Skip to main content
Global

2.3B: דופן התא הגראם-שלילי

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208848

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    ציין איזה צבע חיידקים גראם שליליים מכתים לאחר הליך כתם גראם.
  • תאר את ההרכב של דופן תא גראם שלילי וציין את הפונקציות המועילות האפשריות לחיידק הפפטידוגליקן, הממברנה החיצונית, ליפופוליסכרידים, פורינים וחלבוני פני השטח.
  • תאר בקצרה כיצד LPS ו-PAMPs אחרים של דופן התא הגראם-שלילי יכולים לקדם דלקת.
  • ציין את תפקודם של דבקים חיידקיים, מערכות הפרשה ופולשים.
  • הגדר פריפלזמה.
  • הגדר אנטיגן ואפיטופ.

    • חיידק מודגש

    1. קרא את התיאור של Escherichia coli, והתאם את החיידק לתיאור האורגניזם והזיהום שהוא גורם.

    מחלה מודגשת: דלקות בדרכי השתן (UTI)

    1. הגדר את הדברים הבאים:
      1. דלקת מפרקים
      2. דלקת שלפוחית השתן
      3. פיאלונפריטיס
    2. ציין לפחות 4 גורמי סיכון ל- UTI.
    3. ציין את החיידק הנפוץ ביותר שגורם ל- UTI; ציין לפחות 3 חיידקים אחרים הגורמים בדרך כלל ל- UTI.
    4. ציין לפחות 3 תסמינים שכיחים של UTI.

    כעת נבחן את דופן התא החיידקי הגראם-שלילי. כפי שהוזכר בסעיף הקודם בנושא פפטידוגליקן, חיידקים גראם שליליים הם אלה שמתפוררים במהלך הליך כתם הגראם, מרימים את הספראנין של כתם הנגד ונראים ורודים (איור ב.1). \(\PageIndex{2}\)

    alt
    איור \(\PageIndex{2}\) B.1: כתם גרם של אי קולי. שימו לב לבצילי גראם שלילי (ורוד).

    חיידקים גראם שליליים נפוצים בעלי חשיבות רפואית כוללים מיני סלמונלה, מיני שיגלה, Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitidis, המופילוס אינפלואנזה, אי קולי, דלקת ריאות קלבסיאלה, מיני פרוטאוס ו Pseudomonas aeruginosa.

    אי קולי

    אורגניזם

    • אי קולי הוא חיידק גראם שלילי בגודל בינוני.
    • להחזיק סידור פריטריצ'י של דגלים.
    • אנאירובי פקולטטיבי.

    בית גידול

    • צמחייה רגילה של מערכת העיכול בבני אדם ובעלי חיים.

    מקור

    • בדרך כלל פלורת הצואה של המטופל עצמו; העברה מסוימת היא מטופל לחולה.

