1.1: ما عرفه أسلافنا
- Page ID
- 194574
أهداف التعلم
- وصف كيف قام أسلافنا بتحسين الطعام باستخدام الميكروبات غير المرئية
- وصف كيف تم شرح أسباب المرض والمرض في العصور القديمة، قبل اختراع المجهر
- وصف الأحداث التاريخية الرئيسية المرتبطة بميلاد علم الأحياء الدقيقة
التركيز السريري: الجزء الأول
تعاني كورا، وهي محامية تبلغ من العمر 41 عامًا وأم لطفلين، مؤخرًا من صداع شديد وحمى شديدة وتيبس في الرقبة. أفاد زوجها، الذي رافق كورا لرؤية الطبيب، أن كورا تبدو أيضًا مرتبكة في بعض الأحيان ونعاس بشكل غير عادي. بناءً على هذه الأعراض، يشتبه الطبيب في أن كورا قد تكون مصابة بالتهاب السحايا، وهو عدوى قد تهدد الحياة في الأنسجة المحيطة بالدماغ والحبل الشوكي.
التهاب السحايا له عدة أسباب محتملة. يمكن أن يحدث بسبب البكتيريا أو الفطريات أو الفيروسات أو حتى التفاعل مع الأدوية أو التعرض للمعادن الثقيلة. على الرغم من أن الأشخاص المصابين بالتهاب السحايا الفيروسي عادة ما يشفون من تلقاء أنفسهم، إلا أن التهاب السحايا البكتيري والفطري خطير للغاية ويتطلب العلاج.
يأمر طبيب كورا بزل قطني (البزل الشوكي) لأخذ ثلاث عينات من السائل النخاعي (CSF) من جميع أنحاء الحبل الشوكي (الشكل\(\PageIndex{1}\)). سيتم إرسال العينات إلى المختبرات في ثلاثة أقسام مختلفة للاختبار: الكيمياء السريرية وعلم الأحياء الدقيقة وأمراض الدم. سيتم فحص العينات أولاً بصريًا لتحديد ما إذا كان السائل النخاعي ملونًا بشكل غير طبيعي أو غائم؛ ثم يتم فحص السائل النخاعي تحت المجهر لمعرفة ما إذا كان يحتوي على عدد طبيعي من خلايا الدم الحمراء والبيضاء وللتحقق من أي أنواع غير طبيعية من الخلايا. في مختبر الأحياء الدقيقة، سيتم طرد العينة بتركيز أي خلايا في الرواسب؛ سيتم تلطيخ هذه الرواسب على شريحة وتلطيخها بصبغة الجرام. التلطيخ بالجرام هو إجراء يستخدم للتمييز بين نوعين مختلفين من البكتيريا (إيجابية الجرام وسالبة الجرام).
سيظهر حوالي 80٪ من مرضى التهاب السحايا الجرثومي البكتيريا في السائل النخاعي مع بقعة غرام. 1 لم تظهر بقعة غرام من كورا أي بكتيريا، لكن طبيبها قرر وصف المضادات الحيوية لها تحسباً لذلك. سيتم زراعة جزء من عينة CSF - ضعه في أطباق خاصة لمعرفة ما إذا كانت البكتيريا أو الفطريات ستنمو. يستغرق الأمر بعض الوقت حتى تتكاثر معظم الكائنات الحية الدقيقة بكميات كافية ليتم اكتشافها وتحليلها.
التمارين\(\PageIndex{1}\)
ما أنواع الكائنات الحية الدقيقة التي يمكن قتلها بالعلاج بالمضادات الحيوية؟
معظم الناس اليوم، حتى أولئك الذين يعرفون القليل جدًا عن علم الأحياء الدقيقة، على دراية بمفهوم الميكروبات، أو «الجراثيم»، ودورها في صحة الإنسان. يتعلم أطفال المدارس عن البكتيريا والفيروسات والكائنات الحية الدقيقة الأخرى، بل إن العديد منهم يشاهدون العينات تحت المجهر. ولكن قبل بضع مئات من السنين، قبل اختراع المجهر، كان من المستحيل إثبات وجود العديد من أنواع الميكروبات. فالكائنات الحية الدقيقة أو الميكروبات، بحكم تعريفها، كائنات صغيرة جدًا؛ فالعديد من أنواع الميكروبات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بدون مجهر، على الرغم من أن بعض الطفيليات والفطريات يمكن رؤيتها بالعين المجردة.
