יומולדת 105 לאליזבת קינג - יובל גפן

 

אליזבת קינג (Elizabeth O. King) - מחלוצות המיקרוביולוגיה הקלינית של מחצית המאה ה-20. עבדה כחוקרת ב CDC האמריקאי עד מותה בגיל 53.

על שמה שני חיידקים מעניינים: 

Kingella kingae - נמצא בדרכי הנשימה של ילדים ועלול לגרום לזיהומים במפרקים ועצמות ובמקרים נדירים גם לדלקת בלב. 

Elizabethkingia - משפחת חיידקים המכילה מספר מינים. ב 2016 היתה התפרצות בויסקונסין שגרמה למותם של כ-20 אנשים.

מין אחר זוהה במפתיע במאגר המים של תחנת החלל מיר ולכן נקרא Elizabethkingia miricola. 

יומולדת שמח ד"ר קינג

צביעת גראם של חיידקי  Kingella kingae

ד"ר יובל גפן, מיקרוביולוג קליני, מנהל מעבדת מגהלאב צפון, מכבי שירותי בריאות

פורסם בטוויטר של המחבר, אוקטובר 2017

באנטיביוטיקות תעשה לך מלחמה

חוקרים באוניברסיטה העברית פיתחו אנטיביוטיקה נגד חיידקים העמידים לאנטיביוטיקה

מחקר פורץ דרך של ד"ר צבי חיוקה ועמיתיו במכון לביוכימיה, מדעי המזון והתזונה בפקולטה לחקלאות באוניברסיטה העברית, הביא לפיתוח אנטיביוטיקה ייחודית המסוגלת להרוג ביעילות רבה חיידקים שנמצאו כעמידים במיוחד בפני טיפול אנטיביוטי מבלי לפגוע בתאי המאחסן.

המחקר, שפורסם בכתב העת הכימי היוקרתי Angewandte Chemie הוגדר כמחקר חשוב ביותר בתחום האנטיביוטיקה. החוקרים מעריכים שממצאי מחקר זה יסייעו לפיתוח אנטיביוטיקות חדשות ולהפחתת תמותה שמקורה במחלות זיהומיות בעתיד.

חיידקי Klebsiella pneumoniae עמידים (MDR)
David Dorward,  National Institute of Allergy and Infectious Diseases

לאור השימוש הרחב באנטיביוטיקה, סוגי חיידקים רבים פיתחו יכולות עמידות כלפיה. עובדה זו מעמידה את הרפואה המודרנית בפני משבר גדול בהתמודדות עם מחלות זיהומיות. על כן, פיתוח אנטיביוטיקות חדשות מהווה אתגר בעל חשיבות עליונה במחקרים העוסקים בתחום. אחד מהגילויים הראשונים בהבנת יכולת ההתגוננות של אורגניזמים שונים מפני חיידקים היה  "פפטיד" שבודד מעורה של צפרדע ונמצא כמגן מפני זיהומים.  פפטידים הם שרשראות הבנויות מחומצות אמיניות שונות שמהוות אבני בניין ליצירת חלבונים בגוף האדם. כיום ידוע שאורגניזמים שונים כמו בני אדם, צמחים, פטריות ועוד מפרישים באופן טבעי פפטידים שונים בעלי פעילות אנטי-מיקרוביאלית, המאפשרים לאורגניזם התמודדות עם חיידקים, כחלק מהמערכת החיסונית.

במעבדה של דר' צבי חיוקה מהמכון לביוכימיה, מדעי המזון והתזונה בפקולטה לחקלאות באוניברסיטה העברית מפתחים בימים אלה דור חדש של אנטיביוטיקות מבוססות פפטידים. על בסיס התכונות של הפפטידים האנטי מיקרוביאלים הטבעיים, הוכנו תערובות פפטידים הבנויים כולם מחזרות אקראיות של שתי חומצות אמיניות בעלות התכונות הנדרשות לפעילות נגד חיידקים, אך שונים זה מזה בסדר חומצות האמינו בשרשרת.

החוקרים הצליחו להראות שחומרים אלו הורגים חיידקים רבים ביעילות רבה, ובכלל זה חיידקים שבודדו מחולים ונמצאו כעמידים מאוד לאנטיביוטיקות שונות. בשיתוף פעולה עם דר' מקסים ריידנוב מהמכון הלאומי לפיסיקה באנגליה, החוקרים הצליחו לחזות במנגנון הפעילות האנטי מיקרוביאלי של הפפטידים. נמצא שתערובות הפפטידים מחוררות ממברנת חיידק מלאכותית בצורה מאורגנת על ידי כניסה לממברנה ויצירת תעלות (pores). עם זאת, החומרים פגעו גם בכדוריות דם אדומות, דבר המהווה ממצא בעייתי משום שרצוי שאנטיביוטיקה תהיה בטוחה לתאי המאחסן.

לאחר מאמץ מחקרי נוסף, ראו החוקרים כי בעת שינוי כימי מסוים של אותן תערובות פפטידים, הפעילות האנטי מיקרוביאלית נשמרה והרעילות לתאי המאחסן נעלמה. כלומר, בעזרת שינוי כימי זה הצליחו החוקרים לתכנן חומרים שפוגעים בממברנות חיידקים בלבד מבלי לפגוע בתאי המאחסן.

