Loading AI tools
אורגניזמים חד-תאיים חסרי גרעין מוויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
חַיידקים (שם מדעי: Bacteria; מכונים גם חיידקים אמיתיים) הם יצורים חד-תאיים המהווים את אחת משלוש העל-ממלכות הטקסונומיות בביולוגיה (לצד אאוקריוטים וחיידקים קדומים). החיידקים הם מבין היצורים הראשונים שהופיעו על פני כדור ארץ ומאכלסים קשת רחבה מאוד של אזורי מחיה, כגון מים טרמליים, סלעי קרחונים, אזורים צחיחים, אזורי מחיה פוריים ודלים, וחלקם אף מתאכסנים באורגניזמים מן החי או הצומח כטפילים או כקומנסלים, ביחסים סימביוטיים שונים ומגוונים. החיידקים הראשונים התפתחו ככל הנראה לפני כ-4 מיליארד שנה. מדובר במיקרואורגניזמים פרוקריוטיים (החסרים גרעין תא ואברונים). החיידקים הם בין צורות החיים הנפוצות ביותר על פני כדור הארץ, והם יכולים להתקיים בסביבות מחיה מגוונות, ואף בסביבות קיצוניות שבהן לא הצליח להתקיים אף אורגניזם אחר.
מקור השם הלועזי "בקטריה" הוא מיוונית, ופירושו "מקלות קטנים", משום שכך נראו החיידקים בעיני החוקרים הראשונים שצפו בהם תחת מיקרוסקופ ביניהם אנטוני ואן לוונהוק, ב-1674 אשר פתחו את תאוריית המיקרואורגניזמים germ theory[1] והובילו את החוקרים במאה התשע עשרה, לואי פסטר, רוברט קוך ו-ג'וסף ליסטר להבנה בצורך בחיטוי בתהליכים של טיפול בחולים ויולדות, ובהבנה שתהליכים של תסיסה ליצירת מזונות שונים, הם תהליכים הנגרמים על ידי מיקרואורגניזמים, ובהכרח לפסטור החלב.
השם העברי "חַיידק", פרי חידושו של אליעזר בן-יהודה, הוא הלחם של המילים חַי ודַק; משמעות שם התואר 'דק' הוא דבר קטן. שמה המדעי של על-ממלכת החיידקים האמיתיים הוא Bacteria.
התא הבקטריאלי מתאפיין בציטופלסמה מוקפת בקרום תא בנוי מפוספוליפידים וחלבון ביחס של 3:1, בעל יכולת העברה סלקטיבית של חומרים מהסביבה אל תוך התא ומן התא אל הסביבה החיצונית,[2] וריבוזומים. לחיידקים יש תכונה משותפת עם עובשים, שמרים וצמחים והיא נוכחות של דופן תא המקיף את קרום התא. הדופן המקנה עמידות בפני שינויי לחצים אוסמוטיים. לחלקם יש קפסולה המקיפה את דופן התא. הקפסולה בנויה מרב-סוכר עם בליטות של אברונים הקרויים פילי, שתפקידם להיצמד למשטחים וליצור רובדי גידול. לחלק מהחיידקים יש שוטון אחד או יותר המשמש לתנועתיות מכוונת, ונוקלאואיד המכיל את החומר התורשתי של התא.
רוב החיידקים מקיימים בעצמם תהליכי חיים עצמאיים ומתרבים על ידי פליגה. חיידקי אי-קולי, למשל, מתחלקים בכל כ-20 דקות בתנאי גידול מיטביים של חום ומזון. החיידקים ניזונים מהסביבה, מפרישים פסולת לסביבה ובניגוד לנגיפים, רובם אינם זקוקים למאכסן, כך שאינם מתקיימים כטפילים. חלקם זקוקים למאכסן מן החי או מהצומח. חלק הופכים לפתוגניים וחלק לקומנסלים. בניגוד לתאיהם של בעלי חיים ובדומה לתאים צמחיים, לתאיהם של רוב החיידקים יש דופן תא המבטיח עמידות בפני שינויים בלחצים אוסמוטיים. החיידקים מסווגים לשתי קבוצות לפי סוג הדופן שלהם. בזכות נוכחות הדופן בתאי החיידקים והיעדרה בתאי האדם ובעלי חיים אחרים (יונקים, עופות, דגים), היא משמשת כמטרה לפעילות האנטימיקרוביאלית של סוגי אנטיביוטיקה, כגון פניצילין, צפלוספורינים וואנקומיצין כאמצעי ריפוי.
