מבוא: היסטוריה של המיקרוביולוגיה

מטרות השיעור

  • סקירת הדמויות המרכזיות והתגליות החשובות בתולדות המיקרוביולוגיה.
  • הבנת שרשרת האירועים שהובילה להתפתחות המדע ותרומתו לתחומים כמו רפואה וחקלאות.
  • דגש למבחן: חלקים מההרצאה יופיעו בבוחן האמצע, בעיקר בשאלות המקשרות בין חוקר לתגלית והבנת משמעות התהליכים.

מחלות זיהומיות בהיסטוריה

  • מחלות זיהומיות, הנגרמות על ידי מיקרואורגניזמים, היו אחראיות לשיעורי תמותה גבוהים לאורך ההיסטוריה.
  • במשך אלפי שנים, בני האדם לא היו מודעים לקיומם של גורמי המחלה (חיידקים או נגיפים).

תחפושת רופא המגפה

  • דוגמה לניסיון מוקדם להתגונן מפני “מזהמים” הייתה התחפושת של רופאי המגפה.
  • המסכה כללה מקור ארוך דמוי מקור נשר, שבקצהו הונחו צמחי מרפא וחומרים ריחניים.
  • האמונה הייתה שחומרים אלו יטהרו את האוויר הנשאף וימנעו הידבקות.

שימוש במיקרואורגניזמים לפני גילויים

שימושים מסורתיים

  • תעשיית המזון: שימוש בשמרים להתפחת לחם ולתסיסה אלכוהולית (יין ובירה).
  • שימושים אלו נעשו במשך מאות שנים ללא כל ידיעה על קיומם של המיקרואורגניזמים האחראים לתהליכים.

מודעות מוקדמת להדבקה

  • התייחסות למחלות מדבקות מופיעה כבר בכתבים עתיקים.
  • דוגמה מהתנ”ך: הנחיות שניתנו למשה ולאהרון בנוגע לנגע הצרעת כללו הוראות לבידוד, חיטוי וכיבוס בגדים, המעידות על הבנה בסיסית של מנגנוני הדבקה והצורך בהיגיינה.

התפתחות הידע המדעי

חיסונים מוקדמים

  • אדוארד ג’נר נחשב לאבי תורת החיסונים בזכות פיתוח החיסון נגד אבעבועות שחורות.
  • תגליתו הושגה באמצעות ניסוי וטעייה, ללא הבנה של גורם המחלה (האטיולוגיה) או מנגנון הפעולה של החיסון.

חשיבות המיקרוסקופ

  • ההתפתחויות במיקרוביולוגיה היו תלויות באופן ישיר בפיתוח אמצעי תצפית.
  • נדרש מיקרוסקופ כדי לצפות במיקרואורגניזמים, והתחום התקדם במקביל להתפתחות הטכנולוגית, ממיקרוסקופ אור פשוט ועד למיקרוסקופ אלקטרונים מודרני.

גילוי מאוחר של נגיפים

  • נגיפים התגלו זמן רב לאחר החיידקים.
  • הסיבה: הבדל בסדרי הגודל. הנגיפים קטנים משמעותית מחיידקים, וניתן היה לצפות בהם רק לאחר המצאת המיקרוסקופ האלקטרוני.

אנתוני ואן לוונהוק: אבי המיקרוביולוגיה

רקע אישי

  • מקצוע: סוחר בדים הולנדי.
  • תחביב: ליטוש עדשות ובניית מיקרוסקופים.
  • שנה: 1674.

התגלית

  • באמצעות מיקרוסקופ פשוט שבנה בעצמו, בחן דגימות מים וגילה “יצורים זעירים שזזים”.
  • הוא כינה אותם “Animalcules” (חיות זעירות). היום אנו יודעים שהיו אלה חיידקים ופרוטוזואה.

תיעוד התגלית

  • במכתב לחברה המלכותית בלונדון (1679), תיאר לוונהוק בהתפעלות את תצפיותיו: “מקלות קטנטנים ירקרקים… בעלי חיים רבים, חלקם עגולים, חלקם מעוקלים… תנועתם מהירה מאוד בכיוונים שונים… התפעלותי עברה כל גבול.”

זיהוי מורפולוגיות

  • מתיאוריו ניתן לזהות צורות חיידקים בסיסיות:
    • קוקים: חיידקים עגולים, לעיתים בשרשראות (סטרפטוקוקים) או באשכולות.
    • בצילים: חיידקים בצורת מתג.
    • ספירילים: חיידקים בצורת סליל.

