4.4: חיידקים גראם חיוביים

מטרות למידה

• תאר את המאפיינים הייחודיים של כל קטגוריה של חיידקים G+C גבוהים ו- G+C נמוכים
• זהה קווי דמיון והבדלים בין קבוצות חיידקים G+C גבוהות ו- G+C נמוכות
• תן דוגמה לחיידק של G+C גבוה וקבוצת G+C נמוכה הקשורה בדרך כלל לכל קטגוריה

פרוקריוטים מזוהים כגרם חיוביים אם יש להם מטריצה מרובת שכבות של פפטידוגליקן היוצרת את דופן התא. סגול קריסטל, הכתם העיקרי של הליך כתם הגראם, נשמר ומתייצב בקלות בתוך מטריצה זו, וגורם לפרוקריוטים חיוביים לגרם להיראות סגולים תחת מיקרוסקופ שדה בהיר לאחר צביעת גראם. במשך שנים רבות, שימור כתם גראם היה אחד הקריטריונים העיקריים ששימשו לסיווג פרוקריוטים, למרות שחלק מהפרוקריוטים לא הכתימו בקלות בכתמים הראשוניים או המשניים המשמשים בהליך כתם גראם.

ההתקדמות בביוכימיה של חומצות גרעין חשפה מאפיינים נוספים שניתן להשתמש בהם לסיווג פרוקריוטים גרם חיוביים, כלומר יחסי הגואנין לציטוסין (G+C) ב-DNA והרכב יחידות משנה של 16S rRNA. מיקרוביולוגים מזהים כיום שתי קבוצות נפרדות של פרוקריוטים חיוביים לגרם חיוביים, או מכתים חלשים. המחלקה Actinobacteria כוללת את החיידקים החיוביים לגרם G+C הגבוהים, שיש להם יותר מ -50% נוקלאוטידים גואנין וציטוסין ב- DNA שלהם. המחלקה Bacilli כוללת חיידקים חיוביים לגרם G+C נמוכים, שיש להם פחות מ -50% מהנוקלאוטידים של גואנין וציטוסין ב- DNA שלהם.

אקטינובקטריה: חיידקים חיוביים G+C גבוה

השם Actinobacteria מגיע מהמילים היווניות לקרניים ומוט קטן, אך אקטינובקטריה מגוונת מאוד. המראה המיקרוסקופי שלהם יכול לנוע בין מוטות הסתעפות חוטים דקים ועד קוקובצילי. חלק מהאקטינובקטריה הן גדולות ומורכבות מאוד, בעוד שאחרות הן בין האורגניזמים הקטנים ביותר החיים באופן עצמאי. רוב האקטינובקטריה חיים באדמה, אך חלקם מימיים. הרוב המכריע הם אירוביים. תכונה ייחודית אחת של קבוצה זו היא נוכחותם של מספר פפטידוגליקנים שונים בדופן התא.

הסוג Actinomyces הוא נציג נחקר רבות של אקטינובקטריה. Actinomyces spp. ממלאים תפקיד חשוב באקולוגיה של הקרקע, ומינים מסוימים הם פתוגנים אנושיים. מספר Actinomyces spp. מאכלסים את הפה האנושי והם פתוגנים אופורטוניסטיים, הגורמים למחלות זיהומיות כמו דלקת חניכיים (דלקת בחניכיים) ומורסות דרך הפה. המין A. israelii הוא אנאירובי הידוע לשמצה בגרימת אנדוקרדיטיס (דלקת ברירית הלב הפנימית) (איור). $\PageIndex{1}$

איור$\PageIndex{1}$: (א) Actinomyces israelii (מיקרוגרף אלקטרונים סורק בצבע כוזב [SEM]) בעל מבנה מסועף. (ב) דיפטריה קורינבקטריום גורמת למחלה הקטלנית דיפטריה. שימו לב לפליסדות הייחודיות. (ג) החיידק המשתנה גרם Gardnerella vaginalis גורם וגינוזיס חיידקי אצל נשים. מיקרוגרף זה מראה כתם פאפ מאישה עם וגינוזיס. (קרדיט א: שינוי עבודה על ידי "GrahamColm" /Wikimedia Commons; קרדיט ב: שינוי עבודות על ידי מרכזים לבקרת מחלות ומניעתן; קרדיט ג: שינוי עבודות מאת Mwakigonja AR, Torres LM, Mwakyoma HA, Kaaya EE)

