תהליכים ביוטכנולוגיים היסטוריים
תעשיית הבירה
- תהליכים ביוטכנולוגיים מבוססים על קיומם של מיקרואורגניזמים
- תעשיית הבירה היא תעשייה עתיקת ימים בעולם
- מבוססת על תהליכי תסיסה
- תהליכי התסיסה מתרחשים תודות למיקרואורגניזמים
- בעבר לא ידעו על קיומם של המיקרואורגניזמים, אבל בכל זאת ידעו לייצר בירה
- התהליך מבוסס על שמרים (Saccharomyces cerevisiae)
תהליכים נוספים
- חלב ומוצרי חלב: תהליכים של החמצה והכנת גבינות ויוגורט
- שמירת מזון: פיתוח שיטות עיקור ופסטור למניעת קלקול מזון
- היבטים רפואיים: מיקרוביולוגיה קלינית ורפואית
מיקרוביולוגיה רפואית וקלינית
תחומי התמחות
- מיקרוביולוגיה קלינית
- מחלות זיהומיות
ייחודיות התחום
“הפרטנר הנוסף” - בדומה למיילדות וגינקולוגיה:
- במיילדות: הפרטנר הוא העובר/תינוק
- במחלות זיהומיות: הפרטנר הוא האורגניזם הזיהומי
דינמיות התחום:
- התפתחות מהירה מאוד לעומת תחומים אחרים ברפואה
- דוגמה: וירוס COVID-19 (2019-2025) - שינה את העולם תוך שנים ספורות
תרומת המיקרואורגניזמים לטבע
מחזורים אקולוגיים
- מחזור פחמן
- מחזור חנקן
- חיידקים חיוניים לקיום החיים על כדור הארץ
יישומים אקולוגיים מודרניים
- שימוש בפטריות ובחיידקים מפרקי נפט לניקוי שפכים
- ניקוי אוקיינוסים משפכים כימיים
- הדברה ביולוגית במקום הדברה כימית
מיקרוביולוגיה וגנטיקה
שימוש במיקרואורגניזמים במחקר
יתרונות השימוש בחיידקים כמודל מחקרי:
- קל לגדל אותם
- מתרבים במהירות
- לא תופסים הרבה מקום במעבדה
- מאפשרים מעקב קל אחר שינויים
תרומה למדע:
- הרבה מהגנטיקה החלה באמצעות מיקרואורגניזמים
- הנדסה גנטית התפתחה תודות למיקרואורגניזמים
- שימוש בחיידקים עזר להבין תהליכים בביולוגיה מולקולרית
ביוטכנולוגיה רפואית
ייצור אינסולין
בעבר:
- הפקת אינסולין מלבלב של חזירים
- תעשייה יקרה
- האינסולין לא היה זהה לאינסולין אנושי
- תופעות לוואי אצל חלק מהמטופלים
כיום:
- הכנסת הגן לאינסולין אנושי לחיידקים
- החיידקים מפרישים אינסולין זהה לאינסולין אנושי
- תהליך זול ויעיל יותר
ייצור הורמונים
- בעבר: הפקת הורמונים משתן של נשים בתקופת המנופאוזה
- כיום: ייצור באמצעות חיידקים מהונדסים גנטית
המיקרוביום האנושי
עובדות בסיסיות
- בגוף האדם יש כ-2 ק”ג חיידקים
- לא ניתן להתקיים בלעדיהם
- יש להם תפקידים חיוניים בגוף
יחסי גומלין: סימביוזה
הגדרה: מערכת יחסים בה שני הצדדים מפיקים תועלת
דוגמאות לסימביוזה
- ויטמין K:
- חיידקים במעי מייצרים ויטמין K
- ויטמין K חיוני לקרישת הדם
- מקורות נוספים: ירקות ירוקים
- תינוקות נולדים סטריליים ורק ביום השביעי-שמיני מתחילים לייצר ויטמין K
- קשר לברית מילה ביום השמיני: אפשרי שיש רקע רפואי מעבר להלכתי
- חומצה לקטית בנרתיק:
- חיידקים מייצרי חומצת חלב שומרים על pH חומצי
- תפקידים:
- הגנה מפני חיידקים פתוגניים
- סלקציה של תאי זרע - רק החזקים ביותר עוברים
- פירוק סיבים תזונתיים:
- גוף האדם לא מסוגל לפרק תאית (cellulose)
- חיידקים במעי מפרקים סיבים תזונתיים