ערך מורחב – תאוריית החיידקים כגורמי מחלות
חיידקים נצפו לראשונה על ידי האדם ב-1676, כאשר אנטוני ואן לוונהוק צפה בחיידקים בעזרת מיקרוסקופ אור שפיתח. הוא כינה את החיידקים שראה בשם אנימלקולס (animalcules) ותיאר את תצפיותיו בסדרת מכתבים לחברה המלכותית. הראשון שהשתמש במונח בקטריה כשם לחיידקים היה כריסטיאן גוטפריד אהרנברג בשנת 1838.
בשנת 1859 הדגים לואי פסטר באמצעות ניסוי כי תסיסה נגרמת מגידול של מיקרואורגניזמים, וכי המקור לגדילה זו אינו בבריאה ספונטנית. פסטר ניסה לבסס את הקשר בין חיידקים ומחלות, והיו לו הצלחות בתחום אבל הוא לא הצליח לבסס את הקשר בצורה מספקת. הרופא והחוקר הגרמני רוברט קוך, שחקר מגוון חיידקים גורמי מחלות ובהם כולרה, גחלת ושחפת, הצליח לתת אישוש מספק לתאוריה המדעית כי חיידקים אחראיים למחלות מידבקות והניח את היסודות למדע הבקטריולוגיה על פי ארבעת הקריטריונים שלו. קוך זכה בפרס נובל לרפואה ב-1905. אף על פי שכבר במאה ה-19 היה ידוע כי חיידקים אחראיים למחלות רבות, לא היו טיפולים אנטיבקטריאליים זמינים. ב-1910 פיתח פאול ארליך את החומר האנטיביוטי, וב-1908 זכה בפרס נובל על עבודתו בתחום האימונולוגיה. ארליך היה החלוץ בשימוש בצביעה לזיהוי וסיווג חיידקים, ועבודתו הייתה הבסיס לצביעת גראם ולצביעת ציל-נילסן המאפשרים לראות את הצורה המורפולוגית של חיידקים בעזרת מיקרוסקופ.
ב-1977 גילה קרל ווז (אנ') כי לארכאונים (חיידקים קדומים) יש קו התפתחות אבולוציונית נפרד מזה של החיידקים האמיתיים. הטקסונומיה הפילוגנטית החדשה מתבססת על ריצוף הרנ"א הריבוזומלי 16S(אנ') והביאה לחלוקה של הפרוקריוטים לשתי ממלכות, חיידקים אמיתיים (בקטריה) וחיידקים קדומים (ארכיאה).
חיידקים הם מיקרואורגניזמים פרוקריוטים בעלי צורות מורפולוגיות שונות: מתגים, נקדים, סלילונים, ופסיקונים, בגודל שנע בין 0.5 ל־2.0 מיקרונים. עם זאת ישנם חיידקים כמו Thiomargarita namibiensis או Epulopiscium fishelsoni, המגיעים לאורך של עד חצי מילימטר ואף עשויים להיראות בעין בלתי מזוינת. חיידקים קטנים במיוחד הם החיידקים מן הסוג Mycoplasma שאורכם כ-0.3 מיקרומטרים, בדומה לנגיפים גדולים במיוחד. קיימים גם חיידקים זעירים מאד הקרויים אולטרה-מיקרו-חיידקים שאורכם כ-0.1 מיקרומטר, המתקיימים לרוב במי האוקינוסים בתנאי מחייה קשים. האולטרה-מיקרו-חיידקים הסתגלו לתנאי המחיה הקשים על ידי הקטנת הגנום.
