מיקרואורגניזמים מיקרואורגניזמים בשירות האדם – חלק א' נושאי השיעור שימוש במיקרואורגניזמים המבצעים תהליך תסיסה בתעשייה: בתעשיית המזון: מוצרי חלב, מאפים, יין ומשקאות אלכוהול אחרים, ירקות כבושים. ייצור תעשייתי של חומרים ביוכימיקלים: אצטון, אנטיביוטיקה. שימוש במיקרואורגניזמים לשמירת איכות הסביבה: שימוש בתפקוד המיקרואורגניזמים בתור מפרקים לטיהור מי ביוב ופירוק אשפה. פירוק מזהמים (נפט).

האדם משתמש במיקרואורגניזמים לתועלתו כבר משחר ההיסטוריה במהלך ההיסטוריה למד האדם לנצל את התהליכים המבוצעים על ידי מיקרואורגניזמים או את תוצריהם לתועלתו. בני האדם אכלו לחם וגבינות ושתו יין – תוצרי פעילות מיקרואורגניזמים, עוד בטרם ידעו על קיומם של המיקרואורגניזמים. היין מתואר בתנ"ך בתור משקה "המשמח אלוהים ואנשים" (שופטים ט י"ג). ואולם, הוזכרו גם ההשפעות השליליות של שתיית יין: "ויחל נח איש האדמה וייטע כרם. וישת מן היין וישכר ויתגל בתוך אהלו" (בראשית ט' כ'–כ"א). על פי ציווי האסלאם, חל איסור מוחלט על שתיית אלכוהול. בני אדם אכלו לחם, תוצר פעילות של מיקרואורגניזמים, וכשלא היה זמן כדי לאפשר למיקרואורגניזמים לפעול, הם אכלו מצות: "מצה זו שאנו אוכלין על שום מה? על שום שלא הספיק בצקם של אבותינו להחמיץ ..." (מן ההגדה של פסח). הגבינה מוזכרת בתנ"ך לראשונה כאשר שלח ישי את בנו דוד למערכה מול גליית, ונתן ביד בנו עשרה חריצי גבינה.

האדם משתמש במיקרואורגניזמים לתועלתו במצגת זו נעסוק בשימוש במיקרואורגניזמים בתחומי התעשייה והרפואה. יישום תהליכים ביולוגיים המתרחשים על ידי אורגניזמים לצורכי האדם נקרא ביוטכנולוגיה. המיקרואורגניזמים יעילים לניצול ביוטכנולוגי משום שאפשר לגדלם בקלות ובמהירות, בהשקעת משאבים מצומצמים יחסית. במצגת זו נעסוק ביישומים אלו: פירוק אשפה וטיהור שפכים ייצור אנטיביוטיקה ניצול תהליכי חילוף החומרים של המיקרואורגניזמים ותפקודם בתור מפרקים לצורך פירוק פסולת ומִחזורה ניצול תוצרי חילוף החומרים של מיקרואורגניזמים תהליכי תסיסה ל: פירוק מזהמים ייצור אצטון ייצור מזונות: יין, מוצרי מאפה, מוצרי חלב, ירקות כבושים. Photo by U.S. Coast Guard כתם נפט במצגת מיקרואורגניזמים בשירות האדם חלק ב' נעסוק ב: ניצול מיקרואורגניזמים לדישון ולהדברה ביולוגית וכן לייצור חומרים בהנדסה גנטית.

תזכורת: תסיסה – נשימה בלא חמצן בתעשיית המזון ובתעשיות אחרות משתמשים במיקרואורגניזמים המבצעים תהליכי תסיסה. מיקרואורגניזמים החיים בסביבות דלות חמצן או חסרות חמצן, מקיימים תהליך נשימה תאית בלא חמצן. התסיסה היא אחד הסוגים העיקריים של נשימה בלא חמצן. תסיסה בתהליכי התסיסה מתרחש פירוק חלקי של הגלוקוז. התוצרים הם עדיין חומרים אורגניים עתירי אנרגיה. אורגניזמים המבצעים תהליך תסיסה הם מינים אחדים של חיידקים ושל פטריות. (לא כל החיידקים והפטריות; מקצת החיידקים והפטריות החיים בסביבה שיש בה חמצן מבצעים נשימה אירובית). קיימים מנגנוני תסיסה שונים הנבדלים בתוצרים הסופיים. דוגמאות: א. תסיסת חומצת חלב (חומצה לקטית) נעשית על ידי חיידקי חומצת חלב, המפרקים את הגלוקוז לחומצת חלב. ב. תסיסה כוהלית נעשית על ידי מינים אחדים של חיידקים ופטריות המפרקים את הגלוקוז לכוהל ולפחמן דו־חמצני. 4

