Transcript שיעור 4ב גורמים משפיעים

‫הגורמים המשפיעים על קצב גידול‬
‫אוכלוסיית חיידקים בטבע‬
‫קצב גידול חיידקים בטבע‬
‫‪ ‬לא עוסקים בחיידקים בודדים אלא באוכלוסיה בגלל‬
‫זעירותם‪.‬‬
‫‪ ‬גידול אוכלוסיית חיידקים הוא תוצאה של התרבות‬
‫חיידקים‪.‬‬
‫‪ ‬חיידקים ומיקרואורגניזמים אחרים מתחלקים בקצב‬
‫מהיר יחסית לתאים אוקריוטים‪.‬‬
‫‪ ‬קצב ההתרבות אופייני למין‪.‬‬
‫‪ ‬דוגמאות‪ :‬חיידקים גורמי שחפת – מתחלקים כל ‪ 15‬שעות‪.‬‬
‫חיידק ‪ E.coli‬בתנאים מיטביים כל ‪ 20‬דקות‪.‬‬
‫‪ ‬קצב ההתרבות מושפע מגורמים שונים‪:‬‬
‫גורמים א‪ -‬ביוטיים (תנאי סביבה)‪ :‬טמפ'‪ ,pH ,‬זמינות מזון‬
‫גורמים ביוטיים (יחסי גומלין)‪ :‬תחרות על מיקום ומקורות‬
‫מזון‪ ,‬אויבים טבעיים‪.‬‬
‫גידול מכוון של חיידקים‬
‫במהלך השנים למדו כיצד לקיים בקרה על גידול אוכלוסיית חיידקים‬
‫בסביבת האדם‪.‬‬
‫פותחו אמצעים לגידול חיידקים מסוימים בתנאים מלאכותיים ומניעת‬
‫גידול של חיידקים – בהתאם לצורך‪.‬‬
‫מגדלים חיידקים כדי להשתמש בתוצריהם ולזהות אותם‪ .‬כדי לחקור‬
‫חיידקים יש צורך לבודד אותם‪ ,‬לגדל אותם ולקבוע את מספרם‪.‬‬
‫סיבות לגידול חיידקים‬
‫‪ ‬זיהוי גורמי מחלה‪ :‬מתבצע בקופות חולים ובבתי חולים‪.‬‬
‫משטח גרון‪ ,‬בדיקת שתן ועוד‪ .‬מספר החיידקים בדגימה קטן‬
‫ובכדי שניתן יהיה לזהות את גורמי המחלה מגדלים תחילה‬
‫את החיידקים ורק כשמספרם מספק בודקים‪( .‬כיום פותחו‬
‫שיטות זיהוי לכמויות קטנות)‪.‬‬
‫‪ ‬קביעת איכות מים ומזון‪ :‬קובעים איזה חיידקים יש במקור מים‬
‫מסיים ועל פי הנתונים מחליטים איזה שימוש יעשה בהם‪:‬‬
‫שתייה‪ ,‬חקלאות‪ ,‬תעשייה‪.‬‬
‫‪ ‬שימוש בתעשייה‪ :‬בתעשיות המזון‪ ,‬כימית ותרופות מגדלים‬
‫חיידקים ומיקרואורגניזמים אחרים המייצרים חומרים‬
‫(ביוטכנולוגיה‪ -‬עוד נלמד!)‬
‫‪ ‬במחקר‪ :‬בתחומי הרפואה‪ ,‬הגנטיקה‪ ,‬האקולוגיה‬
‫והביוטכנולוגיה‪.‬‬
‫אופן גידול חיידקים‬
‫‪ ‬בכדי לגדל חיידקים יש צורך ‪:‬‬
‫ לבודד כל סוג חיידק ולגדלו בנפרד‬‫ לספק לחיידקים תנאי מחיה‪ :‬חומרי מזון‪ ,‬טמפ'‪ ,‬טווח ‪.pH‬‬‫‪ ‬בימיו של קוך התחילו בגידול מבוקר של חיידקים‪ .‬בשלבי‬
‫המחקר הראשונים גידלו חיידקים במצעי מזון שהוכנו‬
