חיידקים, מיקרובים ומיקרואורגניזמים

רבים מאיתנו השומעים את שתי המילים הראשונות בכותרת, חושבים מיד על מחלות. ואכן, קיימת קבוצה
גדולה של מחלות, המכונות "מחלות זיהומיות", שהגורמים למרביתן הם חיידקים, פטריות, נגיפים ופרוטוזואונים. אחרים יקשרו פעילות של חיידקים ופטריות לכל מיני ריחות רעים: ריח זיעה, ריח פה, גרביים ונעליים מסריחות, דברים מרקיבים.

בואו נעשה תרגיל מחשבתי קטן, שלא נוכל לבצעו במציאות. בואו נשמיד את כולם מעל פני כדור-הארץ.

השמדתם? נהדר - אין עוד מחלות ואין ריחות רעים. אבל נעלמו משולחנכם כל מוצרי החלב למיניהם, היינות, הרטבים החמוצים, הנקניקים, הלחמים -
שבתהליך היצירה שלהם מעורבים מיקרואורגניזמים. נו מילא, אם זה המחיר, נסתדר בלעדיהם.

אבל איפה אתם מתחבאים? למה אף אחד לא רואה אתכם? מסתבר שגם אתם נעלמתם. ולא רק אתם - כל בעלי-החיים והצמחים נעלמו אף הם. נשארנו עם כוכב-לכת חסר חיים לחלוטין. האם אתם יודעים מדוע?

בואו ננסה לחשוב ביחד, כמאמר המשורר חיים חפר, "מה צריך בסך-הכל בן-אדם בשביל לחיות?" תשובת המשורר היא "כיכר אחת של לחם וכד אחד של יין" - שימו לב שגם לחם וגם יין כבר אין לנו. אך שני אלה מייצגים משהו בסיסי יותר - אנרגיה.

האנרגיה העיקרית המתדלקת את החיים על פני כדור-הארץ היא אנרגיית השמש, המגיעה אלינו בצורת קרינה. האם גוף האדם מסוגל לנצל אותה ישירות? לא. מישהו צריך לבצע את ההמרה בשבילנו - להפוך את אנרגיית האור לאנרגיה כימית. מי עושה זאת על פני כוכב-הלכת שלנו? חיידקים פוטוסינתטיים עושים זאת - הם קולטים את אנרגיית השמש ו"מכניסים" אותה לתרכובות כימיות. יקום מישהו ויאמר: אבל גם הצמחים עושים זאת. נכון - אבל מי שעושה זאת בתוך הצמחים הם צאצאי חיידקים.

חלק מחיידקים פוטוסינתטיים אלה (וצאצאיהם שבתוך הצמחים) הם אלה הפולטים חמצן לאטמוספרה - התוכלו לתאר לעצמכם את עולמנו בלא חמצן? וחיידקים אחרים (או אם נדייק יותר - צאצאיהם החיים בתוכנו) מאפשרים לנו לנצל ביעילות את האנרגיה הכימית שנוצרה בתהליך הפוטוסינתזה והתגלגלה במספר רב של שלבים עד שהגיעה אלינו (ועל כל זה הרחבתי ב"על חיידקים והחיים בנוכחות חמצן", "גליליאו" 103).

תהליכים נוספים קשורים לפעילות בלעדית של חיידקים. החנקן, הדרוש לנו לבנייה של חומצות גרעין וחלבונים, מגיע אלינו מהאוויר. באוויר יש חנקן מולקולרי (N₂). חיידקים מסוימים, המכונים "קושרי חנקן", "הופכים" את החנקן המולקולרי לאמוניה (NH₃). חיידקים אחרים, חיידקי ניטריפיקציה, "הופכים" את האמוניה לניטריט (NO₂) וניטרט (NO₃). כל שאר היצורים מנצלים את האמוניה, הניטריט והניטרט כמקורות לחנקן.

בעלי-החיים הצמחוניים אוכלים צמחים - אך האם זה באמת כך? המרכיב העיקרי של החומר הצמחי הוא פולימר סוכרי המכונה תאית (cellulose). היחידים המסוגלים לפרק ולנצל את התאית הם מיקרואורגניזמים מסוימים - חיידקים, פטריות ופרוטוזואונים - החיים במערכות העיכול של אוכלי הצמחים. אוכלי הצמחים ניזונים בעצם מתוצרי המיקרואורגניזמים האלה.

