מבוא והקדמה
מטרת ההרצאה
- לתת רקע על מי גילה מה בתחום המיקרוביולוגיה
- להבין איך התגליות התגלגלו ותורמות לנו היום
- חיבור לתחומים שונים: רפואה, חקלאות
- חשוב: חלקים מההרצאה יבואו לידי ביטוי בבוחן האמצע
- לא שאלות היסטוריה טהורות
- שאלות שמחברות בין חוקר לתגלית
- הבנת תרומת התהליכים
מחלות זיהומיות לאורך ההיסטוריה
- הרבה מחלות הן מחלות זיהומיות (נגרמות על ידי מיקרואורגניזמים)
- לאורך ההיסטוריה המחלות גרמו לשיעורי תמותה גבוהים
- בני האדם היו חסרי מושג לגבי קיום גורם המחלה (וירוס/חיידק)
תחפושת רופא המגפה
- מסכה עם אף דמוי נשר: הלבוש של רופאים בעבר
- בקצה המסכה שמו תחמושת ספוגה בחומר ריח נעים
- האמינו שזה מחטא את האוויר הנכנס דרך המסכה
- דוגמה למאמצים למנוע כניסת “מזעמים”
שימוש במיקרואורגניזמים לפני גילוים
שימושים מסורתיים
- תעשיית המזון:
- שמרים לצורך תפיחת לחם
- שמרים לתסיסה אלכוהולית
- משתמשים בהם ללא ידיעה על קיומם
זיהוי מוקדם של מחלות מדבקות
- התייחסות למחלות זיהומיות מופיעה בכתובים המוקדמים
- דוגמה: הנחיות מהתנ”ך למשה ואהרון
- איך להימנע מהדבקה
- חשיבות ניקוי וחיטוי
- “חשוב לכבס ולרחוץ את כל מה שנוגע בדבר טמא”
- תיאור של העברת מחלה והדבקה
- אפילו ציון משך זמן ההתרחקות מהגורם המזהם
פיתוח הידע המדעי
חיסונים מוקדמים
- חיסון של ג’נר: נחשב לאבי החיסונים
- הושג באמצעות ניסוי וטעייה
- ללא הבנה של:
- גורם המחלה
- האטיולוגיה של המחלה
- מנגנון הפעולה של הטיפול
חשיבות המיקרוסקופ
- ההתפתחויות במיקרוביולוגיה תלויות בפיתוח שיטות תצפית
- צורך במיקרוסקופ לראיית מיקרואורגניזמים
- התקדמות טכנולוגית:
- מיקרוסקופ אור פשוט
- עד מיקרוסקופ אלקטרונים
גילוי נגיפים מאוחר מחיידקים
- סיבה: הבדלי סדרי גודל
- המיקרוסקופים הראשונים לא אפשרו לראות נגיפים
- רק עם מיקרוסקופ אלקטרונים ניתן היה לראות נגיפים
אנתוני ואן לוונהוק - האב הרוחי
רקע אישי
- מקצוע: סוחר בדים הולנדי
- תחביב: ליטוש עדשות ובניית מיקרוסקופים
- שנה: 1674
תגליתו
- בנה מיקרוסקופ פשוט למדי
- הסתכל על דגימות וראה “יצורים זעירים שזזים”
- כינה אותם “חיות זעירות שנעות” (animalcules)
- היום: מבינים שמדובר בחיידקים
תיעוד התגלית
- מכתב לחברה המלכותית בלונדון (ספטמבר 1679):
- תיאור ימה פנימית עם קרקעית ביצתית
- “מקלות קטנטנים ירק-רקים”
- “בעלי חיים רבים, חלקם עגולים, חלקם מעוקלים”
- צבעים שונים וגוונים
- “תנועתם מהירה מאוד בכיוונים שונים”
- “התפעלותי עברה הגבול”
זיהוי מורפולוגיות
מהתיאורים בספרו ניתן לזהות:
- קוקים עגולים ← סטרפטוקוקים (בשרשרות)
- חיידקים בקבוצות ← קוקים
