דר' מירה נעמד MIRA@SZMC.ORG.IL מיקרוביולוגיה דר' מירה נעמד MIRA@SZMC.ORG.IL

מיקרוביולוגיה מיקרו- קטן ביו- חיים לוגיה- מדע מיקרו- קטן ביו- חיים לוגיה- מדע מדע העוסק ביצורים קטנים פחות מ- 100 mm. רק במאה ה-17 נראו לראשונה המיקרואורגניזמים בעקבות ההתפתחות הטכנולוגית שהביאה להרחבת יכולת ההתבוננות. המיקרוסקופים הראשונים של לוונהוק עד מיקרוסקופ האור התפתחות מדע כימי ביולוגי, זיהוי חומצות גרעין, PCR

היסטוריה בקיצור 1020 אבן סינא מפרסם הספר הקנון של הרפואה המתאר את המחלות הידועות בתקופתו. בספר מוצגת ההשערה בנוגע לשחפת ומחלות מידבקות אחרות שעוברות באוויר. הוא אף ממליץ לטפל בהתפשטות המחלות בעזרת בידוד. בשנת 1546, ג'ירולמו פרקסטורו מעלה השערה בספרו על הדבקה ומחלות מידבקות כי המחלות נגרמות מיצורים חיים. 1677 : גילוי הבקטריות על ידי אנטוני ואן לוונהוק שנחשב לאבי תורת המיקרוביולוגיה. הוא כינה ייצורים אלו אנימלקולס מלטינית: יצורים קטנים.

1828: כריסטיאן גוטפריד אהרנברג היה הראשון שהשתמש בשם בקטריה. 1840: הפתולוג הגרמני יאקוב הנלה מעלה את התיאוריה למחלות מידבקות. 1857-1895: לואי פסטר מראה במחקריו כי המחלות מראות על קיומם של מיקרואורגניזמים. היה הראשון שביצע מחקרים מסודרים על מספר מחלות כמו גם על חיסונים. במחקריו דחה את תיאוריית הספונטניות.

1873-1882: רוברט קוך הצליח לגלות את החיידק שגורם למחלת השחפת 1873-1882: רוברט קוך הצליח לגלות את החיידק שגורם למחלת השחפת. בנוסף ניסח את האקסיומות של קוך הקובעות מתי אורגניזם הוא פתוגני. 1884: הרופא דני הנס כריסטיאן גרם המציא שיטה ראשונית לסיווג חיידקים. השיטה נקראת על שמו צביעת גרם.

1912: פאול ארליך טיפול יעיל נגד עגבת. 1917: גילוי הבקטריופאג' 1928: פרדריך גריפית' גילה את טרנספורמציה. יסוד של הגנטיקה מולקולרית. 1929: אלכסנדר פלמינג גילה חומר אנטי-בקטריאלי שאותו כינה פניצילין. 1944: אלברט שץ וזלמן אברהם וקסמן גילו את הסטרפטומיצין ותרופה הראשונה שהופקה למחלת השחפת.

מיקרוביולוגיה עוסקת ביצורים שונים: חיידקים- bacteria נגיפים- viruses פיטריות- fungi אצות- algae פרוטוזואה- protozoa פריונים- Prions

מיקרואורגניזמים מצויים בסביבתיינו: באדמה באוויר במזון במים על ובתוך הגוף רוב המיקרואורגניזמים אינם מזיקים לאדם וחלקם מועילים: מזון- יין, בירה, שמרים, מוצרי חלב ולחם פירוק פסולת- ביוב, דשן אורגני, דשן חנקתי, פירוק כתמי נפט

הנדסה גנטית- חלבונים, הורמונים, אנטיביוטיקה, חיסונים גוף האדם – יצור ויטמין K, ויטמין B חיידקים במערכת העיכול- פירוק המזון הגנה – מניעת חדירת חיידקים לגוף

חיידקים פרוביוטיים (למען החיים) חיידקים פרוביוטיים (למען החיים) הפלורה הטבעית במעיים יש למעלה מ- 400 סוגי חיידקים הגנה מפני מחלות: מחזקים פעילות לימפוציטים ומאקרופאפאגים מניעת שיגשוג של חיידקים פתוגניים ע"י שינוי הסביבה:

