1.1 מה ידעו אבותינו
- Page ID
- 209076
מטרות למידה
- תאר כיצד אבותינו שיפרו את המזון בעזרת חיידקים בלתי נראים
- תאר כיצד הוסברו הגורמים למחלות ומחלות בימי קדם, לפני המצאת המיקרוסקופ
- תאר אירועים היסטוריים מרכזיים הקשורים להולדת המיקרוביולוגיה
מיקוד קליני: חלק 1
קורה, עורכת דין בת 41 ואם לשניים, חווה לאחרונה כאבי ראש קשים, חום גבוה וצוואר נוקשה. בעלה, שליווה את קורה לפנות לרופא, מדווח כי קורה גם נראית מבולבלת לפעמים ומנומנמת בצורה יוצאת דופן. בהתבסס על תסמינים אלה, הרופא חושד כי קורה עלולה לסבול מדלקת קרום המוח, זיהום שעלול לסכן חיים ברקמה המקיפה את המוח וחוט השדרה.
דלקת קרום המוח יש כמה סיבות אפשריות. זה יכול להיגרם על ידי חיידקים, פטריות, וירוסים, או אפילו תגובה לתרופות או חשיפה למתכות כבדות. למרות שאנשים הסובלים מדלקת קרום המוח הנגיפית בדרך כלל נרפאים מעצמם, דלקת קרום המוח החיידקית והפטרייתית חמורה למדי ודורשת טיפול.
הרופא של קורה מורה על ניקוב מותני (ברז עמוד השדרה) לקחת שלוש דגימות של נוזל מוחי (CSF) מסביב לחוט השדרה (איור\(\PageIndex{1}\)). הדגימות יישלחו למעבדות בשלוש מחלקות שונות לבדיקה: כימיה קלינית, מיקרוביולוגיה והמטולוגיה. הדגימות ייבדקו תחילה ויזואלית כדי לקבוע אם CSF הוא בצבע חריג או מעונן; אז CSF ייבדק תחת מיקרוסקופ כדי לראות אם הוא מכיל מספר נורמלי של תאי דם אדומים ולבנים כדי לבדוק כל סוגי תאים חריגים. במעבדה למיקרוביולוגיה, הדגימה תעבור צנטריפוגה כדי לרכז את כל התאים במשקע; משקע זה יימרח על שקופית ומוכתם בכתם גראם. צביעת גראם היא הליך המשמש להבדיל בין שני סוגים שונים של חיידקים (גרם חיובי וגרם שלילי).
כ -80% מהחולים עם דלקת קרום המוח החיידקית יראו חיידקים ב- CSF שלהם עם כתם גראם. 1 כתם הגראם של קורה לא הראה שום חיידק, אבל הרופא שלה מחליט לרשום לה אנטיביוטיקה לכל מקרה. חלק מדגימת ה-CSF יתורבת - הכניסו לתבשילים מיוחדים כדי לראות אם חיידקים או פטריות יגדלו. זה לוקח קצת זמן עבור רוב מיקרואורגניזמים להתרבות בכמויות מספיקות כדי להיות מזוהה וניתוח.
תרגיל \(\PageIndex{1}\)
אילו סוגים של מיקרואורגניזמים ייהרגו על ידי טיפול אנטיביוטי?
רוב האנשים כיום, אפילו אלה שיודעים מעט מאוד על מיקרוביולוגיה, מכירים את המושג חיידקים, או "חיידקים", ואת תפקידם בבריאות האדם. תלמידי בית הספר לומדים על חיידקים, וירוסים ומיקרואורגניזמים אחרים, ורבים אף רואים דגימות במיקרוסקופ. אבל לפני כמה מאות שנים, לפני המצאת המיקרוסקופ, לא ניתן היה להוכיח את קיומם של סוגים רבים של חיידקים. מעצם הגדרתם, מיקרואורגניזמים, או חיידקים, הם אורגניזמים קטנים מאוד; סוגים רבים של חיידקים קטנים מכדי לראותם ללא מיקרוסקופ, אם כי טפילים ופטריות מסוימים נראים לעין בלתי מזוינת.
בני אדם חיים עם מיקרואורגניזמים ומשתמשים בהם הרבה יותר זמן ממה שהם הצליחו לראות אותם. עדויות היסטוריות מצביעות על כך שלבני אדם היה מושג כלשהו של חיים מיקרוביאליים מאז התקופה הפרהיסטורית והשתמשו בידע זה לפיתוח מזון וכן למניעה וטיפול במחלות. בחלק זה נחקור כמה מהיישומים ההיסטוריים של המיקרוביולוגיה וכן את ההתחלות המוקדמות של המיקרוביולוגיה כמדע.