המחקר יוצא דופן בזכות אופי האנטיביוטיקה שפותחה. החוקרים מעריכים כי תערובות פפטידים אלו מהוות אתגר לפיתוח עמידות בחיידקים. בנוסף, מדובר ביכולת פורצת דרך של החוקרים לראות על ממברנת חיידק מלאכותית את אופן הפעולה של החומרים שפותחו.

המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת הכימי היוקרתי Angewandte Chemie והוגדר כמחקר חשוב מאוד בתחום האנטיביוטיקה. החוקרים אף מעריכים כי לממצאי מחקר זה פוטנציאל גדול לפיתוח אנטיביוטיקות חדשות ולסיוע בהפחתת תמותה שמקורה במחלות זיהומיות.

טבע הדברים, 262 (אוגוסט 2017)

יוצרים מימן משפכים ביתיים על ידי חיידקים

במחקר שנעשה ע״י הדוקטורנט שמואל רוזנפלד בהנחייתם של פרופ׳ אלכס שכטר וד״ר רבקה כהן מהמחלקה למדעי הכימיה באוניברסיטת אריאל בשומרון, פותחה מערכת לייצור מימן (מערכת ביואלקטרוכימית).

במערכת זו מצויים זני חיידקים המסוגלים לפרק מגוון של מקורות פחמן הנמצאים בשפכים ביתיים לקבלת מטענים חשמליים. בנוסף, האלקטרודות מטופלות במגוון שיטות חדשניות להגברת ספיחת הזרז וכן להגברת היצמדות החיידקים.

הזרז במחקר זול פי 20 בהשוואה לזרז הנפוץ. שימוש בזרזים משופרים וכן טיפול פני שטח מקדים לאלקטרודות, נעשים במטרה להקטין את האנרגיה המושקעת בתהליך ולצמצם את עלויות המיתקן שיובילו בעתיד לבניית מערכות מסוג זה סמוך למיתקנים לטיפול בשפכים.

משאבי טבע מחצביים

מרבית האנרגיה המופקת והמשמשת את האדם וסביבתו, מקורה במשאבי טבע מחצביים. משאבי טבע אלו, שהעיקריים שבהם, פחם (כ- 28.8%), נפט (כ- 31.5%) וגז טבעי (כ- 21.3%) הינם משאבים מתכלים. הסברה היא, שבמרוצת הזמן הם לא ימלאו את צרכיה של האנושות. נוסף להפקת אנרגיה ממקורות מחצביים ישנם לנ"ל חסרונות סביבתיים רבים. בעשורים האחרונים חלה עלייה מתמדת בפיתוח שיטות חלופיות ומתחדשות להפקת אנרגיה, ביניהם ניתן למנות הפקת אנרגיה באמצעות מים, רוח, שמש, ביו-מסה, ביו-גזים ומקורות בלתי נדלים, מתחדשים וירוקים נוספים.

לגז המימן תפקיד חשוב במגוון תעשיות, ביניהן תעשיות כבדות, צבאיות, רפואיות, הודות לצבירת האנרגיה המשקלית הרבה האגורה בו, הגדולה פי- 2.8 מאשר בתהליך בעירה של בנזין (120 MJ/kg מול 43 MJ/kg, בהתאמה), דבר ההופך אותו לבחירה עדיפה. בנוסף, תוצר שריפת המימן בחמצן הוא מים, בהשוואה לזיהום האוויר בבעירת דלקים אחרים. הצפי לעתיד, שהשימוש במימן יגבר ויהווה אלטרנטיבה כמקור אנרגיה זמין וזול להנעת כלי רכב ולמכונות צורכות חשמל. ישנן מספר טכנולוגיות שכבר זמינות בשוק התעשייתי של ייצור מימן.

הטכנולוגיה המסחרית הראשונה, שפותחה במאה הקודמת, הייתה אלקטרוליזה של מים. אולם, החל בשנות ה-60, הייצור התעשייתי של מימן נעשה על ידי פירוק פחממנים מדלקים מאובנים. משיקולי מחיר נמוך, שיטה זו, על אף יעילותה הנמוכה, ונזקיה הצדדים לסביבה (פליטת CO2), עודנה השיטה התעשייתית לייצור מימן. בהתאם לתחזית של ארגון האנרגיה העולמי, שיטה זו צפויה להמשיך לשלוט בעשרים השנים הקרובות. הצפי הוא שהחל בשנת 2030 יכנסו לתעשייה שיטות מסחריות ליצירת מימן בשיטת פוטוכימיות, מימן ממקור גרעיני ומביומסה בעזרת תהליכים ביולוגיים (ביו-מימן). לשיטות ייצור מימן בתהליכים ביולוגיים יש יתרונות רבים בהשוואה לייצור מימן בשיטות האחרות.

