חיידקי חומצה לקטית

ממוזער|שמאל|נגעים של Weissella confusa בקוף מונה (צביעת H&E): A) כבד: הסננה נויטרופילית בשלשות הפורטליות (x10); A1, תסחיפי חיידקים בווריד (חץ) (x40). B) דלקת ריאות חריפה: בצקת, גודש ותפליט תאי דם לבנים בנאדיות הריאה (x10). C) דלקת המוח: גודש ונויטרופילים בשולי כלי דם עצביים (x10).
**חיידקי חומצה לקטית** (באנגלית: **Lactic Acid Bacteria**, ובראשי תיבות: **LAB**) הם קבוצה של חיידקים גראם-חיוביים, שאינם יוצרים נבגים, חסרי יכולת תנועה (ברובם), בעלי סבילות לחומצה, ובעלי מטבוליזם תסיסתי המפיק חומצה לקטית כתוצר עיקרי של פירוק פחמימות. חיידקים אלו הם מיקרואורגניזמים חיוניים בתעשיית המזון, הממלאים תפקיד מרכזי בתסיסה של מוצרי חלב, בשר, ירקות ודגנים, וכן משמשים כפרוביוטיקה לשיפור בריאות האדם והחי.

## מאפיינים ומורפולוגיה
חיידקי החומצה הלקטית הם ברובם אנאירוביים פקולטטיביים או אירוטולרנטיים (סובלניים לחמצן). מורפולוגית, הקבוצה כוללת חיידקים בצורת מתגים (Rods) או נקדים (Cocci). הם חסרי אנזים הקטלאז (Catalase-negative) ונעדרים ציטוכרומים במצעי גידול סטנדרטיים. חיידקים אלו מותאמים היטב לסביבות עתירות חומרי תזונה, ותכונותיהם הפיזיולוגיות מאפשרות להם לגדול בטווח רחב של טמפרטורות, החל ממינים פסיכרוטרופיים הגדלים ב-2°C ועד מינים תרמופיליים הגדלים מעל 45°C.

## מטבוליזם וביוכימיה
מכיוון שחיידקי החומצה הלקטית אינם מבצעים נשימה תאית במובנה המלא, הם מפיקים אנרגיה באמצעות זרחון ברמת המצע (Substrate-level phosphorylation) במהלך תסיסת פחמימות. המטבוליזם מחולק לשני מסלולים עיקריים:

# תסיסה הומופרמנטטיבית (Homofermentative): במסלול זה, המבוסס על מסלול הגליקוליזה (EMP), פחמימות ההקסוזה (כגון גלוקוז) מפורקות כמעט באופן בלעדי לחומצה לקטית, תוך הפקת 2 מולקולות ATP למול גלוקוז.
# תסיסה הטרופרמנטטיבית (Heterofermentative): במסלול הפוספוקטולאז (PKP), הפירוק מוביל ליצירת חומצה לקטית, פחמן דו-חמצני (CO2) ואתנול או חומצה אצטית, תוך הפקת מולקולת ATP אחת למול גלוקוז.

האנזים המפתח בתהליך הוא לקטאט דהידרוגנאז (LDH), אשר הסטריאוספציפיות שלו קובעת האם ייווצר איזומר L(+), D(-) או תערובת רצמית (DL) של חומצה לקטית. בנוסף לתסיסת סוכרים, חיידקי LAB מסוימים מסוגלים לבצע תסיסה מאלולקטית (Malolactic fermentation), שבה חומצה מאלית הופכת לחומצה לקטית ו-CO2, תהליך החיוני להפחתת חומציות ביין.

## טקסונומיה ומיון
חיידקי החומצה הלקטית משויכים למערכת ה-Bacillota (לשעבר Firmicutes), מחלקת ה-Bacilli וסדרת ה-Lactobacillales.

