חיידקים ואקולוגיה PDF

**חיידקים ואקולוגיה** חיידקים חשובים למערכת האקולוגית של כדור הארץ. הם משתתפים בתהליכים של מחזור החומרים. הפיכה של אומר אנאורגני לאורגני מתבצע באמצעות תהליך הפוטוסינתזה. לאחר מכן חומר אורגני הופך לחומר אורגני אחר -- אכילה לשל צמחים. התהליך השלישי נקרא מינרליזציה -- הפיכה של חומר אורגני לאנאורגני. ל...

**חיידקים ואקולוגיה** חיידקים חשובים למערכת האקולוגית של כדור הארץ. הם משתתפים בתהליכים של מחזור החומרים. הפיכה של אומר אנאורגני לאורגני מתבצע באמצעות תהליך הפוטוסינתזה. לאחר מכן חומר אורגני הופך לחומר אורגני אחר -- אכילה לשל צמחים. התהליך השלישי נקרא מינרליזציה -- הפיכה של חומר אורגני לאנאורגני. לחיידקים יש תפקידים חשובים בכל אחד מהשלבים. **מחזור החנקן** חנקן הוא יסוד בסיסי למרכיבים רבים על פני כדור הארץ, אבל בגלל שהוא נמצא באוויר בצורה אנאורגנית, אי אפשר להשתמש בו כמו שהוא. יש מספר קטן של חיידקים שיכולים לקבע את החנקן וכך להפוך אותו מאנאורגני לאורגני שיכול להיות נצרך על ידי הצמחים. חנקן חוזר חזרה לקרקע על ידי רקבון ופירוק של בעלי חיים מתים או באמצעות ההפרשות שלהם. החיידקים המפורסמים ביותר שיודעים לקבע חנקן נקראים **rhizobium** והם חיים בתוך השורשים של הצמח בסימביוזה. החנקן שמסופק לצמחים האלה מאפשר להם לגדול ולהתפתח ובלעדיו לא יגדלו. **מחזור הפחמן** פחמן הוא מרכיב בסיסי לכל התרכובות האורגניות. באטמוספירה הפחמן נמצא בתרכובת של פחמן דו-חמצני ועובר קיבוע לתרכובות אורגניות באמצעות פוטוסינתזה שעושים צמחים או חיידקים. הפחמן חוזר חזרה לאטמוספירה באמצעות נשימה ובעירה. **חיידקים ובני אדם** **תסיסה (fermentation):** תסיסה היא תהליך של יצירת אנרגיה באופן אנארובי (ללא חמצן). התסיסות המוכרות ביותר הן תסיסה כהלית ותסיסה לקטית. באמצעות התסיסות האלה יוצרים אלכוהול, לחם וגבינות וכדומה. המיקרואורגניזמים שיוצרים חלק מהגבינות הקשות למשל, מבצעים את תהליך התסיסה ולכן יש חורים בגבינות. דרך נוספת היא **הפרוביוטיקה** - מכניסים חיידקים ליוגורטים שונים שאמורים לסייע במערכת העיכול. החיידקים האלה לא יוצרים את היוגורט אלא הם מוכנסים לשם באופן אקטיבי. לחיידקים יש יכולת למחזר ולפרק חומרים שונים למינרלים. התחום שעוסק בחיידקים כדי לפרק חומרים שנוצרו על ידי בני אדם נקרא **bioremediation.** **Biofilm** הוא מבנה שנוצר על ידי חיידקים. הם נצמדים למשטח ואחד לשני באמצעות חומרים שונים שהם פולטים ליצירת מבנה חזק ויציב יחסית. משתמשים ביכולת הזו של החיידקים במתקנים לטיהור שפכים. באמצעות חיידקים אפשר לייצר **אינסולין** בכמויות מסחריות ובעלות נמוכה כדי להזריק אותו לחולים בסוכרת. **התרבות חיידקים (חלוקה בינארית)** התא מתארך ומתחיל להיווצר במרכז מבנה שנקרא **ספטום (septup).** תוך כדי הגדילה יש גם הכפלה של החומר הגנטי ובסוף התא מתפצל לשני תאים זהים, שזהים גם לתא המקור. הזמן שלוקח לחיידקים לעבור את תהליך ההכפלה נקרא **זמן דור** -- הזמן שלוקח לאוכלוסייה להכפיל את עצמה. לסוגים שונים של חיידקים יש זמן דור שונה והוא תלוי בגורמים סביבתיים כמו גורמים ביוטיים -- אורגניזמים אחרים שנמצאים בסביבת החיידק וגורמים א-ביוטיים כמו טמפרטורה, חומציות, נוכחות נוטריינטים. בגלל שהחלוקה היא בינארית, קצב הגידול הוא אקספוננציאלית, האוכלוסייה מכפילה את עצמה מהר מאוד בתנאי שתנאי הסביבה מאפשרים. למשל תוך שעה יש 4 חיידקים, 4 שעות יש 256 ואחרי 10 שעות יש כבר יותר ממיליון חיידקים. אם משתמשים בגרף לוגריתמי אפשר לראות טוב יותר את הגדילה. כך למשל השיפוע של