מזון ומשקאות מותססים
אנשים ברחבי העולם נהנו ממאכלים ומשקאות מותססים כמו בירה, יין, לחם, יוגורט, גבינה וירקות כבושים במשך כל ההיסטוריה המתועדת. תגליות מכמה אתרים ארכיאולוגיים מצביעים על כך שאפילו אנשים פרהיסטוריים ניצלו את התסיסה כדי לשמר ולשפר את טעם האוכל. ארכיאולוגים שחקרו צנצנות חרס מכפר ניאוליתי בסין גילו שאנשים מכינים משקה מותסס מאורז, דבש ופירות כבר בשנת 7000 לפני הספירה. 2
ייצור מזונות ומשקאות אלה דורש תסיסה מיקרוביאלית, תהליך המשתמש בחיידקים, עובש או שמרים כדי להמיר סוכרים (פחמימות) לאלכוהול, גזים וחומצות אורגניות (איור\(\PageIndex{2}\)). למרות שסביר שאנשים למדו לראשונה על תסיסה במקרה - אולי על ידי שתיית חלב ישן שהיה מקומט או מיץ ענבים ישן שהתסס - הם למדו מאוחר יותר לרתום את כוח התסיסה לייצור מוצרים כמו לחם, גבינה ויין.
מטפלת אייסמן
לבני אדם פרהיסטוריים הייתה הבנה מוגבלת מאוד של הגורמים למחלות, ותרבויות שונות פיתחו אמונות והסברים שונים. בעוד שרבים האמינו כי מחלה היא עונש על הכעסת האלים או שהיא פשוט תוצאה של גורל, עדויות ארכיאולוגיות מצביעות על כך שאנשים פרהיסטוריים ניסו לטפל במחלות וזיהומים. דוגמה אחת לכך היא Ötzi איש הקרח, מומיה בת 5300 שנה שנמצאה קפואה בקרח האלפים Ötzal בגבול אוסטריה-איטליה בשנת 1991. מכיוון שאוצי השתמר כל כך טוב על ידי הקרח, החוקרים גילו שהוא נגוע בביצי הטפיל Trichuris trichiura, מה שעלול לגרום לו לכאבי בטן ואנמיה. חוקרים מצאו גם עדויות לבורליה בורגדורפרי, חיידק הגורם למחלת ליים. 3 כמה חוקרים חושבים שאולי אוצי ניסה לטפל בזיהומים שלו בפרי העץ של פטריית Piptoporus betulinus, שהתגלתה קשורה לחפציו. 4 לפטרייה זו יש תכונות משלשלות ואנטיביוטיות כאחד. Ötzi היה מכוסה גם בקעקועים שנעשו על ידי חיתוך חתכים בעורו, מילוים בעשבי תיבול ואז שריפת עשבי התיבול. 5 יש ספקולציות שאולי זה היה ניסיון נוסף לטפל במחלותיו הבריאותיות.
מושגים מוקדמים של מחלות, הדבקה והכלה
נראה כי לכמה תרבויות עתיקות הייתה הבנה מסוימת כי מחלות יכולות להיות מועברות על ידי דברים שהם לא יכלו לראות. הדבר בולט במיוחד בניסיונות היסטוריים להכיל את התפשטות המחלה. לדוגמה, התנ"ך מתייחס לנוהג של הסגר אנשים עם צרעת ומחלות אחרות, דבר המצביע על כך שאנשים הבינו שמחלות יכולות להיות מדבקות. באופן אירוני, בעוד שצרעת ניתנת להדבקה, זו גם מחלה שמתקדמת לאט. המשמעות היא שאנשים ככל הנראה הוסגרו בהסגר לאחר שכבר הפיצו את המחלה לאחרים.
היוונים הקדמונים ייחסו מחלות לאוויר רע, מלריה, שאותו כינו "ריחות מיאסמטיים". הם פיתחו שיטות היגיינה שנבנו על רעיון זה. הרומאים האמינו גם בהשערת המיאזמה ויצרו תשתית תברואה מורכבת להתמודדות עם ביוב. ברומא בנו אמות מים, שהכניסו מים מתוקים לעיר, וביוב ענק, ה- Cloaca Maxima, שהוביל פסולת לנהר הטיבר (איור). \(\PageIndex{3}\) כמה חוקרים מאמינים כי תשתית זו סייעה להגן על הרומאים מפני מגיפות של מחלות הנישאות במים.