‫מחומרי מזון מהבית – מרק עוף חלב וכו'‪ .‬הקושי – במצע‬
‫נוזלי לא ניתן לבודד חיידקים‪.‬‬
‫גידול חיידקים על מצע מוצק‬
‫‪ ‬מהפכה משמעותית חלה עם התחלת השימוש במצע מוצק‪.‬‬
‫אפשר יצירת תרביות טהורות (מכילות סוג אחד של‬
‫חיידקים)‪ .‬על המצע המוצק החיידק מתרבה אך הוא אינו‬
‫יכול לנוע‪.‬‬
‫כל מושבה מורכבת מסוג אחד של חיידקים‬
‫כי תחילתה מחיידק בודד!‬
‫מצע מוצק‬
‫‪ ‬מצע מוצק מכינים מחומר שנקרא אגר‪-‬אגר‪ .‬זהו רב סוכר‬
‫המופק מאצות שניתן להמיס אותו במים חמים ולאחר שהוא‬
‫מתקרר הוא מתקשה בדומה לג'לטין שמופק מבע"ח‪ .‬יתרונו‬
‫של האגר לעומת הג'לטין שרוב סוגי החיידקים לא מסוגלים‬
‫לפרק אותו‪ .‬ניתן להמיס יחד עם האגר חומרים שישמשו‬
‫כמזון לחיידקים‪.‬‬
‫‪ ‬בעזרת מחט בקטריולוגית מעבירים מושבת חיידקים למצע‬
‫אחר ובכך מבודדים אותה ומקבלים תרבית טהורה‪.‬‬
‫שיטות ספירה‬
‫‪ ‬ספירה ישירה‪ :‬מתבצע בעזרת מיקרוסקופ‪ .‬מתבוננים‬
‫בחיידקים המונחים על משטח זכוכית שבו מסומנים תאי‬
‫ספירה שבאמצעותם ניתן לחשב את מספר החיידקים‪.‬‬
‫‪ ‬ספירת חיידקים חיים‪ :‬לוקחים דגימה ממצע נוזלי (שבה יש‬
‫מיליוני חיידקים) מוהלים וזורעים על משטח מוצק‪ .‬סופרים‬
‫את המושבות שהתפתחו‪ ,‬שכל אחת מהן מקורה בחיידק‬
‫בודד‪ ,‬ומכפילים בהתאם למיהול‪ .‬הבעיה – אטיות‪.‬‬
‫‪ ‬אומדן באמצעות בדיקת עכירות‪ :‬מגדלים את החיידקים‬
‫במצע מזון נוזלי‪ .‬מתחילים עם מעט מאוד חיידקים ‪ -‬הנוזל‬
‫צלול‪ .‬ככל שאוכלוסיית החיידקים גדלה עולה העכירות כי‬
‫החיידקים מונעים מעבר אור בנוזל‪ .‬את העכירות מודדים‬
‫באמצעות ספקטרופוטומטר‪ -‬יתרון – מהיר‪ ,‬חסרונות‪-‬‬
‫סופר גם חיידקים מתים‪ ,‬מתאים רק כשיש מעל ‪ 10‬מיליון‬
‫חיידקים במ"ל‪.‬‬
‫גידול מבוקר בתנאי מעבדה‬
‫‪ ‬בתנאי מעבדה ניתן להחליט איזה סוג חיידק רוצים לגדל‪,‬‬
‫לבודד אותו ולתת לו תנאי גידול מתאימים ומבוקרים‪.‬‬
‫הגידול נעשה לרוב במערכת סגורה – תנאי הגידול נקבעים‬
‫בתחילת הגידול‪ .‬לא מוצאים ולא מוסיפים‪ .‬השינויים החלים‬
‫במערכת נגרמים על ידי החיידקים המנצלים מקורות מזון‪,‬‬
‫מפרישים חומרים וכו'‪ .‬ניתן ללמוד מה הם התנאים הנחוצים‬
‫להתרבות מיטבית‪ ,‬באיזה קצב יתרבו בתנאים שונים ואת‬
‫שלב הגידול‪.‬‬
