בעוד שתצפיות תאי הפקק של רוברט הוק (1665) עוררו את המחקר על מבנים מיקרוסקופיים, בשנת 1676 של אנטוני ואן ליוונהוק. תצפיות זיכו אותו בתואר "אבי המיקרוביולוגיה". היצורים הזעירים שלוונהוקה שנקראו 'בעלי חיים' עוררו הרבה סַקרָנוּת.
עם הזמן מחקרים על חיות מחמד הרסו את האמונה בדור ספונטני, פתרו את התעלומה של יין מקולקל והציל מיליוני (אם לא מיליארדים) חיים שאוימו על ידי מחלות, זיהום ורעות מזון.
הגדרת מיקרוביולוגיה
הגדרת מיקרוביולוגיה רשמית קובעת זאת מִיקרוֹבִּיוֹלוֹגִיָה חוקרת "מיקרואורגניזמים, או חיידקים, קבוצה מגוונת של צורות חיים פשוטות ופשוטות הכוללות:
- בַּקטֶרִיָה
- ארכיא
- אַצוֹת
- פטריות
- פרוטוזואה
- וירוסים. "מיקרוביולוגים חוקרים גם את המבנה, התפקוד והסיווג של מיקרואורגניזמים אלה וכיצד להשתמש בהם ולשלוט בהם
מיקרוביולוגיה בחיי היומיום
לפעמים לימוד אורגניזמים מיקרוסקופיים עשוי להיראות חסר חשיבות. עם זאת, מיקרואורגניזמים משפיעים על היבטים רבים של חיי היומיום. הבנת השפעות אלה עשויה לעזור להבין מדוע לא ניתן לזלזל בחשיבות במיקרוביולוגיה.
מזון ובטיחות מזון
התהליכים הטבעיים של מיקרואורגניזמים משפיעים על מזון בדרכים חיוביות ושליליות כאחד. קיומו של מינהל המזון והתרופות (FDA) מדגיש את חשיבות המיקרוביולוגיה בחיי היומיום.
בין תגליותיו הרבות גילה לואי פסטר כי תסיסת יין ובירה תלויה בתהליכים מיקרוביאליים. התסיסה מפתחת גם את הטעמים של פולי הקקאו, עלי התה וגרגרי הקפה. באפריקה מוצרים ממניוק מותסס מספקים מצרכים תזונתיים. פריטי סויה ודגים מותססים נצרכים מדי יום במדינות אסיה רבות. חמוצים, כרוב כבוש, יוגורט וקימצ'י דורשים פעילות מיקרוביאלית.
הלחם עולה בגלל הפחמן הדו חמצני שמשחררים שמרים עם צמיחת השמרים. הפיכת חלב לגבינה דורשת חיידקים. גבינות כמו גבינה כחולה מתפתחות עם הכנסת עובש לא רעיל.
מחלות המועברות במזון
עם זאת, חלק ממיקרואורגניזמים משגשגים במזון תוך שהם הופכים את המזון הזה ללא בטוח למאכל אדם. בשנת 2011, מחלות הניתנות למזון השפיעו על הערכה של כ- 48 מיליון בני אדם בארה"ב. העלות השנתית המשוערת של מחלות הניתנות למזון, 7 מיליארד דולר, מגיעה מטיפול רפואי ואובדן זמן עבודה.
מחלות המועברות במזון יכולות להיגרם על ידי חיידקים, נגיפים, טפילים, רעלים טבעיים (לעיתים קרובות תוצר לוואי של פעילות מיקרואורגניזם) ורעלים סביבתיים. קלקול מזון מתרחש כאשר מיקרואורגניזמים מפרקים מזון.
פסטר הוכיח כי חימום מזון ומשקאות לפני שאטם אותם במיכל הרג את המיקרואורגניזמים שגרמו למזון להתקלקל. שיטות שימור מזון בטוח מאפשרות לאחסן מזון ולשתף אותו לאורך זמן ומרחק.
סביבה ומערכות אקולוגיות
מיקרואורגניזמים ממלאים נישות רבות בסביבות.
חיידקים כמו החיידקים הכימוסינתטיים בפתחי האוורור בים העמוק והפיטופלנקטון (מיקרואורגניזמים פוטוסינתזה צפים) מהווים בסיס לרשתות מזון מימיות רבות. פטריות, חיידקים ומוחים מבצעים את משימת הפירוק החשובה המשחררת חומרים מזינים לסביבה.
