2.3A: דופן התא הגראם-חיובי
- Page ID
- 208849
ציין איזה צבע חיידקים גראם חיוביים מכתים לאחר הליך כתם גראם.תאר את ההרכב של דופן תא גראם חיובי וציין את הפונקציות המועילות האפשריות לחיידק של פפטידוגליקן, חומצות טיכואיות וחלבוני פני השטח. תאר בקצרה כיצד PAMPs של דופן התא גראם חיובי יכולים לקדם דלקת. ציין את תפקודם של דבקים חיידקיים, מערכות הפרשה ופולשים. הגדר אנטיגן ואפיטופ.
חיידק מודגש
- קרא את התיאור של Enterococcus, ולהתאים את החיידק עם תיאור של האורגניזם ואת הזיהום שהוא גורם.
| למידע נוסף: תצוגה מקדימה של כתם הגראם ממעבדה 6. |
| אנימציית פלאש הממחישה את האינטראקציה של ריאגנטים הכתמים של הגראם ברמה מולקולרית © דניאל קאוואנו, מארק קין, מחברים, מורשה לשימוש, ASM Microbelibrary. |
חיידקים גראם חיוביים נפוצים בעלי חשיבות רפואית כוללים סטרפטוקוקוס פיוגנים, סטרפטוקוקוס דלקת ריאות, סטפילוקוקוס אאורוס, אנטרוקוקוס פאקליס ומינים קלוסטרידיום.
מבנה והרכב דופן התא הגראם-חיובי
1. במיקרוגרפים אלקטרונים, דופן התא הגראם חיובי מופיעה כקיר רחב וצפוף בעובי 20-80 ננומטר ומורכב משכבות מחוברות רבות של פפטידוגליקן (ראה איורים 1A ו- 1B). מבחינה כימית, 60 עד 90% מדופן התא החיובי לגראם הוא פפטידוגליקן. בחיידקים גראם חיוביים חושבים שהפפטידוגליקן מונח בכבלים של כמה גדילי גליקן מקושרים ברוחב של כ-50 ננומטר. כבלים אלה עצמם הופכים מקושרים לחוזק נוסף של דופן התא.
2. שזורים בדופן התא של גראם חיובי חומצות טיכואיות וחומצות ליפוטייכואיות. חומצות טייכואיות משתרעות דרך ומעבר לשאר דופן התא והן פולי-אלכוהולים המורכבים מפולימרים של גליצרול, פוספטים ואלכוהול הסוכר ריביטול והם קשורים קוולנטית לפפטידוגליקן. חומצות איכואיות T הקשורות באופן קוולנטי לשומני ממברנה ציטופלזמית נקראות חומצות ליפוטייכואיות (ראה איור B). \(\PageIndex{1}\)
3. המשטח החיצוני של הפפטידוגליקן משובץ בחלבוני שטח הנבדלים מהזן והמינים של החיידק (ראה איור B). \(\PageIndex{1}\)
4. הפריפלזמה היא החומר הג'לטיני בין הפפטידוגליקן לקרום הציטופלזמי.
לצפייה במיקרוגרף אלקטרונים של סטרפטוקוקוס המציג דופן תא גראם חיובי, עיין בדף האינטרנט של אוניברסיטת רוקפלר.
פונקציות של רכיבי דופן התא הגראם-חיוביים
1. הפפטידוגליקן בדופן התא הגראם החיובי מונע תמוגה אוסמוטית.
2. החומצות הטיכואיות כנראה עוזרות לחזק את דופן התא (ראה איור \(\PageIndex{1}\) B).
3. חלבוני פני השטח (ראה איור \(\PageIndex{1}\) B) בפפטידוגליקן החיידקי, בהתאם לזן ולמין, מבצעים מגוון פעילויות.
א. חלק מחלבוני השטח מתפקדים כאנזימים.