ומה לגבי מִחזור? כמות המשאבים על פני כדור-הארץ היא מוגבלת. כל היצורים שעל פניו צורכים את המשאבים ומתים בסופו של דבר. מישהו, קרי מיקרואורגניזמים, מפרק את כל היצורים המתים וממחזר את החומרים שמהם בנוי גופם לשימוש חוזר של היצורים הבאים אל העולם.

כך שנסכם - אין חיים ללא מיקרואורגניזמים.

פורסם לראשונה  בבלוג של "גליליאו", יולי 2007.

זהירות - Enterobacter באינפוזיה

מגיפה של אלח דם בבתי חולים כתוצאה מעירוי תוך ורידי  - ארצות הברית - 1971-1970

הסיפור הזה אמנם לא חדש, אך הוא מסכם את המגיפה הגדולה והקטלנית ביותר שפרצה בעקבות זיהום במוצר ביו-רפואי הנפוץ בבתי חולים. הוא ממחיש חלק מהסכנה הצפויה לחולים - בעצם נוכחותם בבתי החולים.

בין אוקטובר 1970 למרץ 1971 פרצה מגיפה בשמונה בתי-חולים, בשבע מדינות בארצות הברית. 150 מקרי אלח-דם (9 מתוכם מתו) כתוצאה מ-Enterobacter cloacae או חיידקים מקבוצת ה-Erwinia ( E. agglomerans). המשותף לכל המקרים היה עירוי נוזלים תוך ורידי. בבתי החולים לא הייתה היסטוריה של אירועים קודמים עם Erwinia, ורק אירועים בודדים עם E. cloacae היו בהם קודם. כל שמונת בתי החולים קבלו אספקת נוזלים ומערכות ממעבדות Abbott, המספקות כ-45% מהצריכה בתוך ארצות הברית. הפסקת העירוי גרמה להטבה במצב החולים.

שלושה מבתי חולים נחקרו ביסודיות. ב-30 מקרים בודד אותו חיידק גם מדם החולה וגם מנוזל העירוי שלו. באחד מבתי החולים, הפסיקו להופיע מקרים חדשים לאחר שהפסיקו להשתמש במוצרי חברת Abott.

E. cloacae ומינים אחרים בסוג Enterobacter לפעמים גורמים לבקטרמיה בבתי חולים. Erwinia, שהוא בד"כ פתוגן של צמחים כמעט ואינו מבודד בכלל מחולים. לפעמים טועים בינו לבין חיידקי קבוצת ה-Klebsiella-Enterobacter

הזיהום הגיע מהפקקים החדשים של אריזות העירוי אל תוך הנוזל בזמן הפתיחה והכנת האריזה לעירוי (הוספת תרופות, למשל). מיני חיידקים אלה מסוגלים להתרבות בטמפרטורת החדר (RT). חיידקים אחרים ממשפחת ה-Enterobacteriaceae, למעט קבוצת ה-Klebsiella, וגם חיידקים כמו staphylococci אינם גדלים ב-RT. גם תכולת החנקן המזערית של העירוי אינה מאפשרת גידול למרבית החיידקים האחרים.

עד לסיום הבדיקה, 31.3.71, הגיע מספר המקרים המדווח ל-405, כ-10% מהם מתו. מעריכים שהמספר הכללי (כולל הלא מדווחים) של החולים היה בין 2000 ל-8000.

הפקקים הישנים היו מתוכננים אחרת ומעבר חיידקים מהקצה החיצוני אל תכולת השקית לא התאפשר בזמן הכנת העירוי לשימוש. שינוי העיצוב של הפקקים הוציא מתוכם טבעת גומי שהיו לה, תכונות אנטי בקטריאליות (לא מתוכננות) כנגד E. cloacae ו-E. agglomerans.

בדיקות במעבדה הראו ששני החיידקים נשאבו אל תוך הפקק החדש בזמן הקירור שלאחר האוטוקלב. הוכח גם קיומם בכמויות גדולות במפעל עצמו, כתוצאה משפיכת נוזלי האינפוזיה ברחבי המפעל והתרבותם בהם.

החזרת הפקקים הישנים ויצירת נהלים חדשים סיימו את הפרשה.

מושבות של חיידקי Enterobacter cloacae בצלחת פטרי

  CDC (PHIL #6552), 1983.

המקור:

Morbidity and Mortality weekly report Volume 46, Numbers 51, 26/12/98

פורסם במקור באתר הקורס "עולם החיידקים" של האוניברסיטה הפתוחה ב-2000.