משמעות התגלית

  • למרות שלא היה מדען בהכשרתו, תגליתו של לוונהוק נחשבת לנקודת המוצא של علم המיקרוביולוגיה.
  • עם זאת, תצפיותיו לא זכו להכרה מיידית והוזנחו במשך כ-200 שנה.

תיאוריית הבריאה הספונטנית (Abiogenesis)

התיאוריה

  • תקופה: מימי אריסטו ועד אמצע המאה ה-19.
  • טענה: יצורים חיים יכולים להיווצר באופן ספונטני מחומר דומם.
  • דוגמאות: האמונה שצפרדעים נוצרות מבוץ, וזבובים נוצרים מבשר רקוב.

“המתכון” של ואן הלמונט (1652)

  • כימאי ופילוסוף הציע “מתכון” ליצירת עכברים: יש להניח בגדים תחתונים מלוכלכים בצנצנת עם גרגירי חיטה, ולאחר 21 יום “החיטה תהפוך לעכברים”.
  • המציאות: העכברים נמשכו לחיטה כמקור מזון. הניסוי היה שגוי מיסודו.

לאדזרו ספלנצאני: הפרכת תיאוריית הבריאה הספונטנית

רקע ותרומות

  • ביולוג ופיזיולוג איטלקי, שהיה גם כומר קתולי.
  • הפרכת הבריאה הספונטנית: הוכיח שחימום (עיקור) של מצע נוזלי בצלוחיות אטומות מונע צמיחת מיקרואורגניזמים, ובכך הראה שהם אינם נוצרים יש מאין.
  • תגליות נוספות: היה הראשון שתיאר הפריה ביונקים, ביצע הזרעה מלאכותית והפריה חוץ-גופית, וחקר התחדשות איברים.

תאודור שוואן: תאוריית התא

  • פיזיולוג גרמני ואחד המדענים החשובים של המאה ה-19.
  • תרומה מרכזית: ניסח את תאוריית התא, לפיה כל היצורים החיים בנויים מתאים. תיאוריה זו היוותה בסיס להבנת המיקרואורגניזמים כיחידות חיים.
  • תגליות נוספות: גילה את האנזים פפסין במערכת העיכול ואת מעטפת המיאלין במערכת העצבים.

ג’ון טינדל: תהליך הטינדליזציה

רקע

  • פיזיקאי בריטי שעסק בחקר האור, החום והאוויר.

תרומה למיקרוביולוגיה: נבגים וטינדליזציה

  • נבגים (Spores): צורת הישרדות של חיידקים מסוימים (בעיקר גרם-חיוביים) בתנאי עקה (חום, קרינה, הרעבה). הנבגים עמידים ביותר.
  • תהליך הטינדליזציה: טינדל גילה שחימום לסירוגין של נוזלים המכילים חיידקים יוצרי נבגים יעיל להריגתם. החימום הראשון הורג את התאים הפעילים, הקירור מאפשר לנבגים לנבוט, והחימום השני הורג את התאים החדשים. זוהי שיטת סטריליזציה יעילה.

לואי פסטר: ענק המיקרוביולוגיה

רקע מקצועי

  • כימאי ופיזיקאי צרפתי, שתרומותיו למיקרוביולוגיה היו פורצות דרך.

הכניסה לתחום המיקרוביולוגיה

  • פסטר נכנס לתחום בעקבות פנייה של יצרן יינות שבנו היה תלמידו. הבעיה הייתה שחלק גדול מהיין החמיץ והתקלקל. פסטר גילה שהקלקול נגרם מפעילות של חיידקים לא רצויים, ולא מתסיסה אלכוהולית תקינה על ידי שמרים.

ניסוי צוואר הברבור

  • המטרה: להפריך סופית את תיאוריית הבריאה הספונטנית.
  • המבנה: בקבוקים בעלי צוואר ארוך ומכופף בצורת S, שהכילו מצע מזון סטרילי.
  • העיקרון: צורת ה-S אפשרה כניסת אוויר אך מנעה מחלקיקי אבק וחיידקים להגיע למצע. המצע נותר צלול. כאשר הבקבוק הוטה והנוזל בא במגע עם הצוואר המזוהם, התפתחה צמיחה מיקרוביאלית.
  • המסקנה: הזיהום מגיע מהסביבה החיצונית ואינו נוצר ספונטנית.

תהליך הפסטור (Pasteurization)

  • הרעיון: חימום מהיר של נוזלים (כמו חלב ויין) לטמפרטורה מבוקרת וקירור מהיר.
  • המטרה: להרוג את רוב החיידקים المזיקים ולמנוע קלקול, מבלי לפגוע משמעותית בטעם המוצר.
  • התהליך, שנקרא על שמו, נמצא בשימוש נרחב עד היום.