ב חלבונים אחרים משמשים כדבקים. דבקים מאפשרים לחיידק להיצמד באופן אינטימי לשיחות מארח ומשטחים אחרים על מנת ליישב תאים אלה ולהתנגד לשטיפה (ראה איור). \(\PageIndex{2}\)
ג. לחיידקים רבים המעורבים בזיהום יש את היכולת לבחור את הפונקציות של תאי המארח לטובת החיידק עצמו. הדבר נעשה באמצעות מערכות הפרשות חיידקיות המאפשרות לחיידק להזריק ישירות מולקולות אפקטור חיידקיות לציטופלזמה של התא המארח על מנת לשנות את המנגנון הסלולרי שלו או את התקשורת הסלולרית שלו לטובת החיידקים. הם עושים זאת על ידי ייצור מערכות הפרשה כגון מערכת ההפרשה מסוג 3 המייצרת צינורות חלולים דמויי מחט הנקראים זריקות. חיידקים מסוימים, למשל, מזריקים פולשים לציטופלזמה של התא המארח המאפשרים לחיידק להיכנס לתא זה.
תפקידם של חלבוני משטח דופן התא הללו יידונו בפירוט רב יותר בהמשך ביחידה 3 תחת פתוגניות חיידקית.
4. הפריפלזמה מכילה אנזימים לפירוק חומרים מזינים.
המשמעות של רכיבי דופן תא גראם חיוביים לתחילת הגנות הגוף
לגוף שתי מערכות חיסון: מערכת החיסון המולדת ומערכת החיסון ההסתגלותית.
1. חסינות מולדת היא מנגנוני הגנה לא ספציפיים לאנטיגן בהם מארח משתמש מיד או תוך מספר שעות לאחר החשיפה כמעט לכל חיידק. זוהי החסינות שאדם נולד איתה והיא התגובה הראשונית של הגוף לחיסול חיידקים ולמניעת זיהום.
2. חסינות מסתגלת (נרכשת) מתייחסת למנגנוני הגנה ספציפיים לאנטיגן שלוקח מספר ימים להיות מגנים ונועדו להגיב עם אנטיגן ספציפי ולהסיר אותו. זוהי החסינות שמתפתחת לאורך החיים.
ייזום חסינות מולדת
על מנת להגן מפני זיהום, אחד הדברים שעל הגוף לעשות בתחילה הוא לאתר נוכחות של מיקרואורגניזמים. הגוף עושה זאת על ידי זיהוי מולקולות ייחודיות למיקרואורגניזמים שאינם קשורים לתאים אנושיים. מולקולות ייחודיות אלה נקראות דפוסים מולקולריים הקשורים לפתוגן או PAMPs. (מכיוון שלכל החיידקים, לא רק לחיידקים פתוגניים, יש PAMPs, דפוסים מולקולריים הקשורים לפתוגן מכונים מתישהו דפוסים מולקולריים הקשורים לחיידקים או MAMPs.)
שברים של פפטידוגליקן וחומצות טייכואיות הם PAMPS הקשורים לדופן התא של חיידקים גראם חיוביים. בנוסף, לחיידקים ולמיקרואורגניזמים אחרים יש גם גליקנים עשירים במאנוז (שרשראות פחמימות קצרות עם מנוז הסוכר או פרוקטוז כסוכר הסופי) המתפקדים כ- PAMPs. גליקנים עשירים במאנוז נפוצים בגליקופרוטאינים מיקרוביאליים וגליקוליפידים אך נדירים באלה של בני אדם (ראה איור). \(\PageIndex{3}\)
PAMPS אלה נקשרים לקולטנים לזיהוי דפוסים או PRRs במגוון תאי הגנה בגוף ומפעילים הגנות חיסוניות מולדות כמו דלקת, חום ופגוציטוזיס.
דלקת היא התגובה הראשונה לזיהום ופציעה והיא קריטית להגנת הגוף. בעיקרון, התגובה הדלקתית היא ניסיון של הגוף לשחזר ולשמור על הומאוסטזיס לאחר פציעה. מרבית מרכיבי ההגנה על הגוף ממוקמים בדם, ודלקת היא האמצעי שבאמצעותו תאי הגנה על הגוף וכימיקלים להגנת הגוף עוזבים את הדם ונכנסים לרקמה סביב אתר פצוע או נגוע.