מתאן - גז חממה, גז קטלני ומקור אנרגיה ירוק

ב-8 ביוני 2007, בעיירה היליגנדם שבגרמניה, הצהירו מנהיגי שמונה המדינות המתועשות והעשירות בעולם (ה-ג'י-8 - G8) על הסכמתם להציב יעד לא-מחייב של קיצוץ פליטת גזי חממה ב-50% עד שנת 2050. קיצוץ זה נועד, כמובן, להאט את קצב התחממות כדור-הארץ. את הטור הזה נייחד לפחמימן מתאן (CH₄), שהוא תוצר כמעט בלעדי של פעילות ארכאונים (Archaea - בעבר נקראו גם חיידקים קדומים) מיוחדים, המכונים מתאנוגנים.

בריכת יער בחדרה; השריד האחרון לביצות של אזור השרון

צילום: יוחאי כורם (טיולי www.tiuli.com)

"גזי החממה" נקראים כך משום שהם פועלים כמחסום חלקי בפני פליטת קרינת חום מכדור-הארץ לחלל. אלמלא גזי החממה, היתה הטמפרטורה על פני כדור-הארץ נמוכה בממוצע ב-40°C מכפי שהיא היום, והחיים כפי שאנו מכירים אותם לא היו יכולים להתקיים.

גז החממה העיקרי הוא אדי מים, האחראים לכ-95% מאפקט החממה. גז החממה השני בחשיבותו הוא פחמן דו-חמצני (CO₂), האחראי ל-3.6% בלבד מאפקט החממה. המתאן תורם 0.4%, ואילו חנקן חמצני (N₂O) תורם כ-1%.

לנו, בני-האדם, אין השפעה של ממש על כמות אדי המים. לעומת זאת, כל שינוי משמעותי בכמויות שלושת הגזים האחרונים (שאליהם התכוונו מנהיגי ה-ג'י-8) עלול לגרום לעלייה בטמפרטורה הממוצעת של כדור-הארץ, שלה השלכות חמורות ביותר - עליית גובה פני הים, סופות, שיטפונות, בצורות, מחלות ועוד.

הסיבה לתרומתו ה"שולית" של גז המתאן לאפקט החממה היא כמותו הקטנה יחסית באטמוספרה. אם בודקים את תרומתה של מולקולת מתאן אחת לאפקט החממה, הרי שהיא תורמת פי 22 מאשר מולקולה של פחמן דו-חמצני.

המתאן, אם כן, הוא פחמימן. הפחמימנים, כפי שמעיד עליהם שמם, הם מולקולות המורכבות מאטומי פחמן ומימן בלבד. מקובל להבחין בין פחמימנים קלים וגזיים לפחמימנים כבדים יותר. כמה מן הפחמימנים הקלים הם מתאן, אתאן (C₂H₆), פרופאן (C₃H₈) ובוטאן (C₄H₁₀), ששני האחרונים שבהם הם מרכיבים עיקריים של גז הבישול (המכונה גם גפ"מ - גז פחמימני מעובה). הפחמימנים הכבדים יותר הם, בין היתר, מרכיביהם של כל סוגי הדלקים המבוססים על נפט. כל הפחמימנים הם חומרים "עתירי אנרגיה" ודליקים מאוד, והקטנים שבהם אף נפיצים.

מתאן, שהוא הפחמימן הקל יותר, נפלט לאטמוספרה ממקורות טבעיים וממקורות הקשורים בפעילות האדם, והוא גז חסר ריח.

רובו המכריע של המתאן על פני כדור-הארץ מקורו בפעילות (הן בעבר הרחוק, הגאולוגי, והן היום) של קבוצה מיוחדת של ארכאונים אל-אווירניים, שרובם אינם יכולים לשרוד באטמוספרה המכילה חמצן. ארכאונים אלה משתמשים במימן מולקולרי, H₂, לחיזור מקור הפחמן שלהם, שיכול להיות פחמן דו-חמצני (CO₂), חומצה אצטית (CH₃COOH) או חומר אחר. בגלל המתאן שהם מייצרים, מכונים ארכאונים אלה בשם מתאנוגנים, והתהליך בכללותו מכונה מתאנוגנזה (methanogenesis).

CO₂ + 4H₂ ⇒ CH₄ + 2H₂O

2CH₃COOH + 2H₂ ⇒ 2CH₄ + 2CO₂

כמות קטנה יחסית של מתאן נפלטת בעקבות פעילות געשית. מתאן התגלה גם בכוכבי-הלכת צדק, שבתאי, אורנוס ונפטון, ואף בטיטאן (אחד הירחים של צדק). עד שיוכח אחרת, משערים שכל המתאן שבאטמוספרה של כוכבי-לכת אלה מקורו בפעילות געשית (אם כי כבר היום יש הטוענים אחרת).