    מחלה קלינית

    • E. coli גורם לכ- 80 אחוז מכל דלקות בדרכי השתן הלא מסובכות (UTI) ולמעלה מ- 50 אחוז מה- UTI הנוזוקומיאלי. UTIs מהווים יותר מ -7, 000,000 ביקורי משרד רופאים בשנה בארה"ב בין 35 ל -40 אחוזים מכלל הזיהומים הנוזוקומיים, כ -900,000 בשנה בארה"ב, הם UTI ובדרך כלל קשורים לצנתור שתן.
    • E. coli גורם לזיהומים בפצעים, לרוב כתוצאה מזיהום צואה של פצעים חיצוניים או כתוצאה מפצעים הגורמים לטראומה בדרכי המעי, כמו פצעים כירורגיים, פצעי ירי, פצעי סכין וכו '.
    • E. coli הוא ללא ספק החיידק הגראם-שלילי הנפוץ ביותר הגורם לאלח דם. ספטימיה היא תוצאה של חיידקים נכנסים לדם. הם מוחדרים בדרך כלל לדם מאתר זיהום אחר, כגון כליה נגועה, פצע או ריאה. ישנם כ -500,000 מקרים של ספטיסמיה בשנה בארה"ב ושיעור התמותה הוא בין 20 ל -50 אחוזים. כ- 45 אחוז ממקרי הספטימיה נובעים מחיידקים גראם שליליים. קלבסיאלה, פרוטאוס, אנטרובקטר, סרטיה ו אי - קולי, הם כולם חיידקים גרם-שליליים נפוצים הגורמים לספטיסמיה.
    • E. coli, יחד עם סטרפטוקוקים מקבוצה B, הם הגורם המוביל לדלקת קרום המוח בילודים.
    • בעוד E. coli הוא אחד הצומח הנורמלי הדומיננטי במערכת העיכול של בני אדם ובעלי חיים, זנים מסוימים יכולים לגרום גסטרואנטריטיס, זיהום של מערכת העיכול.
      • Enterotoxigenc E. coli (ETEC) מייצרים אנטרוטוקסינים הגורמים לאובדן יוני נתרן ומים מהמעי הדק וכתוצאה מכך לשלשול מימי. יותר ממחצית מכלל השלשול של המטיילים נובע מ- ETEC; כמעט 80,000 מקרים בשנה בארה"ב
      • Enteropathogenic E. coli (EPEC) גורם לשלשול אנדמי באזורים בעולם המתפתח, במיוחד אצל תינוקות מתחת לגיל 6 חודשים. החיידק משבש את המיקרווילי הרגיל בתאי האפיתל של המעי הדק וכתוצאה מכך ספיגה לקויה ושלשולים.
      • Enteroaggegative E. coli (EAEC) הוא גורם לשלשול מתמשך במדינות מתפתחות. זה כנראה גורם לשלשול על ידי היצמדות לתאי אפיתל ריריים של המעי הדק והפרעה לתפקודם.
      • Enteroinvasive E. coli (EIEC) פולשים והורגים תאי אפיתל של המעי הגס וגורמים לתסמונת מסוג דיזנטריה הדומה לשיגלה הנפוצה במדינות לא מפותחות.
      • Enterohemorrhagic E. coli (EHEC), כגון E. coli 0157:H7, מייצרים רעלן דמוי שיגה ההורג תאי אפיתל של המעי הגס וגורם לקוליטיס המורגי, שלשול עקוב מדם. במקרים נדירים, רעלן השיגה נכנס לדם ומועבר לכליות שם, בדרך כלל אצל ילדים, הוא פוגע בתאי כלי הדם וגורם לתסמונת האורמית המוליטית. E. coli 0157: H7 נחשב כגורם ליותר מ -20,000 זיהומים ועד 250 מקרי מוות בשנה בארה"ב.
      • אגרגטיבי מפוזר E. coli (DAEC) גורם לשלשול מימי אצל תינוקות בגילאי 1-5 שנים. הם מעוררים התארכות של המיקרווילי על תאי האפיתל המצפים את המעי הדק.
    • למידע נוסף: 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.
    • זיהום מודגש: דלקות בדרכי השתן (UTI)

    מבנה והרכב דופן התא הגראם-שלילי

    altalt
    איור \(\PageIndex{1}\) ב) משתרע על פני הממברנה החיצונית. הפורינים מתפקדים כתעלות לכניסה ויציאה של מומסים דרך הממברנה החיצונית של דופן התא הגראם-שלילי. הממברנה החיצונית של דופן התא הגראם-שלילי משובצת בחלבוני שטח הנבדלים מהזן והמינים של החיידק.

    הפריפלזמה היא החומר הג'לטיני בין הממברנה החיצונית, הפפטידוגליקן והממברנה הציטופלזמית. מרחב פריפלזמי זה הוא ברוחב של כ-15 ננומטר ומכיל מגוון אנזימים הידרוליטיים לפירוק חומרים מזינים, חלבונים קושרים פריפלזמיים להובלה באמצעות מערכת הקלטת המחייבת ATP (ABC), וכימורצפטורים לכימוטקסיס (נדון תחת Bacterial Flagella בהמשך יחידה זו).

    מפת קונספט לדופן התא הגראם-שלילי.
     

    פונקציות של רכיבי דופן התא הגראם-שליליים

     
     
     
     
     
     

    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 וכן חלבונים קושרים פריפלזמיים כדי להקל על העברת חומרים מזינים על פני הממברנה הציטופלזמית.

     

    תפקידם של רכיבי דופן תא גראם-שליליים לתחילת הגנות הגוף

    לגוף שתי מערכות חיסון: מערכת החיסון המולדת ומערכת החיסון ההסתגלותית. 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. 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

    כדי 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.)

    LPS, פורינים ושברי פפטידוגליקן הם PAMPs הקשורים לדופן התא של חיידקים גראם שליליים. 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 (איור). \(\PageIndex{3}\)

    PAMPS אלה נקשרים לקולטנים לזיהוי דפוסים או PRRs במגוון תאי הגנה בגוף ומפעילים הגנות חיסוניות מולדות כגון 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 הנקראים מקרופאגים, ולתאים דנדריטים יש קולטנים לזיהוי דפוסים כגון קולטנים דמויי אגרה על פני השטח שלהם הספציפיים לשברי הפפטידוגליקן ו-LPS בדופן התא הגראם-שלילי 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 (איור\(\PageIndex{4}\)).