עוד לפני המצאת המיקרוסקופ, כמה רופאים, פילוסופים ומדענים עשו צעדים גדולים בהבנת הכוחות הבלתי נראים - מה שאנו מכירים כיום כחיידקים - העלולים לגרום לזיהום, מחלות ומוות.
הרופא היווני היפוקרטס (460—370 לפני הספירה) נחשב ל"אבי הרפואה המערבית "(איור). \(\PageIndex{4a}\) שלא כמו רבים מאבותיו ובני דורו, הוא דחה את הרעיון כי המחלה נגרמת על ידי כוחות על טבעיים. במקום זאת, הוא הניח שלמחלות יש סיבות טבעיות מתוך חולים או מסביבתם. על פי ההערכה, היפוקרטס ויורשיו כתבו את הקורפוס ההיפוקרטי, אוסף טקסטים המרכיבים כמה מספרי הרפואה העתיקים ביותר ששרדו. 6 היפוקרטס זוכה לעתים קרובות גם כמחבר השבועה ההיפוקרטית, שנלקח על ידי רופאים חדשים להתחייב למסירותם לאבחון וטיפול בחולים מבלי לגרום נזק.
בעוד היפוקרטס נחשב לאבי הרפואה המערבית, הפילוסוף וההיסטוריון היווני תוקידידס (460—395 לפנה"ס) נחשב לאבי ההיסטוריה המדעית מכיוון שהוא דגל בניתוח מבוסס ראיות של נימוקי סיבה ותוצאה (איור). \(\PageIndex{4b}\) בין תרומותיו החשובות ביותר ניתן למנות את תצפיותיו בנוגע למגפה האתונאית שהרגה שליש מאוכלוסיית אתונה בין 430 ל -410 לפני הספירה. לאחר ששרד את המגיפה בעצמו, עשה תוקידידס את התצפית החשובה כי הניצולים לא נדבקו מחדש במחלה, גם כאשר טיפלו באנשים חולים באופן פעיל. 7 תצפית זו מראה הבנה מוקדמת של מושג החסינות.
מרקוס טרנטיוס וארו (116—27 לפנה"ס) היה סופר רומאי פורה שהיה אחד האנשים הראשונים שהציעו את הרעיון שדברים שאיננו יכולים לראות (מה שאנו מכנים כיום מיקרואורגניזמים) יכולים לגרום למחלות (איור). \(\PageIndex{4c}\) ב Res Rusticae (על חקלאות), שפורסם בשנת 36 לפני הספירה, הוא אמר כי "יש לנקוט באמצעי זהירות גם בביצות שכונתיות. מכיוון שגדלים שם יצורים זעירים מסוימים [animalia minuta] שלא ניתן לראות בעין, שצפים באוויר ונכנסים לגוף דרך הפה והאף ושם גורמים למחלות קשות". 8
תרגיל \(\PageIndex{2}\)
- תן שתי דוגמאות למזונות שהופקו היסטורית על ידי בני אדם בעזרת חיידקים.
- הסבר כיצד הבנות היסטוריות של מחלות תרמו לניסיונות לטפל ולהכיל מחלות.
לידת המיקרוביולוגיה
בעוד שהקדמונים חשדו בקיומם של "יצורים זעירים" בלתי נראים, רק בהמצאת המיקרוסקופ אושר קיומם באופן סופי. אמנם לא ברור מי בדיוק המציא את המיקרוסקופ, אך סוחר בדים הולנדי בשם אנטוני ואן לוונהוק (1632—1723) היה הראשון שפיתח עדשה חזקה מספיק לצפייה בחיידקים. בשנת 1675, באמצעות מיקרוסקופ פשוט אך רב עוצמה, הצליח ליוונהוק להתבונן באורגניזמים חד תאיים, אותם הגדיר כ"חיות "או" חיות קטנות ", שוחה בטיפת מי גשם. מציוריו של האורגניזמים הקטנים האלה, אנו יודעים כעת שהוא הסתכל על חיידקים ופרוטיסטים. (נחקור את תרומתו של ליוונהוק למיקרוסקופיה עוד בפרק 2: כיצד אנו רואים את העולם הבלתי נראה.)