גלוקוז שלבי התסיסה שלבי התסיסה: שלב א': גליקוליזה (כזכור לכם, בגליקוליזה אין שימוש בחמצן) שלב ב': תסיסה (שונה באורגניזמים השונים) הרווח האנרגטי בשלב השני אין הפקת אנרגיה. הרווח האנרגטי מפירוק מולקולת גלוקוז אחת הוא 2ATP שהופקו בגליקוליזה. התוצרים הסופיים של תהליך התסיסה (חומצת חלב, כוהל) הם חומרים אורגניים* שעדיין אצורה בהם אנרגיה רבה, משום שבתהליך פירוק גלוקוז לחומרים אלו השתחררה רק מעט מן האנרגיה האצורה בגלוקוז, ולכן אנרגיה זו מספיקה ליצירת 2 מולקולות ATP בלבד! *בתהליך נשימה אווירנית (אירובית) בהשתתפות חמצן יש פירוק מלא של הגלוקוז לחומרים אנאורגניים – פחמן דו־חמצני ולמים. ולכן משתחררת אנרגיה רבה (המספיקה לייצור 30 מולקולות ATP מפירוק כל מולקולת גלוקוז) גלוקוז C6H12O6 חומצה פירובית 2ADP 2Pi 2ATP אנרגיה תסיסה כוהלית החומצה הפירובית הופכת לכוהל ולפחמן דו־חמצני. תסיסת חומצת חלב החומצה הפירובית הופכת לחומצת חלב. 5 5

שימושים באורגניזמים המבצעים תהליך תסיסה בתעשיית המזון זה שנים רבות למד האדם לנצל את האורגניזמים המבצעים תהליכי תסיסה. בחיידקים המבצעים תסיסת חומצת חלב משתמשים: א. בתעשיית מוצרי חלב כגון: הכנת יוגורט ולבן. ב. בתעשיית שימורי ירקות שונים כגון: הכנת מלפפונים חמוצים, זיתים וכרוב חמוץ. בפטריות המבצעות תסיסה כוהלית משתמשים: א. בתעשיית היין ומשקאות אלכוהול אחרים. ב. בהתפחת לחם ומאפים מגוונים (שמרים). תמונות: אורה בר

שאלה 1: ייצור יוגורט מחלב אפשר להפוך חלב ליוגורט על ידי הוספת חיידקי חומצת חלב. א. מדוע יש לסגור את הכלי שבו מצוי החלב? ב. מדוע החלב נעשה חמוץ וקרוש (כלומר הוא הופך ליוגורט)? ג. האם בזמן התהליך יחול שינוי בכמות הסוכר המצויה בחלב (לקטוז)? 7 7

אפשר להפוך חלב ליוגורט על ידי הוספת חיידקי חומצת חלב. תשובה שאלה 1: אפשר להפוך חלב ליוגורט על ידי הוספת חיידקי חומצת חלב. א. מדוע יש לסגור את הכלי שבו מצוי החלב? ב. מדוע החלב נעשה חמוץ וקרוש (כלומר הוא הופך ליוגורט)? ג. האם בזמן התהליך יחול שינוי בכמות הסוכר בחלב (לקטוז)? תשובה: א. כדי ליצור סביבה דלת חמצן, המתאימה לגידול חיידקי חומצת החלב, שהם חיידקים אנאֵירוביים. ב. בתהליך התסיסה חיידקי חומצת החלב מפרקים את סוכר החלב (הלקטוז) לחומצת חלב. חומצת החלב מופרשת מתאי החיידקים אל החלב ויוצרת סביבה חומצית. עקב כך, טעם החלב נעשה חמוץ, וחלבוני החלב עוברים דנטורציה. לכן החלב נקרש. ג. בזמן התהליך, תרד כמות הלקטוז בחלב כי החיידקים מפרקים את הלקטוז בתהליך התסיסה. לכן החלב מתוק מעט יותר מיוגורט. 8 8