תאוריית החיידקים כגורמי מחלות

  • הקפיצה המחשבתית: פסטר הסיק שאם מיקרואורגניזמים יכולים לגרום ל”קלקול” של מזון, הם יכולים לגרום גם ל”קלקול” של בני אדם, כלומר – למחלות.
  • מוטיבציה אישית: פסטר איבד שלושה מילדיו למחלת טיפוס הבטן, מה שהניע אותו לחקור את הגורמים למחלות זיהומיות.
  • תיאוריה זו חוללה מהפכה ברפואה ובבריאות הציבור.

ג’וזף ליסטר: אבי הכירורגיה המודרנית

רקע והשראה

  • מנתח בריטי שהושפע מרעיונותיו של פסטר על חיידקים כגורמי מחלות.

חדשנותו: כירורגיה אספטית (סטרילית)

  • לפני ליסטר, זיהומים לאחר ניתוח היו שכיחים וקטלניים.
  • ליסטר פיתח שיטות ליצירת סביבה סטרילית בחדר הניתוח:
    1. ריסוס חומצה קרבולית (פנול) באוויר סביב שולחן הניתוחים.
    2. חיטוי כלים כירורגיים והשרית תחבושות בחומצה קרבולית.
  • התוצאה: ירידה דרמטית בשיעור הזיהומים והתמותה לאחר ניתוחים.

התנגדות והכרה

  • בתחילה, שיטותיו נתקלו בלעג ובהתנגדות. כתב העת הרפואI היוקרתי The Lancet כינה אותן “מגוחכות”.
  • עם הזמן, הצלחותיו הובילו להכרה עולמית. ב-1900 מונה למנתח של המלכה ויקטוריה, ונוזל חיטוי הפה ליסטרין נקרא על שמו.

פסטר: התקופה המאוחרת ופיתוח חיסונים

הכרה והנצחה

  • פסטר הפך לגיבור לאומי בצרפת. על שמו הוקם מכון פסטר בפריז, מרכז מחקר מוביל עד היום, שבו הוא גם קבור.

פיתוח חיסונים מוחלשים

  • התיאוריה: ניתן להחליש (attenuation) את אלימותו של גורם מחלה באמצעים כימיים או פיזיקליים, ולהשתמש בו כדי ליצור חיסון.
  • ניסוי התרנגולות: פסטר גילה במקרה שתרבית ישנה של חיידקי כולרת העופות לא הרגה תרנגולות, אלא הקנתה להן חסינות מפני הדבקה בתרבית אלימה וטרייה. כך נולד הרעיון של חיסון מוחלש.
  • ניסוי הגחלת (Anthrax): בניסוי פומבי מפורסם, חיסן פסטר קבוצת כבשים בתרבית מוחלשת של חיידקי גחלת. לאחר מכן, הדביק את הקבוצה המחוסנת וקבוצת ביקורת בחיידקים אלימים. כל הכבשים המחוסנות שרדו, בעוד כל הלא-מחוסנות מתו.

רוברט קוך: המייסד השותף של המיקרוביולוגיה

  • רופא ומיקרוביולוג גרמני, שנחשב למייסד שותף של התחום לצד פסטר, עמו ניהל יריבות מדעית מרה.

עקרונות קוך (Koch’s Postulates)

  • קוך ניסח ארבעה קריטריונים להוכחת קשר סיבתי בין מיקרואורגניזם ספציפי למחלה מסוימת:
    1. הימצאות: יש למצוא את המיקרואורגניזם בכל מקרי המחלה, אך לא בפרטים בריאים.
    2. בידוד: יש לבודד את המיקרואורגניזם מהחולה ולגדלו בתרבית טהורה.
    3. גרימת מחלה: הזרקת התרבית הטהורה לחיית מעבדה בריאה צריכה לגרום לאותה מחלה.
    4. בידוד חוזר: יש לבודד מחדש את אותו מיקרואורגניזם מחיית המעבדה שחלתה.
  • כיום, מסיבות אתיות, לא משתמשים בכל העקרונות, אך הם מהווים בסיס לאבחון מיקרוביולוגי.

פיתוח מצעי גידול מוצקים

הצורך בתרבית טהורה

  • כדי ליישם את עקרונותיו, קוך היה זקוק לדרך לגדל חיידקים בתרבית טהורה.
  • שיטות ראשוניות: שימוש בפרוסות תפוחי אדמה ובג’לטין כמצע גידול מוצק.

בעיות הג’לטין

  1. רגישות לחום: הג’לטין נמס בטמפרטורת הגוף (37°C), הטמפרטורה האידיאלית לגידול חיידקים רבים.
  2. פירוק על ידי חיידקים: חיידקים מסוימים מפרישים אנזימים המפרקים ג’לטין.