הסוג Mycobacterium מיוצג על ידי בצילים המכוסים במעיל חומצה מיקולית. מעיל שעווה זה מגן על החיידקים מפני אנטיביוטיקה מסוימת, מונע מהם להתייבש וחוסם חדירה על ידי ריאגנטים של כתמי גראם (ראה צביעת דגימות מיקרוסקופיות). בגלל זה, הליך מכתים מהיר חומצה מיוחד משמש לדמיין את החיידקים האלה. הסוג Mycobacterium הוא גורם חשוב לקבוצה מגוונת של מחלות זיהומיות. שחפת היא הגורם הסיבתי לשחפת, מחלה הפוגעת בעיקר בריאות אך יכולה להדביק גם חלקים אחרים בגוף. ההערכה היא כי שליש מאוכלוסיית העולם נדבקה בשחפת M. ומיליוני זיהומים חדשים מתרחשים מדי שנה. הטיפול בשחפת M. הוא מאתגר ודורש מהמטופלים ליטול שילוב של תרופות למשך זמן ממושך. סיבוך הטיפול עוד יותר הוא פיתוח והתפשטות של זנים עמידים לריבוי תרופות של פתוגן זה.

מין פתוגני נוסף, M. leprae, הוא הגורם למחלת הנסן (צרעת), מחלה כרונית הפוגעת בעצבים היקפיים ובשלמות העור ומשטח הרירית של דרכי הנשימה. אובדן תחושת כאב ונוכחות נגעי עור מגבירים את הרגישות לפגיעות משניות וזיהומים עם פתוגנים אחרים.

חיידקים בסוג Corynebacterium מכילים חומצה דיאמינופימלית בדפנות התא שלהם, ולעתים קרובות יוצרים מיקרוסקופית palisades, או זוגות של תאים בצורת מוט הדומים לאות V. תאים עשויים להכיל גרגירים מטכרומטיים, אחסון תוך תאי של פוספטים אנאורגניים שימושיים לזיהוי Corynebacterium. הרוב המכריע של Corynebacterium spp. הם לא פתוגניים; עם זאת, C. דיפתריה היא הגורם הסיבתי של דיפתריה, מחלה שעלולה להיות קטלנית, במיוחד אצל ילדים (איור). $\PageIndex{1}$ ג דיפטריה מייצרת רעלן היוצר פסאודוממברנה בגרונו של המטופל, וגורם לנפיחות, קשיי נשימה ותסמינים אחרים שעלולים להפוך לחמורים אם לא מטפלים בהם.

הסוג Bifidobacterium מורכב מאנאירובים חוטיים, שרבים מהם נמצאים בדרך כלל בדרכי העיכול, הנרתיק והפה. למעשה, Bifidobacterium spp. מהווים חלק ניכר ממיקרוביוטה המעיים האנושית ומשמשים לעתים קרובות כפרוביוטיקה ובייצור יוגורט.

הסוג גרדנרלה, מכיל רק מין אחד, G. vaginalis. מין זה מוגדר כ"משתנה גרם" מכיוון שהקוקובצילים הקטנים שלו אינם מראים תוצאות עקביות כאשר גראם מוכתם (איור). $\PageIndex{1}$ בהתבסס על הגנום שלו, הוא ממוקם בקבוצה הגבוהה של G+C גרם חיובי. G. vaginalis יכול לגרום וגינוזיס חיידקי אצל נשים; הסימפטומים הם בדרך כלל קלים או אפילו בלתי ניתנים לגילוי, אך עלולים להוביל לסיבוכים במהלך ההריון.

הטבלה $\PageIndex{1}$ מסכמת את המאפיינים של כמה סוגים חשובים של אקטינובקטריה.