הרחבה: שלבי יצירת יוגורט ביתי מחלב בתהליך התסיסה, החיידקים מפרקים את סוכר החלב לחומצת חלב, שהם מפרישים אל החלב. ה־pH של החלב יורד והוא נעשה חמוץ. חלבוני החלב עוברים דנטורציה, הופכים לבלתי מסיסים ושוקעים כמוצקים. התוצאה: החלב הפך מוצק יותר, וטעמו הפך חמוץ – משמע, החלב הפך ליוגורט. מכסים את הכלי כדי ליצור סביבה אנאֵירובית המתאימה להתפתחות החיידקים. משאירים 2–1 ימים מחוץ למקרר. (הטמפרטורה במקרר נמוכה מדי לפעילות אנזימי החיידקים). מוסיפים לחלב חיידקי חומצת חלב (כפית יוגורט שנמצאים בה חיידקי חומצת החלב שייצרו את היוגורט) 9

הרחבה: הכנת גבינות רכות וקשות הכנת גבינה לבנה רכה מוציאים מן היוגורט את המים על ידי תלייתו בשקית בד, ומקבלים גבינה לבנה רכה. 2. המים מטפטפים החוצה. 1. שמים את היוגורט בשקית בד. 3. בשקית מתקבלת גבינה לבנה רכה. הכנת גבינות קשות גבינות קשות מתקבלות לאחר תהליכי עיבוד נוספים של הגבינות הלבנות הרכות. alvimann at .morguefile.com MaxStraeten at .morguefile.com kconnors at .morguefile.com טעמים ומרקמים מיוחדים מוקנים לגבינות עקב שימוש במיקרואורגניזמים נוספים מלבד חיידקי חומצת חלב: החורים בגבינה נוצרים מפחמן דו־חמצני שנפלט בתהליכים המבוצעים על ידי המיקרואורגניזמים. פטריות עובש (רוקפור וקממבר) נותנות לגבינות טעם מיוחד. 10 10

חלב שהושאר מחוץ למקרר החמיץ לאחר זמן מה. שאלה 2 שאלה 2: בגרות תש"ע חלב שהושאר מחוץ למקרר החמיץ לאחר זמן מה. א. הסבירו מהו התהליך שהתרחש בחלב וגרם להחמצתו. ב. האם התהליך שציינתם בסעיף א' ייפסק לאחר זמן? הסבירו את תשובתכם. 11

חלב שהושאר מחוץ למקרר החמיץ לאחר זמן מה. תשובה: תהליך החמצת החלב ייפסק עקב ירידת ה־pH, הפוגעת בחלבוני החיידקים עצמם שאלה 2: בגרות תש"ע חלב שהושאר מחוץ למקרר החמיץ לאחר זמן מה. א. הסבירו מהו התהליך שהתרחש בחלב וגרם להחמצתו. ב. האם התהליך שציינתם בסעיף א' ייפסק לאחר זמן? הסבירו את תשובתכם. תשובה: א. החלב שהה מחוץ למקרר בטמפרטורת החדר, המתאימה להתפתחות חיידקי חומצת חלב. החיידקים ביצעו תסיסה. בתהליך זה נוצרה חומצת חלב שגרמה לירידת ה־pH, דבר שגרם לטעם החמוץ. ב. תהליך ההחמצה ייפסק לאחר זמן כיוון שתחול הרעה בתנאים הדרושים להמשך התפתחות החיידקים. כמות הסובסטרט (הלקטוז) הדרוש לתהליך התסיסה למספר החיידקים ההולך ועולה, תלך ותרד, ותנאי ה־pH הנמוך לא יאפשרו את קיום החיידקים, כי חלבוני החיידקים יעברו דנטורציה. 12

בתהליך התסיסה, החיידקים מפרקים את הסוכרים המצויים בירקות לחומצת חלב, החמצת מלפפונים האדם משתמש בחיידקי חומצת חלב גם לכבישת ירקות כגון מלפפונים, כרוב וזיתים. בתהליך התסיסה, החיידקים מפרקים את הסוכרים המצויים בירקות לחומצת חלב, המופרשת החוצה וגורמת להחמצת הירקות. כל מי שכבש ירקות בביתו, יודע שהתהליך מסתיים מעצמו לאחר זמן כלשהו. ירידת ה-pH גורמת לדנטורציה של אנזימי החיידקים, ובהם גם של האנזימים המשתתפים בתהליך התסיסה, ולכן תהליך התסיסה נפסק. אורה בר