המתגים גדלים כבודדים או בשרשראות, ואילו הנקדים מאורגנים בצברים, בזוגות או טטראדות (רביעיות), או שמאורגנים בשרשראות. התא הבקטריאלי מתאפיין בציטופלסמה מוקפת בקרום תא בנוי מפוספוליפידים וחלבון ביחס של 3:1, בעל יכולת העברה סלקטיבית של חומרים מהסביבה החיצונית אל התא ומן התא אל הסביבה החיצונית,[2] וריבוזומים האחראים לבנית חלבונים. תכונה משותפת שיש לחיידקים עם עובשים, שמרים וצמחים והיא נוכחות של דופן תא קשיח המקיף את קרום התא. לחלק מהחיידקים יש קפסולה המקיפה את דופן התא. הקפסולה בנויה מרב-סוכר עם בליטות של אברונים הקרויים פילי, שתפקידם להיצמד למשטחים וליצור רובדי גידול. לחלק מהחיידקים יש שוטון אחד או יותר המשמש לתנועתיות מכוונת, ונוקלאואיד המכיל את החומר התורשתי של התא.
חיידקים מופיעים במגוון צורות שונות המושפעות משלד התא ודופן התא החיידקי:
לחלק מהחיידקים יש, בנוסף לדופן התא גם מעטפת רירית הבנויה מרב-סוכר הקרויה קופסית (Capsula. שכבה זו מאפשרת לחיידקים להיצמד זה לזה וגם למשטחים וכן מסייעת לחיידקים בהתמודדות עם תאי דם לבנים.
לעיתים קרובות נצמדים חיידקים למשטחים ויוצרים שכבה הקרויה ביופילם. ביופילמים מכילים פוליסכרידים הקרויים EPS שהופרשו על ידי החיידקים השונים ומאוכלוסייה מעורבת של אותם החיידקים אשר הסתגלה לתנאי הסביבה הייחודיים שנוצרו בביופילם. הביופילמים עשוי להיות בעובי של כמה מיקרומטרים ועד לחצי סנטימטר ועשויים להכיל מינים שונים של חיידקים, פרוטיסטים וחיידקים קדומים. ביופילמים שנוצרים על פני ציוד במערכות שונות, כגון, מערכות להובלת מים, מערכות תעשייתיות שונות, עלולות להוות מקור לאילוח חוזר.
חיידקים החיים בביופילים מופיעים בסדרים מורכבים של תאים ומרכיבים חוץ תאיים, היוצרים מבנים שניוניים ובהן רשתות של תעלות המאפשרות דיפוזיה של חומרי המזון. לביופילימים חשיבות רבה ברפואה, מאחר שמבנים אלו מופיעים לעיתים בזיהומים כרוניים, וחיידקים החיים בביופילמים הרבה יותר עמידים לחומרים אנטיביוטיים ולחומרי ניקוי וחיטוי, מחיידקים החיים בחופשיות. ביופילמים עשויים להתפתח גם על ציוד ומכשור מפעלי, ובייחוד על משטחים מפותלים וקשים לגישה. בביופילמים החיידקים עשויים לבצע שינויים מורפולוגיים גדולים לדוגמה, כאשר יש מחסור בחומצות אמינו חיידקי Myxobacteria מזהים את התאים מסביב בתהליך הקרוי חישת סף (quorum sensing), נצמדים אחד אל השני ומתאמים פעילות משותפת של עד 100,000 תאים.
יש חיידקים בעלי שוטונים המאפשרים להם לנוע ולעומתם יש אחרים המצוידים באמצעי הצמדות הקרויים פילי (pilli). מינים שונים של חיידקים נבדלים במספר ובסידור השוטונים על פניהם; לחלקם יש שוטון בודד (monotrichous), שוטון בכל אחד מהקצוות (amphitrichous), אשכול של שוטונים בכל קצה (lophotrichous), או שוטונים על פני כל התא (peritrichous). השוטון החיידקי מורכב מ-20 חלבונים, יחד עם כ-30 חלבונים נוספים החיוניים להרכבה ולרגולציה של השוטון. השוטון הוא מבנה שמסתובב בבסיסו הודות למפל אלקטרוכימי.
