nazwie zestawu nie mówi nic o gatunku, odmianie ani o żadnej właściwości samego grzyba. Opisuje sposób, w jaki zbudowano opakowanie i przygotowano podłoże. Sprowadza się do trzech rzeczy: podłoże wyjaławia się w autoklawie, w folię wtapia się filtr mikroporowaty, a całość zamyka się raz i nie otwiera.
Poniżej rozkładamy ten układ od strony mikrobiologii i fizyki — co się w nim dzieje z ciepłem, wodą, gazami i mikroorganizmami. Nie znajdziesz tu wskazówek, jak doprowadzić zestaw do owocników; to tekst o konstrukcji, nie o hodowli. Treść przeznaczona dla osób pełnoletnich.
„Auto” odnosi się do braku czynności, nie do automatu
W zestawie nie ma żadnego urządzenia, czujnika ani sterownika. Słowo „auto” mówi tylko tyle, że w fazie kolonizacji podłoża układ nie wymaga ingerencji z zewnątrz. Wszystkie parametry, które da się ustawić, ustawia się przed zamknięciem.
Grzybem, o którym mowa, jest w praktyce Psilocybe cubensis — gatunek, który zdominował hodowlę laboratoryjną nie przez moc, lecz przez łatwość prowadzenia w kulturze. Nazwy odmian, które widnieją na zestawach, są etykietami linii hodowlanych, a nie odrębnych gatunków. Konstrukcja opakowania jest przy tym ta sama niezależnie od tego, która nazwa jest na naklejce.
Autoklaw: dlaczego 121 °C, a nie wrzątek
Podłoże do zestawów to materiał odżywczy — wilgotny, ciepły, obojętny chemicznie i bogaty w węglowodany. Dla grzybni jest to zasób. Dla pleśni i bakterii dokładnie tak samo. Zanim cokolwiek zostanie zaszczepione, ten zasób trzeba wyzerować biologicznie.
Gotowanie tego nie załatwia. Woda wrząca pod ciśnieniem atmosferycznym ma 100 °C i niszczy formy wegetatywne drobnoustrojów, ale nie przetrwalniki bakterii z rodzajów Bacillus i Geobacillus. Przetrwalnik to komórka odwodniona, z rdzeniem chronionym przez kwas dipikolinowy i białka wiążące DNA — konstrukcja, która przeżywa godziny w temperaturze zabójczej dla zwykłej komórki. Dlatego stosuje się parę nasyconą pod ciśnieniem: w sterylizacji parowej dwie standardowe temperatury to 121 °C i 132 °C, a nadciśnienie służy wyłącznie temu, żeby para osiągnęła taką temperaturę.
Mechanizm zabijania zbadano na Geobacillus stearothermophilus, gatunku używanym jako wskaźnik biologiczny skuteczności autoklawu. Zespół Huesca-Espitia wykazał w 2016 roku, że przetrwalniki giną tam przede wszystkim przez uszkodzenie białek, a te zabite w autoklawie nie dają się ożywić nawet przez sztuczną germinację w podłożu wspomagającym. To bariera jednokierunkowa — nie da się jej cofnąć.
Ma to konsekwencję, którą łatwo przeoczyć. W uprawie pieczarki podłoża się nie wyjaławia, tylko kondycjonuje w temperaturze rzędu kilkudziesięciu stopni. Zostaje wtedy termofilna mikroflora, która sama utrudnia życie konkurentom; Straatsma i współpracownicy opisali w 1994 roku, jak grzyb Scytalidium thermophilum w kompoście pieczarkowym stymuluje grzybnię uprawianego gatunku. Podłoże wyjałowione takiej obrony nie ma — jest czystym, niezajętym zasobem. Skoro obrona biologiczna została usunięta razem z całą resztą, obroną musi być bariera fizyczna.
Filtr mikroporowaty: przezroczysty dla gazu, nieprzepuszczalny dla zarodnika
Tą barierą jest łata filtracyjna wtopiona w folię worka. Jej zadanie jest sprzeczne tylko pozornie: przepuścić tlen i dwutlenek węgla, zatrzymać wszystko, co niesie życie.