גרם אדמה מכיל אומדן מיליארד מיקרואורגניזמים אולי מאלפי מינים. מחקרים מיקרוביולוגיים של חיידקים, נגיפים, פרוטיסטים ופטריות במערכות אקולוגיות בקרקע הביאו להבנת מחזורי הפחמן, החנקן, הזרחן והגופרית. מכיוון שמחזורי התזונה הללו בקרקע מאפשרים המשך קיומם של חיים בכדור הארץ, נראה כי כדאי ללמוד על מיקרואורגניזמים אלה.
מחקרים על מיקרואורגניזמים בסביבות קיצוניות מצביעים על אפשרות לחיים בכוכבי לכת אחרים, בסביבות שאינן מכוונות לחיי אדם.
מיקרואורגניזמים על פני כדור הארץ חיים בסביבות הנעות בין מאגרי נפט תת קרקעיים ועד אגמי מלח ומלח קיצוני אחר סביבות, ממעיינות חמים רותחים ועד בתי גידול קרים כקרח ובסביבות עם pH נע בין חומצי מאוד למאוד בְּסִיסִי. סביבות קיצוניות אלה מראות כי מיקרואורגניזמים יכולים לשרוד במקומות אחרים ביקום.
בריאות ורפואה
התצפיות של רוברט הוק על קירות התא בפקק מסמנות את תחילתה של המיקרוביולוגיה, חקר צורות חיים קטנות. אחרים המשיכו במחקרים אלה.
מחקרים בשנות ה -1700 הובילו בסופו של דבר למכה האחרונה של לואי פסטר בדור הספונטני, האמונה הרווחת אז כי יצורים חיים יכולים לנבוע מחומרים שאינם חיים. מחקרים אלה הראו כי חיידקים היו צריכים לעבור ממקום למקום.
הבנת הווקטורים, שיטות ההובלה הללו, הביאה לשיטות בריאות רבות, כולל שטיפת ידיים לפני האכילה ולאחר השימוש בשירותים.
תורת הנבטים
תורת הנבטים, הרעיון שמיקרואורגניזמים עלולים לגרום למחלות, נראה מגוחך בעיני רבים, בהתחלה. הנוהג של שטיפת ידיים וציוד רק כדי ללכלך שוב פגש בהתנגדות בקרב רבים, כולל קצבים ומנתחים.
אך שינויים בהליכים הרפואיים של הוגים רדיקלים דאז כמו ג'וזף ליסטר הובילו לשיפור התוצאות הניתוחיות. צמצום מקרי המוות הקשורים לזיהום שכנע רבים לקבל את האפשרות שמיקרואורגניזמים יכולים למעשה להרוג בני אדם.
מחקרים על עובש בצלחת פטרי של חיידקים הובילו לגילוי פניצילין של פלמינג. מחקרים דומים במערכות אקולוגיות בקרקע הובילו לגילויים של אנטיביוטיקה נוספת. לדוגמא, שתי אנטיביוטיקה (כלורמפניקול וסטרפטומיצין) הגיעו ממחקרים על מיקרוביולוגיה בקרקע על ידי מילדרד רבסטוק ואחרים. העלייה של חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה ואוכלי בשר מראה את הצורך המתמשך בלימוד מיקרוביולוגיה.
מחקר והוראה
מחקר במיקרוביולוגיה מספק תשובות (ושאלות) אודות מיקרואורגניזמים. המחקר של פסטר על קלקול בירה ויין הוביל לשיטות בריאות כמו פסטור של בירה, יין, ואחרי 1886, חלב. הטכניקות של פסטר הובילו לגילוי נגיפים על ידי המיקרוביולוג הרוסי דמיטרי איבנובסקי. חיסונים וטיפולים במחלות שנעו בין כלבת לאבעבועות שחורות ל- HIV ואיידס הגיעו ממחקר מיקרוביולוגיה.
חוקרים בודקים מיקרואורגניזמים כדי להבין את ההתנהגויות שלהם ואת האינטראקציות שלהם. מידע על אורגניזמים זעירים אולי נראה טריוויאלי, אך מחקר במיקרוביולוגיה הוביל לשיפור בתפוקת היבול, תזונה ביולוגית של מזהמים כמו נפט וסולר וטכניקות לריפוי מחלות, הפחתת מחלות הניתנות במזון ומניעתן זיהומים.