למרבית החיידקים יש כרומוזום מעגלי בודד היכול להגיע בגודלו מ-160,000 זוגות של בסיסים ב-Candidatus Carsonella ruddii ועד ל-12,200,000 זוגות בסיסים ב-Sorangium cellulosum. חיידקים מן הסוג Borrelia, כמו החיידק Borrelia burgdorferi האחראי למחלת ליים, הם יוצאי דופן מבחינת סידור הגנום, ולהם כרומוזום קווי יחיד. הגנים בחיידקים הם לרוב מקטע רציף ב-DNA, ובמינים מעטים בלבד נמצאו אינטרונים בגנים.
חיידקים רבים מכילים פלסמיד, שהם מקטעי DNA נוספים על הכרומוזומים שיכולים להכיל גנים המקנים עמידות לאנטיביוטיקה או גנים המקודדים פקטורים פתוגניים. סוג נוסף של DNA חיידקי הם נגיפים המשתלבים בתאי החיידקים (בקטריופאג'ים) בתופעה הידועה כליזוגניות. קיימים זנים רבים של בקטריופאג'ים, חלקם מתמוססים בתוך התא של החיידק המארח, ואילו אחרים נוספים אל הכרומוזום של החיידק. הנגיפים עשויים להשפיע על פנוטיפים שאותם מבטא החיידק, ודוגמה לכך היא ביטוי גנים של רעלנים על ידי החיידק Clostridium botulinum כאשר יש בו פאג'. חיידקים פיתחו מנגנוני הגנה שונים מפני פאג'ים בהם אנזימי הגבלה, החותכים DNA זר, או רצפי קריספר, שהם מקטעים חוזרים בגנום המאפשרים לחיידקים לפתח חיסון נרכש מפאג'ים.
חיידקים, כאורגניזמים שמתרבים ברבייה אל-זוויגית, יורשים העתקים זהים של הגנים של הוריהם. ואולם שינויים בגנים עשויים להתרחש בעקבות שחלוף או מוטציה. מוטציות נוצרות בעקבות שגיאות במהלך העתקת ה-DNA או כתוצאה מחשיפה למוטגנים. שיעור המוטציות במיני חיידקים שונים הוא גבוה, ואף בזנים שונים מאותו המין. שינויים גנטיים בגנום החיידק עשויים להתרחש או בעקבות מוטציות אקראיות, או בעקבות מוטציות הנגרמות ממצבי עקה, שבה גנים החיוניים להתפתחות חיידק בסביבה מסוימת עוברים מוטציות רבות.
חלק מהחיידקים מעבירים גם חומר תורשתי בין תאים. תהליך כזה יכול להתרחש בשלושה אופנים:
קליטת גנים מחיידקים שונים או מהסביבה נקראת העברה גנטית אופקית, והיא עשויה להיות נפוצה מאוד בסביבה טבעית. להעברת גנים חשיבות מיוחדת בעמידות לאנטיביוטיקה, שכן היא מאפשרת העברה של גנים המקנים עמידות לאנטיביוטיקה בחיידקים פתוגניים שונים.
ערך מורחב – אבולוציה של חיידקים
החיידקים, שמספרם על-גבי כדור הארץ עולה על זה של כל שאר היצורים גם יחד, הם יצורים מגוונים וסתגלנים במידה בלתי רגילה. ניתן לחלק אותם למספר סוגים, כאשר שתי קבוצות הראשונית כוללות את רוב אוכלוסיית החיידקים:
כל החיידקים זקוקים לאנרגיה לצורך קיומם. לפיכך ניתן למיין בצורה גסה את החיידקים ל-2 קבוצות:
כל החיידקים זקוקים למקור פחמן. החיידקים יכולים להשיגו ב-2 דרכים:
את החיידקים ניתן לסווג גם לפי אופן קיומם בנוכחות חמצן:
ערך מורחב – עמידות לאנטיביוטיקהיותר ויותר חיידקים מפתחים עמידות לפניצילין ולשאר סוגי האנטיביוטיקה.
האנטיביוטיקה עצמה היא מוצר חדש יחסית שקיימת בשימוש מסחרי מתקופת מלחמת העולם השנייה והפכה לנפוצה רק בשנות ה-50. האנטיביוטיקה פועלת על חיידקים גראם-חיוביים וגראם-שליליים תוך ניצול תכונות דופן תא החיידק כך שתאים אחרים (תאי האדם) לא ייפגעו.
