מיקרוביולוגיה

מִיקְרוֹבִּיוֹלוֹגִיָהיוונית: "μῑκρος" - מיקרוס, קטן; "βίος" - ביוס, חיים; ו-"-λογία" - לוגיה, סיומת המשמשת בשמות מדעיים רבים) היא תחום בביולוגיה, העוסק במבנה ובתפקוד של מיקרואורגניזמים - יצורים שכדי לראותם יש להשתמש במיקרוסקופ.

קיימים שלושה סוגי מיקרואורגניזמים: ארכאונים (Archaea), איקריוטים וחיידקים, הנבדלים בצורתם, בגודלם ובדרך חייהם. בנוסף לחקר מיקרואורגניזמים, התחום עוסק בחקר נגיפים, וירואידים, שהם חלקיקים מיקרוסקופיים חסרי תאים ואינם מקיימים את ההגדרה המלאה של המושג אורגניזם[1]. אך המיקרוביולוגיה חוקרת את כל היצורים הקטנים שלא ניתן לראותם בעין בלתי מזוינת גם אם אינם אורגניזמים.

במיקרוביולוגיה קיימים מספר תתי-תחומים עיקריים: תורת החיידקים (בקטריולוגיה), תורת הנגיפים (וירולוגיה), תורת הפטריות (מיקולוגיה), תורת הטפילים (פרזיטולוגיה) ותורת האצות (פיקולוגיה).

היסטוריה

Jan Verkolje - Antonie van Leeuwenhoek
אנטוני ואן לוונהוק אבי תורת המיקרוביולוגיה

סיווג המיקרואורגניזמים

סוגי מיקרואורגניזמים

Celldif
השוואה בין תא פרוקריוטי לתא איקריוטי

המחקר האנטומי של סוגים שונים של מיקרואורגניזמים מסווג אותם לשלוש קבוצות גדולות: הפרוקריוטיים (בעלי תא חסר גרעין), האיקריוטיים (בעלי תא עם גרעין) והווירוסים, שהם מיקרואורגניזמים ללא יכולת התרבות עצמית התלויים במאכסן משתי הקבוצות הראשונות לצורך התרבותם.

הפרוקריוטיים מחולקים מבחינה טקסונומית לשתי על-ממלכות:

האיקריוטים היא על-ממלכה בפני עצמה וכוללת מגוון גדלים של אורגניזמים מבין שלוש העל-ממלכות, החל מחד תאיים ועד לרב תאיים. המיקרוביולוגיה, כאמור, עוסקת רק ביצורים הקטנים ולכן עוסקת בחד תאיים כדוגמת:

אנליזות גנטיות הוכיחו שארכאונים שונים מחיידקים באותה מידה שהם שונים מאיקריוטים מבחינה פילוגנטית.

תכונות המיקרואורגניזם

הפרוקריוטים

הפרוקריוטים הם אורגניזמים שבתא שלהם אין גרעין. את הפרוקריוטים נהוג לשייך לשני טקסונים:

  • ארכאונים. רוב האקסטרמופילים (חיים בסביבות קיצוניות כגון בתנאיי חום קיצוניים, תנאי יובש, תנאי לחץ וכדומה) הם מקבוצה זו. אולם, חלק מהארכאונים חיים בסביבות רגילות כגון בביצות או במערכת העיכול כך שאי אפשר לשייך אוטומטית את הארכאונים לאקסטרמופילים, גם אם אנו מוצאים בקבוצה זו את רוב האקסטרמופילים.
  • חיידקים הם היצורים המוכרים ביותר הנמצאים בסביבתנו: בקרקע, במזון ובגוף האדם. עם זאת, חלק מהחיידקים הם אקסטרמופילים.

האיקריוטים

בניגוד לפרוקריוטים, לאיקריוטים יש גרעין שסביבו יש קרום המשמש כממברנה (מפריד בין סביבת הגרעין לסביבה שמחוץ לגרעין). הקרום וכן שלד התא גורמים לאיקריוטים להיות גדולים מהפרוקריוטים. את האיקריוטים נהוג לחלק למספר ממלכות:

גודל המיקרואורגניזם

כפי שהוזכר בהתחלה, המיקרואורגניזמים קטנים בגודלם:

תחומי מחקר במיקרוביולוגיה

במיקרוביולוגיה קיים מספר רב של תתי תחומים:

מחקרים במיקרוביולוגיה

במרוצת השנים מחקרים במיקרוביולוגיה הניבו מספר פיתוחים חשובים אשר תרמו לאנושות לשיפור אורך החיים וכן להבנת מאפיינים שונים של האורגניזם.

פסטור

Louis Pasteur
ממציא תהליך הפסטור

תהליך שהומצא באמצע המאה ה-19 על ידי לואי פסטר וקלוד ברנאר ונועד לצמצם משמעותית את מספר המיקרואורגניזמים (לרוב חיידקים ופטריות) מנוזלים, על מנת להאריך את חיי המדף של הנוזל מבלי לפגוע בערך התזונתי שלו. התהליך מתחיל מחימום הקוטל כמות ניכרת של המיקרואורגניזמים ואז קירור הנוזל לטמפרטורה נמוכה המונעת התרבות של האורגניזם ששרד את החימום. מאחורי התהליך עומד הרעיון שככל שיהיו פחות מיקרואורגניזמים בנוזל, כך יתעכב ויתארך משך הזמן שבו הנוזל אינו מתקלקל ואינו מזיק לבריאות.