טבלה$\PageIndex{1}$: אקטינובקטריה: G+C גבוה גראם חיובי

סוג דוגמה	מורפולוגיה מיקרוסקופית	מאפיינים ייחודיים
אקטינומיס	חיידק גראם חיובי; במושבות, מראה חוטים דמויי פטריות (היפות)	אנאירובים פקולטטיביים; באדמה, לפרק חומר אורגני; בפה האנושי, עלול לגרום למחלות חניכיים
ארתרובקטר	חיידק גראם חיובי (בשלב האקספוננציאלי של הצמיחה) או קוקוס (בשלב נייח)	אירובים מחייבים; לחלק על ידי "הצמדה", ויוצרים זוגות דמויי V של תאי בת; לפרק פנול, ניתן להשתמש בביורימדיציה
ביפידובקטריום	אקטינובקטריום גראם חיובי, נימה	אנאירובים הנמצאים בדרך כלל במיקרוביוטה של המעי האנושי
קורינבקטריום	חיידק גראם חיובי	אירובים או אנאירובים פקולטטיביים; יוצרים palisades; לגדול לאט; דורשים מדיה מועשרת בתרבות; C. diphtheriae גורם לדיפטריה
פרנקיה	חיידק גראם חיובי, דמוי פטרייה (נימה)	חיידקים מקבעים חנקן; לחיות בסימביוזה עם קטניות
גרדנרלה	קוקובצילוס משתנה גרם	ליישב את הנרתיק האנושי, עשוי לשנות את האקולוגיה המיקרוביאלית, ובכך להוביל לווגינוזיס
מיקרוקוקוס	קוקוס גראם חיובי, יוצרים אשכולות מיקרוסקופיים	נמצא בכל מקום בסביבה ובעור האדם; חיובי לאוקסידאז (בניגוד לדומה מורפולוגית S. aureus); חלקם פתוגנים אופורטוניסטיים
מיקובקטריום	חיידק גראם חיובי ומהיר חומצה	גדל לאט, אירובי, עמיד בפני ייבוש ופגוציטוזיס; מכוסה במעיל שעווה עשוי חומצה מיקולית; שחפת גורמת לשחפת; M. leprae גורם לצרעת
נוקארדיה	חיידק חיובי לגרם חלש; יוצר ענפים מהירים בחומצה	עלול ליישב את החניכיים האנושיות; עלול לגרום לדלקת ריאות חמורה ודלקת בעור
פרופיוניבקטריום	חיידק גראם חיובי	אנאירובי אווירו-סובלני; גדל לאט; P. acnes מתרבה בבלוטות החלב האנושיות ועלול לגרום או לתרום לאקנה
רודוקוקוס	חיידק גראם חיובי	אירובי קפדני; משמש בתעשייה לפירוק ביולוגי של מזהמים; R. fascians הוא פתוגן צמחי, ו- R. equi גורם לדלקת ריאות אצל סייחים
סטרפטומיס	חיידק גראם חיובי, דמוי פטרייה (נימה)	סוג מגוון מאוד (> 500 מינים); חיידקים אירוביים, יוצרי נבגים; נבלות, מפרקים המצויים באדמה (נותנים לאדמה את ריחה "הארצי"); משמש בתעשיית התרופות כיצרני אנטיביוטיקה (יותר משני שלישים מהאנטיביוטיקה המועילה קלינית)

תרגיל $\PageIndex{1}$

מהי תכונה ייחודית אחת של אקטינובקטריה?

חיידקים חיוביים ל- G+C נמוך

לחיידקים החיוביים ל- G+C הנמוכים יש פחות מ -50% גואנין וציטוסין ב- DNA שלהם, וקבוצת חיידקים זו כוללת מספר סוגים של חיידקים שהם פתוגניים.

מיקוד קליני: חלק 3

בהתבסס על הסימפטומים שלה, הרופא של מרשה חשד שיש לה מקרה של שחפת. למרות שפחות נפוץ בארצות הברית, שחפת עדיין נפוצה ביותר באזורים רבים בעולם, כולל ניגריה. עבודתה של מרשה שם במעבדה רפואית חשפה אותה ככל הנראה לשחפת Mycobacterium, החיידק שגורם לשחפת.

הרופא של מרשה הורה לה להישאר בבית, ללבוש מסכת נשימה ולהגביל את עצמה לחדר אחד ככל האפשר. הוא גם אמר שמרשה נאלצה לקחת סמסטר אחד מחוץ לבית הספר. הוא רשם איזוניאזיד וריפמפין, אנטיביוטיקה המשמשת בקוקטייל סמים לטיפול בשחפת, שמרשה הייתה אמורה ליטול שלוש פעמים ביום למשך שלושה חודשים לפחות.

תרגיל $\PageIndex{2}$

מדוע הורה הרופא למרשה להישאר בבית שלושה חודשים?

קלוסטרידיה

סוג אחד גדול ומגוון של חיידקים חיוביים לגרם G+C נמוך הוא Clostridia. הסוג הנלמד ביותר בכיתה זו הוא קלוסטרידיום. חיידקים אלה בצורת מוט הם בדרך כלל אנאירובים מחייבים המייצרים אנדוספורים וניתן למצוא אותם בבתי גידול אנאירוביים כמו אדמה ומשקעים מימיים העשירים בחומרים מזינים אורגניים. האנדוספורים עשויים לשרוד שנים רבות.

