Większość mikroorganizmów pozostaje niehodowlana; potwierdza to duża dysproporcja między komórkami obserwowana za pomocą mikroskopii, w przeciwieństwie do kilku mikroorganizmów, które udało się wyhodować za pomocą płytek agarowych. Staley i Konopka nazwali tę rozbieżność "Anomalią Wielkiej Liczby Płyt"1. Szacowana nieuwzględniona różnorodność jest poparta danymi metagenomicznymi i metatranskryptomicznymi pokazującymi wiele nowych rodzajów rozmieszczonych na krzywych liczebności rang z kilku różnych środowisk2. Mikroorganizmy, które zostały zaobserwowane (zazwyczaj przez losowe sekwencjonowanie społeczności drobnoustrojów), ale nie zostały wyhodowane, zostały określone jako "mikrobiologiczna ciemna materia"3,4.
W erze -omiki, hodowla mikroorganizmów pozostaje niezbędna do pełnej oceny danych genomowych i weryfikacji funkcji/fenotypu obecnych genów. Sekwencjonowanie hodowanych mikroorganizmów jest nadal jedynym sposobem na pewne uzyskanie kompletnych genomów, dopóki technologie takie jak metagenomika typu shotgun i genomy składane metagenomem ze środowiska nie staną się akceptowalnie nieomylne5. Oceny genomiczne w połączeniu z hodowanymi mikroorganizmami dostarczają silnych wniosków dla zrozumienia "mikrobiologicznej ciemnej materii". Wielu członków "mikrobiologicznej ciemnej materii" pełni kluczowe funkcje, które wpływają na obieg składników odżywczych i innych pierwiastków oraz produkcję cennych produktów naturalnych, wspierają systemy ekologiczne i świadczą usługi ekologiczne. Z medycznego punktu widzenia około połowa wszystkich obecnie wprowadzanych na rynek farmaceutyków to produkty i pochodne produktów z bakterii, a podejrzewa się, że profilowanie gatunków niehodowanych może ujawnić antybiotyki przyszłości. Aby uzyskać dostęp do tej niekulturalnej większości, należy zwiększyć różnorodność metodologii hodowli6. Wśród członków "mikrobiologicznej ciemnej materii" beztlenowe mikroorganizmy oligotroficzne są w dużej mierze niedostatecznie opisywane i prawdopodobnie posiadają cenne ekologicznie i przemysłowo szlaki biochemiczne7, co czyni je ważnymi celami hodowli. Jednak beztlenowe mikroorganizmy oligotroficzne są trudniejsze do hodowli niż ich tlenowe i kopiotroficzne odpowiedniki ze względu na często wymagany dłuższy czas inkubacji, wybredne warunki (np. szczególne niestandardowe temperatury in vitro) oraz stosowanie specjalistycznych receptur pożywek.
Obecne techniki rozwoju kultur członków "mikrobiologicznej ciemnej materii", w tym nowych beztlenowych oligotroficznych mikroorganizmów, znacznie poprawiły nasze zrozumienie i zwiększyły reprezentację tych mikroorganizmów w drzewie filogenetycznym. Obecne techniki wykorzystujące pożywki informacyjne do hodowli nowych mikroorganizmów (tj. pożywki, które uzyskuje się na podstawie wiedzy o mikroorganizmie lub mikroorganizmach będących przedmiotem zainteresowania) można podzielić na trzy odrębne metody. Pierwsza z metod polega na bezpośrednim usunięciu dyskretnej części środowiska w celu przeniesienia jej do komory hodowlanej in vitro, która zawiera już interesujące mikroorganizmy w membranie. Sekcja dyskretna (np. Woda morska) działa w celu zapewnienia mikroorganizmom będącym przedmiotem zainteresowania siedliska geochemicznego, z którego korzystają in situ, podczas gdy błona zatrzymuje ruch komórek w poprzek (komórki będące przedmiotem zainteresowania pozostaną w środku; obce komórki, które przybyły z sekcją dyskretną, pozostaną na zewnątrz). Poprzez włączenie związków naturalnie dostępnych dla mikroorganizmów docelowych w ich naturalnym środowisku, takie mikroorganizmy mogą być hodowane8. Druga metoda wykorzystuje metatranskryptomikę lub genomikę w celu wyjaśnienia możliwości metabolicznych, dostarczając wskazówek dotyczących zawężenia parametrów hodowli dla docelowego projektu pożywki. Takie podejście zapewnia profil ekofizjologiczny, który można wykorzystać do ukierunkowania na wzbogacanie określonych typów mikroorganizmów poza środowiskiem. Zapasy pożywki są dostosowane do zidentyfikowanych genów, które przypuszczalnie wspierają docelowe mikroorganizmy w celu zmniejszenia różnorodności wzbogacania,9,10. Jednym zastrzeżeniem jest to, że informacja genomiczna nie wnioskuje bezpośrednio o ekspresji genów, podczas gdy informacja transkryptomiczna tak.
Trzecia metoda obejmuje media informowane i symulowane przez środowisko, w odróżnieniu od pierwszej metody, która nie symuluje mediów, ale raczej wykorzystuje środowisko bezpośrednio jako źródło mediów. Ta trzecia metoda wymaga rekonesansu środowiskowego geochemii terenu zawierającego interesujące mikroorganizmy. Dzięki tej wiedzy identyfikowane są podstawowe składniki i parametry fizyczne w celu wytworzenia symulowanego podłoża opartego na informacjach środowiskowych. Pożywka jest następnie bezpośrednio infuzji osadu lub cieczy zawierającej mikroorganizmy z otoczenia do pożywki. Metoda ta ma szczególne znaczenie w przypadkach, gdy mikrobiolog zajmujący się hodowlą nie ma dostępu do wystarczających ilości środowiska źródłowego (wymaganych dla pierwszej metody) ani odpowiednich danych metatranskryptomicznych lub genomicznych (wymaganych dla drugiej metody).
Poniższy protokół jest przykładem trzeciej metody; jest on oparty na symulacji interesujących środowisk i ma na celu symulację. W protokole przedstawiono równolegle trzy receptury oparte na pożywkach ukierunkowanych na różne kultury mikroorganizmów beztlenowych nabyte w terenie. Trzy reprezentowane kultury to kultury mieszane pochodzące z gleby (zwane dalej kulturą mieszaną gleby), kultury mieszane pochodzące z odwiertu (zwane dalej kulturą mieszaną w odwiercie) oraz wyizolowany metanogen pochodzący z odwiertu (zwany dalej metanogenem izolowany w odwiercie). Tożsamości i ilości złożone w przepisach na podłoża udostępnione tutaj mają służyć jako przewodnik początkowy; Są w stanie i są zachęcani do dostosowywania się do środowiska czytelnika i interesujących go mikroorganizmów.