מיקרוביולוגיה

מטרת ההרצאה והזווית של “מיקרוביולוגים של מזון”

המרצה פתח בכותרת: “האם חיידקים הם לטובתנו או נגדנו?” והדגיש שהמטרה היא לצאת מהשיעור עם תשובה מורכבת: אותם מיקרואורגניזמים שחיים במזון “רוצים לשרוד ולהתרבות”, והמזון הוא מבחינתם נישה אקולוגית. אנחנו “מפריעים” להם באמצעות טכנולוגיות שימור ובקרת איכות/בטיחות.

ההרצאה הוגדרה כטעימה קצרה מתחום מתפתח ומעניין, עם הפניה ל textbook מומלץ של Doyle & Buchanan למי שרוצה להעמיק.

על ציר הזמן: איך בני אדם “עשו מיקרוביולוגיה” עוד לפני שידעו מה זה מיקרואורגניזמים

טכנולוגיות שימור מזון אינן חדשות:

כבר בתקופות פרהיסטוריות בני אדם זיהו שחימום וייבוש מסייעים לשימור.
גם פרמנטציות (התססות) הוצגו כטכניקה עתיקה, והיום יש “חזרה לשורשים” ושימוש מחודש בפרמנטציה לשיפור איכות המזון.
לעומת זאת, חומרים משמרים נכנסו למזון יחסית מאוחר - בעיקר באמצע המאה ה-20 (שנות ה-50), ויצרו מהפכה בטכנולוגיית המזון, אך היום יש גם ביקורת וזהירות סביב שימוש-יתר.

“לפני ואחרי לבנהוק”: לידת המדע של מיקרוביולוגיה של מזון

המרצה חילק את ההיסטוריה לשתי תקופות:

לפני אנטון ון-לבנהוק: שימור מזון היה יותר “אומנות”.
אחרי לבנהוק: הופך למדע, כי כבר ברור שבעיות במזון נובעות מיצורים זעירים שניתן לראות במיקרוסקופ.

לבנהוק תואר כמי שפיתח מיקרוסקופ פרימיטיבי (דמוי לופה) ותיעד ביומן מיקרואורגניזמים (למשל מפלאק דנטלי). הושם דגש על כך שהתיאורים שלו מלפני 300~ שנה דומים למה שרואים היום במיקרוסקופים מתקדמים.

מכאן ההגדרה של התחום: לחקור את האינטראקציות בין מיקרואורגניזמים שחיים במזון לבין המזון עצמו, כחלק מתחום אינטרדיסציפלינרי שמשלב מיקרוביולוגיה, טכנולוגיית מזון ורפואה.

למה “מראה יפה” לא אומר “בטוח”: דוגמת הירקות העליים בסופר

המרצה הציג תמונה של מדף ירקות עליים בסופר באירופה (ציין שזה בצרפת) כדי להמחיש נקודה: גם אם ירקות נראים טריים ומושכים, כמיקרוביולוגים של מזון אי אפשר להסיק מכך שהם ראויים לאכילה, כי שרשרת הייצור וההפצה מורכבת, ועלולה להכניס פתוגנים בלי סימנים חיצוניים.

הוזכרו דוגמאות לסיכונים:

פתוגנים כמו סלמונלה.
נגיפים כמו נורווירוס ורוטווירוס (ובהמשך גם הפטיטיס A).

סוגי סיכונים במזון - ומה המרצה הדגיש במיוחד

יש במזון סיכונים מסוגים שונים:

מיקרוביאליים (אחראים לרוב בעיות הבטיחות).
רעלנים ממקור צמחי/אנימלי.
רעלנים סביבתיים (למשל עקב שימוש נרחב בחומרים כימיים/מדבירים).
אלרגנים (דוגמה: תחלואה בעקבות טונה עקב היסטמין).
חומרים קרצינוגניים שעלולים להיווצר/להימצא במזון.
גורמים פיזיקליים (כולל מיקרופלסטיק).