חיידקים פרוביוטיים (המשך) תחרות על מקום וחומרי גידול יצור חומרים דמויי אנטיביוטיקה סביבה לא נוחה (שחרור חומרים מעכבי גדילה) ספיגת יסודות מזון (ויטמין K, ויטמין B) סיוע בעיכול מוצרי חלב

מיקרואורגניזמים כגורמי מחלות שינוי היסטוריה כלכלה וחברה מפלת סנחריב (מלכים ב) מחלת הדבר באירופה ובאסיה (המגיפה השחורה) מחלת הכולרה באירופה נגיף תפו"א באירלנד נגיף השפעת (השפעת הספרדית) מגיפת ה- AIDS נגיף ה- SARS נגיף שפעת העופות, שפעת החזירים

תהליכים מטבוליים מטבוליזם- תהליכי יצירה ופירוק בתא החי קטבוליזם- תהליכי פירוק אנבוליזם- תהליכי בניה יצירת אנרגיה ATP- מטבע האנרגיה בתא מקור האנרגיה: glucose תהליך אירובי: דורש חמצן תהליך אנאירובי: אינו דורש חמצן. שימוש במולקולות אחרות כגון ניטראט NO3-

תהליך אירובי: 1 glucose 30 ATP תהליך אנאירובי: 1 glucose 2 ATP + 2 pyruvate ח. חלב (ח. לקטית) , אתנול, אצטט תהליכי תסיסה-ללא חמצן. שימוש בניטראט NO3- (רק חיידקים מסוגלים לקשור חנקן אטמוספרי ולהעבירו לצמחים. חנקן חיוני לבניית חלבונים).

גידול חיידקים לשם מה? אבחון גורם מחלה אבחון גורם מזהם בדיקת רגישות לצורך טיפול ביוטכנולוגיה יכולת של מיקרואורגניזמים לגדול בתנאים מסוימים מאפשרת להבחין ביניהם ולאבחן אותם.

Medium- מצע גידול מכיל את כל החומרים הדרושים לגידול חיידקים מקור פחמן ואנרגיה - גלוקוז מלחים ח. אמינו לסינטזת חלבונים ח. גרעין להכפלת DNA וסינטזת RNA מצע גידול נוזלי- לגידול כמות גדולה של חיידקים לצורך ביוטכנולוגיה, מחקר או הנדסה גנטית. מצע גידול מוצק – מכיל אגר, משמש לזיהוי חיידקים.

שימוש בדיאגנוסטיקה Selective medium-(מצע בררני) מאפשר להבחין בין מיקרואורגניזמים שונים ע"י גידול של זנים מסוימים. גידול אירובי לעומת אנאירובי גידול בנוכחות אנטיביוטיקה גידול במצע לקטוז Differential medium- (מצע דיפרנציאלי) מאפשר להבחין בין מיקרואורגניזמים שונים ע"י שינוי במצע. גידול במצע מקונקי (לקטוז ואידיקטור ל-ph נמוך) גידול במצע דם

שלבים בבידוד וזיהוי חיידקים מושבות ברורות גידול דיפרנציאלי צביעת גראם הסתכלות במיקרוסקופ רגישות לאנטיביוטיקה בדיקות מיוחדות: PCR איבחון DNA שימוש בנוגדנים

שלבים בבידוד וזיהוי חיידקים גידול חיידקים במשטח אינקובציה לגידול מושבות חיידקים בד"כ ל 24 שעות בדיקת גודל, צורה, צבע, המוליזה ותצרוכת חמצן

זריעת בידוד

פלטת אגר דם Bacillus cereus. Bacillus anthracis CDC/Dr. James Feeley צבע החיידקים, צורת המושבות, המוליזה של הדם CDC/Dr. James Feeley

שני חיידקים שגדלו על מצע בשר ועוף שהושארו ללא קירור סלמונלה שנדגמה ממטלית מטבח

Gram Stain Gram negative Gram positive Heat/Dry Crystal violet stain Iodine Fix Alcohol de-stain Safranin stain

צביעת גראם צורה עגול cocci מתג bacili סלילני spirali התארגנות (יחיד או רבים) אשכול תאים staphylococcus שרשרת תאים streptococcus זוג תאים diplococcus

Bacili

Streptococcus

Streptococcus in chains (Gram stain)