תהליכי ייצור המבוססים על תסיסה כוהלית: מוצרי בצק מיקרואורגניזמים אחרים, כמו סוגים שונים של חיידקים ופטריות, מבצעים תסיסה כוהלית. בתהליכי תסיסה אלו התוצרים הם פחמן דו־חמצני וכוהל. תוצרים אלו מנוצלים בתעשיית מוצרי הבצק (לחם ועוגות) וייצור היין (ומשקאות אלכוהוליים נוספים). האורגניזמים המעורבים בתהליכי התסיסה הכוהלית הם פטריות חד־תאיות מסוג שמרים. מוצרי בצק זנים שונים של שמרי האפייה מבצעים תהליכי תסיסה בסוכר המצוי בבצק. בתהליך זה מתקבלים פחמן דו־חמצני, הגורם לתפיחת הבצק, וכוהל, שמקצתו מתנדפת ומקצתו תורמת לטעם המיוחד של המאפה. אורה בר 14

תהליכי ייצור המבוססים על תסיסה כוהלית: ייצור יין גם ייצור היין מבוסס על תהליכי תסיסה כוהלית שמבצעים שמרי האפייה או שמרים אחרים. השמרים המצויים על קליפות פֵּרות מפיקים אנרגיה מפירוק הסוכר המצוי בפרי בתנאים של העדר חמצן ויוצרים כוהל ופחמן דו־חמצני. על פי סוגי הפֵּרות שמשתמשים בהם בתהליך זה, מתקבלים יינות מסוגים שונים. הסוג הנפוץ הוא היין המתקבל מענבים, אך אם התסיסה נמשכת ואחוז הכוהל עולה אפשר לקבל ויסקי משעורה, וודקה מתפוחי אדמה ועוד. ביינות מוגזים אוטמים את הבקבוקים כדי לאפשר לפחמן הדו־חמצני להצטבר בבקבוק. אורה בר 15

מכלי עץ להתססת מיץ ענבים ביקב יין נוצר מהתססת מיץ ענבים על ידי שמרים במכלים סגורים בסביבה אל־אווירנית © Berndt Fernow at Wikimedia commons מכלי עץ להתססת מיץ ענבים ביקב 16

התוצאה: העוגה לא עלתה יפה ודמתה לפיתה. הסבירו מדוע. שאלה 3: מקור ה"חורים" בלחם שאלה 3: א. מה מקור ה"חורים" בלחם? ב. אדם הכין בצק לעוגת שמרים. אך לא העמיד אותו לתפיחה אלא הכניסו היישר לתנור. התוצאה: העוגה לא עלתה יפה ודמתה לפיתה. הסבירו מדוע. ג. מדוע לחם אינו מכיל כוהל ואילו יין כן מכיל כוהל, אף על פי ששניהם נוצרו בתהליך תסיסה כוהלית? 17

התוצאה: העוגה לא עלתה יפה ודמתה לפיתה. הסבירו מדוע. תשובה שאלה 3: א. מה מקור ה"חורים" בלחם? ב. אדם הכין בצק לעוגת שמרים. אך לא העמיד אותו לתפיחה אלא הכניסו היישר לתנור. התוצאה: העוגה לא עלתה יפה ודמתה לפיתה. הסבירו מדוע. ג. מדוע לחם אינו מכיל כוהל ואילו יין כן מכיל כוהל, אף על פי ששניהם נוצרו בתהליך תסיסה כוהלית? תשובה: א. החורים נוצרו מבועות הגז פחמן דו־חמצני שנפלטו בתהליך התסיסה, עלו למעלה, ו"נתקעו" בדרך בבצק. לאחר מכן, בשלב האפייה בתנור, בועות הגז מתרחבות והמאפה תופח עוד יותר. ב. השמרים מתו בתנור עקב הטמפרטורה הגבוהה (נגרם תהליך דנטורציה של החלבונים שלהם), ולכן לא התרחש תהליך התסיסה, והבצק לא תפח. ג. הכוהל מתנדף מן הלחם. לעומת זאת, היין נתון בכלים סגורים והכוהל נשאר בתוכו. 18