עיקור וחיטוי

תהליכי העיקור (סטריליזציה, בלעז) נועדו להרוג את כל המיקרואורגניזמים הקיימים. החיטוי קוטל מיקרואורגניזמים באמצעים כימיים. שני התהליכים משמשים בתעשייה וברפואה למניעת זיהומים. התהליכים האלה מבוצעים על מיקרואורגניזמים מחוץ לגוף האדם.

פיתוח אנטיביוטיקה

אנטיביוטיקה היא קבוצת תרכובות אורגניות הגורמות למותם או להפסקת גדילתם של חיידקים. רוב האנטיביוטיקות מיוצרות באופן טבעי על ידי פטריות, חיידקים ויצורים אחרים. האנטיביוטיקות שנעשה בהן שימוש רפואי בדרך-כלל אינן מזיקות לבעלי חיים ולבני אדם, ולכן נעשה בהן שימוש נרחב ביותר כתרופות. ישנם חומרים קוטלי חיידקים ממקור פטרייתי שהם רעילים בני אדם ובעלי חיים. האנטיביוטיקה הראשונה, הפניצילין, התגלתה בשנת 1928 על ידי אלכסנדר פלמינג שזכה בפרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה ביחד עם ארנסט בוריס צ'יין שדיווח ב-1940 על שימוש בחומר שהתגלה לריפוי ויחד עם הוארד פלורי שדיווח על זנים עמידים באותה שנה. גילוי זה גרם לחקר ופיתוח סוגים נוספים של אנטיביוטיקה ולשיפור של אנטיביוטיקות קיימות כדי שיתנו מענה למגוון גדול יותר של פתוגנים.

מיפוי גנום חיידקי

מיפוי הגנום של חיידקים משמש להבנת אופן הפעולה של החיידק ומאפשר למצוא תרופה או דרך טיפול לאנשים שנדבקו באותו חיידק. מיפוי גנום שלם ראשון נעשה על החיידק Haemophilus influenzae. שיטות שנמצאו והומצאו לטובת מיפוי זה, עזרו לאחר מכן בפרויקט הגנום האנושי.

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

  1. ^ מאמר הדן בשאלה האם וירוסים חיים?
  2. ^ Bordenave G (2003). "לואי פסטר (1822-1895)". חיידקים מזהמים. 5 (6): 553–60. PMID 12758285.
אגר

אגר (Agar; מהשם המלא במלאית: Agar-Agar) הוא סוכר המופק מאצות. האגר מופק מדופן התא של שתי אצות: המין Sphaerococcus Euchema והסוג Gelidium. אגר שימש לאורך ההיסטוריה כמרכיב בהכנת קינוחים, ולמעלה ממאה שנים הוא גם החומר העיקרי המשמש במיקרוביולוגיה להכנת מצעי גידול למיקרואורגניזמים.

אורגניזם אל-אווירני

אורגניזם אל-אווירני (ידוע גם בתור: אורגניזם אנארובי, אנאארובי או אנאירובי, מאנגלית: Anaerobic organism) הוא מושג המתאר אורגניזם המסוגל, או מוכרח, לחיות בהיעדר חמצן חופשי. כל היצורים האל-אווירניים הם מיקרואורגניזמים, כשרובם חיידקים ומיעוטם פטריות ופרוטיסטים. המונח "אל-אווירני" מתייחס בדרך-כלל לאורגניזמים, ואילו לתיאור סביבה מסוימת נהוג להשתמש במונח "אנאוקסי", אולם לא תמיד נעשית ההבחנה.

ביולוג

ביולוג הוא מדען המבצע מחקרים בביולוגיה.

ביולוגים עוסקים בהוראה, במחקר ובתעשייה בענפי הביולוגיה הרבים. רוב הביולוגים פונים לאקדמיה, כלומר לאוניברסיטאות ומכוני מחקר. חברות מסחריות מציעות תחומי עיסוק רבים לביולוגים בתעשיית התרופות, תעשיית המזון, תכנון וייצור של ציוד ומכשור מדעי ובתחום הביוטכנולוגיה (חברות המתמחות בייצור אנזימים, נוגדנים וכימיקלים לשימוש במחקר הביולוגי).

בקטריולוגיה

בַּקְטֶרְיוֹלוֹגְיָה (אנגלית: Bacteriology) הוא ענף של המיקרוביולוגיה העוסק בחקר הפרוקריוטיים. כיום, נעשים שימושים רבים בחיידקים לצורך יצירת חומרים כגון הורמונים (אינסולין) בעזרת הנדסה גנטית. שימוש נוסף, טבעי, לחיידקים הוא מיחזור חומרים בטבע, גם על ידי פירוק של חומר אורגני. בנוסף, יש להם תפקיד מרכזי במחזור חומרים חיוניים (כגון פחמן או חנקן) בטבע.

הטרוטרוף

הטרוטרוף (Hetro" -Heterotroph" ביוונית, פירושו: "שונה, אחר", ו-"troph" פירושו: "תזונה") מתייחס ליצור אשר מוכרח לצרוך תרכובות אורגניות מן הסביבה כדי להתקיים.

התרכובות האורגניות אותן צורכים יצורים אלו משמשות לבניית התאים המרכיבים את הייצור, על כל מיליוני החומרים המצויים בהם. למושג הטרוטרוף אין קשר להפקת אנרגיה בתא.