חיידקים אווירניים, המכונים מתאנוטרופיים (methanotrophs), יכולים לנצל את המתאן כמקור פחמן ואנרגיה, והם מפרקים אותו, בסדרת שלבים, לפחמן דו-חמצני ולמים.

CH₄ + 2O₂ ⇒ CO₂ + 2H₂O

המקור הטבעי העיקרי לגז המתאן הוא פעילות ארכאונים בקרקעית שטחי הביצות הנרחבים שבאזורים הטרופיים והסובטרופיים של כדור-הארץ. לכן המתאן מכונה גם "גז הביצות". הארכאונים המתאנוגניים שבביצות אלה מפרקים תרכובות אורגניות - שרידי בעלי-חיים וצמחים השוקעים במים - ופולטים 200-120 מיליון טון גז מתאן בשנה. מקור משמעותי נוסף, הקשור בפעילות האדם, הוא שדות האורז הנרחבים שבמזרח אסיה, שהמתאנוגנים שבקרקעיתם פולטים 120-70 מיליון טון מתאן לשנה.

שדה אורז בדלתה של המקונג בוייטנאם.
צלמה: יעל גבעון (פברואר 2006).

מקור חשוב נוסף של מתאן הוא דרכי העיכול של בעלי-חיים צמחוניים רבים, המכילים במעיהם ארכאונים מתאנוגנים לצד מיקרואורגניזמים אחרים, המסייעים להם בפירוק החומרים הצמחיים ליגנין ותאית. המתאנוגנים צורכים את גז המימן הנוצר בתהליכי תסיסה של חיידקים אחרים, ופולטים מתאן. הטרמיטים, המאכלסים יערות ואזורים טרופיים אחרים, נחשבים כיצרני המתאן העיקריים מבין בעלי-החיים החיים בטבע (עם ממוצע רב-שנתי של כ-25 מיליון טון מתאן). גם היונקים הצמחוניים שבטבע פולטים מתאן, אך את כמויות המתאן הגדולות ביותר פולטים מיליוני היונקים הצמחוניים שאנחנו, בני-האדם, מגדלים - עדרי הצאן הבקר (100-80 מיליון טון מתאן לשנה). המתאן נפלט ממערכת העיכול של היונקים הצמחוניים בעיקר דרך הפה - בשיהוק ("גרעפס"). גם ממערכות העיכול שלנו, בני-האדם, נפלטת כמות קטנה של מתאן ביחד עם מימן וגזים נוספים, אלא שאצלנו הוא נפלט דרך פי הטבעת (במה שמכונה בעברית תקנית "נפיחה").

בקרקעית האוקיינוסים, בעיקר ליד החופים (אזור מדף היבשת), בטמפרטורה של 4°C, מצטברים, כתוצאה מפעילות המתאנוגנים במשך מיליוני שנים, הידראטים של מתאן (מולקולת מתאן הקשורה לכמה מולקולות מים) - שבטמפרטורה זו הם במצב מוצק (דמוי קרח). הידראטים אלה פולטים, במצב הנוכחי, בין 2 ל-4 מיליון טון מתאן לשנה. כתוצאה מפעילות זו מצטבר גם מתאן מומס במימי האוקיינוס, שחלק ממנו נפלט באופן טבעי (כ-20 מיליון טון לשנה). פליטת המתאן ממי האוקיינוס מגיעה ל-24 מיליון טון לשנה.

עם התחממות כדור-הארץ יתחממו גם מי האוקיינוסים, ואז עלולה להתגבר פליטת המתאן המומס מההידראטים.