הרחבה: שאלה 4: ההבדל בין יין חצי יבש ליין יבש יין חצי יבש הוא יין שעדיין מכיל גלוקוז שמקורו במיץ הענבים. יין יבש הוא יין שכמעט אינו מכיל גלוקוז. האם המשך תהליך התסיסה יכול לגרום להפיכת יין חצי יבש ליין יבש? 19

יין חצי יבש הוא יין שעדיין מכיל גלוקוז שמקורו במיץ הענבים. תשובה שאלה 4: יין חצי יבש הוא יין שעדיין מכיל גלוקוז שמקורו במיץ הענבים. יין יבש הוא יין שכמעט אינו מכיל גלוקוז. האם המשך תהליך התסיסה יכול לגרום להפיכת יין חצי יבש ליין יבש? תשובה: כן, ככל שתהליך התסיסה מתמשך, כך הפטריות מפרקות כמות גדולה יותר של סוכר הענבים, ולכן רמת הסוכר יורדת ורמת האלכוהול – תוצר התסיסה – עולה. 20

שאלה 5 שאלה 5: תארו בקצרה את תפקיד המיקרואורגניזמים בתהליכים: ייצור יין, יצירת מוצרי חלב ויצירת מוצרי בצק. 21

תשובה שאלה 5: תארו בקצרה את תפקיד המיקרואורגניזמים בתהליכים: ייצור יין, יצירת מוצרי חלב ויצירת מוצרי בצק. תשובה: ייצור יין – השמרים מפרקים את הסוכר שבמיץ הענבים (לאחר פירוק הסוכרוז על ידי אנזים אחר), בתנאים אנאֵירוביים ומייצרים כוהל. כשריכוז הכוהל מגיע לרמה מסוימת השמרים מתים והתהליך נפסק. יצירת מוצרי חלב – מינים אחדים של חיידקים מפרקים בתנאים אנאֵירוביים את סוכר החלב ומייצרים ממנו חומצת חלב, הגורמת גם לשינוי מרקם החלב לסוגים שונים של גבינות. מלבד חומצת החלב מופרשים חומרים נוספים, המקנים ארומה שונה למוצרים השונים. יצירת מוצרי בצק – זנים מסוימים של שמרים מפרקים את הסוכר שבבצק (לאחר פירוק הסוכרוז על ידי אנזים אחר), בתנאים אנאֵירוביים ומייצרים פחמן דו־חמצני, שגורם לתפיחת הבצק, וכוהל, שמקצתו מתנדפת. 22

דוגמה לשימוש במיקרואורגניזמים בתעשייה: ייצור אצטון מיקרואורגניזמים שונים מבצעים תהליכי תסיסה נוספים. מקצת תוצרי תהליכי תסיסה אלו מנוצלים בתעשייה. חומרים כאלה המיוצרים על ידי מיקרואורגניזמים נקראים ביוכימיקלים. אחד החומרים האלה הוא אצטון. אצטון החיידק המייצר אצטון קשור בתולדות הציונות, שכן מי שגילה אותו הוא ד"ר חיים וייצמן, לימים נשיאה הראשון של מדינת ישראל. תהליך ייצור האצטון נקרא על שמו: תהליך וייצמן. על פי הצעתו של וייצמן, החלו האנגלים לייצר אצטון בעזרת החיידק. האצטון היה נחוץ להם לייצור חומר נפץ במלחמת העולם הראשונה. יש המשערים שתרומתו של וייצמן למאמץ המלחמתי של אנגליה הייתה אחת הסיבות להצהרת בלפור. ד"ר חיים וייצמן Library of Congress, Prints & Photographs Division, [LC-DIG-ggbain-36519 ]