רוב היצורים בעולם, ובכללם האדם, הם הטרוטרופים; היצורים שאינם הטרוטרופים נקראים אוטוטרופים. יצורים אלו מסוגלים לנצל את הפחמן הדו-חמצני המצוי באוויר לשם ייצור התרכובות המרכיבות את התא. היצורים האוטוטרופים היחידים הם רוב הצמחים וקבוצות מסוימות של חיידקים ופרוטיסטים וגם אצות. הצמחים, למשל, לוקחים פחמן דו-חמצני מהאוויר ומים מהקרקע ומרכיבים מהם גלוקוז, באמצעות אנרגיית האור בתהליך הפוטוסינתזה ("הטמעה", בעברית), תרכובת אורגנית פשוטה ממנה ניתן ליצור חומרים רבים אחרים המרכיבים את תאי הצמח.

היות שהמקור לתרכובות אורגניות בטבע הוא היצורים האוטוטרופים, הרי שכל היצורים ההטרוטרופים למעשה תלויים באוטוטרופים. הטרוטרופים יכולים להיות ראשוניים - כאלו הצורכים באופן ישיר יצורים אוטוטרופים, או שניוניים - כאלו הצורכים יצורים הטרוטרופים אחרים. הצרכנים הראשוניים ידועים יותר כייצורים צמחוניים, ואילו השניוניים - כטורפים.

היצורים ההטרוטרופים מתחלקים לשתי קבוצות, לפי האופן בו הם מפיקים אנרגיה:

כמואורגנוטרופיים (Chemoorganoheterotrophs או organotrophs או Chemoheterotrophs) מפיקים אנרגיה מפירוק תרכובות אורגניות, כגון שומנים וחלבונים מצמחים או מבעלי חיים. רוב היצורים בעולם הם כמוהטרוטרופים.

פוטוהטרוטרופים (Photoheterotrophs) מפיקים אנרגיה בנצלם את האנרגיה שבאור השמש. שילוב מטבוליזם (חילוף חומרים) נדיר למדי, וחיידקים ארגמניים הם היצורים הפוטוהטרוטרופים היחידים.(אופן הפקת האנרגיה מצוין, אם כן, בעזרת הקידומת כמו- או פוטו-; המילים הטרוטרוף ואוטוטרוף כלשעצמן אינן קשורות, כאמור, להפקת אנרגיה).

חד-תאיים

יצור חד-תאי (unicellular organism) הוא אורגניזם פרוקריוטי או איקריוטי העשוי מתא יחיד (בניגוד ליצורים רב-תאיים, העשויים מיותר מתא אחד). קבוצה זו היא כנראה צורת החיים העתיקה ביותר שנוצרה על כדור הארץ (לפני 3.8 מיליארד שנים).

הקבוצות החד-תאיות העיקריות הן: חיידקים, ארכאונים, פרוטוזואה, אצות חד-תאיות ופטריות חד-תאיות.

תא בודד המהווה את כל היצור ומבצע את כל פעולות החיים - אינו תלוי בתאים אחרים. אין לו התמחות ולכן יעילותו נמוכה. הוא מתקיים אך ורק בסביבה מימית. חילוף החומרים נעשה דרך קרום התא. מתרבה על ידי חלוקת התא לשניים. קצב ריבוי מהיר.

דוגמאות: אמבה, סנדלית, עינן, ועוד.

אורגניזמים שכל גופם הוא תא יחיד, להבדיל מן האורגניזמים הרב-תאיים שמספר התאים בגופם רב מאוד. לפיכך החד-תאיים זעירים ביותר, ורק הגדולים ביותר מביניהם (כמה מינים של אמבה) נראים לעין הלא-מצוידת. מכאן שמם הנרדף של החד-תאיים, מיקרו-אורגניזמים.

קיומם של יצורים חד-תאיים נתגלה עם ראשית השימוש במיקרוסקופ במאה ה-17; ההולנדי אנטוני ואן לוונהוק, חלוץ המיקרוסקופיה, תיאר רבים מהם. אך איש לא עמד על חשיבותם של היצורים הזעירים הללו ליצורים גדולים מהם, וביניהם האדם, לפני שהציג לואי פסטר את "ההשערה החיידקית" שלו, בשנות ה-60 של המאה ה-19. פסטר היה הראשון שעמד על התפקיד המרכזי שממלאים חד-תאיים במחלות אדם ובהמה, ובתהליכים ביולוגים וביוכימיים אחרים, כמו פירוק (ריקבון) ותסיסה.

חזזית

חֲזָזִית (Lichen) היא אורגניזם סימביוטי המורכב מהתחברות אצות מיקרוסקופיות – אצות ירוקיות (מערכה בממלכת הצומח) או כחוליות (ציאנובקטריה) (מממלכת החיידקים האמיתיים) – אל פטרייה סיבית. צורת החזזית נקבעת לפי החלק החיצוני של השותף הפטרייתי, ולכן כל חזזית נקראת על שם הפטרייה. בדרך כלל, הפטרייה היא עיקר נפח החזזית, למרות שלעיתים אין כך הדבר בחזזית סיבית או ג'לית. פטריית החזזית היא לרוב ממערכת Ascomycota, ולעיתים רחוקות ממערכת Basidiomycota. ישנם טקסונומים העוסקים בחזזיות אשר ממקמים אותן במערכה משלהן, ה-Mycophycophyta – אך שיטה זו מתעלמת מהעובדה כי רכיביה משתייכים למערכות שונות.