- חיידקים מטוגים ← באצילים
- חיידקים ספירליים ← ספירילים
המיקרוסקופ שלו
- שמים את הדגימה על הזכוכית
- מקור אור: אור השמש, נר, או מנורה
- לאורך השנים תיאר:
- חיידקים
- פרוטוזואה
- פטריות
- יצורים זעירים נוספים
משמעות התגלית
- למרות היותו סוחר בדים ולא חוקר מדופלק
- התגלית נחשבת לתולדת המיקרוביולוגיה
- אך לא עשתה רושם מיידי
- לא צעד מהיר לביסוס המיקרוביולוגיה כמדע
- התצפיות הוזנחו כ200 שנה
תיאוריית ההיווצרות הספונטנית
התיאוריה
- תקופה: מימי אריסטו עד מחצית המאה ה-19
- טענה: יצורים חיים נוצרים באופן ספונטני מחומרים חסרי חיים
- דוגמאות לאמונות:
- צפרדעים ותולעים נוצרים מבוץ
- זבובים ודבורים מבשר רקוב
“מתכון” של ואן הלמונט
כימאי ופילוסוף, 1652:
- לקחת בגדים תחתונים מהופשים
- להדק אותם בחוזקה לתוך צנצנת עם גרגירי חיטה
- להמתין 21 יום
- תוצאה: “גרגירי החיטה הופכים בסיוע הריח לעכברים”
המציאות: העכברים הגיעו לאכול את החיטה - הניסוי היה שגוי מעיקרו
לזארו ספאלנצאני - הפרכת התיאוריה
רקע אישי
- קומר קתולי (מפתיע!)
- ביולוג ופיזיולוג איטלקי
תרומותיו
- הפרכת התיאוריה הספונטנית:
- התנגד לטענה שיצורים נוצרים מחפצים דומים
- טען שיצורים מתפתחים מגרסאות מוקטנות של עצמם
- הוכיח שניתן להרוג חיידקים בתהליך חימום
- תגליות נוספות:
- תיאר את תהליך ההפריה ביונקים
- ניסויים בהפריה חוץ גופית והזרעה מלאכותית (ראשון!)
- תיאר יכולת התחדשות איברים ביצורים (כמו לטאות)
“פסטור של ימי קדם”
- הכינוי שניתן לו בזכות עבודתו על חיטוי והרג חיידקים
תאודור שוואן - תאורית התא
רקע
- פיזיולוג גרמני
- אחד המדענים החשובים של המאה ה-19
תרומה מרכזית
- תאורית התא: יצורים חיים בנויים מתאים
- התגליות שלו קידמו רבות את המיקרוביולוגיה
תגליות נוספות
- אנזים פפסין: תפקיד במערכת העיכול
- מעטפת המיאלין: במערכת העצבים
ג’ון טינדל - פיזיקאי במיקרוביולוגיה
רקע
- פיזיקאי בריטי
- מחקרים ב:
- אוויר
- קרינת אינפרא-אדום
- חום
- ספקטרוסקופיה
תרומה למיקרוביולוגיה: תינדליזציה
רקע על נבגים (Spores)
- חיידקים גרם-חיוביים יכולים ליצור נבגים
- תנאים לייצור נבגים:
- חום קיצוני
- חשיפה לקרינה
- ריכוז מלחים גבוה
- הרעבה
- מאפיין: הנבגים מאוד עמידים לתנאים קיצוניים
- מאפשרים לחיידק לשרוד תקופות ארוכות
תהליך התינדליזציה
- גילה: חימום חוזר ונשנה של נוזלים עם חיידקים יוצרי נבגים
- באמצעות החימום החוזר ניתן להרוג את הנבגים
- שיטת סטריליזציה יעילה
הערה על נבגים
- לא גרעין! (לחיידקים אין גרעין)
- צורת הישרדות מיוחדת
לואי פסטר - ענק המיקרוביולוגיה
רקע מקצועי
- כימאי ופיזיקאי