כמעט 200 שנה לאחר שוואן לוונהוק קיבל את ההצצה הראשונה שלו לחיידקים, "תור הזהב של המיקרוביולוגיה" הוליד שורה של תגליות חדשות בין השנים 1857 - 1914. שני מיקרוביולוגים מפורסמים, לואי פסטר ורוברט קוך, היו פעילים במיוחד בקידום הבנתנו את עולם החיידקים הבלתי נראה (איור). \(\PageIndex{5}\) פסטר, כימאי צרפתי, הראה שלזנים מיקרוביאליים בודדים יש תכונות ייחודיות והוכיח שהתסיסה נגרמת על ידי מיקרואורגניזמים. הוא גם המציא פסטור, תהליך המשמש להרוג מיקרואורגניזמים האחראים לקלקול, ופיתח חיסונים לטיפול במחלות, כולל כלבת, בבעלי חיים ובבני אדם. קוך, רופא גרמני, היה הראשון שהדגים את הקשר בין חיידק בודד ומבודד למחלה אנושית ידועה. לדוגמה, הוא גילה את החיידקים הגורמים לאנתרקס (Bacillus anthracis), כולרה (Vibrio כולרה) ושחפת (שחפת Mycobacterium). 9 נדון במיקרוביולוגים מפורסמים אלה, ואחרים, בפרקים מאוחרים יותר.
ככל שהתפתחה המיקרוביולוגיה, היא אפשרה לדיסציפלינה הרחבה יותר של הביולוגיה לצמוח ולפרוח בדרכים שלא דמיינו בעבר. הרבה ממה שאנו יודעים על תאים אנושיים נובע מהבנתנו את החיידקים, ורבים מהכלים בהם אנו משתמשים כיום לחקר תאים והגנטיקה שלהם נובעים מעבודה עם חיידקים.
תרגיל \(\PageIndex{3}\)
כיצד גילוי החיידקים שינה את ההבנה האנושית של מחלות?
ארגז כלים למיקרוביולוגיה
מכיוון שבדרך כלל חיידקים בודדים קטנים מכדי שניתן יהיה לראותם בעין בלתי מזוינת, מדע המיקרוביולוגיה תלוי בטכנולוגיה שיכולה לשפר באופן מלאכותי את יכולת חושי התפיסה הטבעיים שלנו. למיקרוביולוגים מוקדמים כמו פסטר וקוך היו פחות כלים לרשותם מאשר במעבדות מודרניות, מה שהופך את התגליות והחידושים שלהם להרבה יותר מרשימים. פרקים מאוחרים יותר של טקסט זה יחקרו יישומים רבים של טכנולוגיה לעומק, אך לעת עתה, הנה סקירה קצרה של כמה מהכלים הבסיסיים של המעבדה למיקרוביולוגיה.
- מיקרוסקופים מייצרים תמונות מוגדלות של מיקרואורגניזמים, תאים אנושיים ורקמות, וסוגים רבים אחרים של דגימות קטנות מכדי שניתן יהיה לצפות בהן בעין בלתי מזוינת.
- כתמים וצבעים משמשים להוספת צבע לחיידקים כך שניתן יהיה לצפות בהם טוב יותר במיקרוסקופ. ניתן להשתמש בצבעים מסוימים על חיידקים חיים, בעוד שאחרים דורשים לתקן את הדגימות בכימיקלים או בחום לפני הצביעה. כתמים מסוימים עובדים רק על סוגים מסוימים של חיידקים בגלל הבדלים בהרכב הכימי התאי שלהם.
- אמצעי צמיחה משמשים לגידול מיקרואורגניזמים במסגרת מעבדה. חלק מהמדיה הם נוזלים; אחרים מוצקים יותר או דמויי ג'ל. מצע גידול מספק חומרים מזינים, כולל מים, מלחים שונים, מקור לפחמן (כמו גלוקוז) ומקור לחנקן וחומצות אמינו (כמו תמצית שמרים) כך שמיקרואורגניזמים יכולים לצמוח ולהתרבות. ניתן לשנות מרכיבים במצע גידול לגידול סוגים ייחודיים של מיקרואורגניזמים.
- צלחת פטרי היא צלחת בעלת מכסה שטוח שקוטרה בדרך כלל 10-11 ס"מ (ס"מ) וגובהה 1-1.5 ס"מ. צלחות פטרי העשויות מפלסטיק או מזכוכית משמשות להחזקת אמצעי גידול (איור\(\PageIndex{6}\)).
- מבחנות הן צינורות פלסטיק או זכוכית גליליים עם תחתית מעוגלת וצמרות פתוחות. ניתן להשתמש בהם לגידול חיידקים במרק, או באמצעי גידול חצי מוצקים או מוצקים.