כבר בשנות ה-60 התברר כי זנים מסוימים של חיידקים פיתחו עמידות כלפי האנטיביוטיקה (בייחוד כלפי הפנצילין) והיה צורך לפתח סוגים חזקים יותר של אנטיביוטיקה על מנת להתמודד עם חיידקים אלו.
חיידק ה-MRSA מוכר החל משנת 1996 כ"חיידק בתי החולים". חיידק זה עלול להיות עמיד בפני כל סוגי האנטיביוטיקה הידועים, ובכך מאיים על כל המאושפזים בבתי החולים. סכנתו כפולה היות שהוא תוקף את החולה במצב בו מערכות ההגנה הרגילות שלו אינן פועלות כראוי.
מיני החיידק Pseudomonas, דוגמת Pseudomonas aeruginosa נפוץ כגורם זיהומים אצל מדוכאי מערכת החיסון ובבתי חולים ואף הוא פיתח עמידות נגד רוב סוגי האנטיביוטיקה הקיימים.
חיידקים עמידים במיוחד מטופלים באמצעות ליפופפטידים, אך ב-2007 נמצאו חיידקים שפיתחו עמידות גם לטיפול זה.
בחודש מרץ 2007 התפרסמו ידיעות על תמותה של חולים המאושפזים בבתי חולים בישראל בגלל התפרצות החיידק האלים Klebsiella pneumoniae.
רוב החיידקים מתרבים על ידי חלוקת התא לשניים (פליגה), אולם יש שיטות רבייה נוספות כמו רבייה באמצעות נבגים והנצה.
הזמן האורך לאוכלוסיית חיידקים להכפיל את עצמה נקרא זמן הדור. בדרך כלל זמן הדור של החיידקים הוא קצר ביותר ביחס לזמן הדור של האדם, ותחת תנאים אופטימליים יכול להיות אף 9.8 דקות עבור חיידקים מסוימים. חיידקי Escherichia coli, הנחקרים ביותר מבין החיידקים, מתרבים בתנאי מעבדה מיטביים כל 20 דקות. זמן קצר זה הוא יתרון ברור בתחום ההנדסה הגנטית. כך לדוגמה חיידקים המהונדסים גנטית מפיקים את ההורמון אינסולין על ידי תעתוק גן שהוחדר אליהם. זמן דור של 20 דקות, מאפשר התפשטות מהירה של החיידקים ובעקבות כך כמות גדולה מאוד של אינסולין המופק מחיידקים אלה. את האינסולין ממצים בשיטות תעשייתיות.
במעבדות מגדלים חיידקים במדיום מוצק או נוזלי. מדיום גידול מוצק כמו צלחות אגר, מאפשר לבודד מושבות של חיידקים. שימוש במדיום נוזלי נעשה כאשר נדרש נפח גדול של חיידקים. לעיתים משתמשים במדיום גידול סלקטיבי, שבו מוספים או מוסרים חומרי מזון או אנטיביוטיקות, וכך מתאפשר זיהוי סוגים ואף מינים של חיידקים.
ערך מורחב – צביעת גראםהחיידקים הם לרוב חסרי צבע ולכן קשה להבחין בינם לבין המצע. צביעתם מאפשרת להשיג ניגוד בינם לבין סביבתם. קיימות שיטות רבות ומגוונות של צביעת חיידקים. בחירה בצביעה שונה נותנת זיהוי קל של אוכלוסיית חיידקים שונה ומדגישה חלקים אחרים של התא.
צביעת גראם, למשל, היא הצביעה הנפוצה ביותר בבקטריולוגיה והיא תהליך שנועד להבדלה ראשונית בין סוגי חיידקים על סמך מבנה הדופן שלהם. צביעת גראם מבדילה בין חיידקים גראם-חיוביים לגראם-שליליים (בעלי דופן תא עבה או דקה, בהתאמה). התהליך קרוי על שם הרופא הדני הנס כריסטיאן גראם שהחל את פיתוחו.