שימוש במיקרואורגניזמים ברפואה: ייצור אנטיביוטיקה – פניצילין חומרים נוספים שמיוצרים היום בכמויות מסחריות בעזרת מיקרואורגניזמים הן תרופות אנטיביוטיות. החומר האנטיביוטי פניצילין התגלה במקרה על ידי החוקר אלכסנדר פלמינג. הוא הבחין בפטרייה (פניציליום) שגדלה במקרה בצלחת פטרי שבה זרע חיידקים. סביב הפטרייה לא היו מושבות של חיידקים, שכן חומרים שהפרישה הפטרייה גרמו למותם. חומר אנטיביוטי הוא חומר שנוצר על ידי אורגניזם חי ופועל נגד אורגניזם אחר. משטח רציף של מושבות חיידקים דסקית נייר טבולה באנטיביוטיקה פלמינג הצליח להפיק מן הפטרייה חומר שנקרא פניצילין והוכיח שבעזרת חומר זה אפשר לרפא מחלות שנגרמות על ידי חיידקים. מאוחר יותר התגלו פטריות וחיידקים אחרים המייצרים סוגי אנטיביוטיקה אחרים. גילוי האנטיביוטיקה הוא אחד מאירועי המפתח בתולדות האנושות, משום שהוא הפחית במידה ניכרת את התמותה ממחלות זיהומיות, בייחוד אצל תינוקות ומבוגרים. פטריית עובש השפעת אנטיביוטיקה מסוגים שונים על גידול חיידקים. החיידקים שגדלו סביב הדסקיות מתו. נעסוק באנטיביוטיקה במפורט במצגת מיוחדת לנושא זה. 24

שימוש נוסף במיקרואורגניזמים ברפואה: יצירת תרכיבי חיסון שימוש נוסף במיקרואורגניזמים ברפואה: יצירת תרכיבי חיסון אפשר להשתמש במיקרואורגניזמים גורמי מחלות גם כדי ליצור תרכיבי חיסון נגדם ולמנוע את חשיפת הגוף למחלה שהם עלולים לגרום בעתיד. החיסון מכיל את גורם המחלה מומת, מוחלש או מרכיבים אנטיגניים שבודדו ממנו. החיסון מונע מחלה בעתיד, משום שהוא מעורר יצירת תאי זיכרון ייחודיים נגד המחלה (מסוג Tוְ־(B, וכאשר ייחשף הגוף בפעם הבאה לאותו גורם המחלה, יגיבו תאי הזיכרון מהר ובעצמה חזקה, ולכן לא יספיק גורם המחלה להתרבות בגוף ולגרום למחלה. חיסון זה נקרא חיסון פעיל כיון שהגוף פעיל: הוא מייצר את תאי הזיכרון. החיסון רק מספק לו את הגירוי ליצירתם. במצגת מיקרואורגניזמים בשירות האדם, חלק ג' – הנדסה גנטית. נדון ביתר פירוט בנושא זה. ©istockphoto.com/Dmitry Naumov PHIL/CDC/ James Gathany © 25

שימוש בתפקוד חיידקים בתור מפרקים בפירוק ביוב ואשפה תהליכי חילוף חומרים של חיידקים מנוצלים גם לטיהור מי ביוב ולטיפול באתרי פסולת מוצקה., פעילות זו תורמת להקטנת זיהום הסביבה. מסננים את שאריות החומרים האורגניים והחיידקים מן המים המטוהרים. המים המטוהרים והמסוננים מנוצלים לחקלאות או לתעשייה. החיידקים מפרקים את החומרים האורגנים לחומרים אנאורגניים. מי ביוב מוזרמים למכל מאוורר או לברֵכה שיש בהם חיידקים. מי ביוב מכילים חומרים אורגניים כגון: שתנן, תאית. 26

ברֵכת חמצון במפעל לטיהור מי ביוב שאלה 6: טיהור מי ביוב שאלה 6: א. לאיזה צורך שלהם החיידקים מבצעים את פירוק החומרים האורגניים בביוב? ב. מדוע מוסיפים חמצן לברֵכת החמצון על ידי ערבול המים? ברֵכת חמצון במפעל לטיהור מי ביוב Photo: Alexander, Hope/ Environmental Protection Agency 27

ברֵכת חמצון במפעל לטיהור מי ביוב תשובה שאלה 6: א. לאיזה צורך שלהם החיידקים מבצעים את פירוק החומרים האורגניים בביוב? ב. מדוע מוסיפים חמצן לברֵכת החמצון על ידי ערבול המים? תשובה: א. תהליך הפירוק הוא תהליך הנשימה התאית של החיידקים. הם מפיקים אנרגיה מפירוק החומרים האורגניים. ב. החיידקים שמשתמשים בהם הם חיידקים אווירניים (אירוביים), ולכן מוסיפים חמצן למים, על מנת שהוא לא יהפוך לגורם מגביל. משתמשים בחיידקים אירוביים שמבצעים נשימה אירובית, כי מעוניינים בפירוק מלא של החומרים האורגניים. ברֵכת חמצון במפעל לטיהור מי ביוב 28