Streptococcus pneumoniae (diplococcus). Fluorescent stain

מיקרוסקופ חיידקים צבועים נוזל חוט שידרה spinal fluids (meningitis) ליחה sputum (tuberculosis) רגישות נמוכה

Antibiotic susceptibility testing Susceptible Not susceptible Bacterial lawn Growth No growth Antibiotic disk

Real-time PCR ds DNA Cycle one Dye Cycle two Cycle 30 2 30

DNA-DNA hybridization Strain 1 Heat + Strain 2 0% Homology 100% Homology

Rapid “Strep” Test Streptococcal antigenic extract Antibody Latex beads

Typical Culture Laboratory Bench

מיקרוביולוגיה קלינית יחסי סימביוזה Mutialism – שני היצורים חיים ביחד Commensalisms – יצור אחד בשותפות נהנה ולשני אין נזק Parasitism (טפילות) – יצור אחד נהנה מהשותפות ולשני נגרם נזק. יחסי טפיל מאחסן הנזק יכול להיות קל ועד חמור (מוות של המאחסן) טפיל חכם לעומת טפיל מוחלט

פלורה טבעית גוף האדם מהווה בית גידול למיקרואורגניזמים בגוף האדם יש פי 10 יותר חיידקים מתאים 10% ממשקל הגוף הוא חיידקים בפה יש חיידקים בכמות שעולה על מספר אוכלוסיית העולם אוכלוסיית הפלורה הטבעית משתנה: פלורה קבועה resident flora פלורה המשתנה transient flora

גורמים המשפיעים על הפלורה הטבעית תפקידי הפלורה הטבעית הורדת pH הפרשת חומרים אנטי בקטריאליים (במעי) אכלוס אזורים בגוף ומניעת התפתחות אוכלוסיות אחרות גורמים המשפיעים על הפלורה הטבעית גיל מצב תזונתי, הקרנה טיפול אנטיביוטי שינויים סביבתיים

פלורה טבעית של העור גורמים חולפים: הנספחים לחלק החיצוני של העור גורמים קבועים: בעומק העור, בזקיקי השיער, בבלוטת הזיעה. מינים נפוצים כמו פיטריות, staphylococcus, corynobacterium חיידקים המתגוררים בבית השחי מפרקים את הזיעה וגורמים לריח האופייני לזיעה.

הגנה טבעית של מערכת הנשימה ריסים במערכת הנשימה (נהרסים בגלל עישון) נזלת, עיטוש פלורה טבעית כמו: streptococci, staphylococci, diphtheroids

פלורה טבעית של מערכת העיכול תנאים משתנים לאורך צינור העיכול, כל איזור מהווה בית גידול נפרד בפה: Streptococci (חורים בשיניים) בקיבה: pH חומצי, חיידקים בודדים בלבד בתריסריון: pH בסיסי מעט חיידקים מעי דק, מעי גס ובמעי העיוור: גידול חיידקים רבים היכולים להוות עד 30% מנפח הצואה, אחראים ליצירת גזים וריח, יוצרים שרשראות ח. שומן קצרות החיוניות לבריאות המעיים חיידקים אנאירוביים כמו E. Coli, Klebsiela, enterobacter

פלורה טבעית של מערכת המין והשתן כל האברים הפנימיים סטריליים : כליות שלפוחית השתן, החלק העליון של השופכה בנשים: הפלורה הטבעית משתנה עם הגיל בילדות: בוגינה pH= 7 הפלורה הטבעית: streptococci, staphylococci, diphtheroids בבגרות בהשפעת אסטרוגן התאים אוגרים גליקוגן הפלורה הטבעית משתנה lactobacilli המפרק את הגליקוגן לח. חלב, הורדת pH=5 המונעת גידול של מיקרואורגניזמים כמו candida albicaans

סיכום תפקידי הפלורה הטבעית חסימת אתרים להתפתחות אורגניזמים אחרים שינוי תנאי סביבה ומניעת גידול אורגניזמים אחרים (שינוי pH) הפרשת חומרים המסייעים למאחסן (ויטמינים וחץ שומן במעי) אם מופר האיזון ביחסי הגומלין בין המאחסן לבין המיקרואורגניזמים, הפלורה הטבעית יכולה להפוך לפתוגנית opportunism