Clostridium spp. מייצרים יותר סוגים של רעלני חלבון מכל סוג חיידקי אחר, וכמה מינים הם פתוגנים אנושיים. C. perfringens הוא הגורם השלישי בשכיחותו להרעלת מזון בארצות הברית והוא הגורם הסיבתי למחלה חמורה עוד יותר הנקראת גנגרן גז. גנגרן גז מתרחש כאשר C. perfringens אנדוספורים נכנסים לפצע ונובטים, הופכים לתאי חיידקים ברי קיימא ומייצרים רעלן שעלול לגרום לנמק (מוות) של הרקמה. סי טטני, הגורם לטטנוס, מייצר נוירוטוקסין המסוגל להיכנס לנוירונים, לנסוע לאזורים במערכת העצבים המרכזית שם הוא חוסם את עיכוב הדחפים העצביים המעורבים בהתכווצויות שרירים וגורם לשיתוק ספסטי מסכן חיים. ג בוטולינום מייצר נוירוטוקסין בוטולינום, הרעלן הביולוגי הקטלני ביותר הידוע. רעלן הבוטולינום אחראי למקרים נדירים אך קטלניים לעיתים קרובות של בוטוליזם. הרעלן חוסם את שחרור האצטילכולין בצמתים עצביים-שריריים, וגורם לשיתוק רפוי. בריכוזים קטנים מאוד נעשה שימוש ברעלן בוטולינום לטיפול בפתולוגיות שרירים בבני אדם ובהליך קוסמטי למיגור קמטים. C. difficile הוא מקור נפוץ לזיהומים שנרכשו בבית חולים (איור$\PageIndex{2}$) העלולים לגרום למקרים חמורים ואף קטלניים של קוליטיס (דלקת במעי הגס). זיהומים מופיעים לרוב בקרב חולים הסובלים מדיכוי חיסוני או עוברים טיפול אנטיביוטי המשנה את המיקרוביוטה התקינה של מערכת העיכול.

איור$\PageIndex{2}$: Clostridium difficile, חיידק גרם חיובי בצורת מוט, גורם לקוליטיס חמורה ולשלשול, לעתים קרובות לאחר שמיגור המיקרוביוטה הרגילה של המעיים על ידי אנטיביוטיקה. (קרדיט: שינוי העבודה על ידי המרכזים לבקרת מחלות ומניעתן)

לקטובצילאלס

הסדר Lactobacillales כולל חיידקים חיוביים לגרם G+C נמוכים הכוללים גם בצילי וגם קוקסי בסוגים לקטובצילוס, לוקונוסטוק, אנטרוקוקוס וסטרפטוקוקוס. חיידקים משלושת הסוגים האחרונים הם בדרך כלל כדוריים או ביציות ולעתים קרובות יוצרים שרשראות.

סטרפטוקוקוס, ששמו בא מהמילה היוונית לשרשרת מעוותת, אחראי לסוגים רבים של מחלות זיהומיות בבני אדם. מינים מהסוג הזה, המכונים לעתים קרובות סטרפטוקוקים, מסווגים בדרך כלל לפי סרוטיפים הנקראים קבוצות לאנספילד, ועל פי יכולתם להמיס תאי דם אדומים כאשר הם גדלים על אגר דם.

S. pyogenes שייך לקבוצת לאנספילד A, סטרפטוקוקוס β-המוליטי. מין זה נחשב לפתוגן פיוגני בגלל ייצור המוגלה הקשור שנצפה עם זיהומים שהוא גורם (איור$\PageIndex{3}$). S. pyogenes הוא הגורם השכיח ביותר לדלקת הלוע החיידקית (דלקת גרון); זהו גם גורם חשוב לזיהומים שונים בעור שיכולים להיות קלים יחסית (למשל, אימפטיגו) או מסכני חיים (למשל, fasciitis necrotizing, המכונה גם מחלת אכילת בשר), סכנת חיים.

איור$\PageIndex{3}$: (א) דגימה מוכתמת גרם של סטרפטוקוקוס פיוגנים מציגה את שרשראות הקוקי האופייניות למורפולוגיה של האורגניזם הזה. (ב) S. pyogenes על אגר הדם מראה תמוגה אופיינית של כדוריות דם אדומות, המסומנות על ידי הילה של ניקוי סביב מושבות. (קרדיט א, ב: שינוי העבודה על ידי האגודה האמריקאית למיקרוביולוגיה)

הסטרפטוקוקים הלא-פיוגניים (כלומר, אינם קשורים לייצור מוגלה) הם קבוצה של מינים סטרפטוקוקליים שאינם טקסון אך מקובצים יחד מכיוון שהם מאכלסים את הפה האנושי. הסטרפטוקוקים הלא-פיוגניים אינם שייכים לאף אחת מקבוצות לאנספילד. רובם קומנסלים, אך מעטים, כגון S. mutans, מעורבים בהתפתחות עששת שיניים.