ריצ’רד פטרי ופאני הסה: מהפכה במעבדה

צלחת פטרי

  • ריצ’רד פטרי, עוזרו של קוך, המציא את צלחת פטרי – צלחת זכוכית (כיום פלסטיק) שטוחה עם מכסה, המאפשרת גידול נוח ומעקב אחר מושבות חיידקים בסביבה סטרילית.

גילוי האגר

  • פאני הסה (Fanny Hesse), אשתו של עוזר אחר במעבדתו של קוך, הציעה להשתמש באגר (Agar) כמקשה למצע הגידול. היא השתמשה בו להכנת ריבות וקינוחים.
  • יתרונות האגר:
    1. יציבות בחום: נמס בטמפרטורה גבוהה (כ-85°C) ומתמצק בטמפרטורה נמוכה יותר, ונשאר מוצק ב-37°C.
    2. עמידות: רוב החיידקים אינם מסוגלים לפרק אותו.
  • השילוב של צלחת פטרי ואגר חולל מהפכה במיקרוביולוגיה ומאפשר בידוד וזיהוי חיידקים עד היום.

חיים ויצמן: מיקרוביולוגיה בשירות הציונות

  • פרופסור לכימיה, נשיאה הראשון של מדינת ישראל ומייסד מכון ויצמן למדע.

התגלית הביוכימית

  • ויצמן פיתח תהליך תסיסה באמצעות החיידק Clostridium acetobutylicum לייצור אצטון ובוטנול מעמילן.
  • חשיבות: אצטון היה חומר גלם חיוני לייצור קורדיט (אבק שריפה ללא עשן) עבור הצבא הבריטי במלחמת העולם הראשונה.

ההשלכה הציונית

  • תרומתו למאמץ המלחמתי הבריטי העניקה לו השפעה פוליטית רבה.
  • ויצמן ניצל את מעמדו כדי לקדם את המטרה הציונית, מה שהוביל להצהרת בלפור (1917), בה התחייבה ממשלת בריטניה לתמוך בהקמת בית לאומי לעם היהודי בארץ ישראל.

עדה יונת: פרס נובל ישראלי

  • מדענית ישראלית מהמחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן, כלת פרס נובל לכימיה לשנת 2009.

התגלית: מבנה הריבוזום

  • יונת ועמיתיה פענחו את המבנה התלת-ממדי של הריבוזום – “בית החרושת לחלבונים” של התא.

חיבור למיקרוביולוגיה ואנטיביוטיקה

  • אנטיביוטיקה: אנטיביוטיקות רבות פועלות על ידי עיכוב פעולת הריבוזום החיידקי, ובכך מונעות מהחיידק לייצר חלבונים חיוניים.
  • פענוח מבנה הריבוזום אפשר להבין לעומק את מנגנון הפעולה של אנטיביוטיקות קיימות ולפתח תרופות חדשות ויעילות יותר, כולל טיפולים נגד סרטן.

סיכום: נקודות מפתח

אבני דרך בהיסטוריה

  1. לוונהוק (1674): גילוי עולם המיקרואורגניזמים.
  2. ספאלנצאני ופסטר: הפרכת תיאוריית הבריאה הספונטנית.
  3. טינדל: פיתוח שיטת הטינדליזציה לעיקור נבגים.
  4. פסטר: פסטור, תאוריית החיידקים כגורמי מחלות, ופיתוח חיסונים מוחלשים.
  5. ליסטר: ייסוד הכירורגיה הסטרילית.
  6. קוך: ניסוח עקרונות קוך ופיתוח טכניקות לגידול תרביות טהורות.
  7. פטרי והיס: המצאת צלחת פטרי והשימוש באגר, שאפשרו את המיקרוביולוגיה המודרנית.
  8. ויצמן: שימוש תעשייתי בחיידקים והשפעתו על ההיסטוריה הציונית.
  9. יונת: פענוח מבנה הריבוזום והשלכותיו על פיתוח אנטיביוטיקות.

מגמות מרכזיות

  • התפתחות טכנולוגית: תלות ישירה בהתקדמות המיקרוסקופיה ושיטות המעבדה.
  • ממזון לרפואה: המעבר מחקר קלקול מזון להבנת מחלות זיהומיות.
  • תרומות בין-תחומיות: שיתוף פעולה בין כימאים, פיזיקאים, רופאים וביולוגים.
  • השפעה חברתית: מהפכה בבריאות הציבור, ברפואה, בתעשייה ובחקלאות.
דור פסקל
חזור לשיעור הקודם
המשך לשיעור הבא