‫‪ E.coli ‬מתחלק כל ‪ 20‬דקות‪.‬‬
‫‪ ‬נקרא זמן דור – פרק הזמן הדרוש לחיידק להתחלק או‬
‫לאוכלוסייה להכפיל את עצמה‪.‬‬
‫‪ ‬את מספר החיידקים נוהגים לסמן כ‪ -‬זמן דור ‪2‬‬
‫‪ ‬גידול כזה במספר הפרטים נקרא גידול מעריכי או‬
‫אקספוננציאלי‪.‬‬
‫עקום גידול לוגריטמי‬
‫כדי להתגבר על הבעיה של הגדילה המעריכית‪ ,‬שבה תוך זמן‬
‫קצר מגיעים למיליארדים‪ ,‬נוהגים להשתמש בקנה מידה‬
‫לוגריטמי לציר ‪.Y‬‬
‫כל קו בציר מתאר מספר חיידקים הגדול פי ‪ 10‬מהקו הקודם‪.‬‬
‫הראשון ‪ 1‬השני ‪ 10‬השלישי ‪ 100‬וכו'‬
‫שלבים במהלך גידול חיידקים‬
‫באופן תיאורטי גודל אוכלוסיית חיידקים היה יכול לגדול ללא‬
‫גבול ולמלא את העולם‪ .‬לדוגמה אם אוכלוסיה שזמן הדור‬
‫שלה ‪ 20‬דקות הייתה מתרבה בקצב הזה במשך ‪ 24‬שעות‬
‫מסתה הייתה מגיעה ל‪ 2000 -‬טון!!!‬
‫למה זה לא קורה במציאות?‬
‫כי בטבע יש תנאים מגבילים‪ :‬מזון‪ ,‬מים‪ ,‬מקום‪ ,‬אויבים‬
‫טבעיים‪.‬‬
‫‪ ‬גם בתנאי מעבדה לרוב התנאים אינם בלתי‬
‫מוגבלים‪ ,‬התמעטות חומרי המזון‪ ,‬הצטברות פסולת‪,‬‬
‫ירידה בריכוז חמצן ושינויי ‪ pH‬מגבילים את גודל‬
‫האוכלוסייה‪.‬‬
‫‪ ‬עקום גידול אופייני של חיידקים ומיקרו' אחרים בתנאי‬
‫מעבדה‪ .‬העקומים של אוכלוסיות שונות יבדלו זה‬
‫מזה במשך הזמן של כל שלב‪ .‬מושפע מזן החיידקים‪,‬‬
‫הרכב מצע הגידול ותנאי הגידול‪.‬‬
‫עקום גידול‬
‫ארבעת השלבים‬
‫שלב ההשהיה (‪)lag phase‬‬
‫כאשר מעבירים חיידקים למצע גידול טרי הם עוברים תקופת‬
‫הסתגלות‪ .‬בשלב זה הם נערכים לניצול מקורות המחיה‬
‫החדשים ויוצרים תוצרים חיוניים לגידול‪ :‬חלבונים וחומצות‬
‫גרעין‪ .‬השלב נמשך עד שהם מסוגלים להתחלק‪ .‬נמשך זמן‬
‫קצר ומתואר בעקום כקו עם שיפוע מתון‪.‬‬
‫שלב הגידול המעריכי (‪)log phase‬‬
‫שלב זה החיידקים מתרבים בקצב קבוע‪ ,‬בכל דור מוכפל‬
‫מספרם ‪ -‬כלומר‪ ,‬מספרם גדל בקצב מעריכי לוגריטמי‪.‬‬
‫מתואר בעקום כקו עם שיפוע תלול‪ .‬נמשך כל עוד תנאי‬
‫הגידול מתאימים בדרך כלל עד מיליארד חיידקים למ"ל‪.‬‬
‫שלב הגידול היציב (‪)stationary phase‬‬
‫כאשר הצפיפות עולה‪ ,‬חלה הרעה בתנאי הגידול כלומר חלק‬
‫מהחומרים במצע הופכים להיות גורם מגביל (גורם המשפיע‬
‫על קצב התהליך‪ ,‬כל עוד הוא לא בשיעור אופטימלי הוא‬