    ה- LPS נקשר לחלבון קושר LPS המסתובב בדם וקומפלקס זה, בתורו, נקשר למולקולת קולטן (CD 14) שנמצאת על פני תאי ההגנה בגוף הנקראים מקרופאגים. זה נחשב לקדם את היכולת של זוג הקולטנים דמוי האגרה TLR-4/TLR4 להגיב ל- LPS. 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 (איור\(\PageIndex{4}\)).

     
     
     
     
     
    הסבירו כיצד הגוף מסוגל לזהות חיידקים אלה ובסופו של דבר לשלוח פגוציטים ומולקולות הגנה לאתר הנגוע.
  • כיצד מנגנון זה עשוי להוביל לתסמיני הזיהום?

    • ה- LPS מפעיל גם את מסלול המשלים האלטרנטיבי ואת מסלול הלקטין, מסלולי הגנה מולדים הממלאים מגוון תפקידים בהגנה על הגוף.

    חסינות מולדת תידון בפירוט רב יותר ביחידה 5.

     

    ייזום חסינות מסתגלת

    חלבונים ופוליסכרידים הקשורים לדופן התא הגראם-שלילי 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 גראם-שליליים לפתוגניות חיידקית

    חלק השומנים A מחלק ה- LPS בקרום החיצוני ידוע גם בשם אנדוטוקסין. במהלך זיהומים מערכתיים חמורים עם מספר רב של חיידקים, משתחררות רמות גבוהות של LPS וכתוצאה מכך ייצור ציטוקינים מוגזם על ידי המקרופאגים ותאים אחרים וזה, בתורו, יכול להזיק לגוף (איור\(\PageIndex{5}\)).

     
     

    סיכום

    1. בגלל אופי דופן התא שלהם, חיידקים גראם שליליים צובעים ורוד לאחר צביעת גראם.
    2. דופן התא הגראם-שלילי מורכבת מ-2-3 שכבות מחוברות זו לזו של פפטידוגליקן מוקפות בקרום חיצוני.
    3. פפטידוגליקן מונע תמוגה אוסמוטית בסביבה ההיפוטונית בה חיים רוב החיידקים.
    4. הממברנה החיצונית היא מבנה חדיר למחצה המכיל חלבונים יוצרי נקבוביות הנקראים פורינים המאפשרים לחומרים מזינים לעבור דרך הממברנה החיצונית.
    5. חלבוני פני השטח המוטבעים בדופן התא יכולים לתפקד כדבקים, מערכות הפרשה ואנזימים.
    6. דופן התא הגראם-שלילי מפעילה הן את ההגנה החיסונית המולדת של הגוף והן את ההגנה החיסונית ההסתגלותית שלו.
    7. 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.
    8. דלקת היא האמצעי שבאמצעותו הגוף מעביר תאי הגנה ומולקולות הגנה לאתר זיהום, אולם דלקת מוגזמת עלולה להזיק ואף קטלנית לגוף.
    9. PAMPs הקשורים לדופן התא הגראם-שלילי כוללים מונומרים פפטידוגליקנים, ליפופוליסכריד (LPS), פורינים ושרשראות סוכר עשירות במאנוז.
    10. אנטיגן הוא צורה מולקולרית המגיבה עם קולטני אנטיגן על לימפוציטים כדי ליזום תגובה חיסונית אדפטיבית.
    11. 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.

    1. ציין איזה צבע חיידקים גראם שליליים מופיעים לאחר הליך כתם גראם. (נס)
    2. תאר את המבנה והמראה של דופן תא גראם שלילי. (נס)
    3. ציין את הפונקציה המועילה לחיידק של המרכיבים הבאים של דופן התא הגראם-שלילי:
      1. פפטידוגליקן (ans)
      2. קרום חיצוני (ans)
      3. דבקים (ans)
      4. פולשים (ans)
    4. תאר בקצרה כיצד ה-LPS (אנדוטוקסין) של דופן התא הגראם-שלילי יכול לקדם דלקת. (נס)
    5. תגדירי אפיטופ. (נס)
    6. כאשר חיידקים שליליים של גראם נכנסים לדם וגורמים לספטימיה, רוב הפגיעה בגוף נובעת מתגובה דלקתית מסיבית. מה יכול להסביר את זה? (נס)