חוקרים הצליחו לגדל במעבדות חיידקים שמסוגלים לפרק את הנפט לחומרים חיידקים מפרקי נפט נפט הוא גורם זיהום בעייתי. מכליות המובילות נפט בים מועדות לתאונות, ורבּו המקרים שבהם נשפכו כמויות גדולות של נפט לים. כיוון שהנפט אינו מתמוסס, הוא יוצר כתם שהולך ומתפשט וגורם נזקים חמורים למערכות אקולוגיות. שטיפת שאריות של נפט לים מתרחשת גם כאשר מנקים את מכלי האחסון של הנפט במכליות ויוצרת בעיה למובילי הנפט. חוקרים הצליחו לגדל במעבדות חיידקים שמסוגלים לפרק את הנפט לחומרים אורגניים מסיסים, ואפשר להשתמש בהם לניקוי מכליות הנפט או זיהומי נפט. Photo by U.S. Coast Guard U.S. Navy photo by Photographer's Mate 2nd Class Andrew M. Meyers כתם נפט מכלית נפט 29

א. באילו תחומים מנוצלים תוצרים אלו? הביאו דוגמאות. שאלה 7 שאלה 7: האדם משתמש בחיידקים על ידי ניצול התוצרים המתקבלים בתהליכי חילוף החומרים של החיידקים. א. באילו תחומים מנוצלים תוצרים אלו? הביאו דוגמאות. ב. תנו דוגמה לשימוש בחיידקים לצורך פירוק חומרים, ודוגמה לשימוש בחיידקים לצורך ניצול התוצרים. 30

א. באילו תחומים מנוצלים תוצרים אלו? הביאו דוגמאות. תשובה שאלה 7: האדם משתמש בחיידקים על ידי ניצול התוצרים המתקבלים בתהליכי חילוף החומרים של החיידקים. א. באילו תחומים מנוצלים תוצרים אלו? הביאו דוגמאות. ב. תנו דוגמה לשימוש בחיידקים לצורך פירוק חומרים, ודוגמה לשימוש בחיידקים לצורך ניצול התוצרים. תשובה: א. התחומים שבהם האדם מנצל את תוצרי חילוף החומרים של החיידקים: תעשייה: מוצרי חלב (חומצה), מוצרי בצק (פחמן דו־חמצני וכוהל), יין (פחמן דו־חמצני וכוהל), חומרים ביוכימיקליים (אצטון). רפואה: ייצור תרופות (פניצילין), ייצור הורמונים אנושיים (אינסולין והורמון גדילה) וייצור תרכיבי חיסון פעיל. איכות סביבה: פירוק מזהמים (שפכים ונפט) ומִחזור פסולת. ב. פירוק חומרים: פירוק חומרים אורגניים באשפה, בביוב ובחומרים מזהמים שונים. ניצול תוצרים: אצטון, אנטיביוטיקה, חומצת חלב (בתעשיית מוצרי חלב וירקות כבושים), כוהל ופחמן דו־חמצני (בתעשיית מוצרי מאפה ומשקאות אלכוהול). 31

סיכום: מיקרואורגניזמים בשירות האדם האדם משתמש במיקרואורגניזמים בתחומי התעשייה, הרפואה, החקלאות ואיכות הסביבה. המיקרואורגניזמים יעילים לניצול ביוטכנולוגי משום שאפשר לגדלם בקלות ובמהירות, בהשקעת משאבים מצומצמים יחסית. תהליך התסיסה הוא הבסיס לייצור חומרים בתעשיות השונות. בתהליך התסיסה המיקרואורגניזמים מפיקים אנרגיה בתנאים של העדר חמצן. שימוש במיקרואורגניזמים בתעשיית המזון ותעשיות אחרות התסיסה היא התהליך המרכזי בייצור מוצרי חלב, יין ומשקאות אלכוהול אחרים וירקות כבושים. תוצרי תסיסה אחרים, כגון אצטון וחומצת חומץ, מנוצלים בתעשיית המזון ובתעשיות אחרות. שימוש במיקרואורגניזמים ברפואה בתחום הרפואה המיקרואורגניזמים משמשים לייצור תרופות אנטיביוטיות (כגון פניצילין), לייצור הורמונים אנושיים בהנדסה גנטית (הורמון גדילה ואינסולין) ולייצור תרכיבי חיסון.

