מהי מיקרוביולוגיה

מיקרוביולוגיה חוקרת זיהוי, אורח חיים, פיזיולוגיה ומטבוליזם של מיקרואורגניזמים

תמונה: CDC ב- Unsplash

מיקרוביולוגיה היא ענף הביולוגיה החוקר מיקרואורגניזמים. המילה באה מיוונית Mikros , כלומר קטן, ו BIOS ו לוגואים , מדע החיים. לפיכך, המחקר שלו מכסה את הזיהוי, אורח החיים, הפיזיולוגיה והחילוף החומרים של מיקרואורגניזמים, בנוסף לקשר שלהם עם הסביבה ומינים אחרים.

הופעת המיקרוביולוגיה

המיקרוביולוגיה נבעה מיצירת המיקרוסקופ, שהומצא על ידי ההולנדי אנטוני ואן ליוונהוק בשנת 1674. הוא השתמש בציוד לתצפית על יצורים מיקרוסקופיים בדגימות של אדמה, רוק וצואה, וכינה אותם "אנימלקולוס". התגלית של ליוונהוק הולידה ויכוח חשוב על מקורות החיים על פני כדור הארץ.

בתורת האביוגנזה, או בתורת הדורות הספונטנית, היה אריסטו כמגן המפורסם ביותר שלה ונחשב תקף עד המאה ה -19. על פי תיאוריה זו, "אנימלקולוס" יהיה תוצאה של פירוק צמחים ורקמות בעלי חיים. מגיני בית הספר הזה האמינו שהחיים נובעים מחפצים דוממים.

גילוי המיקרוסקופ ומחקרים אחרים במיקרוביולוגיה אפשרו את הופעתה של תורת הביוגנזה, שבאה להתנגד לרעיון כי חומר גולמי יכול לנבוע יצור חדש. על פי תיאוריה זו, כל היצורים החיים נובעים מיצורים חיים אחרים שקיימים מראש, כלומר "אנימציות" קיימות יולידו "אנימציות" חדשות. המחקרים המדהימים ביותר שבוצעו על מנת להסביר את התיאוריה הזו נעשו על ידי פרנצ'סקו רדי בשנת 1668 ועל ידי לואי פסטר בשנת 1862, תוך שהם זורקים לצמיתות את תורת האביוגנזה.

• מהי פירוק ביולוגי

מהם מיקרואורגניזמים

מיקרואורגניזמים, המכונים באופן כללי "חיידקים" ו"מיקרובים ", הם יצורים מיקרוסקופיים, שרבים מהם בלתי נראים לעין בלתי מזוינת, ויש להם מגוון מפתיע של מבנה ודרכי חיים. חיידקים, פטריות, פרוטוזואה, נגיפים ואצות הם חלק ממכלול המיקרואורגניזמים.

• יותר ממחצית גופנו אינו אנושי

עם מגוון זה של מינים, מיקרואורגניזמים היו היצורים היחידים שהסתגלו לכל המקומות על פני כדור הארץ: הם נמצאים באוויר, על קרקעית הים, מתחת לאדמה ואפילו בתוכנו. "יש יותר תאי חיידקים בגוף שלנו מאשר תאים אנושיים", אומר המיקרוביולוג ג'אקיר פסטרנק מבית החולים אלברט איינשטיין בסאו פאולו.

חשיבותם של מיקרואורגניזמים

למרות שהם צורות החיים הקטנות ביותר, מיקרואורגניזמים מהווים את רוב הביומסה של כדור הארץ ומבצעים תגובות כימיות חיוניות רבות עבור אורגניזמים אחרים. בנוסף, בני אדם, צמחים ובעלי חיים תלויים מקרוב בפעילות המיקרוביאלית לצורך מיחזור של חומרים מזינים ולהשפלה של חומר אורגני. לכן, מיקרואורגניזמים חשובים ביותר לתמיכה ולתחזוקת החיים.

