רוב המיקרואורגניזמים נותרים בלתי מתורבתים; זה נתמך על ידי הפער הגדול בין התאים שנצפו באמצעות מיקרוסקופיה, בניגוד למיקרואורגניזמים המעטים שגודלו בהצלחה באמצעות לוחות אגר. סטיילי וקונופקה כינו פער זה "אנומליה של ספירת הלוחות הגדולה"1. המגוון המשוער שאינו מוסבר נתמך על ידי נתונים מטאגנומיים ומטה-טרנסקריפטומיים המראים סוגים חדשים רבים המופצים בעקומות שפע דרגות מסביבות שונות2. מיקרואורגניזמים שנצפו (בדרך כלל על ידי ריצוף אקראי של רובה ציד של קהילה מיקרוביאלית) אך לא תורבתו כונו "חומר אפל מיקרוביאלי"3,4.
בעידן האומיקס, גידול מיקרואורגניזמים נותר הכרחי כדי להעריך באופן מלא נתונים גנומיים ולאמת את הפונקציה/פנוטיפ של הגנים הנוכחיים. ריצוף מיקרואורגניזמים בתרבית הוא עדיין הדרך היחידה להשיג בביטחון גנומים שלמים עד שטכנולוגיות כגון מטגנומיקה של רובה ציד וגנומים שהורכבו מטא-גנום מהסביבה יהפכו לבלתי קבילותלטעות 5. הערכות גנומיות יחד עם מיקרואורגניזמים בתרבית מספקות מסקנות חזקות להבנת "חומר אפל מיקרוביאלי". חברים רבים ב"חומר האפל המיקרוביאלי" מבצעים תפקידים חיוניים המשפיעים על מחזור חומרי מזון ואלמנטים אחרים ועל ייצור מוצרים טבעיים יקרי ערך, תומכים במערכות אקולוגיות ומבצעים שירותים אקולוגיים. מבחינה רפואית, כמחצית מכלל התרופות המשווקות כיום הן מוצרים ונגזרות של מוצרים מחיידקים, ופרופיל זנים לא מתורבתים חשוד כחושף את האנטיביוטיקות של העתיד. כדי לקבל גישה לרוב חסר תרבות זה, יש להגדיל מגוון של מתודולוגיות טיפוח6. בקרב חברי "החומר האפל המיקרוביאלי", מיקרואורגניזמים אוליגוטרופיים אנאירוביים אינם מדווחים במידה רבה, וסביר להניח שהם מחזיקים במסלולים ביוכימיים בעלי ערך אקולוגי ותעשייתי7, מה שהופך אותם למטרות חשובות של תרבית. עם זאת, מיקרואורגניזמים אוליגוטרופיים אנאירוביים קשים יותר לתרבית מאשר עמיתיהם האירוביים והקופיוטרופיים בשל זמני דגירה ארוכים יותר הנדרשים לעתים קרובות, תנאים קפדניים (למשל, טמפרטורות מבחנה לא סטנדרטיות מסוימות), ושימוש במתכוני מדיה מיוחדים.
הטכניקות המתפתחות כיום לתרבית חברי "החומר האפל המיקרוביאלי", כולל מיקרואורגניזמים אוליגוטרופיים אנאירוביים חדשניים, שיפרו מאוד את הבנתנו והגדילו את הייצוג של מיקרואורגניזמים אלה בתוך העץ הפילוגנטי. ניתן להפריד את הטכניקות הנוכחיות המשתמשות במדיה מושכלת לטיפוח מיקרואורגניזמים חדשים (כלומר, מדיה הנגזרת באמצעות ידע על המיקרואורגניזמים/ים המעניינים) לשלוש שיטות נפרדות. הראשונה מבין השיטות כרוכה בהסרה ישירה של חלק נפרד מהסביבה לצורך העברה לתא גדילה במבחנה שכבר מכיל את המיקרואורגניזמים המעניינים בתוך הממברנה. החלק הבדיד (למשל, מי ים) פועל כדי לספק למיקרואורגניזמים המעניינים את בית הגידול הגיאוכימי שבו הם משתמשים באתרם, בעוד שהממברנה עוצרת את תנועת התאים על פני (תאים בעלי עניין יישארו בפנים; תאים חיצוניים שהגיעו עם החלק הבדיד יישארו בלי). על ידי הכללת תרכובות הזמינות באופן טבעי למיקרואורגניזמים בסביבתם הטבעית, מיקרואורגניזמים כאלה יכולים להיות מתורבתים8. השיטה השנייה משתמשת במטא-טרנסקריפטומיקה או גנומיקה כדי להבהיר יכולות מטבוליות, ומספקת רמזים לפרמטרים צרים של תרבית לתכנון מדיום ממוקד. גישה זו מספקת פרופיל אקו-פיזיולוגי שניתן להשתמש בו כדי להתמקד בהעשרה של סוגים ספציפיים של מיקרואורגניזמים מחוץ לסביבה. הוראות המדיום מותאמות לגנים המזוהים הנוכחיים הנחזים לתמוך במיקרואורגניזמים הממוקדים כדי להפחית את מגוון ההעשרה,9,10. אזהרה אחת היא שמידע גנומי אינו מסיק ישירות את ביטוי הגנים, בעוד שמידע שעתוק כן.
השיטה השלישית כוללת מדיה מודעת סביבתית ומדומה, להבדיל מהשיטה הראשונה, שאינה מדמה את המדיה אלא משתמשת בסביבה ישירות כמקור לתקשורת. שיטה שלישית זו דורשת סיור סביבתי של הגיאוכימיה של אתר שדה המכיל מיקרואורגניזמים בעלי עניין. בעזרת ידע זה, רכיבים ראשוניים ופרמטרים פיזיים מזוהים כדי לייצר מדיום מדומה מודע לסביבה. לאחר מכן התווך מקבל עירוי ישיר של משקעים או נוזלים המכילים מיקרואורגניזמים מהסביבה לתוך המדיום. שיטה זו היא בעלת ערך מיוחד במקרים בהם למיקרוביולוג המטפח אין גישה לכמויות מספיקות של סביבת מקור (לפי הצורך בשיטה הראשונה) וגם לא לנתונים מטא-תעתוקים או גנומיים מתאימים (לפי הצורך בשיטה השנייה).
הפרוטוקול הבא הוא דוגמה לשיטה השלישית; הוא מושכל על ידי ומטרתו לדמות סביבות עניין. שלושה מתכוני מדיה נאיביים המכוונים לתרביות מיקרואורגניזמים אנאירוביות שונות שנרכשו בתחום מוצגים במקביל בתוך הפרוטוקול. שלוש התרבויות המיוצגות הן תרבויות מעורבות שמקורן באדמה (להלן: תרבית מעורבת קרקע), תרבויות מעורבות שמקורן מתוך קידוח (להלן: תרבית מעורבת בקידוח), ומתאנוגן מבודד שמקורו בתוך קידוח (להלן: מתאנוגן מבודד מקידוח). הזהויות והכמויות המורכבות במתכוני המדיה המשותפים כאן נועדו לשמש מדריך מתחיל; הם מסוגלים ומעודדים להיות מותאמים אישית לסביבה של הקורא ומיקרואורגניזמים של עניין.