סיכום: מיקרואורגניזמים בשירות האדם שימוש במיקרואורגניזמים בתחום איכות הסביבה בתחום איכות הסביבה מנצלים את פעילותם הטבעית המיקרואורגניזמים בתור מפרקים במערכת האקולוגית, לפירוק חומרים אורגניים בביוב ובאשפה. פעולה זו מונעת הצטברות חומרים מזהמים ותורמת לאיכות הסביבה. מנצלים את הפעילות המטבולית של מיקרואורגניזמים לפירוק זיהומים כגון זיהומי נפט. מונחים הלקוחים מן הסילבוס: אצטון (תהליך וייצמן), אנטיביוטיקה (פניצילין), טיהור שפכים, ייצור יין, מוצרי בצק, מוצרי חלב, פירוק נפט, תסיסה.

מונחים מונחים הלקוחים מן הסילבוס: אצטון (תהליך וייצמן), אנטיביוטיקה (פניצילין), טיהור שפכים, ייצור יין, מוצרי בצק, מוצרי חלב, פירוק נפט, תסיסה.

ג'רי הוא נהג משאית המוביל מוצרי חלב ומשקאות קלים מן המפעל שאלה 8: ביולוגיה בחיוך שאלה 8: ג'רי הוא נהג משאית המוביל מוצרי חלב ומשקאות קלים מן המפעל לחנויות באזור. ביום שטוף שמש אחד, פרק ג'רי כמה ארגזים מן המשאית, כשלפתע איבד שיווי משקל ומעד. בעקבות הנפילה איבד ג'רי את אחיזתו בארגז יוגורט ובארגז סודה, והם נפלו מן המשאית. לאחר שהתאושש גילה ג'רי שתכולת הארגזים נשפכה על המדרכה ונוצרה תערובת של יוגורט וסודה. פתאום עלה בראשו רעיון גאוני, פיתוח של מוצר מהפכני שלבטח יהיה הצלחה אדירה – משקה יוגורט מוגז! מכיוון שלא למד ביולוגיה מורחבת בתיכון, לא היה ג'רי בטוח אם אפשר ליישם את ההמצאה שלו וכיצד. מחשש שמישהו בחברה עלול לגנוב את ההמצאה שלו, פנה ג'רי אליכם בבקשת עצה. א. האם אפשר לייצר (בדרך טבעית) יוגורט מוגז וכיצד? ב. אילו תופעות לוואי יכולות להיות בייצור של משקה כזה? ג. אילו קשיים יכולים להתעורר בייצור המשקה? רמז: מיקרואורגניזמים עשויים להיות רגישים מאוד לשינויים בסביבת הגידול. 35

א. האם אפשר לייצר (בדרך טבעית) יוגורט מוגז וכיצד? שאלה 8: ביולוגיה בחיוך שאלה 8: א. האם אפשר לייצר (בדרך טבעית) יוגורט מוגז וכיצד? ב. אילו תופעות לוואי יכולות להיות בייצור של משקה כזה? ג. אילו קשיים יכולים להתעורר בייצור המשקה? רמז: מיקרואורגניזמים עשויים להיות רגישים מאוד לשינויים בסביבת הגידול. תשובה: א. אפשר להוסיף עם חיידקי חומצת החלב גם שמרים. בתהליך התסיסה של השמרים נפלטות בועות פחמן דו־חמצני, שיתסיסו את היוגורט. ב. בתהליך התסיסה, נוסף על פחמן דו־חמצני, השמרים מייצרים גם כוהל ולכן היוגורט יהפוך למשקה אלכוהול. ג. חומצת החלב המתקבלת בתהליך ייצור היוגורט מפחיתה את רמת החומציות. ייתכן שהשמרים לא יוכלו להתפתח כראוי בסביבת גידול כזאת. ייתכן גם שהכוהל יעכב את חיידקי חומצת החלב. נוסף על כך, ייתכן שתיווצר תחרות על מקור המזון בין החיידקים לשמרים, ואחת האוכלוסיות (או שתיהן) לא תצליח להתפתח כראוי. 36