‫מגביל את קצב התהליך)‪ .‬במצע מצטברים תוצרים מזיקים‬
‫וה‪ pH -‬משתנה‪ .‬בשלב זה יש איזון בין תמותה להתחלקות‬
‫ומפר החיידקים נשאר יציב‪ .‬מתואר בעקום כקו ישר אופקי‬
‫לציר ‪. X‬‬
‫שלב התמותה (‪)death phase‬‬
‫ככל שפוחת המזון והרעלים מצטברים קצב התמותה‬
‫עולה על קצב ההתחלקות ומספר החיידקים יורד‪.‬‬
‫שיעור התמותה נשאר קבוע למשך זמן מסוים‬
‫ולבסוף נותרים בתרבית מעט חיידקים‪ .‬חלקם ימותו‬
‫וחלקם ימשיכו לחיות בלי להתרבות‪ .‬אם יוסיפו בשלב‬
‫זה מצע טרי הם יחזרו להתרבות‪ .‬מתואר בעקום כקו‬
‫יורד עם שיפוע תלול‪.‬‬
‫בתעשייה הביוטכנולוגית מעוניינים לקבל כמויות‬
‫גדולות של חיידקים‪.‬‬
‫לכן מגדלים אותם במערכת פתוחה‪ -‬שבה נשארים‬
‫לאורך זמן תנאי גידול מיטביים לגידול חיידק מסוים‬
‫על ידי‪ :‬הוספת מזון‪ ,‬שמירת תנאי ‪ pH‬יציבים‪ ,‬כמות‬
‫חמצן (לאווירניים) והרחקת חומרי פסולת‪ .‬נעשה על‬
‫ידי מתקנים מיוחדים כמו כמוסטט‪.‬‬
‫מניעת התפתחות מיקרואורגניזמים‬
‫בחיי היום יום בבתי החולים‪ ,‬בתעשיית המזון ובבית‬
‫אנו מכירים בעיקר מצבים שבהם יש צורך למנוע‬
‫גידול מיקרו'‪ ,‬מבוסס על עקרונות דומים לגידולם‪.‬‬
‫‪ ‬טיפול מבוקר והיגייני בהכנת המזון‪ ,‬באריזתו‪,‬‬
‫באכסונו ושיווקו מונע זיהום וקלקול על מיקרו'‪.‬‬
‫‪ ‬הפחתת סכנת הזיהום מבוססת על יצירת תנאים‬
‫שאינם נוחים להתפתחות חיידקים‪.‬‬
‫דרכים ליצירת תנאי סביבה הפוגעים בחיידקים‬
‫‪ .1‬שינויים בטמפרטורה‬
‫א‪ .‬חימום‪ :‬לואי פסטר היה הראשון שהראה שניתן‬
‫לקטול מיקרו' על ידי חימום (חימום יין למניעת‬
‫החמצה)‪ .‬התהליך נקרא על שמו פיסטור‪ .‬משמש‬
‫לשימור מזונות רבים בעיקר חלב‪ .‬בעבר היו‬
‫מחממים ל ‪ 60-65oC‬למשך ‪ 30‬דקות‪.‬‬
‫כיום מחממים ל‪ 15 70oC -‬שניות‪.‬‬
‫‪ ‬יתרון ‪ -‬לא פוגע בטעם המזון‬
‫‪ ‬חסרון ‪ -‬נבגים וחלק מהחיידקים לא מושמד ולכן לא‬
‫ניתן להחזיקו זמן רב‪ .‬לעיכוב יש לשמור בקירור‪.‬‬
‫‪ ‬עיקור (סטריליזציה)‪ :‬השמדת כל צורות החיים‪.‬‬
‫ע " י‪:‬‬
‫ חימום ‪ 100oC‬למשך שעה‬‫ חימום בתנאי לחץ של ‪ 1.5‬אטמוספירות‬‫מאפשר הגעה ל‪ 120oC -‬שבה מספיק‬
‫לחמם ‪ 20‬דקות‪.‬‬
‫‪ ‬יתרון ‪ -‬הורס את כל החיידקים והנבגים‪ .‬לא צריך‬