תאי האצות מכילים כלורופיל, המאפשר להם לחיות בסביבות מינרליות טהורות על ידי הפקה עצמית של תרכובות אורגניות (ראו פוטוסינתזה). הפטרייה מגינה על האצה מפני התייבשות ומספקת לה מינרלים שמקורם בשכבה התחתונה המצויה תחת החזזית. אם מצויה ציאנובקטריה, אזי היא יכולה לקבע חנקן מהאוויר ובכך להשלים את פעולות האצה הירוקה.

חזזיות נמנות עם היצורים החיים העמידים ביותר בכדור הארץ וניתן למצוא אותן אף במרכז אנטארקטיקה, מקום שאף יצור חי אחר אינו שורד בו. עובדה זו גרמה לנאס"א להתעניין בהן, מתוך הנחה כי אם יש יצורים חיים שניתן לגלות על כוכבי לכת אחרים, הם יהיו דומים לחזזיות.

חיטוי

חיטוי (בלועזית: דיסאינפקציה או דסאינפקציה), הוא חיסול מיקרואורגניזמים מעוררי מחלות (פתוגניים) מחוץ לגוף ובאמצעים כימיים בלבד.

בתחום הרפואה הרג מיקרואורגניזמים בתוך הגוף, תוך שימוש בתרופות (אנטיביוטיקה, למשל), אינו נחשב לחיטוי. ההבדל בין חיטוי ועיקור הוא שבשני המטרה היא חיסול כל המיקרואורגניזמים (asepsis), ואילו בראשון ההתמקדות היא בחיסול הפתוגנים בלבד. בנוסף, עיקור נעשה בשיטות כימיות ופיזיות כאחד, ואילו חיטוי מתייחס כמעט תמיד לשיטות כימיות בלבד. לעיתים ההבחנה בין שני המושגים מעורפלת.

יש להבדיל בין המושג חיטוי למושגים כגון אנטיביוטי המתייחס לחיסול מיקרואורגניזמים בתוך גוף חי, או אַנְטִיסֶפְּטִי (antisepsis) המתייחס בדרך-כלל לחיטוי המתבצע על-גבי הגוף - על העור. למשל, סבון אנטיספטי הוא סבון המכיל חומרים המסוגלים לפגוע במיקרואורגניזמים.

סוגי חומרי חיטוי:

אתנול

אלדהיד

חומצה (אוקסידנטים)

פנולים (ליזול)

תרכובות אמוניום

אקונומיקה

אוזון

אשלגן פרמנגנט (קלי)

מיקרואורגניזם

מיקרואורגניזמים (Microorganisms) או מיקרובים (Microbes) (או יצורונים) הם כלל היצורים שניתן לראותם רק באמצעות מיקרוסקופ. הענף בביולוגיה החוקר את המיקרואורגניזמים הוא המיקרוביולוגיה.

בין המיקרואורגניזמים כלולים יצורים בעלי תכונות שונות, אשר המשותף לכולם הוא גודלם הזעיר. ביניהם: חיידקים, פטריות קטנות כמו שמרים, אצות זעירות ויצורים חד-תאיים כגון האמבה והסנדלית. מרבית המיקרואורגניזמים הם יצורים חד-תאיים המתקיימים כבודדים או בצברים, יש גם מיקרואורגניזמים החיים במעין מרבדים בבתי גידול מימיים.

ישנם גם בעלי חיים רב תאיים שהם מיקרואורגניזמים כגון דובוני מים ורוב הנמטודות.

אצל רבים רווחת הדעה כי חיידקים, נגיפים ומיקרואורגניזמים אחרים הם מזיקים הגורמים מחלות לבעלי חיים (כולל האדם) ולצמחים. הדימוי של מיקרואורגניזמים בכלל ושל חיידקים בפרט כמזיקים נכון חלקית בלבד, למעשה רק כ-1% מאלפי המינים הידועים של מיקרואורגניזמים גורמים למחלות[דרוש מקור][דרושה הבהרה]. ללא מיקרואורגניזמים לא היו יכולים להתקיים חיים על פני כדור הארץ, שכן בלעדיהם לא היו מתרחשים תהליכים חיוניים רבים בטבע, כגון עיכול תאית על ידי מעלי גירה; פירוק גופם של יצורים מתים לא היה מתאפשר והם היו מצטברים על פני כדור הארץ, וכך היה נמנע מיחזור החומרים בטבע. חומרים חיוניים לא היו זמינים ובעקבות זאת חברות ואוכלוסיות רבות של יצורים לא היו מתקיימות. כך גם חלק תהליך הפוטוסינתזה (מבחינת כמות החומר) שהופך מים ופד"ח לחמצן וסוכר מתבצע על ידי אצות חד תאיות.

בנוסף לתהליכים הטבעיים המתקיימים הודות למיקרואורגניזמים, גם רבים מהתהליכים התעשייתיים לא היו מתקיימים בלעדיהם, למשל: הכנת לחם, מוצרי חלב, יין, בירה ותרופות אנטיביוטיות.

על פי עדויות מתקופות קדומות, מיקרואורגניזמים הם בין היצורים הקדומים ביותר על פני כדור הארץ, ותפוצתם רחבה מאוד, הרבה יותר מאשר תפוצתם של יצורים אחרים. ניתן למצוא מיקרואורגניזמים, בעיקר חיידקים, כמעט בכל מקום. מיקרואורגניזמים מצויים בקרקע, במים, מפוזרים באוויר על גבי גרגרי אבק וחלקיקים אחרים. הם נפוצים על פני כדור הארץ באזורים שעד לפני שנים מעטות לא שיערו שיכולים להתקיים בהם חיים. למשל: ניתן למצוא חיידקים במעמקי הים החשוכים, במעיינות של מים רותחים, בימות מלוחות כמו ים המלח, בקרחונים ועוד. מיקרואורגניזמים מצויים על פני המזון שלנו, על פני גופנו ובתוכו.