- תרם ל:
- כימיה
- קריסטלוגרפיה
- מיקרוביולוגיה
הכניסה למיקרוביולוגיה
- לא מרקע רפואי אלא בגלל בעיות במזון
- פנייה: מתלמיד שאביו היה יצרן יינות מפורסם בצרפת
- בעיה: הרבה יין מחמיץ והתקלקל
- היום: יודעים שנוצר חומץ בגלל חיידקים
- לא הייתה תסיסה אלכוהולית תקינה
ניסוי צוואר הברבור
המבנה
- בקבוקים עם צוואר בצורת S
- הכנסת מזון לתוך הבקבוק
- חימום הבקבוק והצינור
העקרון
- חימום גם של הצינור = סטריליזציה
- צורת ה-S מונעת כניסת חיידקים מהאוויר
- חיידקים שנכנסים נתקעים בצוואר
- מה שבבקבוק לא מזדהם
וריאציות
- שינוי תנוחת הבקבוק
- השוואה בין צוואר מחומם (סטרילי) ללא מחומם
מסקנה
- זיהום מגיע מבחוץ
- ניתן למנוע כניסה על ידי חימום וחסימה פיזית
תהליך הפסטור
הרעיון
- חימום מהיר של נוזל תסיסה פוטנציאלי
- חימום עד נקודת רתיחה מסוימת
- קירור מהיר
- מונע קלקול (הרג חיידקים)
שיום על שמו
- התהליך נקרא Pasteurization (פסטור)
- נמצא בשימוש נרחב עד היום
המעבר לרפואה
הקפיצה
- תוצאות פסטר הובילו לרעיון:
- מיקרואורגניזמים גורמים לא רק לקלקול מזון
- אלא גם ל“קלקול” של בני אדם = מחלה
מוטיבציה אישית
- אובדנים במשפחה: איבד 3 מתוך 5 ילדים לטיפוס הבטן
- התעניין במיוחד בגורם השורשי למחלה
תאורית החיידקים כגורמי מחלה
- הציע: חיידקים הם גורמי מחלה
- האטיולוגיה למחלה מסוימת
- התיאוריה התקבלה בעייתיות בתחילה
- בסופו של דבר: השפעה עמוקה מאוד על החברה
ג’וזף ליסטר - אב הכירורגיה המודרנית
רקע
- מנתח בריטי
- נחשף לרעיונות של פסטר
- שם ליסטר מוכר מליסטרין - נוזל שטיפת פה
חדשנותו
פיתוח סביבה סטרילית
- ריסוס חומצה קרבולית (פנול) בחדר הניתוח
- חומר שפסטר הציע כבקטריוצידי
- ריסוס סמוך לשולחן הניתוח
- תחבושות ספוגות בחומצה קרבולית
- שימוש לאחר הניתוח
המצב לפני כן
- ניתוחים בסביבה לא סטרילית
- כלים מלוכלכים
- ניתוחים נכשלו בגלל זיהומים (לא בגלל המנתח)
התוצאות
- ירידה חדה ומשמעותית בזיהומים לאחר ניתוחים
- פרסם ממצאים ב1867-1868 בסדרת מאמרים
התנגדות והכרה
התנגדות (1873)
- כתב העת The Lancet (יוקרתי!):
- כתב ש”כל אדם מעולם הרפואה יכול לטעון ששיטות ליסטר מגוחכות”
- יצאו נגדו בחריפות
הכרה
- היום: מוכר כאבי הכירורגיה המודרנית
- 1879: חומר החיטוי ליסטרין על שמו
- 1900: מונה למנתח של המלכה ויקטוריה
הצלת המלך אדוארד השביעי
- יומיים לפני ההכתרה: תוספתן התפוצץ
- ניתוח בפיקוחו של ליסטר
- שימוש בחומר חיטוי במהלך הניתוח
- הצלחה: המלך חזר לעמוד על רגליו
פסטר - התקופה המאוחרת
הכרה והנצחה
- הפך לאגדה וגיבור לאומי בצרפת
- הוקם על שמו מכון פסטר (Pasteur Institute)