يعيش البشر مع الكائنات الحية الدقيقة ويستخدمونها لفترة أطول بكثير مما تمكنوا من رؤيتها. تشير الأدلة التاريخية إلى أن البشر لديهم بعض الأفكار عن الحياة الميكروبية منذ عصور ما قبل التاريخ واستخدموا هذه المعرفة لتطوير الأطعمة وكذلك الوقاية من الأمراض وعلاجها. في هذا القسم، سوف نستكشف بعض التطبيقات التاريخية لعلم الأحياء الدقيقة وكذلك البدايات المبكرة لعلم الأحياء الدقيقة كعلم.
الأطعمة والمشروبات المخمرة
استمتع الناس في جميع أنحاء العالم بالأطعمة والمشروبات المخمرة مثل البيرة والنبيذ والخبز واللبن والجبن والخضروات المخللة طوال التاريخ المسجل. تشير الاكتشافات من العديد من المواقع الأثرية إلى أنه حتى الناس في عصور ما قبل التاريخ استفادوا من التخمير للحفاظ على طعم الطعام وتحسينه. اكتشف علماء الآثار الذين يدرسون الجرار الفخارية من قرية من العصر الحجري الحديث في الصين أن الناس كانوا يصنعون مشروبًا مخمرًا من الأرز والعسل والفاكهة منذ عام 7000 قبل الميلاد. 2
يتطلب إنتاج هذه الأطعمة والمشروبات التخمير الميكروبي، وهي عملية تستخدم البكتيريا أو العفن أو الخميرة لتحويل السكريات (الكربوهيدرات) إلى الكحول والغازات والأحماض العضوية (الشكل\(\PageIndex{2}\)). في حين أنه من المحتمل أن يكون الناس قد تعلموا لأول مرة عن التخمير عن طريق الصدفة - ربما عن طريق شرب الحليب القديم المتخثر أو عصير العنب القديم الذي تم تخميره - فقد تعلموا لاحقًا تسخير قوة التخمير لصنع منتجات مثل الخبز والجبن والنبيذ.
معاهدة رجل الثلج
كان لدى البشر في عصور ما قبل التاريخ فهم محدود جدًا لأسباب المرض، وطورت الثقافات المختلفة معتقدات وتفسيرات مختلفة. في حين يعتقد الكثيرون أن المرض كان عقابًا لإثارة غضب الآلهة أو كان ببساطة نتيجة القدر، تشير الأدلة الأثرية إلى أن الناس في عصور ما قبل التاريخ حاولوا علاج الأمراض والالتهابات. أحد الأمثلة على ذلك هو Ötzi the Iceman، وهي مومياء عمرها 5300 عام وجدت متجمدة في جليد جبال أوتزال على الحدود النمساوية الإيطالية في عام 1991. نظرًا لأن أوتزي كان محفوظًا جيدًا بالجليد، اكتشف الباحثون أنه مصاب ببيض الطفيل Trichuris trichiura، مما قد يكون سبب له آلام في البطن وفقر الدم. وجد الباحثون أيضًا دليلًا على بوريليا بورجدورفيري، وهي بكتيريا تسبب مرض لايم. 3 يعتقد بعض الباحثين أن أوتزي ربما كان يحاول علاج إصاباته بالفاكهة الخشبية لفطر Piptoporus betulinus، الذي تم اكتشافه مرتبطًا بممتلكاته. 4 هذا الفطر له خصائص ملين ومضاد حيوي. كان أوتزي أيضًا مغطى بالوشم الذي تم صنعه عن طريق قطع شقوق في جلده وملئها بالأعشاب ثم حرق الأعشاب. 5 هناك تكهنات بأن هذه ربما كانت محاولة أخرى لعلاج أمراضه الصحية.