נבג

נֶבֶג (בלועזית: "ספורה" - Spore) הוא גופיף רבייה חד-תאי או בעל תאים אחדים, הקיים באצות, צמחים, פטריות ובמינים שונים של חיידקים. הנבג הוא יחידת רבייה והפצה אל-זוויגית, שאינה תוצר של הכלאה בין פרטים. בפטריות, אצות, טחבים, שרכים וחיידקים, הנבגים משמשים להפצה, בעוד שבצמחים עילאיים הם מנוונים.

נגיף

נְגִיף (וִירוּס; מלטינית: Virus, נגזרת של מילה שמשמעותה "רעל") הוא טפיל מוחלט (טפיל אובליגטורי) בגודל מיקרוסקופי שתלוי בתא חי מארח כדי להתרבות. כל נגיף בנוי מצבר מולקולות ביולוגיות הכוללות חומר תורשתי (DNA או RNA, חד-גדילי או דו-גדילי) וחלבונים. כשלעצמו, הנגיף חסר כל פעילות חיה מחוץ לגוף המאכסן; לאחר חדירתו לתא, מערכות התא מאפשרות את התרבותו.

בשל עובדה זו, הנגיף אינו נחשב לחומר חי, עד כניסתו לתא חי. אולם הוויכוח על הגדרתם של נגיפים בזמן פעולתם בתוך התא עדיין נמשך במדע ובפילוסופיה. רוב המדענים אינם מגדירים את הנגיף כיצור חי הואיל והוא אינו תא, ויכולת ההתרבות שלו תלויה לחלוטין בתא המארח.התחום המדעי העוסק בחקר הנגיפים ובגופיפים דמויי-נגיפים נקרא וִירוֹלוֹגְיָה. הווירולוגיה חוקרת את מבנה הנגיפים, את סיווגם ואת האבולוציה שלהם, את דרך הדבקת התא וניצולו לצורך התרבותם, את המחלות שלהן הם גורמים, את השיטות לבודד אותם ולגדל אותם, ואת הפוטנציאל האפשרי שלהם במחקר ובריפוי מחלות. הווירולוגיה נחשבת לדיסציפלינת משנה של מיקרוביולוגיה ושל פתולוגיה.

עובש

עובש הוא שם כללי לפטריות המכסות משטחים שונים (בדרך-כלל מזונות או משטחים לחים). לעומת זאת, פטריות הגדלות בצורה חד תאית נקראות שמרים. למונח "עובש" אין משמעות טקסונומית מדויקת.

רשת הסיבים הזו נקראת מיצליום ונחשבת כאורגניזם שלם. המיצליום מופיע כחוטים לבנים ודקים על גבי המשטח ובכך יוצר קרום אוורירי. מחיצות עשויות להגביל תאים סמוכים לאורך מושבת העובש, כשכל אחת מהן מכילה גרעין יחיד או מספר גרעינים זהים. העובש מכיל לעיתים קרובות נבגים, המהווים שלב מיוחד במחזור החיים של הפטריות.

המושג נבג מקושר רבות למחלות הנגרמות על ידי חיידקים, אך עיקר הבעיות הבריאותיות כתוצאה מעובש עלולות להיגרם לאנשים בעלי מערכת חיסון חלשה וכן ללוקים בבעיות במערכת הנשימה. עובש עשוי לגרום לפירוק ביולוגי לא רצוי של חומרים טבעיים, לדוגמה; אוכל מקולקל, ומכאן חשיבותו לשימור מערכות ביולוגיות. לעובש שימושים בתעשיית המזון, במחקר וברפואה.

עיקור (מיקרוביולוגיה)

עיקור (בלועזית: סטריליזציה) הוא חיסול של מיקרואורגניזמים מחוץ לגוף. חפץ או משטח בו קיים העדר מוחלט של יצורים חיים נקרא מעוקר (סטרילי). נגיפים, אף שאינם יצורים חיים, מוכרחים אף הם להיעדר מחפץ מסוים על מנת שיוגדר כסטרילי.

הרג מיקרואורגניזמים בתוך הגוף, תוך שימוש בתרופות (אנטיביוטיקה, למשל), אינו נחשב לעיקור. ההבדל בין עיקור וחיטוי הוא שבראשון המטרה היא חיסול כל המיקרואורגניזמים, ואילו בשני ההתמקדות היא בחיסול הפתוגנים (המיקרואורגניזמים גורמי המחלות) בלבד. בנוסף, חיטוי מתייחס כמעט תמיד לשיטות כימיות, ואילו את שיטות העיקור ניתן לחלק לשתי קטגוריות: שיטות פיזיות ושיטות כימיות. לעיתים, במיוחד ביום-יום, אין הקפדה יתרה על הפרדה בין שני המושגים, עיקור וחיטוי.

כדי לבדוק את הסטריליות של חפץ מסוים, ניתן, אם החפץ אינו גדול במיוחד, לטבול אותו במצע נוזלי לגידול מיקרואורגניזמים (אגר, למשל) למשך כמה ימים. אם מיקרואורגניזמים היו על גבי החפץ, הללו יתרבו במצע הגידול ויהפכו אותו לעכור; מצע גידול בו הוטבל חפץ מעוקר יישאר צלול.