לתאי הגנה על הגוף כגון מקרופאגים ותאים דנדריטים יש קולטנים לזיהוי דפוסים כגון קולטנים דמויי אגרה על פני השטח שלהם הספציפיים לשברי הפפטידוגליקן וחומצות הליפוטייכואיות בדופן התא הגראם חיובי ו/או ל- NODs בציטופלזמה שלהם הספציפיים לשברי פפטידוגליקן.
הקישור של רכיבי דופן התא הללו לקולטני זיהוי התבניות המתאימים להם גורם למקרופאגים לשחרר כימיקלים רגולטוריים שונים להגנה הנקראים ציטוקינים, כולל IL-1, IL-6, IL-8, TNF-alpha ו- PAF. לאחר מכן הציטוקינים נקשרים לקולטני ציטוקינים בתאי המטרה ויוזמים דלקת ומפעילים הן את מסלולי המשלים והן את מסלול הקרישה (ראה איור \(\PageIndex{4}\)).
הפפטידוגליקן והחומצות הטיכואיות מפעילות גם את מסלול המשלים האלטרנטיבי ואת מסלול הלקטין, מסלולי הגנה חיסוניים מולדים הממלאים מגוון תפקידים בהגנה על הגוף.
חסינות מולדת תידון בפירוט רב יותר ביחידה 5.
ייזום חסינות מסתגלת
חלבונים ופוליסכרידים הקשורים לדופן התא החיובי גראם מתפקדים כאנטיגנים ויוזמים חסינות אדפטיבית. אנטיגן מוגדר כצורה מולקולרית המגיבה עם מולקולות נוגדנים ועם קולטני אנטיגן על לימפוציטים. אנו מזהים את הצורות המולקולריות הללו כזרות או שונות מהצורות המולקולריות של גופנו מכיוון שהן מתאימות לקולטני אנטיגן ספציפיים על לימפוציטים B ולימפוציטים T שלנו, התאים המבצעים חסינות אדפטיבית.
החלקים או השברים בפועל של אנטיגן המגיבים עם נוגדנים ועם קולטנים על לימפוציטים B ולימפוציטים מסוג T נקראים אפיטופים. אפיטופ הוא בדרך כלל קבוצה של 5-15 חומצות אמינו בעלות צורה ייחודית המרכיבה חלק מאנטיגן חלבון, או 3-4 שאריות סוכר המסתעפות מאנטיגן פוליסכריד. למיקרואורגניזם בודד יש מאות רבות של אפיטופים בעלי צורות שונות שהלימפוציטים שלנו יכולים לזהות כזרים ולהעלות נגדם תגובה חיסונית אדפטיבית.
הגוף מזהה אנטיגן כזר כאשר אפיטופים של אותו אנטיגן נקשרים ללימפוציטים B ולימפוציטים מסוג T באמצעות מולקולות קולטן ספציפיות לאפיטופ בעלות צורה משלימה לזו של האפיטופ. קולטן האפיטופ על פני השטח של לימפוציט B נקרא קולטן תאי B והוא למעשה מולקולת נוגדנים. הקולטן על לימפוציט T נקרא קולטן תאי T (TCR).
ישנם שני ענפים עיקריים של התגובות החיסוניות ההסתגלותיות: חסינות הומורלית וחסינות מתווכת תאים.
1. חסינות הומורלית: חסינות הומורלית כרוכה בייצור מולקולות נוגדנים בתגובה לאנטיגן ומתווכת על ידי לימפוציטים B. באמצעות מגוון מנגנונים, נוגדנים אלה מסוגלים להסיר או לנטרל מיקרואורגניזמים ורעלנים שלהם לאחר קשירה לאפיטופים שלהם. לדוגמה, נוגדנים המיוצרים כנגד אנטיגנים של דופן התא יכולים להדביק חיידקים לפגוציטים, תהליך הנקרא אופסוניזציה. נוגדנים המיוצרים כנגד דבקים בדופן התא יכולים למנוע מחיידקים להיצמד לתאי מארח וליישב אותם.