المفاهيم المبكرة للمرض والعدوى والاحتواء
يبدو أن العديد من الحضارات القديمة قد فهمت بعض الشيء أن المرض يمكن أن ينتقل عن طريق أشياء لا يمكنهم رؤيتها. هذا واضح بشكل خاص في المحاولات التاريخية لاحتواء انتشار المرض. على سبيل المثال، يشير الكتاب المقدس إلى ممارسة عزل الأشخاص المصابين بالجذام وأمراض أخرى، مما يشير إلى أن الناس فهموا أن الأمراض يمكن أن تكون معدية. ومن المفارقات أنه في حين أن الجذام مرض معدي، فإنه أيضًا مرض يتطور ببطء. هذا يعني أنه من المحتمل أن يكون الأشخاص قد تم وضعهم في الحجر الصحي بعد أن قاموا بالفعل بنقل المرض للآخرين.
عزا اليونانيون القدماء المرض إلى الهواء السيئ، المالاريا، الذي أطلقوا عليه اسم «الروائح الميازمية». لقد طوروا ممارسات النظافة التي بنيت على هذه الفكرة. آمن الرومان أيضًا بفرضية الميازما وأنشأوا بنية تحتية معقدة للصرف الصحي للتعامل مع مياه الصرف الصحي. في روما، قاموا ببناء قنوات المياه، التي جلبت المياه العذبة إلى المدينة، ومجاري الصرف الصحي العملاق، Cloaca Maxima، الذي نقل النفايات إلى نهر التيبر (الشكل\(\PageIndex{3}\)). يعتقد بعض الباحثين أن هذه البنية التحتية ساعدت في حماية الرومان من أوبئة الأمراض المنقولة بالمياه.
حتى قبل اختراع المجهر، قام بعض الأطباء والفلاسفة والعلماء بخطوات كبيرة في فهم القوى غير المرئية - ما نعرفه الآن باسم الميكروبات - التي يمكن أن تسبب العدوى والمرض والموت.
يعتبر الطبيب اليوناني أبقراط (460-370 قبل الميلاد) «والد الطب الغربي» (الشكل\(\PageIndex{4a}\)). على عكس العديد من أسلافه ومعاصريه، رفض فكرة أن المرض ناجم عن قوى خارقة للطبيعة. وبدلاً من ذلك، افترض أن الأمراض لها أسباب طبيعية من داخل المرضى أو بيئاتهم. يُعتقد أن أبقراط وورثته قد كتبوا مجموعة أبقراط، وهي مجموعة من النصوص التي تشكل بعضًا من أقدم الكتب الطبية الباقية. 6 غالبًا ما يُنسب الفضل إلى أبقراط أيضًا كمؤلف لقسم أبقراط، الذي أداه الأطباء الجدد للتعهد بتفانيهم في تشخيص وعلاج المرضى دون التسبب في أي ضرر.
في حين يُعتبر أبقراط والد الطب الغربي، يُعتبر الفيلسوف والمؤرخ اليوناني ثوسيديدس (460-395 قبل الميلاد) والد التاريخ العلمي لأنه دعا إلى التحليل القائم على الأدلة لاستدلال السبب والنتيجة (الشكل\(\PageIndex{4b}\)). من بين أهم مساهماته ملاحظاته المتعلقة بالطاعون الأثيني الذي أودى بحياة ثلث سكان أثينا بين 430 و 410 قبل الميلاد. بعد أن نجا من الوباء بنفسه، أبدى ثوسيديدس ملاحظة مهمة مفادها أن الناجين لم يصابوا مرة أخرى بالمرض، حتى عند رعاية المرضى بنشاط. 7 تظهر هذه الملاحظة فهمًا مبكرًا لمفهوم المناعة.