- דוגמה השוואתית: פרות ויונקים אחרים עם חיידקים מפרקי תאית במערכת העיכול
- ייצור ויטמינים נוספים
יחסים נוספים
קומנסליזם
- צד אחד מפיק תועלת, הצד השני לא מושפע
- דוגמה: חיידקים על העור
פרזיטיזם
- צד אחד מפיק תועלת, הצד השני ניזוק
- רלוונטי לעולם הרפואה
- החיידק מפיק תועלת ממארח האנושי, והמארח ניזוק
שינויים במיקרוביום
חיידקים “טובים” שהופכים לפתוגניים:
- דוגמה 1: קנדידה אלביקנס (Candida albicans) - פטרייה בנרתיק שבתנאים מסוימים (כמו שימוש באנטיביוטיקה) גורמת לזיהום
- דוגמה 2: E. coli - חי במעי בסימביוזה, אבל גורם ל-70% מהדלקות בדרכי השתן
המיקרוביום באתרים שונים בגוף
גיון מפתיע:
- אוכלוסיות חיידקים שונות על הלשון לעומת חניכיים ושיניים
- שוני באוכלוסיית חיידקים בין יד ימין ליד שמאל
- הבדלים בין גברים לנשים
- אוכלוסיות שונות אצל אנשים עם מחלות פסיכיאטריות
השתלת צואה (Fecal Microbiota Transplantation)
התהליך:
- לקיחת צואה מתורם בריא
- קריטריונים לתורם: דרישות מחמירות לבריאות התורם
- העברה למטופל בקפסולה או דרך אנדוסקופיה
יישומים:
- טיפול בזיהומי Clostridium difficile
- מצבים של שיבוש חמור במיקרוביום
הערה אבולוציונית:
- גורי כלבים וגורי ארנבות ניזונים מצואת האם בתחילת חייהם כדי לקבל את המיקרוביום החיוני
קלסיפיקציה של מיקרואורגניזמים
היררכיה טקסונומית
- Domain (תחום) - הרמה הגבוהה ביותר
- Kingdom (ממלכה)
- Phylum (מערכה)
- Class (מחלקה)
- Order (סדר)
- Family (משפחה)
- Genus (סוג)
- Species (מין) - הרמה הספציפית ביותר
שלושת התחומים (Domains)
- Bacteria - חיידקים
- Archaea - ארכאה
- Eukarya - אוקריוטים (כולל בני אדם, בעלי חיים, צמחים, פטריות)
הבדלים בין פרוקריוטים לאוקריוטים
| מאפיין | פרוקריוטים (Prokaryotes) | אוקריוטים (Eukaryotes) |
|---|---|---|
| דוגמאות | חיידקים וארכאה בלבד | בני אדם, בעלי חיים, צמחים, פטריות |
| גרעין תא | אין | יש |
| מבנה תא | פשוט יחסית | מורכב |
חשיבות רפואית של ההבדל
דוגמה: פניצילין (Penicillin)
- פוגע בדופן התא של חיידקים
- לתאים אנושיים אין דופן תא
- לכן: תופעות לוואי מינימליות
ניגוד: תרופות אנטי-פטרייתיות
- פטריות הן אוקריוטים כמו בני האדם
- יש מבנים משותפים
- לכן: יותר תופעות לוואי
פטריות (Fungi)
מאפיינים כלליים
- אורגניזמים אוקריוטיים
- כוללים: עובשים, שמרים, פטריות מיקרוסקופיות ומקרוסקופיות
תפקידים בטבע
- פירוק חומרים אורגניים
- החזרת יסודות (חנקן, פחמן) לאדמה
- חלק מהמחזורים הביוגיאוכימיים
פטריות פתוגניות
- גורמות למחלות בבני אדם
- דוגמה: פטרת בציפורניים, בעור, בשיער
סוגי פטריות
- עובשים (Molds) - דוגמה: Penicillium (עובש ירוק)
- שמרים (Yeasts) - דוגמה: Candida
כמויות מיקרואורגניזמים בטבע
- ליטר אחד מים באוקיינוס: כ-1 ביליון תאים מיקרוביאליים
- גרם אחד אדמה: יותר חיידקים מכמות בני האדם בעולם
- מעי אנושי: כ-100 מיליון חיידקים - פי 10 מכמות תאי הגוף
שאלה פילוסופית
מי מאחסן את מי? - האם אנחנו מאחסנים את החיידקים או הם מאחסנים אותנו?
דור פסקל