‫לשמור מזון מעוקר בקירור (כל עוד לא פותחים אותם)‬
‫‪ ‬חיסרון – חלק ממרכיבי המזון נהרסים וכתוצאה מכך‬
‫טעמו עלול להשתנות‪.‬‬
‫‪ ‬עיקור משמש גם לחיטוי מכשירים וחומרים בבתי חולים‪,‬‬
‫במעבדות רפואיות ובמעבדות מיקרוביולוגיות‪.‬‬
‫שימו לב עמוד ‪!!!66‬‬
‫ב‪ .‬קירור‬
‫שמירת מזון בקור ובהקפאה‪ .‬בטמפרטורות נמוכות‬
‫מואטים התהליכים האנזימטים של רוב‬
‫האורגניזמים‪ ,‬רובם אינם מתרבים וחלקם נהרסים‪.‬‬
‫ג‪ .‬שילוב‬
‫לעיתים משלבים טיפולים שונים בהכנת מזון‪:‬‬
‫לדוגמא‪ :‬בהכנת מזון להקפאה עמוקה מחממים את המזון‬
‫לזמן קצר כדי להיפטר מחיידקים חובבים קור שרגישים‬
‫לחום‪ .‬אחר מעבירים את המזון להקפאה עמוקה של‬
‫‪ -20oC‬עד ‪ -40oC‬שבה ניתן לשמר את רוב המזונות‬
‫למשך חודשים‪.‬‬
‫‪ .2‬הרחקת מים מתאי מיקרואורגניזמים‬
‫כדי שחיידקים יגדלו ויתרבו מצע הגידול שלהם צריך‬
‫להכיל ‪ 15%‬מים לפחות‪.‬‬
‫ניתן למנוע התרבות חיידקים באמצעות הרחקת‬
‫מים מחיידקים או ייבוש המזון‪.‬‬
‫ניתן לשמר מזונות על ידי שינוי הרכב המומסים‬
‫וריכוזם כך שהוא יהיה גבוה מהריכוז בתאי‬
‫החיידקים‪.‬‬
‫‪ ‬העלאת ריכוז המומסים‪ :‬הכנת ריבה (שימור פירות)‪,‬‬
‫המלחת בשר או דגים‪.‬‬
‫‪ ‬יבוש‪ :‬באמצעות חום או אוויר חם‪ ,‬תוך העלאת ריכוז‬
‫המומסים‪ .‬הכנת אבקות מרק‪ ,‬פירות מיובשים‪.‬‬
‫‪ .3‬שינויי ‪pH‬‬
‫בהחמצת מזון משתנה אופיו של המזון ומשתנה גם‬
‫אוכלוסיית המיקרואורגניזמים – מיקרואורגניזמים‬
‫מסויימים מתים ואחרים מתרבים‪ .‬אלו אינם‬
‫פוגעים במזון אלא תוצריהם מעניקים לו את טעמו‬
‫המיוחד‪( .‬הכנת יוגורט‪ ,‬מלפפונים חמוצים)‪.‬‬
‫כשהמזון מוכן מפסיקים את פעולתם על ידי חימום‬
‫או קירור‪.‬‬
‫‪ .4‬אמצעים נוספים‬
‫‪ ‬חומרים משמרים‪ :‬מלחים‪ ,‬חומצות חלשות‬
‫שמעכבים גידול חיידקים ולא פוגעים באדם‪.‬‬
‫‪ ‬קרינה‪ :‬כך שחומצות הגרעין של החיידקים נפגעות‬
‫והם לא יכולים להתרבות‪.‬‬
‫‪ ‬סינון‪ :‬שימוש במסננים עדינים שמונעים מעבר‬
‫מיקרואורגניזמים‪.‬‬
‫סיכום‬
‫בתהליכי שימור מזון מעוניינים מצד אחד לשמור‬
‫שהמזון ישמר לאורך זמן מבלי לפגוע בטעמו‪.‬‬
‫לרוב משתמשים בשילוב של שיטות‪ :‬בהכנת מזון‬
‫משומר בקופסאות משתמשים בחימום‪ ,‬המלחה‬
‫הוספת חומרים משמרים אחרים‪.‬‬