• חומוס: מה זה ומה הם תפקידיו עבור האדמה

תחומי מיקרוביולוגיה

מיקרוביולוגיה היא תחום מחקר רחב, המאפשר ביצוע מספר מחקרים. תחומי הפעילות של המיקרוביולוגיה הם: מיקרוביולוגיה רפואית, מיקרוביולוגיה פרמצבטית, מיקרוביולוגיה סביבתית, מיקרוביולוגיה של מזון ומיקרוביולוגיה מיקרוביאלית.

מיקרוביולוגיה רפואית

מיקרוביולוגיה רפואית מתמקדת במיקרואורגניזמים פתוגניים. ביצועיו קשורים לבקרה ומניעה של מחלות זיהומיות.

• מהם זואונוזות?

מיקרוביולוגיה פרמצבטית

המיקרוביולוגיה התרופתית מתמקדת בחקר מיקרואורגניזמים המשתתפים בייצור תרופות, במיוחד אנטיביוטיקה.

• אנטיביוטיקה שנזרקת בטבע מייצרת מעולה, מזהיר האו"ם

מיקרוביולוגיה סביבתית

מיקרוביולוגיה סביבתית, הקשורה למחזורים ביו-כימיים, מתמקדת בחיידקים ופטריות הפועלים על פירוק חומרים אורגניים וחומרים כימיים הנמצאים בטבע.

מיקרוביולוגיה של מזון

מיקרוביולוגיה של מזון מטרת המחקר היא המיקרואורגניזמים המשמשים בתעשיית המזון, תוך התמקדות בבטיחות המזון ובחיי המדף, עיבוד מוצרים מסורתיים ופיתוח מוצרי מזון חדשים, עם תכונות חושיות המתאימות לקהלי צרכנים שונים.

מיקרוביולוגיה מיקרוביאלית

מיקרוביולוגיה מיקרוביאלית מתמקדת במחקריה במניפולציה גנטית ומולקולרית של מיקרואורגניזמים.

סיווג מיקרואורגניזמים

על פי המאפיינים שלהם, ניתן לסווג מיקרואורגניזמים ל: פרוקריוטים או אוקריוטים, אוטוטרופים או הטרוטרופים, וחד-תאיים או רב-תאיים.

פרוקריוטים או אקריוטים

לישויות אוקריוטיות יש מבנים מורכבים, שנוצרים על ידי ממברנות פנימיות, שלד ציטורי וגרעין. לעומת זאת פרוקריוטים אינם מכילים גרעינים ואברונים אחרים הקשורים לקרום.

אוטוטרופים או הטרוטרופים

בעוד שאורגניזמים אוטוטרופיים מייצרים מזון משלהם באמצעות תגובות כימיות אור או אורגניות, הטרוטרופים מסתמכים על מולקולות אורגניות המיוצרות על ידי אוטוטרופים כדי להשיג אנרגיה ולהשלים את כסא הנשימה שלהם.

חד תאיים או רב תאיים

אורגניזמים חד תאיים נוצרים על ידי תא אחד בלבד ואורגניזמים רב תאיים על ידי מגוון תאים.

דוגמאות

• חיידקים הם מיקרואורגניזמים אוקריוטים וחד-תאיים. למרות שקיימים חיידקים אוטוטרופיים, הרוב המכריע הם הטרוטרופיים וניזונים מחומרים המיוצרים על ידי יצורים חיים אחרים.
• פטריות הן מיקרואורגניזמים איקריוטיים, הטרוטרופיים ויכולים להיות חד תאיים, כמו שמרים, או רב תאיים, כמו פטריות.
• אצות הן מיקרואורגניזמים אוקריוטים, אוטוטרופים פוטוסינתטיים ויכולים להיות תאיים או רב תאיים.
• פרוטוזואה הם מיקרואורגניזמים אוקריוטיים, הטרוטרופיים וחד-תאיים.
• נגיפים הם מיקרואורגניזמים תאיים שאין להם חילוף חומרים משלהם. לכן, כל פעילויותיה מתבצעות בתוך אורגניזם אחר.