על חומרי שימור נאמר: הם נועדו להגן מיקרוביאלית, אבל שימוש מוגזם בהם עלול להיות בעייתי-“מצד אחד אי אפשר בלי, מצד שני צריך להיזהר לא להגזים”.

נקודת דגש סטטיסטית: דיווח CDC שלפיו 1 מתוך 6 אמריקאים חולה בכל שנה ממחלות שמקורן במזון.

מי “מאכלס” את המזון? 4 קבוצות עיקריות

המרצה חילק את המיקרואורגניזמים/גורמי המחלה במזון ל-4 קבוצות:

חיידקים
נגיפים
פטריות (בעיקר עובשים)
פרזיטים/פרוטוזואה

שלוש “משפחות” תפקודיות במזון: טובים, רעים, “מכוערים”

1) מיקרואורגניזמים “טובים”

אלו שמסייעים בייצור מזון, תורמים לארומה/טעם/מרקם, ולעיתים גם לבריאות. דוגמאות:

Lactobacillus (חיידקי חומצה לקטית): פרמנטציות, יוגורט, ולעיתים תכונות פרוביוטיות (סיוע למערכת העיכול).
Leuconostoc: שימורים/החמצות כמו מלפפונים.
Pediococcus: תהליכי החמצת בשר ומוצרי נקניק (סלאמי וכד’), תורם לארומה ומרקם.

בנוסף הוזכר: מיקרואורגניזמים מסוימים יכולים לסייע גם במחזור פסולת אורגנית.

2) מיקרואורגניזמים “רעים” (מקלקלים)

אלו שפוגעים בתכונות אורגנולפטיות: מראה, ריח, טעם, ארומה, צבע. המרצה הדגים עם פסטרמה שנשכחה במקרר והתפתחה עליה צמיחה מיקרוביאלית. הכלל שנאמר במפורש:

אם המזון לא נראה טוב ויזואלית - לא נוגעים ולא אוכלים.

אבל המרצה הדגיש את ההבדל הקריטי: מזון יכול להיראות רע (קל לזהות ולהימנע), אך מסוכן יותר כשהוא נראה טוב ועדיין מכיל פתוגנים.

3) מיקרואורגניזמים “מכוערים” (פתוגנים)

אלו שעלולים לגרום לתחלואה באדם, ולא בהכרח ישנו את מראה/ריח המזון.

עובש במזון: למה “להוריד את החלק” זו טעות קשה

עלה דיון בשאלה של סטודנטית: האם אפשר להסיר עובש ולאכול את השאר. המרצה ענה חד-משמעית:

בשום פנים ואופן לא אוכלים מזון עם עובש.
גם אם לא רואים מעבר לנקודה, העובשים כבר ביצעו פעילות מטבולית והפרישו חומרים מסוכנים.

הדוגמה המרכזית: עובשים כמו Aspergillus flavus שמפרישים אפלוטוקסינים:

אפלטוקסינים הם קרצינוגנים משמעותיים.
מספיקות כמויות זעירות מאוד (פיקוגרמים) כדי להשפיע לטווח ארוך.
יש אפקט מצטבר: הצטברות בגוף עם הזמן.

דוגמת התפרצות באירופה: כשמזון נראה “בריא” אבל מסוכן

המרצה תיאר התפרצות גדולה שהתרחשה לפני כ-10–12 שנים באירופה (בעיקר גרמניה):

בתחילה הופנו האשמות בין מדינות סביב מקור הירקות.
בסופו של דבר זוהה שהמקור הוא נבטים (נבטי חילבה) שהגיעו ממצרים והיו מזוהמים ב-E. coli פתוגני אגרסיבי.
תוארו פגיעות קשות כולל סיבוכים חמורים כמו פגיעה כלייתית.

המסקנה: מזון גלובלי חייב בדיקות קפדניות, וסלטים/ירקות עליים מסוכנים יותר כי לרוב לא עוברים בישול.

איכות מול בטיחות - ההבחנה שחייבים לזכור

המרצה ביקש ממש “לתפוס” את ההפרדה:

איכות = פגיעה בתכונות אורגנולפטיות (מראה/ריח/טעם).
בטיחות = תחלואה באדם עקב פתוגנים/רעלנים.