Skale są rozłączne. Cząsteczka tlenu ma około 0,3 nanometra. Komórki bakterii mają rząd wielkości jednego mikrometra, konidia pleśni z rodzajów Aspergillus i Penicillium — kilka mikrometrów. Filtry montowane w workach hodowlanych opisuje się zwykle skutecznością rzędu 0,2 µm, czyli poniżej rozmiaru najmniejszej rzeczy, która mogłaby się przez nie przecisnąć i zacząć rosnąć. Między cząsteczką gazu a zarodnikiem leżą cztery rzędy wielkości i to właśnie ta przepaść sprawia, że jedna bariera może być dla jednego przezroczysta, a dla drugiego szczelna.
Warto dodać, że włóknina filtracyjna nie działa jak sito. Cząstki zatrzymuje także przez bezwładność, przechwycenie na włóknach i dyfuzję — im mniejsza cząstka, tym bardziej błądzi ruchami Browna i tym większa szansa, że sama trafi na włókno. Najtrudniejsze do zatrzymania są cząstki pośrednie, w okolicach dziesiątych części mikrometra. Zarodniki i komórki są od nich znacznie większe.
Przepuszczalność ma jednak cenę i widać ją w liczbach. Lee i współpracownicy zmierzyli w 2012 roku skład gazów w workach z podłożem trocinowym, w których rosła grzybnia shiitake (Lentinula edodes). Po piętnastu tygodniach stężenie dwutlenku węgla wynosiło 3,8 ± 1,3% przy klasycznych korkach bawełnianych i 6,0 ± 1,6% przy otworach o średnicy 15 mm — wobec około 0,04% w powietrzu atmosferycznym. Innymi słowy: zamknięty worek z grzybnią to środowisko o stężeniu CO₂ sto razy wyższym niż w pokoju, i grzybnia w fazie wegetatywnej rośnie w nim bez przeszkód. Zależność między wielkością otworu a stężeniem CO₂ nie okazała się przy tym prosta ani monotoniczna — to wynik z uprawy shiitake, nie z zestawu z Psilocybe, i tak go trzeba czytać.
Wilgotność ustawia się raz — w podłożu, nie w worku
Dla mikroorganizmu nie liczy się to, ile w podłożu jest wody, tylko ile z niej jest dostępne. Miarą jest aktywność wody (aw) w skali od 0 do 1. Większość grzybów strzępkowych potrzebuje wartości wyraźnie powyżej 0,8. Skrajne kserofile schodzą znacznie niżej: przegląd Stevensona i współpracowników z 2015 roku podaje, że niektóre grzyby kserofilne kiełkują przy 0,650–0,605 aw, zwykle w środowiskach o wysokim stężeniu cukrów. Na tej samej zasadzie działa suszenie żywności — nie usuwa mikroorganizmów, tylko odbiera im wodę.
W zestawie ta wartość zostaje ustalona na etapie przygotowania podłoża, przed sterylizacją i przed zaszczepieniem. Dla porządku wielkości: w badaniach nad shiitake porównywano podłoża o wilgotności 50%, 55% i 60%. Po zamknięciu worka użytkownik nie ma na ten parametr żadnego wpływu — i o to chodzi.
Kluczowa jest tu obserwacja z pracy Shena, Royse’a i współpracowników z 2008 roku: wilgotność podłoża i przepuszczalność filtra nie są niezależnymi zmiennymi. Autorzy stwierdzili istotne interakcje między nimi w obu przeprowadzonych uprawach. Powód jest prosty — filtr to jedyna droga, którą para wodna opuszcza worek. Lee i współpracownicy zmierzyli to wprost: ubytek masy worka rósł proporcjonalnie do wielkości otworu w pokrywce.
Zamknięty worek utrzymuje więc wilgotność nie dlatego, że coś ją reguluje, tylko dlatego, że woda nie ma którędy wyjść. To nie automatyka, tylko bilans.
Dlaczego układ zamknięty jest stabilniejszy od otwartego
Powietrze w mieszkaniu nie jest mikrobiologicznie czyste. Jara i współpracownicy zbadali w 2017 roku 244 domy w aglomeracji Kansas City: średnia liczba zarodników grzybów wynosiła 4076 na metr sześcienny wewnątrz i 8899 na zewnątrz, tuż przy budynku. Skład wewnątrz w większości przypadków odzwierciedlał skład powietrza zewnętrznego. To jest tło, w którym stoi każdy zestaw.