פלנקטון

פְּלַנְקְטוֹן או צֶפֶת הוא השם שניתן לצבר של אורגניזמים השוכנים במימי האוקיינוסים והימים, כמו גם במאגרי מים מתוקים שונים, המאופיינים בכך שהם נעים בעיקר עם זרם המים ואינן מסוגלים לנוע נגדו. השם בא מהמונח היווני πλανκτος - פלנקטוס - שמשמעותו "נסחף". לפלנקטון חשיבות אקולוגית רבה, שכן הוא נמצא בבסיס מארג המזון הימי. לאצות הכחוליות, המהוות חלק מהפלנקטון, תרומה חשובה ביותר לייצור חמצן לאטמוספירה.

הפלנקטון מתאפיין בכך שהוא נסחף בזרם, ובעל יכולת תנועה מוגבלת. בעוד שסוגים מסוימים של פלנקטון יכולים לנוע מאות מטרים מעלה ביום (התנהגות המכונה נדידה יומית אנכית), מיקומם האופקי נקבע בעיקר על ידי תנועות הים והזרמים בגוף המים אותו הם מאכלסים. אורגניזמים גדולים יותר, כמו דיונונים, דגים ויונקים ימיים שיכולים לנוע גם בצורה אופקית ולשחות נגד זרמי המים בסביבתם נקראים נקטון. חקר הפלנקטון נקרא פלנקטולוגיה.

את הפלנקטון מחלקים לפי קטגוריות גודל:

מגהפלנקטון - מעל 20 סנטימטר (מדוזה, מסרקניות, סלפיים, פירוסומה, סילוניות, שטצדאים ועוד)

מאקרופלנקטון - 2–20 סנטימטר (קרילאים, פירוסומה, סילוניות, שטצדאים ועוד)

מזופלנקטון - 0.2–20 מילימטר (שטרגליים, צדפונאים, מיתרני זנב, פרוטוזואה ועוד)

מיקרופלנקטון - 20–200 מיקרומטר ( חוריריות, פרוטיסטים, צורניות קטנות ועוד)

ננופלנקטון - 2–20 מיקרומטר (אצות ירוקיות, צהוביות ועוד)

פיקופלנקטון - 0.2–2 מיקרומטר (איקריוטים קטנים כגון: פרוטיסטים, חיידקים ועוד)

פמטופלנקטון - קטן מ-0.2 מיקרומטר (וירוסים ימיים)פלנקטון מתחלק לקבוצות פונקציונליות רחבות:

פיטופלנקטון (מהמלה היוונית "פיטו" או "צמח") – אצות שחיות קרוב לפני המים, שם יש די אור כדי לאפשר פוטוסינתזה.

זואופלנקטון (מהמלה היוונית "זואו" או "בעל חיים") – חד-תאיים קטנים, סרטנאים, שטרֶגֶלאים, חסילונים, קריל וכו', שניזונים מפיטופלנקטון או מזואופלנקטון; כן נכללים בקבוצה זו ביצים ופגיות (לרוות) של בעלי חיים ימיים אחרים (בעיקר דגים, רכיכות, סרטנים, ותולעים שונות).הפלנקטון מתקיים באוקיינוסים, ימים, אגמים ובריכות. ריכוז הפלנקטון ופיזורו רגיש לשינויים כימיים ופיזיים במים בו הוא שוכן. השפע המקומי של הפלנקטון משתנה בעומקים שונים, מקומות שונים ובעונות שונות. גורמים מרכזיים לשונות זו הם הזמינות של אור וריכוז נוטריינטים. באזורים מסוימים באוקיינוסים, הידועים כאזורי HNLC, גדל מעט יחסית פלנקטון, חרף הימצאות ריכוז גבוה של נוטריינטים, תופעה המוסברת על ידי חוסר בברזל שזמין לצריכה ביולוגית.

בשנים האחרונות הוקמו ברחבי העולם חוות ימיות לשימור ולהשבחת הפלנקטון באוקייאנוסים, למען בעלי חיים ימיים.

בעקבות פרסום מקרי ריפוי של בני אדם, הפך הפלנקטון הימי בתחילת המאה ה-21 למזון בריאות, הן בצורתו הטבעית והן בצורה של תוספי מזון.

פסטור

פִסטור הוא תהליך שבו מחומם נוזל כדוגמת חלב במהירות עד קרוב לטמפרטורת הרתיחה ואז מקורר במהירות. מטרת התהליך היא להרוג נגיפים ואורגניזמים מזיקים כדוגמת חיידקים, פרוטוזואה ופטריות הנמצאים בנוזל מבלי לפגוע בטעמו או בערכו התזונתי. התהליך מאריך את חיי המדף של הנוזל. התהליך קרוי על שמו של לואי פסטר.

לואי פסטר מצא, שהסיבה לקלקול משקאות כגון בירה ויין ולהחמצתם היא פעילות החיידקים המצויים בהם. בתהליך של חימום המשקה, כך גילה, ניתן להשמיד את רוב החיידקים ולשפר את איכותו ויציבותו של המשקה. רעיון זה אומץ על ידי תעשיית החלב, שסבלה אף היא מקלקול מהיר והחמצת החלב, כתוצאה מפעילות החיידקים שבו. יחד עם קלוד ברנאר ביצע פסטר את ההליך לראשונה ב־20 באפריל 1862.