וגם ההיפוך החשוב:

מקלקלים לא בהכרח גורמים תחלואה.
פתוגנים לא בהכרח מקלקלים או משנים מראה.

דוגמאות לפתוגנים

חיידקים

Salmonella
E. coli
Shigella
Bacillus cereus
Listeria monocytogenes (מסוכן במיוחד לאוכלוסיות מוחלשות ובהריון, עם קשר להפלות)
Campylobacter jejuni

נגיפים שחשוב לזכור

Norovirus
Rotavirus
Hepatitis A (HAV)

עובשים

Aspergillus flavus ← אפלטוקסינים (קרצינוגניים)

שני מנגנונים מרכזיים לגרימת מחלה ממזון

יש שתי דרכים עיקריות שבהן פתוגנים גורמים למחלה:

רעלן במזון (intoxication)

החיידק מפריש רעלן למזון לפני האכילה (במהלך ייצור/אחסון). האדם אוכל את המזון והרעלן גורם לתסמינים כמו הקאות/שלשולים (הוזכר בהקשר סטפילוקוקוס).
הגעה פיזית של החיידק לגוף (infection)

החיידק מגיע עם המזון, שורד את ההגנות, ומתבסס במערכת העיכול ואף עלול לחדור לרקמות. הוזכר בהקשר סלמונלה, קמפילובקטר, ו-E. coli אגרסיבי.

מושג חשוב:

כדי שתתרחש מחלה מהסוג השני, צריך לעיתים מנה אינפקטיבית (infective dose) - והיא משתנה בין פתוגנים.

Campylobacter jejuni: למה הוא “בעיה של עוף” ומה זה זיהום צולב

במשך שנים היה קשה לגדל קמפילובקטר במעבדה עד שהבינו שצריך תנאים מיוחדים, כולל התאמות בחמצן ומצע מתאים (שימוש ב”מיץ עוף”).
קמפילובקטר קשור במיוחד לתחלואה מאכילת בשר עוף.
המקרה הקלאסי בבית: משתמשים באותו קרש חיתוך לעוף ואז לירקות ← זיהום צולב.

נשאלה שאלה על שכיחות גבוהה בישראל והאם זה קשור לשחיטה. המרצה אמר שאין לו תשובה חד-משמעית, אך העלה הסבר אפשרי: קמפילובקטר נוטה להיצמד למשטחים, ולכן תנאי סביבת העבודה/שרשרת הייצור (למשל משטחים והיגיינה) עשויים להשפיע על שכיחותו.

נגיפים במזון: למה הם מסוכנים גם כשהם לא “מתרבים”

עקרונות חשובים לגבי נגיפים במזון:

נגיפים (בניגוד לחיידקים) לא מתרבים במזון שנקטף ומאוחסן, כי הם צריכים תא חי מתחלק.
לכן הם לא “מקלקלים” את איכות המזון; הפגיעה שלהם היא בעיקר בטיחותית.
במיוחד במזונות שלא עוברים בישול: ירקות עליים, פירות יער, תותים, סלטים.

דגשים:

רוב ההתפרצויות ממזונות לא מבושלים קשורות מאוד ל-נורווירוס.
רוטווירוס הוזכר כמסוכן יחסית לילדים, ובישראל יש חיסון נגדו.
לגבי נורווירוס המרצה אמר שאינו בטוח שיש חיסון.
הפטיטיס A יכול לשרוד על תוצרת זמן רב (דובר על “שבועות”).

“מה אפשר לעשות בבית?” - שטיפה לא פותרת את בעיית הנגיפים

נשאלה שאלה פרקטית על שטיפה בבית. התשובה:

שטיפה עם מים/סבון כמעט לא תעזור מספיק.
אומדן: בגרם תוצרת אפשר להגיע ל-$10^9$ חלקיקי נגיף.
גם אם מורידים פי 1000 בשטיפה (ל-$10^6$), עדיין נשאר “מיליון” חלקיקים.
המנה האינפקטיבית יכולה להיות נמוכה: $\sim 10^3$ חלקיקים יכולים להספיק כדי לגרום להדבקה.