2. חסינות מתווכת תאים: חסינות מתווכת תאים כוללת ייצור של לימפוציטים T ציטוטוקסיים, מקרופאגים מופעלים, תאי NK מופעלים וציטוקינים בתגובה לאנטיגן ומתווכת על ידי לימפוציטים מסוג T. תאי הגנה אלה מסייעים בהסרת תאים נגועים ותאים סרטניים המציגים אפיטופים זרים.
חסינות מסתגלת תידון בפירוט רב יותר ביחידה 6.
המשמעות של רכיבי דופן תא חיוביים לגרם לפתוגניות חיידקית
עם זאת, במהלך זיהומים מערכתיים חמורים עם מספר רב של חיידקים, משתחררות רמות גבוהות של PAMPs גראם חיוביים וכתוצאה מכך ייצור ציטוקינים מוגזם על ידי המקרופאגים ותאים אחרים וזה, בתורו, יכול להזיק לגוף (ראה איור). \(\PageIndex{5}\)
סיכום
- בגלל אופי דופן התא שלהם, חיידקים גראם חיוביים צובעים סגול לאחר צביעת גראם.
- דופן התא הגראם חיובי מורכבת משכבות רבות המחוברות זו לזו של פפטידוגליקן וחסרות קרום חיצוני.
- פפטידוגליקן מונע תמוגה אוסמוטית בסביבה ההיפוטונית בה חיים רוב החיידקים.
- חומצות טייכואיות וחומצות ליפוטייכואיות שזורות בשכבות הפפטידוגליקן.
- חלבוני פני השטח המוטבעים בדופן התא יכולים לתפקד כדבקים, מערכות הפרשה ואנזימים.
- דופן התא הגראם חיובי מפעילה הן את ההגנה החיסונית המולדת של הגוף והן את ההגנה החיסונית ההסתגלותית שלו.
- הגוף מפעיל חסינות מולדת על ידי זיהוי מולקולות ייחודיות למיקרואורגניזמים שאינן קשורות לתאים אנושיים הנקראים דפוסים מולקולריים הקשורים לפתוגן או PAMPs. PAMPs נקשרים לקולטנים לזיהוי דפוסים (PRRs) על תאי הגנה כדי לעורר ייצור ציטוקינים דלקתיים.
- דלקת היא האמצעי שבאמצעותו הגוף מעביר תאי הגנה ומולקולות הגנה לאתר זיהום, אולם דלקת מוגזמת עלולה להזיק ואף קטלנית לגוף.
- PAMPs הקשורים לדופן התא הגראם החיובי כוללים מונומרים פפטידוגליקנים, חומצות טיכואיות, חומצות ליפוטייכואיות ושרשראות סוכר עשירות במאנוז.
- אנטיגן הוא צורה מולקולרית המגיבה עם קולטני אנטיגן על לימפוציטים כדי ליזום תגובה חיסונית אדפטיבית.
- מולקולות דופן התא יכולות גם לעורר חסינות אדפטיבית כגון ייצור מולקולות נוגדנים כנגד אנטיגנים של דופן התא החיידקי.
שאלות
ללמוד את החומר בסעיף זה ולאחר מכן לכתוב את התשובות לשאלות אלה. לא רק ללחוץ על התשובות ולכתוב אותם. זה לא יבחן את הבנתך במדריך זה.
- ציין איזה צבע חיידקים גראם חיוביים מופיעים לאחר הליך כתם גראם. (נס)
- תאר את המבנה והמראה של דופן תא גראם חיובי. (נס)
- ציין את הפונקציה המועילה לחיידק של המרכיבים הבאים של דופן התא החיובי לגרם:
- פפטידוגליקן (ans )
- חומצות טיכואיות (ans)
- דבקים (ans )
- פולשים (ans)
- תאר בקצרה כיצד PAMPs של דופן התא גראם חיובי יכולים לקדם דלקת. (נס)
- הגדר אנטיגן. (נס)