- מקום מכובד מאוד
- מדענים רוצים להגיע שם להשתלמויות
- פסטר קבור במכון
התמקדות בחיסונים
התיאוריה
- ניתן להחליש גורמי מחלה באמצעים כימיים
- באמצעות החלשה - לחסן אנשים
- כך נולדו החיסונים הראשונים
ניסוי התרנגולות - חיסון מוחלש
הסיפור “הרשמי”
- פסטר ושותף גילו:
- תרבית ישנה של חיידקים גורמת מחלה
- הזרקה לתרנגולות ← התרנגולות חיות (לא מתות)
- תרבית טריה ← התרנגולות מתות
הסיפור “האמיתי”
- כנראה שכחו תרבית של חיידקים
- התרבית התיישנה
- הזריקו לתרנגולות ← לא מתו
המסקנה
- תרבית ישנה = חיידקים מוחלשים = לא קטלניים
- תרבית טריה = חיידקים מלאי עוצמה = קטלניים
- חיידק: Pasteurella (על שמו)
ניסוי הגחלת (Anthrax)
הניסוי (1881-1882)
- ניסוי פומבי ראשון לחיסון במחלת הגחלת
- שתי קבוצות של 25 כבשים:
- מחוסנת: הזרקת תרבית מוחלשת
- לא מחוסנת: ללא חיסון
- הזרקה של חיידקי גחלת לשתי הקבוצות
תוצאות
- כל הכבשים המחוסנות: שרדו
- כל הכבשים הלא מחוסנות: מתו
השלכות
- 1888: החל חיסון שגרתי נגד מחלת הגחלת
רוברט קוך - המייסד השותף
רקע
- רופא ומיקרוביולוג גרמני
- נחשב מייסד שותף של תחום המיקרוביולוגיה
- יריבות מרה עם פסטר
עקרונות קוך (Koch’s Postulates)
העקרונות הארבעה
- הימצאות: גורם המחלה חייב להימצא באתר המחלה
- בבני אדם או בעלי חיים חולים
- לא בבריאים
-
בידוד והפיון: צריך לבודד את החיידק ולגדל בתרבית טהורה
-
גרימת מחלה: הזרקת התרבית לגורם בריא ← התפתחות אותם סימני מחלה
- בידוד חוזר: בידוד החיידק מהגורם החולה השני + השוואה
- לוודא שמדובר באותו חיידק
שימוש כיום
- לא משתמשים בעקרונות קוך להוכחת גורם מחלה (סיבות אתיות)
- כן משתמשים לפחות בשלבים הראשונים:
- חולה עם חשד לזיהום בגרון
- לקיחת תרבית מהגרון
- שליחה למעבדה
- בידוד גורם המחלה על צלחת
פיתוח מצעי גידול
התחלת הדרך - קוך
- קוך היה זקוק לתרבית טהורה לגידול חיידקים
- שיטות ראשוניות:
- פרוסות תפוחי אדמה: זריעת חיידקים עליהן
- ג’לטין: משתמשים במטבח להכנת ג’לי
יתרונות הצלחות
- אפשר לבודד חיידקים שונים
- לכל חיידק:
- צבע מיוחד
- מושבה ייחודית
- גודל מסוים
- מאפיינים שונים לכל חיידק
בעיות הג’לטין
- נמס ביום חם (38-40 מעלות)
- חוזר למצב נוזלי
- יש חיידקים המסוגלים לפרק את הג’לטין
ריצ’רד פטרי - הצלחת
החדשנות
- צלחת פטרי: על שמו
- צלחת זכוכית פשוטה (היום מפלסטיק)
- מאפשרת לשים בתוכה מצע גידול
יתרונות
- אפשר לשים בארונות (אינקובטורים)
- ניקיון וטיפול קלים
- אפשר לעקוב אחרי מושבות
- איך נראות מושבות על פני הצלחת
- מאוד זולות
הבעיה שנותרה
- ממה להרכיב את מצע הגידול?