מסקנה: הפתרון המרכזי הוא היגיינה וחינוך בשלב הייצור (עובדים בשדה, שירותים, שטיפת ידיים), כי מקור הזיהום הנגיפי הוא לרוב הפרשות אדם חולה.

דוגמת תעשיית החלב: חלב גולמי, פסטור, ומה הוא (לא) עושה

דוגמה תעשייתית:

חלב שמופק במכון חליבה הוא חלב גולמי, והוא עלול להיות מזוהם מיקרוביאלית (עטין, ציוד, סביבת רפת, עובדים).
לכן הוא לא ראוי לשתייה לפני פסטור.

נקודה שחזרה כמה פעמים:

פסטור לא הופך את החלב לסטרילי.
הפסטור נועד להוריד עומס מיקרוביאלי בערך עד חמישה סדרי גודל (למשל מ-$10^8$ ל-$10^3$).
גם אחרי פסטור יכולים להישאר מאות/אלפים של יחידות.

המרצה ציין שיש וריאציות תעשייתיות כמו High Temperature Short Time, אבל “לא משנה איזה פסטור” - זה עדיין לא סטריליזציה.

גורמי סיכון נוספים:

אם חלב נשאר זמן רב במיכלית לא מקוררת (למשל סוף שבוע), זו סביבה טובה לסיגסוג.
במחלבות נעשות בדיקות קפדניות; אם יש עומס חריג - החלב נשפך ולא מגיע לציבור.

נשאלה שאלה האם יש עוד תהליכים מעבר לפסטור - המרצה אמר שכן:

אפשר ללכת לסטריליזציה ליצירת “חלב עמיד”.
אפשר לבצע מיקרופילטרציה להפחתת עומס נוסף. אבל הוא הדגיש שהשיפור העיקרי צריך להגיע מהפחתת העומס ההתחלתי ומהתמודדות עם פעילות מטבולית בזמן אחסון.

ביופילמים בתעשיית המזון: למה זו בעיה כרונית

המרצה תיאר את בעיית ה-Biofilms בצנרת חלב ובתעשיות מזון אחרות:

ביופילם = קהילה רב-תאית של חיידקים/מיקרואורגניזמים עם ארגון מסוים.
הם יוצרים מטריצה פוליסכרידית שעוטפת אותם ונותנת הגנה חזקה מפני תנאים פיזיקליים/כימיים/ביולוגיים.
זו בעיה כרונית כי:
- קשה להגיע עם חומרי ניקוי/חיטוי אל התאים עצמם.
- בסביבת חלב יש גם שומנים/חלבונים/לקטוז שמוסיפים שכבת “הגנה” נוספת.
- נוצרות גם בעיות של קורוזיה והתפוררות של צנרת.

נקודת פרקטיקה שהמרצה הדגיש:

בתעשיית מזון: קודם כל ניקוי טוב, ורק אחר כך חיטוי.

חיטוי לבדו כמעט לא יעיל אם לא מסירים קודם את השכבות הפיזיקליות.

במענה לשאלה על הדמיון לרפואה: המרצה אמר שברפואה ובמזון ההתמודדות קשה; הוא הזכיר שברפואה מעל 80% מהבעיות המיקרוביאליות הכרוניות נגרמות עקב ביופילמים כי אנטיביוטיקה לא עובדת היטב עליהם. בתעשייה, לעיתים נאלצים להחליף צנרת אם הבעיה מתבססת.

צורות שונות של ביופילמים

המרצה נתן “מפות” של מודלים/צורות:

ביופילם כמושבה על מצע מוצק (צלחות פטרי).
ביופילם במצב נוזלי כ-surface-attached (הקלאסי).
ביופילם מסוג Pellicle בממשק נוזל–אוויר (שכבה/קרום שאפשר “להרים”).
צברי ביופילם (aggregates) - המרצה הדגיש שזה משהו שלא תמיד שמים לב אליו, ובמיוחד בחלב חיידקים נוטים לגדול כצברים סביב גלובולות שומן (הוזכר “סקאפולד” לשומנים).