גם בתחתיתם של אגמי מים מתוקים מצטבר מתאן, כפי שהוא מצטבר בקרקעית האוקיינוס. אך הצטברות מתאן מומס באגמי מים מתוקים, באזורים פעילים גאולוגית, עלולה להיות מסוכנת. התחממות מהירה של המים כתוצאה ממגע בלבה רותחת עלולה לגרום להשתחררות פתאומית של המתאן המומס כענן של מתאן לאטמוספרה. מאחר שהמתאן הוא גז דליק, ניצוץ יכול לגרום להתלקחותו והנזקים, בעיקר באזורים מאוכלסים, עלולים להיות עצומים. אגם קיוו (Kivu), לדוגמה, שבגבול שבין רואנדה לרפובליקה הדמוקרטית של קונגו, נמצא באזור מאוכלס מאוד - כשני מיליון אנשים חיים סביב האגם. מעריכים שבתוך האגם מומסים כ-55 מיליארד מ"ק של מתאן מומס. התחממות פתאומית של תחתית האגם, כתוצאה מפעילות געשית, תגרום לשחרור פתאומי של כל המתאן ולהתפוצצותו. לפי עדויות גאולוגיות, אחת לאלף שנים בערך מתרחשת הכחדה של כל בעלי-החיים והצמחים בסביבת האגם. האם מדובר בפצצה מתקתקת?

מכרות הפחם ומאגרי הנפט שמנצל האדם מהווים גם הם מקור לפליטת מתאן. בבארות נפט נפלט מתאן בגז טבעי (המכיל כ-85% מתאן), ובמכרות פחם נפלט גז המכיל כ-40% מתאן. בבארות הנפט שורפים את כל הגז המשתחרר; במכרות הפחם המצב בעייתי יותר. הגז מצטבר במקומות סגורים ולעתים מתפוצץ וגורם לאסונות. בנובמבר 2006, במכרה Halemba שבפולין, נהרגו 23 בני-אדם בפיצוץ גז מתאן. במרץ 2007, ברוסיה, במכרה Ulyanovskaya שליד העיר נובוקוצנסק (Novokuznetsk), נהרגו בפיצוץ מתאן 74 כורים. בסין, בשנת 2005, נהרגו למעלה מ-3,000 כורים בהתפוצצויות גז במכרות.

מקור נוסף של מתאן הוא מטמנות אשפה. ממטמנות אלה משתחררים בכל שנה כ-70 מיליון טון מתאן.

הקטנת פליטת המתאן הקשורה בפעילות האדם

כדי להפחית את פליטת המתאן הנובעת מפעילות האדם, וכך להקטין את אפקט החממה ואת זיהום האוויר, ננקטים הצעדים האלה:

• במזרח אסיה מנסים להגדיל את יבול האורז ליחידת שטח. בדרך זו יתאפשר להקטין את שטחי הגידול ואת פליטת המתאן המתרחשת בהם.
  
  
• באוניברסיטת הוהנהיים (Hohenheim) בשטוטגרט שבגרמניה מפתחת קבוצת המחקר של ויניפרד דרוקנר (Drochner) "גלולות" המיועדות ליונקים צמחוניים, המכונות bolus. בשילוב עם תפריט מיוחד, יפחיתו גלולות אלו את כמות המתאן שפולטים עדרי הבקר והצאן הגדלים והולכים, ויאפשרו למטבוליזם שלהם לנצל חלק מהאנרגיה שהיתה מתבזבזת עם המתאן הנפלט. בכוונת החוקרים לשנות את הרכב אוכלוסיית המיקרואורגניזמים במערכת העיכול - להפחית את כמות החיידקים הפולטים מימן, ובעקבותיהם את הארכאונים המתאנוגנים, ולהגדיל את כמות החיידקים המייצרים סוכרים וחומרים זמינים אחרים.
  
  
  
  

  

  צנרת לאיסוף מתאן באתר חיריה
  צילום: יגאל מורג
  
  
• ואחרון חביב וירוק. בכמה אתרי פסולת נאסף המתאן הנפלט מן הפסולת בצינורות, ומועבר לאתר מרכזי כדי לשמש כחומר דלק ירוק (יחסית לשרפת נפט). את המתאן הנאסף אפשר לשרוף בצורה מבוקרת ולהשתמש בו לייצור חשמל, או לאגור בתחנת תדלוק סמוכה, שאליה יגיעו מכוניות שמותקן בהן מנוע המאפשר בחירה בין שימוש בבנזין לשימוש במתאן. מכוניות כאלה עוד אין בישראל, אך במזבלות בעברון, בחירייה ובאתר דודאים אוספים את המתאן המצטבר למטרת ייצור חשמל. חברי קיבוץ עברון, שהיו החלוצים בתחום בישראל, התנתקו כבר בשנת 2002 מחברת החשמל, וכל תצרוכת החשמל של עברון מקורה במטמנת האשפה של הקיבוץ.
  

מתקן יצור החשמל ממתאן בקיבוץ עברון
מאתר המשרד לאיכות הסביבה

פורסם במקור ב"גליליאו" גיליון 107, עמ' 80-78, יולי 2007. עודכן.