Z tego wynika pierwsza różnica. Każde otwarcie pojemnika jest zdarzeniem inokulacyjnym — losowaniem z tej puli. Układ otwarty wymaga wielu takich zdarzeń, bo ktoś musi uzupełniać wodę, przewietrzać i korygować warunki. Układ zamknięty ma ich dokładnie jedno: zaszczepienie, wykonane w warunkach kontrolowanych, zanim worek został zgrzany. Reszta ryzyka zostaje po stronie szczelności folii, a nie po stronie rutyny.
Druga różnica dotyczy tego, co się dzieje po trafieniu. Wyjałowione podłoże nie ma mikroflory, która spowolniłaby przybysza, więc kontaminant, który wejdzie wcześnie, dostaje zasób bez konkurencji. W układzie otwartym pomyłka jest więc kosztowniejsza niż w podłożu pasteryzowanym, gdzie część mikroflory przeżywa i zajmuje nisze.
Trzecia to bezwładność. Zamknięta objętość zmienia się wolno — wilgotność i skład gazów dryfują przez tygodnie, a nie skaczą przy każdym otwarciu drzwi. Wolniejsze zmiany oznaczają mniej okazji do przekroczenia progu, przy którym warunki zaczynają sprzyjać czemuś innemu niż grzybni.
Warto przy tym pamiętać, że stabilna konstrukcja nie zastępuje biologii gatunku. Zamknięty worek z podłożem to środowisko, w którym poradzi sobie saprotrof rosnący na materii organicznej — i dlatego łysiczki lancetowatej nie da się w nim prowadzić, niezależnie od tego, jak dobrze zbudowany byłby zestaw.
Czego ta konstrukcja nie robi
Bariera działa dopóty, dopóki jest cała. Rozszczelniony zgrzew, przetarcie folii albo nacięcie zrobione z zewnątrz kończą ochronę natychmiast i bezpowrotnie — filtr nie ma jak nadrobić dziury obok siebie. Nie chroni też przed organizmami większymi niż mikroorganizmy, jeśli w folii istnieje jakiekolwiek fizyczne przejście.
Zamknięcie nie odcina zestawu od otoczenia w sensie fizycznym. Temperatura i światło działają przez folię, a bezwładność cieplna kilku litrów podłoża jest niewielka — pokój narzuca warunki niezależnie od tego, jak szczelny jest worek.
I rzecz najważniejsza dla porządku pojęć: konstrukcja opakowania nie zmienia statusu prawnego niczego, co jest w środku. Zestawy hodowlane są w Polsce legalnym produktem, natomiast doprowadzenie do wytworzenia owocników zawierających psylocybinę pozostaje niezgodne z prawem. Pytanie o to, gdzie w cyklu życiowym grzyba powstają alkaloidy, jest zaś pytaniem chemicznym, a nie konstrukcyjnym — i wymaga osobnego omówienia. Tło biologiczne samego gatunku zebraliśmy w kompendium o łysiczce kubańskiej.
Podsumowując: „Full Auto” to nazwa handlowa dla układu, w którym zerowanie biologiczne wykonano ciepłem, obronę oddano barierze filtracyjnej, a bilans wodny domknięto folią. Nic w nim nie działa samo. Wszystko zostało ustawione zawczasu i ma się nie zmieniać.
Źródła
- Effects of steam autoclave treatment on Geobacillus stearothermophilus spores — Journal of Applied Microbiology, 2016
- Steam Sterilization — Guideline for Disinfection and Sterilization — Centers for Disease Control and Prevention
- Ecology of thermophilic fungi in mushroom compost, with emphasis on Scytalidium thermophilum — Applied and Environmental Microbiology, 1994
- Effects of aeration of sawdust cultivation bags on hyphal growth of Lentinula edodes — Mycobiology, 2012
- Effects of substrate moisture content, log weight and filter porosity on shiitake (Lentinula edodes) yield — Bioresource Technology, 2008
- Is there a common water-activity limit for the three domains of life? — The ISME Journal, 2015
- Relation of indoor and outdoor airborne fungal spore levels in the Kansas City metropolitan area — Allergy and Asthma Proceedings, 2017