הפסטור הקלאסי הוא חימום לטמפרטורה של 63–68 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. פסטור תעשייתי בימינו הוא תהליך של חימום לטמפרטורה של 73 מעלות צלזיוס ל־16 שניות וקירור מיידי לשתי מעלות צלזיוס. תהליך זה הורס את כל החיידקים הפתוגניים ואת כל הפטריות (שמרים ועובשים שונים). החימום המהיר בטמפרטורה מבוקרת והקירור המהיר גורמים לכך, שנשמרים רוב הערכים התזונתיים של המזון המפוסטר. החיסרון בתהליך הוא שהוא אינו פוגע בנבגי החיידקים. דבר זה מגביל את אורך החיים של המזון המפוסטר שכן לאחר פרק זמן מסוים, הנבגים מתפתחים לחיידקים פעילים ופוגעים במזון. שמירה בקירור של מזון מפוסטר מעכבת את התהליך ומאריכה את אורך החיים של המוצר. בישראל, החלב הנמכר בשקיות הוא חלב מפוסטר.

תהליך דומה לפסטור הוא "פסטור על". בתהליך זה מתבצע חימום לטמפרטורה של 125 מעלות צלזיוס לשנייה אחת, והוא נועד להאריך את חיי המדף של החלב (תוך פגיעה קטנה בערכו התזונתי). בתהליך זה משתמשים בישראל עבור חלב הנמכר באריזת קרטון. חימום זה נותן אורך חיים עדיף על פני הפסטור הסטנדרטי, אך גם פוגע יותר בערכים התזונתיים של החלב, ולמעשה אינו נחשב פסטור.

תהליך קיצוני יותר הוא "אולטרה פסטור" או עיקור (UHT). תהליך זה מתבצע על ידי חימום לטמפרטורה של 140 מעלות צלזיוס למשך שתי שניות. תוצאת התהליך קרויה חלב עמיד. חלב זה סטרילי לחלוטין ולפיכך יכול להחזיק מעמד תקופה ארוכה מאד גם ללא שמירה בקירור כל עוד אריזתו לא נפתחה. בהתאם, לחלב עמיד ערך תזונתי נמוך יותר, ואף טעמו שונה יחסית לחלב המפוסטר.

בין המוצרים שניתן לפסטר: חלב, ביצים, יין, בירה, מיצי פירות ודבש.

פרוטיסטים

פרוטיסטים (מלשון: יצור קדמון) הם יצורים איקריוטים (מתאי-חי בעלי גרעין ואברונים) שאינם בממלכת בעלי החיים, הפטריות או הצומח, ונחשבים ממלכה בפני עצמה: הפרוטיסטה Protista. בגלל הקושי למצוא הגדרה ובה מכנה משותף מדעי לכל יצורי הפרוטיסטה, הם מוגדרים בדרך השלילה, על פי מה שאינם. אחרי שנת 2005 נפוצה מאוד שיטת סיווג לפיה אין כלל ממלכות.

ממלכות החי הן קבוצות-על בטקסונומיה הביולוגית, שיטת הסיווג והמיון של היצורים בחקר מדעי-החיים.

דוגמאות מוכרות של פרוטיסטים הם האמבה הסנדלית והשוטן (המוצגים בשיעורי מבוא למדע בבתי ספר יסודיים).

הגדרת ממלכה זו שנויה במחלוקת מפני שהיא כוללת את האבות הקדומים של יצורים אחרים שאינם בממלכה זו, מצב הנקרא פַּרַא-פילטיה ואינו מקובל על כל החוקרים המגדירים את החלוקה הרצויה.

פרוקריוטים

פרוקריוטים (בכתיב לועזי: Prokaryote; מיוונית: 'פרו' = קדום, לפני; 'קריון' = גרעין; פרוקריוט = 'לפני הגרעין') הם יצורים מיקרוסקופיים בעלי תא יחיד חסר גרעין אמיתי. הם תאים קטנים יותר מתאים איקריוטיים, וקוטרם אינו עולה בדרך כלל על 2 מיקרו מטר. הם עטופים בדופן (השונה מדופן תאים צמחיים) המקנה לתא יציבות ולעיתים תנועתיות, מאחר שהוא חסר שלד תאי. מרכיבי הדופן הם לעיתים גליקופרוטאינים (לעומת דופן תא צמחי הבנוי מתאית). לדופן אין סלקטיביות וכל החומרים יכולים לעבור דרכו. בנוסף, יש להם גם קרום תא, כמו לכל תא אחר. קרום זה חיוני לקיום חיים. חד תאיים פרוקריוטיים או תאים היוצרים צברי תאים מצליחים לחיות גם בסביבות של תנאים קיצוניים אשר יצורים איקריוטיים לא יכולים לשרוד בהם, לכן הם שרדו במהלך האבולוציה, אף על פי שהם קדמוניים. הם ניזונים מחומרים מומסים בלבד. בעבר נחשבו לממלכה נפרדת בעולם הטבע שהייתה קרויה מונרה וכללה גם את הכחוליות (חיידקים כחוליים, ובעבר אצות כחוליות). כיום הפרוקריוטים מחולקים מבחינה טקסונומית לשתי על־ממלכות:

חיידקים (בלועזית: Bacteria) – הכחוליות הן אחת המערכות בעל־ממלכה זו

ארכאונים (בלועזית: Archaea)מאחר שאין להם גרעין תא, ה-DNA של התאים "ארוז" בנוקלאואיד. בנוסף, יש בתא פרוקריוטי ריבוזומים האחראים על ייצור חלבונים. כמות הריבוזומים גדולה מאחר שיש צורך בייצור של חלבונים רבים.