- ג’לטין עדיין בעייתי
פני היס - תרומת האישה הגדולה
התגלית (1884)
- בודדה פולימר גלקטוז מאצות ימיות
- נקרא אגר (Agar)
יתרונות האגר
- כמו ג’לטין: יוצר ג’ל כשממיסים במים
- הרבה יותר יציב: לא נמס בקלות
- עמיד לחיידקים: רוב החיידקים לא מסוגלים לפרק אותו
משמעות
- תרומה גדולה של אישה לתחום המיקרוביולוגיה
- עד היום משמש במעבדות ברחבי העולם
חיים ויצמן - החיידק שבזכותו הוקמה מדינת ישראל
הרקע
- פרופסור חיים ויצמן: נשיא מדינת ישראל הראשון
- מכון ויצמן: על שמו
- פקולטה לרפואה במכון נושאת את שמו
השימוש הביוכימי
התגלית
- השתמש בחיידק ככלי ביוכימי
- ייצור: אצטון ובוטנול מעמילן
- מטרה: חומרי תבערה וחומרי נפץ
חשיבות מדינית
- שני החומרים קריטיים לבריטניה באותה תקופה
- אצטון היה מחוסר מאוד
- בתמורה לתגלית: הוענק לו כבוד
ההשלכה הציונית
- ויצמן ביקש להשתמש בהשפעתו לקידום מטרה ציונית
- מטרה: הקמת מדינה יהודית בארץ ישראל
- תוצאה: הובילה להצהרת בלפור (1917)
- בה התחייבה הממשלה הבריטית
- לתמוך בהקמת מולדת לאומית יהודית בארץ ישראל
עדה יונת - פרס נובל ישראלי
רקע
- מדענית ישראלית בתחום הביולוגיה המבנית
- פרס נובל: 2009
התגלית - מבני הריבוזום
- חקר מבנה הריבוזום תלת-ממדי
- הבנת אופן פעולת הריבוזום
חיבור למיקרוביולוגיה
אנטיביוטיקות
- יש אנטיביוטיקות שמפריעות ליצירת חלבונים בריבוזום
- לא ניתן לפתח אנטיביוטיקה כזו בלי להבין איך הריבוזום עובד
יישומים נוספים
- הבנה מעמיקה של אנטיביוטיקות
- טיפולים בסרטן
- תחומים נוספים
סיכום - נקודות מפתח
אבני דרך בהיסטוריה
- לוונהוק (1674): גילוי החיידקים
- ספאלנצאני: הפרכת ההיווצרות הספונטנית
- טינדל: תינדליזציה - הרג נבגים
- פסטר: פסטור, חיסונים, גורמי מחלה
- ליסטר: כירורגיה סטרילית
- קוך: עקרונות קוך, תרבית טהורה
- פטרי: צלחת פטרי
- היס: אגר
- ויצמן: שימוש בחיידקים לייצור תעשייתי
- יונת: מבנה הריבוזום ופיתוח אנטיביוטיקות
מגמות מרכזיות
- התפתחות טכנולוגיה: מיקרוסקופים מתקדמים יותר
- ממזון לרפואה: התפתחות מבעיות תסיסה למחלות זיהומיות
- יריבויות מדעיות: פסטר וקוך
- תרומות בין-תחומיות: פיזיקאים, כימאים, ביולוגים
- השפעה חברתית: מהפכה ברפואה ובבריאות הציבור