كان ماركوس تيرينتيوس فارو (116-27 قبل الميلاد) كاتبًا رومانيًا غزير الإنتاج وكان من أوائل الأشخاص الذين اقترحوا مفهومًا مفاده أن الأشياء التي لا يمكننا رؤيتها (ما نسميه الآن الكائنات الحية الدقيقة) يمكن أن تسبب المرض (الشكل\(\PageIndex{4c}\)). في Res Rusticae (On Farming)، الذي نُشر في 36 قبل الميلاد، قال إنه «يجب أيضًا اتخاذ الاحتياطات في مستنقعات الأحياء... لأن بعض المخلوقات الدقيقة [animalia minuta] تنمو هناك والتي لا يمكن رؤيتها بالعين، والتي تطفو في الهواء وتدخل الجسم من خلال الفم والأنف وهناك تسبب أمراض خطيرة». 8
التمارين\(\PageIndex{2}\)
- أعط مثالين للأطعمة التي أنتجها البشر تاريخيًا بمساعدة الميكروبات.
- اشرح كيف ساهمت التفاهمات التاريخية للمرض في محاولات علاج المرض واحتوائه.
ولادة علم الأحياء الدقيقة
في حين أن القدماء ربما شككوا في وجود «مخلوقات دقيقة» غير مرئية، إلا أنه لم يتم تأكيد وجودها بشكل نهائي حتى اختراع المجهر. في حين أنه من غير الواضح من اخترع المجهر بالضبط، كان تاجر الملابس الهولندي أنطوني فان ليوينهوك (1632-1723) أول من طور عدسة قوية بما يكفي لرؤية الميكروبات. في عام 1675، وباستخدام مجهر بسيط ولكنه قوي، تمكن ليوينهوك من مراقبة الكائنات أحادية الخلية، التي وصفها بأنها «حيوانات» أو «حيوانات صغيرة» تسبح في قطرة من مياه الأمطار. من خلال رسوماته لهذه الكائنات الصغيرة، نعلم الآن أنه كان ينظر إلى البكتيريا والطفيليات. (سنستكشف مساهمات Leeuwenhoek في الفحص المجهري بشكل أكبر في الفصل 2: كيف نرى العالم غير المرئي.)
بعد ما يقرب من 200 عام من حصول فان ليوينهوك على أول لمحة عن الميكروبات، أنتج «العصر الذهبي لعلم الأحياء الدقيقة» مجموعة من الاكتشافات الجديدة بين عامي 1857 و 1914. كان اثنان من علماء الأحياء الدقيقة المشهورين، لويس باستور وروبرت كوخ، نشطين بشكل خاص في تعزيز فهمنا للعالم غير المرئي للميكروبات (الشكل\(\PageIndex{5}\)). أظهر باستور، الكيميائي الفرنسي، أن السلالات الميكروبية الفردية لها خصائص فريدة وأظهر أن التخمير ناتج عن الكائنات الحية الدقيقة. كما اخترع البسترة، وهي عملية تستخدم لقتل الكائنات الحية الدقيقة المسؤولة عن التلف، وطور لقاحات لعلاج الأمراض، بما في ذلك داء الكلب، في الحيوانات والبشر. كان كوتش، وهو طبيب ألماني، أول من أظهر العلاقة بين ميكروب واحد معزول ومرض بشري معروف. على سبيل المثال، اكتشف البكتيريا التي تسبب الجمرة الخبيثة (Bacillus anthracis) والكوليرا (Vibrio cholera) والسل (المتفطرة السلية). 9 سنناقش علماء الأحياء الدقيقة المشهورين وغيرهم في فصول لاحقة.
ومع تطور علم الأحياء الدقيقة، فقد سمح للتخصص الأوسع في علم الأحياء بالنمو والازدهار بطرق لم تكن متخيلة من قبل. يأتي الكثير مما نعرفه عن الخلايا البشرية من فهمنا للميكروبات، والعديد من الأدوات التي نستخدمها اليوم لدراسة الخلايا وعلم الوراثة الخاص بها مستمدة من العمل مع الميكروبات.