הגרף הזה מייצג את קצב התרבות החיידקים. זמן דור (g) אפשר לחשב באמצעות חלוקה של זמן (t) ומספר הדורות שעברו (n). חיידקים לא מתים מזקנה אלא כשהם נחשפים לגורם מגביל כלשהו שמונע מהם להמשיך לגדול, להתרבות או לחיות באופן כללי. **גדילה של חיידקים במערכת סגורה** **Lag:** שלב הסתגלות, שלב בו החיידקים מתחילים לייצר חומרים נחוצים לרבייה והסתגלות לסביבה. אורך השלב צלוי בזמן הנדרש לחיידקים כדי להסתגל - ככל שהמצע יותר טוב לגידול בהשוואה למצב הקודם, כך השלב הזה קצר יותר. **Exponential:** בשלב הזה החיידקים מכפילים את עצמם בקצב מהיר **Stationary:** השלב הזה מגיע כאשר אחד מהחומרים הנחוצים לגידול הופך לגורם מגביל. אם נוסיף עוד מאותו גורם אחרי שהוא נגמר, החיידקים יחזרו להתרבות. גורם מגביל יכול להיות חמצן, שינוי בחומציות. בשלב הזה רוב החיידקים נמצאים במפעילות מטבולית נמוכה, מספר החיידקים שמתרבים שווה לאלו שמתים ולכן מתקבל גרף ישר. **Death:** החיידקים מתחילים למות בשלב בו מתחילים להיגמר מרכיבים תזונתיים. - הגרף האדום מתאר את מספר החיידקים והירוק את עכירות המצע. **מדידת גידול חיידקים** אפשר לחלק את שיטות הספירה לשני סוגים: עקיפה וישירה. **ספירה עקיפה** עוקבים אחר מדד שמשתנה באופן פרופורציונאלי למספר החיידקים, לא סופרים את מספר החיידקים באופן ספציפי. המדד הנפוץ ביותר נקרא OD- עכירות. בתחילת הגדילה המבחנה שקופה וככל שיש יותר חיידקים בתרבית כך המבחנה עכורה יותר. אפשר ללמוד את העכירות באמצעות ספקטרופוטומטר שמודד את כמות האור שעוברת דרך המבחנה. ככל שיש יותר חיידקים בתרבית, כלומר, ככל שהמבחנה עכורה יותר, כך הערכים שמתקבלים במדידה גבוהה יותר. החסרון הקיים בשיטה זו היא שהיא מודדת גם את החיידקים המתים בתרבית, שתורמים לעכירות אבל לא מהווים חלק מהחיידקים החיים, לכן שיטה זו לא מדוייקת. בנוסף, לחיידקים שונים יכולים להיות ערכים שונים עבור אותו מספר חיידקים. השיטה נחשבת מהירה. **ספירה ישירה** סופרים את החיידקים באופן ישיר. נחלק ל-2 סוגים: **ספירה חיה (viable count):** ספירה של מושבות על צלחות פטרי. אם נשפוך ישירות את המצע לתוך צלחת, יתקבל מספר עצום של מושבות שלא ניתן לספור לכן נמהל את המצע כמה פעמים כדי לקבל מספר מושבות שאפשר לספור. ברגע שמתקבל מספר שניתן לספירה, צריך לזכור לבצע את החישובים למהילה אחורה כדי לקבל את המספר האמיתי בתוך המצע. מספר סביר הוא בין 10 ל-100 מושבות. היתרון בשיטה זו היא שאפשר להשתמש במצע סלקטיבי שגדלות עליו רק מושבות מסוג אחד של חיידקים, וכך לספור רק אותם. השיטה נחשבת איטית. **ספירה מיקרוסקופית (microscopic counting):** לוקחים דגימה מהתרבית, שמים את החיידקים על זכוכית וסופרים תחת המיקרוסקופ את מספר החיידקים על שטח מוגדר מראש. לאחר מכן צריך לחשב אחורה את הנפח המקורי כדי לקבל מספר מדויק. **בידוד אוכלוסיות חיידקים (bacterial isolation)** כדי לבודד את החיידקים שאותו אנחנו רוצים לחקור (תרבית טהורה) אפשר להשתמש ב-3 שיטות: **מצע סלקטיבי:** מצב שמאפשר רק לסוג אחד של חיידק לגדול בזכות תכונה גנטית כלשהי. התכונה הנפוצה ביותר היא עמידות לאנטיביוטיקה. **מצע מועשר:** מצע שמאפשר לסוג אחד של חיידק לגדול בקצב מהיר הרבה יותר מזה של החיידקים הלא רצויים. בגלל שגם החיידק הלא רצוי גדל, פשוט לאט יותר, נצטרך לבצע מספר מחזורים כדי לוודא שהחיידק שבידינו הוא היחיד על גבי המצע. **מצע מבחין:** לא הורג או מעכב חיידקים, אבל מאפשר הבחנה של חיידקים עם תכונה מסויימת. למשל רק חיידקים שמסוגלים להחדיר חומר מסויים יצבעו בכחול, ואחרים יישארו בצבע לבן.