מודל טכנולוגי חדש

בעשור האחרון פותח מודל טכנולוגי חדש להפקת ביו-מימן (מימן ממקורות ביולוגיים) על ידי תא אלקטרוליזה מיקרוביאלי ,(microbial electrochemical cell - MEC) בהם ביו-מסה יכולה להיות מנוצלת באופן מלא על ידי חיידקים לצורך הפקת ביו-מימן. במחקר זה, מערכת ה MFC לייצור ביו־מימן, מבוססת על אנודה חיידקית המורכבת מזני חיידקים שונים המסוגלים לחמצן מגוון מקורות פחמן הנמצאים בשפכים ביתיים. תוך כדי ניצול מקורות הפחמן נוצרים אלקטרונים ופרוטונים. האלקטרונים עוברים מהאנודה לקתודה והפרוטונים עוברים לקתודה דרך ממברנה ייעודית. בקתודה בתנאים לא אוירניים בנוכחות זרז מתאים נוצר גז מימן. הייחודיות של המחקר המוצע הינה בזה שהאלקטרודות מטופלת בפני שטח במגוון שיטות חדשניות להגברת ספיחת הזרז בקתודה (תהליך חיזור ליצירת גז מימן) וכן להגברת הצמדות החיידקים באנודה (פרוק מזהמים פחממניים). הזרז במחקר זה מבוסס על M0S2 זול פי 20 בהשוואה לזרז הנפוץ פלטינה.

לסיכום. מחקר זה מציג ייצור ביו-מימן נקי בעזרת תהליך ביו-אלקטרוכימי תוך שימוש באנודה בקטריאלית כחלופה לזרז כימי בתהליך החמצון כשמקור הפחמן לפעילות החיידקים הם שפכים ביתיים. שימוש בזרזים מסונתזים משופרים וכן טיפול פני שטח מקדים לאלקטרודות, במטרה להקטין את האנרגיה המושקעת בתהליך ולצמצם את עלויות המתקן יובילו בעתיד לבניית מערכות MFC בסמוך למתקנים לטיפול בשפכים שיפיקו דלק מימן וממנו חשמל נקי בתאי- דלק.

פורסם ב"כימיה" 101, 
פורסם ב"הנדסת מים" 110, 2017

מדשאה מנומרת - איגור ארמיאץ'

אנחנו רגילים לכך שמדשאות מקבלות לעתים צבע בלתי-אחיד.  הבדלי הצבעים נובעים לעתים מצמחי בר שונים המתיישבים במדשאה. הדשא בתמונה סובל ממחסור כלשהו (הייתי מהמר על חנקן) ומצהיב, בהתאם. הכתמים הכהים הם צמחי אספסת מצויה (Medicago polymorpha). האספסת היא צמח קושר חנקן - היא נמצאת ביחסי שיתופיות עם חיידקים המייצרים חנקות שהצמח צריך, תוך שימוש בחנקן מהאוויר. לפיכך, האספסת נשארת ירוקה גם בקרקע ענייה. 

גבעתיים, 2.2017

למדשאות יש אקולוגיה משלהן. הצומח בהן צריך להיות נמוך, כדי להימלט משיני המכסחת, אבל לפחות יש השקייה בקיץ!

איגור ארמיאץ' הוא דוקטורנט באוסף העכבישנים הלאומי

פורסם בדף הפייסבוק "ארצות החמרה - שמירת טבע במישור החוף" -  13 בפברואר 2017

תופחנית (Collema) - חזזית שבה חיידקי Nostoc הם השותפים הפוטוסינתטיים - איגור ארמיאץ'

 

תופחנית - חזזית שחורה 
דצמבר 2016, גבעת האירוסים, ראשון לציון.
צילום: איגור ארמיאץ'

חזזיות גדלות לאט. חייו של כתם חזזית יכול להגיע לאלפי שנים, שמהלכן תסבול החזזית בצורות ושטפונות, שרב וקרה. דבר אחד שקשה יותר לחזזית לסבול, זה שינויים בפני השטח עליהם היא גדלה. מסיבה זו נראה חזזיות לרוב על דברים שמשתנים מעט: סלעים וקליפות עץ. חזזיות מעטות בכל-זאת מעזות לגדול על האדמה. לרוב, מדובר בקרקעות מדבריות, קרומיות וקשיחות. מוזר יותר לראות חזזית גדלה על הקרקע החולית של מישור החוף. אלה צריכות להיות חזזיות מהירות במיוחד!

החזזית שבתמונה צולמה בחודש בקודם בגבעת האירוסים. שמה הוא תופחנית (Collema) וצבעה השחור נובע מתכונה יוצאת דופן שלה: בשונה ממרבית החזזיות, בהן יש סימביוזה בין פטריות ואצות, בתופחנית הסימביוזה היא בין פטריה וחיידקים פוטוסינטתיים, בשם נוסטוק (Nostoc). בגבעה ניתן למצוא אחרי הגשמים גם מושבות חופשיות של נוסטוק על הקרקע. צבען כהה ומרקמן ג'לטיני - וכך גם בתופחנית.

איגור ארמיאץ' הוא דוקטורנט באוסף העכבישנים הלאומי

פורסם בדף הפייסבוק "ארצות החמרה - שמירת טבע במישור החוף" - 7 בינואר 2017