التمارين\(\PageIndex{3}\)
كيف غيّر اكتشاف الميكروبات فهم الإنسان للمرض؟
صندوق أدوات الميكروبيولوجيا
نظرًا لأن الميكروبات الفردية عمومًا صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، فإن علم الأحياء الدقيقة يعتمد على التكنولوجيا التي يمكن أن تعزز بشكل مصطنع قدرة حواسنا الطبيعية على الإدراك. كان لدى علماء الأحياء الدقيقة الأوائل مثل باستور وكوخ أدوات أقل مما هو موجود في المختبرات الحديثة، مما جعل اكتشافاتهم وابتكاراتهم أكثر إثارة للإعجاب. ستستكشف الفصول اللاحقة من هذا النص العديد من تطبيقات التكنولوجيا بعمق، ولكن في الوقت الحالي، إليك نظرة عامة موجزة عن بعض الأدوات الأساسية لمختبر الأحياء الدقيقة.
- تنتج الميكروسكوبات صورًا مكبرة للكائنات الحية الدقيقة والخلايا والأنسجة البشرية والعديد من الأنواع الأخرى من العينات الصغيرة جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها بالعين المجردة.
- تُستخدم البقع والأصباغ لإضافة اللون إلى الميكروبات حتى يمكن ملاحظتها بشكل أفضل تحت المجهر. يمكن استخدام بعض الأصباغ على الميكروبات الحية، بينما يتطلب البعض الآخر تثبيت العينات بالمواد الكيميائية أو الحرارة قبل التلوين. تعمل بعض البقع فقط على أنواع معينة من الميكروبات بسبب الاختلافات في التركيب الكيميائي الخلوي.
- تُستخدم وسائط النمو لنمو الكائنات الحية الدقيقة في بيئة معملية. بعض الوسائط عبارة عن سوائل؛ والبعض الآخر أكثر صلابة أو يشبه الجل. يوفر وسيط النمو العناصر الغذائية، بما في ذلك الماء والأملاح المختلفة ومصدر الكربون (مثل الجلوكوز) ومصدر النيتروجين والأحماض الأمينية (مثل مستخلص الخميرة) حتى تتمكن الكائنات الحية الدقيقة من النمو والتكاثر. يمكن تعديل المكونات في وسط النمو لزراعة أنواع فريدة من الكائنات الحية الدقيقة.
- طبق بتري هو طبق ذو غطاء مسطح يبلغ قطره عادة من 10 إلى 11 سم وارتفاعه من 1 إلى 1.5 سم. تُستخدم أطباق بيتري المصنوعة من البلاستيك أو الزجاج لحمل وسائط النمو (الشكل\(\PageIndex{6}\)).
- أنابيب الاختبار عبارة عن أنابيب بلاستيكية أو زجاجية أسطوانية ذات قيعان مستديرة وأسطح مفتوحة. يمكن استخدامها لزراعة الميكروبات في المرق أو وسائط النمو شبه الصلبة أو الصلبة.
- موقد Bunsen هو جهاز معدني ينتج لهبًا يمكن استخدامه لتعقيم قطع المعدات. أنبوب مطاطي يحمل الغاز (الوقود) إلى الموقد. في العديد من المختبرات، يتم التخلص التدريجي من مواقد Bunsen لصالح المحارق الدقيقة بالأشعة تحت الحمراء، والتي تخدم غرضًا مشابهًا دون مخاطر السلامة الناتجة عن اللهب المكشوف.
- حلقة التلقيح هي أداة محمولة تنتهي بحلقة سلكية صغيرة (الشكل\(\PageIndex{6}\)). يمكن استخدام الحلقة لتسلسل الكائنات الحية الدقيقة على الأجار في طبق بتري أو لنقلها من أنبوب اختبار إلى آخر. قبل كل استخدام، يجب تعقيم حلقة التلقيح حتى لا تتلوث الثقافات.