צביעת גראם אינה, כאמור, השיטה היחידה לצביעת חיידקים. שיטות נוספות בהן משתמשים על מנת לצבוע חיידקים הן:
רק מיעוט מתוך מאות אלפי סוגי החיידקים הם פתוגנים הגורמים למחלות. סוגים רבים של חיידקים אף מועילים או חיוניים לאדם ולבריאותו.
שימוש בחיידקים כמו ה-Lactobacillus לצד שמרים ועובשים משמש את האדם בהכנת מזונות שונים כמו גבינות, חמוצים, חומץ, יין ויוגורט. בהקשר למוצרים אלה, החיידקים הם אלו הגורמים פעמים רבות את הריח הרע הנובע מהם. גם במחלות ובתופעות המלוות בחיידקים נלווה ריח לא נעים, לדוגמה בתופעת אבני שקדים (טונסילוליטים).
יכולתם של חיידקים לצרוך מגוון רחב של תרכובות מנוצלת על ידי האדם למען שמירת הסביבה כמו פירוק שפכים, או שימוש בחיידקים הצורכים פחמימנים בנפט לטיפול בהתבקעות מכליות נפט. שימוש נוסף בחיידקים לטובת האדם הוא בהדברה ביולוגית במזיקים, ודוגמה בולטת לכך הוא חיידק מהמין Bacillus thuringiensis הפוגע במיני זחלים שונים של יתושים.
זמן הדור הקצר של החיידקים, המאפשר גידול מהיר באוכלוסייה, וכן היכולת לבצע שינויים גנטיים בצורה פשוטה יחסית בחיידקים הפכו אותם ככלי חשוב בהנדסה גנטית. באמצעות הנדסה גנטית גורמים לחיידקים לייצר חלבונים מבוקשים, למשל ייצור אינסולין על ידי חיידקים במקום להפיק אותו מבלוטת הלבלב של בעלי חיים.
בעשור השני של המאה ה-21 החלה התקדמות ראשונית בפיתוח חיידקים מלאכותיים או מלאכותיים למחצה.
בשנת 2010 הצליח צוותו של קרייג ונטר לסרוק את הקוד הגנטי של חיידק ולייצר קוד זה באופן מלאכותי. הקוד הגנטי הוחדר לחיידק ממין אחר, שהחל לתפקד בתור החיידק המקורי בהתאם לקוד הגנטי.[4]
בשנת 2014 צוות מחקר ממכון סקריפס למחקר (אנ') הצליח ליצור חיידק מלאכותי-למחצה שה-DNA שלו עשוי מארבעת הנוקלאוטידים הטבעיים, ובנוסף עשוי משני נוקלאוטידים מלאכותיים. במחקרם שהתפרסם בשנת 2017 הראו שהחיידקים יכולים לשמור על הקוד הגנטי לאורך זמן, והנוקלאוטידים המלאכותיים נשמרו גם לאחר 60 חלוקות של התא.[5]
עד סוף העשור ייצור חיידקים מלאכותיים למחצה נחשב לחסר כל יכולת יישום של ממש בתעשייה או ברפואה. בסוף שנת 2019 הציג הטכניון פיתוח של חיידק שמסוגל לבצע חישוב מתמטי בסיסי.[6][7]
בעבר נקראו ממלכות החיידקים האמיתיים והחיידקים הקדומים בשם הכולל מונרה (Monera). עד לפני כמה עשרות שנים סווג חלק מהחיידקים כצמחים, חלק כפטריות וחלק כאצות, וממלכת החיידקים לא הייתה קיימת. התגלית שהביאה לסיווגם של החיידקים כיצורים נפרדים היא ההבדל הבסיסי ביותר בין חיידקים ובין שאר היצורים: כל החיידקים (אמיתיים וקדומים) הם פרוקריוטיים, ואילו כל היצורים האחרים הם איקריוטיים (בעלי גרעין).
להלן המיון השלם, המלא והמעודכן לשנת 2004:
חגי בצר, כל מה שרצית לדעת על ההבדלים בין חיידק לוירוס, באתר הספרייה הווירטואלית של מטח, פברואר 2001Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