הטרוגניות, חלוקת עבודה, ודיפרנציאציה בחיידקים

המרצה הדגיש שבתוך ביופילם יש אוכלוסייה הטרוגנית:

תאים בודדים (“רווקים”), פילמנטים, צברים, וגם אנדוספורות במרכז.
האנדוספורות תוארו כצורת חיים עמידה במיוחד וקשה לפגיעה אפילו בסטריליזציה.

המסר:

ביופילם אינו “תא אחד כפול” אלא קהילה עם חלוקת עבודה.
חיידקים יכולים לעבור דיפרנציאציה ולבחור מסלולים שונים: ביופילם, ספורולציה, מוטיליות וכו’.
היכולת הזו קשורה ל”קבלת החלטות” על סמך סיגנלים סביבתיים.

מנגנון אות (signal) בחלב: חומצה בוטירית כטריגר לביופילם בבצילוס

המרצה סיפר (ברמת עיקרון, בלי להיכנס לכל השמות) על מחקר במעבדה שלו:

במערכות חלב משתחררות חומצות שומן קצרות שרשרת (כמו בוטירית, פרופיונית, אצטית).
במיוחד חומצה בוטירית מזוהה כסיגנל שמשרה מסלול יצירת ביופילם בבצילוס.
הוזכר שיש חלבון ממברנלי שמזהה את האות, מתרחש זרחון עצמי, ומתחילה קסקדה של ביטוי גנים לבניית מטריצה וביופילם.

החיבור ליישום: הבנת המסלולים יכולה לשמש:

למנוע ביופילמים לא רצויים בתעשייה,
או להפוך את הידע לכלי שמסייע בחיידקים “טובים” (למשל בהקשרים פרוביוטיים).

דוגמת יישום 1: העשרת חלב במגנזיום להפחתת ביופילמים ושיפור פסטור

המרצה הציג עבודה של סטודנטית (נועה בן-ישי):

בהעשרת חלב ביוני מגנזיום (הוזכרו ריכוזים כמו 1, 3, 5 מ״מ):
- לא נפגעה חיות החיידקים (עקומות גידול תקינות),
- אבל נפגעה היכולת ליצור צברים/ביופילמים,
- ונראתה ירידה ביצירת המטריצה הפוליסכרידית.

השלכה על פסטור:

חיידקים שהיו בחלב מועשר מגנזיום נעשו רגישים יותר לפסטור בכ-2–3 סדרי גודל (פי ~100–1000).
המרצה הציע שזה יכול לאפשר:
- להוריד טמפ’ פסטור / לקצר זמן,
- לחסוך אנרגיה,
- ולהפחית פגיעה ברכיבים “טבעיים” מיטיבים.

תוספת תעשייתית: גם איכות גבינה

נמצא שגבינות מחלב מועשר מגנזיום היו “מגובשות” יותר,
ונמדדה עלייה בשילוב חלבון בגבינה (דוגמה מספרית שהמרצה נתן: ~12 גרם לעומת כמעט 17 גרם). הוסבר כהשערה: מגנזיום מסייע בקישור חלבון ושילובו לתוך הגבינה במקום ש”ילך לאיבוד”.

דוגמת יישום 2: משטחים סופר-הידרופוביים למניעת היצמדות

המרצה תיאר שיתוף פעולה עם חוקר מהטכניון (הוזכר פרופ’ רואס פוקרוי):

פותחו משטחים/ציפויים (הוזכרו שמות כמו C24, C36, C50 ועוד שילובים/פלואורינציה).
נבדקה היצמדות של חיידקי Bacillus וגם Pseudomonas.
נמצאה מניעה גבוהה מאוד של היצמדות (הוזכר “כמעט עד 100%”).

מנגנון לפי המרצה: המשטחים סופר-הידרופוביים, ולכן מונעים מהחיידק להתקרב מספיק כדי להתבסס.