المفاهيم الأساسية والملخص
- الكائنات الحية الدقيقة (أو الميكروبات) هي كائنات حية صغيرة جدًا بشكل عام بحيث لا يمكن رؤيتها بدون مجهر.
- على مر التاريخ، استخدم البشر الميكروبات لصنع الأطعمة المخمرة مثل البيرة والخبز والجبن والنبيذ.
- قبل اختراع المجهر بوقت طويل، افترض بعض الناس أن العدوى والمرض ينتشران عن طريق كائنات حية صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها. كما أنهم حددوا بشكل صحيح بعض المبادئ المتعلقة بانتشار المرض والمناعة.
- كان أنتوني فان ليوينهوك، باستخدام المجهر، أول من وصف فعليًا ملاحظات البكتيريا، في عام 1675.
- خلال العصر الذهبي لعلم الأحياء الدقيقة (1857-1914)، اكتشف علماء الأحياء الدقيقة، بما في ذلك لويس باستير وروبرت كوخ، العديد من الروابط الجديدة بين مجالات علم الأحياء الدقيقة والطب.
الحواشي
- 1 ريبيكا بوكستون. «فحص بقع الجرام لسائل العمود الفقري - التهاب السحايا البكتيري.» الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة. 2007. www.microbelibrary.org/librar... ial-shem
- 2 بي إي ماكغفرن وآخرون «المشروبات المخمرة في الصين قبل التاريخ وما قبل التاريخ.» وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية 1 رقم 51 (2004): 17593-17598. doi:10.1073/pnas.0407921102.
- 3 أ. كيلر وآخرون. «رؤى جديدة حول أصل رجل الثلج التيرولي والنمط الظاهري كما تم استنتاجه من خلال تسلسل الجينوم الكامل.» اتصالات الطبيعة، 3 (2012): 698. الرقم: 10.1038/ncomms1701.
- 4 L. Capasso. «منذ 5300 عام، استخدم رجل الثلج المسهلات الطبيعية والمضادات الحيوية.» ذا لانسيت، 352 (1998) 1943:1864. الرقم: 10.1016/s0140-6736 (05) 79939-6.
- 5 L. Capasso, L. «منذ 5300 عام، استخدم رجل الثلج المسهلات الطبيعية والمضادات الحيوية.» ذا لانسيت، 352 رقم 9143 (1998): 1864. الرقم: 10.1016/s0140-6736 (05) 79939-6.
- 6 جي باباس وآخرون «رؤى حول الأمراض المعدية في عصر أبقراط». المجلة الدولية للأمراض المعدية 12 (2008) 4:347 —350. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijid.2007.11.003.
- 7 ثيوسيديدات. تاريخ الحرب البيلوبونيسية. الكتاب الثاني. 431 قبل الميلاد. ترجمه ريتشارد كراولي. http://classics.mit.edu/Thucydides/p....2.second.html.
- 8 بلينيو بريوتشي. تاريخ الطب: الطب الروماني. لويستون، نيويورك: مطبعة إدوين ميلين، 1998: ص 215.
- 9 إس إم بليفينز وإم إس برونز. «روبرت كوخ و» العصر الذهبي لعلم الجراثيم». المجلة الدولية للأمراض المعدية. 14 رقم 9 (2010): e744-e751. doi:10.1016/j.ijid.2009.12.003.
مسرد المصطلحات
- ميكروب
- بشكل عام، كائن حي صغير جدًا بحيث لا يمكن رؤيته بدون مجهر؛ يُعرف أيضًا باسم الكائنات الحية الدقيقة
- الكائنات الحية الدقيقة
- بشكل عام، كائن حي صغير جدًا بحيث لا يمكن رؤيته بدون مجهر؛ يُعرف أيضًا باسم الميكروب