ישנם תאים המצוידים בשוטון, המאפשר לתא הפרוקריוטי לנוע.

עם התאים הפרוקריוטים נמנים בעיקר יצורים פשוטים בעלי תא אחד, כמו חיידקים או צברי חד תאיים שחיים ביחד. הם נחשבים פרימיטיביים מהאיקריוטים ומקובל לחשוב כי צורות החיים הראשונות שהתפתחו בכדור הארץ היו תאים אל-אווירניים - פרוקריוטיים, וכי רק אחר כך הופיעו גם תאים אווירניים - איקריוטיים.

לעומת התאים האיקריוטים, מקור הכח של התאים הפרוקריוטים מגוון מאוד. המשותף לכל מקורות כח אלו הוא השימוש בתהליכים שאינם כוללים חמצן. מגוון מקורות הכח עבור תאים אלו כולל הטמעת אור (בדומה לצמחים - אך ללא שימושי ההמשך בפירוק פחמימות, שכן אין בתאים אלו מיטוכונדריה), ופירוק חומרים גפרתיים וחנקתיים הנוצרים בסביבה מימית כתוצאה מפעילות געשית, כתוצאה מהתפרקותם של תאים חיים אחר מותם, וכן כתוצאה מהפרשות מתוך תאים חיים (ובעלי חיים) במהלך חייהם.

הודות למגוון מקורות הכח של צורות חיים אלו והתאמתן לסביבות רבות, הן בעלות כושר הישרדות רב וניתן למצוא אותן גם בסביבות עוינות, בהן יצורים אווירניים - איקריוטים, אינם יכולים לחיות. המאובן הקדום ביותר שנתגלה, באוסטרליה, הוא של מושבה של יצורים פרוקריוטיים - סטרומטוליט שמעריכים את גילו כ-3.9 מיליארד שנה. הוא דומה מאוד למבנים המיוצרים גם היום על ידי כחוליות (בעבר, אלו נקראו אצות כחולות או חיידקים כחוליים).

יש חוקרים הסבורים שהמיטוכונדריון - אברון הנשימה בתאים האיקריוטים נוצר מתא פרוקריוטי קדמון בו היה תהליך נשימה - כלומר הפקת כח מתהליך בעירה נשלט בו פחמני הפחממה (בעיקר חד-הסוכר גלוקוזה) מתחברים עם החמצן שבאויר. לפי סברה זו, מיטוכונדריון קדמון זה הוטמע אל תוך תא פרוקריוטי אחר במהלך האבולוציה וכך, בתהליך שיתוף סימביוטי, נוצרו התאים האיקריוטים - תאי החי והצומח הנושמים. סברה זו הנקראת התאוריה האנדוסימביוטית, קודמה במידה רבה בידי החוקרת לין מרגוליס. אברון המיטוכונדריון, ובדומה לו גם הכלורופלסט המבצע את הפוטוסינתיזה בצמחים, מתרבה עלי ידי חלוקה באופן עצמאי ונפרד מהחלוקה התאית של שאר אברוני התא, ויש לו חומר תורשתי עצמאי המגדיר אותו.

פתוגניות

פָּתוֹגֶנִיוּת (באנגלית: Pathogenicity; על פי החלטות האקדמיה: מַרְעָנוּת) היא מכלול המנגנונים והשיטות באמצעותם אורגניזמים, כגון: חיידקים ופטריות ומחוללי מחלות אחרים, בהם נגיפים, או חלבוני פריון גורמים לתופעות המחלה ומתמודדים עם מערכות ההגנה של הגוף.

תסיסה

תסיסה (בלועזית: פרמנטציה, Fermentation) היא תהליך כימי המשמש להפקת אנרגיה בחלק מהיצורים החיים.

תסיסה מתרחשת בהיעדר חמצן ומטרתה היא לגרום ל-NADH למסור את האלקטרונים שלו, להפוך ל-+NAD ולקלוט אלקטרונים מחדש בגליקוליזה.

תהליך התסיסה מוכר לאדם מזה אלפי שנים, זאת הודות לתוצרים הסופיים של מספר תהליכי תסיסה במיקרואורגניזמים, תוצרים המשמשים את האדם רבות בתעשיית המזון.

ביולוגיה
אבולוציהאימונולוגיהאנטומיהאקולוגיהאתולוגיהבוטניקהביואתיקהביוטכנולוגיהביוכימיהביולוגיה ימיתביולוגיה מבניתביולוגיה מולקולריתביולוגיה התפתחותיתביולוגיה מערכתיתבקטריולוגיהגנומיקהמטא-גנומיקהגנטיקהזואולוגיההיסטולוגיהטוקסיקולוגיהכרונוביולוגיהמדעי המוחמורפולוגיהמדעי החייםמיון עולם הטבע • מיקרוביולוגיה • פיזיולוגיהפרמקולוגיהפתולוגיהקריוביולוגיהרדיוביולוגיהציטולוגיהאנטומולוגיהפיטוגאוגרפיהפרימטולוגיה

ראו גם: רמות ארגון בביולוגיהתחומים בביולוגיה • ביולוגים

פורטל ביולוגיה

דף זה בשפות אחרות

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.