סגנון חיים

מיקרואורגניזמים מחולקים לקבוצות שונות, על פי אורח חייהם, ויכולים להיות ספסבים, טפילים או סימביונות.

ספטרים

ידוע כמחזר מיקרואורגניזמים, saprobes הם מתפרקים של חומרים אורגניים מתים, ו commensals, כלומר, הם שומרים על קשרים ללא יתרונות או נזק ניכר.

• פטריות וחיידקים הם המיקרואורגניזמים העיקריים המפרקים חומר אורגני.
• ניתן לראות דוגמה לקומנסליזם בקרקע בין פטריות לחיידקים. גלוקוז, המיוצר מהשפלה של תאית על ידי פטריות, משמש כמה חיידקים.

טפילים

טפילים הם מיקרואורגניזמים הגורמים נזק לתאים החיים של אורגניזמים אחרים, ויכולים להתבטא בדרגות שונות. האם הם:

• טפיל חובה: קיימת תלות מוחלטת במארח להישרדותו;
• טפיל מרובה: למיקרואורגניזם יש מספר מארחים;
• טפיליות אופציונלית: הם יכולים להציג שני הרגלי חיים, לשרוד הן בתוך מארח (הרגל חיים טפילי) והן מחוצה לו (הרגל חיים חופשיים);
• היפר-פארזיטיזם: מצב בו טפיל שני מתפתח בטפיל ראשון;

סימביונטים

מיקרואורגניזמים הקשורים לטווח הארוך, אשר יכולים להיות מערכת יחסים מועילה לשני הפרטים או לא. אסוציאציות אלה יכולות להיות הדדיות או אנטגוניסטיות.

סימביוזה הדדית

סימביוזה הדדית היא מערכת יחסים מועילה בה קיימת אינטראקציה מורפולוגית ופיזית בין מיקרואורגניזמים. לישנים הם דוגמה לקשר זה, המתרחש בין פטריות לאצות או ציאנובקטריה ופטריות. בעוד שאצות וציאנובקטריות מספקות לפטריות תרכובות אורגניות, הן מספקות סביבה שתורמת יותר להישרדות מכיוון שהן מספקות הגנה.

סימביוזה אנטגוניסטית

סימביוזה אנטגוניסטית היא מערכת יחסים בה אחד המיקרואורגניזמים נפגע לרעת האחר. פטריות המייצרות חומרים אנטיביוטיים המעכבים את צמיחת החיידקים הם דוגמה לאסוציאציה זו.

מיקרואורגניזמים פתוגניים

הם מיקרואורגניזמים המסוגלים לייצר מחלות זיהומיות אצל מארחיהם בתנאים נוחים להישרדותם ולהתפתחותם. ישנם חיידקים, פטריות, נגיפים, פרוטוזואים ואצות שנכנסים למעמד זה.

• מה זה עובש ולמה זה מסוכן?

מיקרואורגניזמים לא פתוגניים

הם אותם מיקרואורגניזמים אשר סביבנו משתתפים בתהליכי טבע שונים ואינם גורמים לבעיות בריאות. במקרים מסוימים הם אפילו מועילים. פרוביוטיקה כמו לקטובצילוס הם דוגמה למעמד זה, שכן צריכת מיקרואורגניזמים חיים אלה משפרת את האיזון המיקרוביאלי במערכת העיכול שלנו.

• מהם מאכלים פרוביוטיים?

סיכום

למיקרוביולוגיה חשיבות רבה כמדע בסיסי ויישומי. מדע הבסיס מדגיש את המחקרים הפיזיולוגיים, הביוכימיים והמולקולריים של מיקרואורגניזמים. מדע יישומי ממקד את מחקריו בתהליכים תעשייתיים, מזון ומחלות או הדברה.

למרות ההתקדמות במיקרוביולוגיה בשנים האחרונות, ההערכה היא שרק אחוז אחד מכל מיני המיקרואורגניזמים על כדור הארץ סווגו. למרות שהם היו מושא המחקר במשך יותר משלוש מאות שנים, עדיין יש מקום רב להתפתחות תחום חשוב מאוד זה.