באפריל 2020 פורסמה רוויזיה טקסונומית מקיפה על ידי ג'נשוי ג'נג (Jinshui Zheng) ועמיתיו, אשר פיצלה את הסוג המגוון מדי Lactobacillus ל-25 סוגים חדשים (Lactobacillus sensu stricto ו-23 סוגים חדשים כגון Lactiplantibacillus, Limosilactobacillus ו-Lacticaseibacillus). שינוי זה איחד גם את המשפחות Lactobacillaceae ו-Leuconostocaceae למשפחה אחת.

הסוגים המרכזיים בקבוצה כוללים:
* Lactobacillus: מותאמים בעיקר למאכסנים בעלי חוליות (כגון L. acidophilus).
* Lactococcus: משמשים כתרביות סטרטר מרכזיות בתעשיית הגבינות (כגון Lc. lactis).
* Streptococcus: הכוללים את המין S. thermophilus המשמש בייצור יוגורט, לצד מינים פתוגניים כגון S. pyogenes.
* Enterococcus: דיירי מעיים פקולטטיביים המשמשים לעיתים כפרוביוטיקה אך כוללים גם מינים אופורטוניסטיים.
* Bifidobacterium: מבחינה היסטורית נחשבו ל-LAB, אך טקסונומית הם שייכים למערכת ה-Actinobacteria. הם בעלי חשיבות עליונה במיקרוביום של תינוקות.

## אקולוגיה ותפוצה
חיידקי LAB הם מרכיב דומיננטי במיקרוביום האנושי, במיוחד בקיבה, במעי הדק ובמעי הגס. בנרתיק האישה, מינים כגון L. crispatus ו-L. jensenii שומרים על סביבה חומצית המגנה מפני זיהומים. בטבע, הם נמצאים על משטחי צמחים, בפירות וירקות מרקיבים, ובסביבות ימיות. יכולתם להיצמד לאפיתל (Adhesion) היא תכונה הישרדותית קריטית המאפשרת להם להתחרות מול פתוגנים.

## יישומים בתעשיית המזון
השימוש ב-LAB בשימור מזון נקרא שימור ביולוגי (Biopreservation). החיידקים מפרישים מטבוליטים כגון חומצות אורגניות, בקטריוצינים (כגון ניסין), ומי חמצן המעכבים צמיחה של גורמי קלקול ופתוגנים כגון Listeria monocytogenes ו-Salmonella.
* מוצרי חלב: LAB חיוניים לייצור יוגורט, גבינה, קפיר וחמאה. הפרוטוקואופרציה בין S. thermophilus ל-L. bulgaricus מאיצה את ההחמצה ומשפרת את המרקם.
* מוצרי דגנים: חיידקי LAB משמשים בייצור מחמצת (Sourdough), שם הם משפרים את הטעם, המרקם והערך התזונתי של הלחם על ידי פירוק פחמימות בלתי נעכלות (כגון חומצה פיטית).
* בשר ודגים: מינים כמו L. sakei ו-L. curvatus הם דומיננטיים בתסיסת נקניקים (כגון סלמי), שם הם תורמים לצבע, לטעם ולבטיחות המוצר.
* ירקות: תסיסה של כרוב כבוש, קימצ'י ומלפפון חמוץ מתבצעת על ידי רצף של חיידקי LAB, החל מ-Leuconostoc ועד L. plantarum העמיד יותר לחומציות.

## חשיבות בריאותית ופרוביוטיקה
חיידקי LAB מוכרים כבעלי השפעות בריאותיות רבות:
* שיפור עיכול לקטוז: חיידקים כמו S. thermophilus מכילים את האנזים בטא-גלקטוזידאז המסייע בפירוק לקטוז במערכת העיכול.
* וויסות מערכת החיסון: חיידקי LAB מעוררים ייצור ציטוקינים, מגבירים את פעילות תאי ה-NK ומשפרים את תפקוד המחסום המעי.
* מניעת שלשולים: יעילים במיוחד במניעת שלשול הקשור לאנטיביוטיקה (AAD) ושלשול הנגרם על ידי Clostridioides difficile.
* ייצור ויטמינים: LAB מסוגלים לסנתז ויטמינים מקבוצת B (כגון חומצה פולית וריבופלאבין) וויטמין K2.