- מבער בונזן הוא מכשיר מתכת שיוצר להבה שניתן להשתמש בה לעיקור חלקי ציוד. צינור גומי נושא גז (דלק) למבער. במעבדות רבות, מבערי בונסן מופסקים בהדרגה לטובת מיקרו-משרפות אינפרא אדום, המשרתות מטרה דומה ללא סיכוני הבטיחות של להבה פתוחה.
- לולאת חיסון היא כלי כף יד המסתיים בלולאת חוט קטנה (איור\(\PageIndex{6}\)). ניתן להשתמש בלולאה כדי לפסים מיקרואורגניזמים על אגר בצלחת פטרי או להעברתם ממבחנה אחת לאחרת. לפני כל שימוש, יש לעקר את לולאת החיסון כדי שתרבויות לא יזהמו.
מושגי מפתח וסיכום
- מיקרואורגניזמים (או חיידקים) הם אורגניזמים חיים שבדרך כלל קטנים מכדי שניתן יהיה לראותם ללא מיקרוסקופ.
- לאורך ההיסטוריה, בני אדם השתמשו בחיידקים לייצור מזון מותסס כמו בירה, לחם, גבינה ויין.
- הרבה לפני המצאת המיקרוסקופ, כמה אנשים תיארו כי זיהום ומחלות מופצים על ידי יצורים חיים קטנים מכדי שניתן יהיה לראותם. הם גם התכוונו נכון לעקרונות מסוימים בנוגע להתפשטות מחלות וחסינות.
- אנטוני ואן לוונהוק, באמצעות מיקרוסקופ, היה הראשון שתיאר למעשה תצפיות על חיידקים, בשנת 1675.
- בתקופת תור הזהב של המיקרוביולוגיה (1857—1914) גילו מיקרוביולוגים, כולל לואי פסטר ורוברט קוך, קשרים חדשים רבים בין תחומי המיקרוביולוגיה והרפואה.
הערות שוליים
- 1 רבקה בקסטון. "בדיקת כתמי גרם של נוזל עמוד השדרה - דלקת קרום המוח החיידקית." האגודה האמריקאית למיקרוביולוגיה. 2007. www.microbelibrary.org/librar... דלקת קרום המוח
- 2 PE מקגוברן ואח '. "משקאות מותססים של סין הטרום-פרוטו-היסטורית." הליכי האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית של אמריקה 1 מס '51 (2004) :17593—17598. דוי:10.1073/pnas.0407921102.
- 3 א קלר ואח '. "תובנות חדשות לגבי מקורו והפנוטיפ של אייסמן הטירולי כפי שהוסק על ידי רצף גנום שלם." תקשורת טבע, 3 (2012): 698. דוי:10.1038/ncomms1701.
- 4 L. Capasso. "לפני 5300 שנה, איש הקרח השתמש בחומרים משלשלים טבעיים ואנטיביוטיקה." הלנסט, 352 (1998) 9143:1864. דוי: 10.1016/s0140-6736 (05) 79939-6.
- 5 L. Capasso, L. "לפני 5300 שנה, איש הקרח השתמש בחומרים משלשלים טבעיים ואנטיביוטיקה." הלנסט, 352 מס '9143 (1998): 1864. דוי: 10.1016/s0140-6736 (05) 79939-6.
- 6 ג 'פאפאס ואח '. "תובנות לגבי מחלות זיהומיות בעידן היפוקרטס." כתב העת הבינלאומי למחלות זיהומיות 12 (2008) 4:347 —350. דוי: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijid.2007.11.003.
- 7 תוקידידס. ההיסטוריה של המלחמה הפלופונסאית. הספר השני. 431 לפני הספירה. תורגם על ידי ריצ'רד קרולי. http://classics.mit.edu/Thucydides/p....2.second.html.
- 8 פליניו פריורסקי. היסטוריה של רפואה: רפואה רומאית. לויסטון, ניו יורק: הוצאת אדווין מלן, 1998: עמ '215.
- 9 ס. מ. בלווינס ומ. ס. ברונזה. "רוברט קוך ו'תור הזהב 'של הבקטריולוגיה." כתב העת הבינלאומי למחלות זיהומיות. 14 מס '9 (2010): e744-e751. דוי:10.1016/j.ijid.2009.12.003.
רשימת מילים
- חיידק
- באופן כללי, אורגניזם קטן מכדי שניתן יהיה לראותו ללא מיקרוסקופ; ידוע גם כמיקרואורגניזם
- מיקרואורגניזם
- באופן כללי, אורגניזם קטן מכדי שניתן יהיה לראותו ללא מיקרוסקופ; ידוע גם כחיידק