מושג הפוסטביוטיקה (Postbiotics), שהוגדר על ידי ISAPP בשנת 2021, מתייחס להכנות של מיקרואורגניזמים דוממים (לא חיים) ומרכיביהם המעניקים תועלת בריאותית למאכסן.

## בטיחות ורגולציה
רוב חיידקי ה-LAB נחשבים לבטוחים באופן כללי (GRAS בארצות הברית) או בעלי חזקת בטיחות מוסמכת (QPS באיחוד האירופי). עם זאת, קיימים חששות בטיחותיים מסוימים הכוללים:
* אמינים ביוגניים: חיידקים מסוימים עלולים לייצר היסטמין וטיראמין במזון, העלולים לגרום לתגובות אלרגיות.
* עמידות לאנטיביוטיקה: קיים סיכון להעברת גנים של עמידות לאנטיביוטיקה מחיידקי LAB לחיידקים פתוגניים, במיוחד בסוג Enterococcus.
* חומצה D-לקטית: עודף של חומצה זו עלול להוות סיכון לתינוקות או לאנשים עם תסמונת המעי הקצר.

## בקטריופאג'ים ומנגנוני הגנה
בקטריופאג'ים הם נגיפים התוקפים חיידקים, והם מהווים איום משמעותי על תהליכי תסיסה תעשייתיים על ידי הריסת תרביות הסטרטר. כדי להתגונן, חיידקי LAB פיתחו מנגנוני הגנה מורכבים הכוללים מניעת הצמדות, מערכות הגבלה ושינוי (RM), ומערכות CRISPR המעניקות חסינות נרכשת נגד DNA זר.

## יישומים וטרינריים וחקלאיים
חיידקי LAB משמשים באופן נרחב לשיפור בריאות בעלי חיים:
* דבורים: חיידקי LAB מקומיים מסייעים במניעת מחלת ריקבון הוולד האמריקאי (AFB).
* חקלאות ימית: שימוש ב-LAB כפרוביוטיקה במדגות דגים משפר את שיעור ההישרדות ומפחית את הצורך באנטיביוטיקה.
* שימור מספוא (Silage): LAB תוססים סוכרי צמחים לחומצה לקטית, המורידה את ה-pH ומשמרת את התחמיץ למשך חודשים.

## ייצור תעשייתי ויציבות
תרביות סטרטר תעשייתיות מיוצרות בתהליכי תסיסה מבוקרים, הכוללים שליטה ב-pH ושימוש בחומרים מגני קור (Cryoprotectants) כדי לשמר את חיוניות החיידקים במהלך ייבוש בהקפאה או ייבוש בריסוס (Spray-drying). יציבות החיידקים במוצר הסופי תלויה בגורמים כגון טמפרטורת אחסון, זמינות מים (aw) וחשיפה לחמצן.

## ראו גם
* פרוביוטיקה
* תסיסה (ביולוגיה)
* מיקרוביום

## לקריאה נוספת

* Vinderola, G., Ouwehand, A.C., Salminen, S., and von Wright, A. (2024). *Lactic Acid Bacteria: Microbiological and Functional Aspects*. 6th Ed, CRC Press.
* Wood, B.J.B. (1992). *The Lactic Acid Bacteria: Volume 1, The Lactic Acid Bacteria in Health and Disease*. Elsevier Applied Science.
* Zheng, J., et al. (2020). "A taxonomic note on the genus Lactobacillus: Description of 23 novel genera, emended description of the genus Lactobacillus Beijerinck 1901, and union of Lactobacillaceae and Leuconostocaceae". *International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology*, 70(4), pp. 2782–2858.


## קישורים חיצוניים

## הערות שוליים

קטגוריה:ביוטכנולוגיה
קטגוריה:בקטריולוגיה