S. pneumoniae (המכונה בדרך כלל pneumococcus), הוא מין סטרפטוקוקוס שגם אינו שייך לאף קבוצת לאנספילד. S. pneumoniae תאים מופיעים במיקרוסקופ כדיפלוקוקים, זוגות תאים, ולא השרשראות הארוכות האופייניות לרוב הסטרפטוקוקים. מדענים ידעו מאז המאה ה -19 כי S. pneumoniae גורם לדלקת ריאות וזיהומים אחרים בדרכי הנשימה. עם זאת, חיידק זה יכול לגרום גם למגוון רחב של מחלות אחרות, כולל דלקת קרום המוח, ספיגה, אוסטאומיאליטיס ואנדוקרדיטיס, במיוחד אצל ילודים, קשישים וחולים עם ליקוי חיסוני.

בצילי

שמו של הכיתה Bacilli מציע שהוא מורכב מחיידקים שהם בצורתם של bacillus, אך זהו מעמד מגוון מורפולוגי הכולל סוגים בצורת חיידק וצורת קוקוס. בין סוגים רבים בכיתה זו הם שניים חשובים מאוד מבחינה קלינית: Bacillus ו Staphylococcus.

חיידקים בסוג Bacillus הם בצורת bacillus ויכולים לייצר אנדוספורים. הם כוללים אירובים או אנאירובים פקולטטיביים. מספר Bacillus spp. משמשים בתעשיות שונות, כולל ייצור אנטיביוטיקה (למשל, ברנאז), אנזימים (למשל אלפא-עמילאז, אנדונוקלאז הגבלת BamH1) וחומרי ניקוי (למשל, סובטיליסין).

שני פתוגנים בולטים שייכים לסוג Bacillus. B. anthracis הוא הפתוגן הגורם לאנתרקס, מחלה קשה הפוגעת בחיות בר ומבויתות ויכולה להתפשט מבעלי חיים נגועים לבני אדם. אנתרקס מתבטא בבני אדם כמו כיבים שחורים פחם על העור, enterocolitis חמורה, דלקת ריאות, נזק מוחי עקב נפיחות. אם לא מטופל, אנתרקס הוא קטלני. B. cereus, מין קרוב, הוא פתוגן שעלול לגרום להרעלת מזון. זהו מין בצורת מוט היוצר שרשראות. מושבות נראות לבנות חלבי עם צורות לא סדירות כאשר הן מתורבתות על אגר דם (איור$\PageIndex{4}$). מין חשוב נוסף הוא ב. טורגיינסיס. חיידק זה מייצר מספר חומרים המשמשים כקוטלי חרקים מכיוון שהם רעילים לחרקים.

איור$\PageIndex{4}$: (א) בדגימה מוכתמת גרם זו, התאים בצורת מוט סגול היוצרים שרשראות הם החיידקים החיוביים לגרם Bacillus cereus. התאים הקטנים והוורודים הם החיידקים הגראם-שליליים Escherichia coli. (ב) בתרבות זו, מושבות לבנות של B. cereus גדלו על אגר דם כבשים. (קרדיט א: שינוי עבודה מאת "Bibliomaniac 15" /Wikimedia Commons; קרדיט ב: שינוי עבודות על ידי המרכזים לבקרת מחלות ומניעתן)

הסוג Staphylococcus שייך גם למעמד Bacilli, למרות שצורתו היא קוקוס ולא חיידק. השם Staphylococcus מגיע ממילה יוונית לצרורות ענבים, המתארת את המראה המיקרוסקופי שלהם בתרבות (איור$\PageIndex{5}$). סטפילוקוקוס spp. הם אנאירוביים פקולטטיביים, הלופיליים ולא תנועתיים. שני המינים הנחקרים ביותר מסוג זה הם S. epidermidis ו S. aureus.

איור$\PageIndex{5}$: SEM זה של Staphylococcus aureus ממחיש את האשכול האופייני "דמוי ענבים" של תאים. (קרדיט: שינוי העבודה על ידי המרכזים לבקרת מחלות ומניעתן)

S. epidermidis, שבית הגידול העיקרי שלו הוא עור האדם, נחשב כלא פתוגני לבני אדם עם מערכת חיסונית בריאה, אך בחולים עם ליקוי חיסוני הוא עלול לגרום לזיהומים בפצעי עור ובתותבות (למשל, מפרקים מלאכותיים, מסתמי לב). S. epidermidis הוא גם גורם חשוב לזיהומים הקשורים לצנתרים תוך ורידיים. זה הופך אותו לפתוגן מסוכן במסגרות בית חולים, שם חולים רבים עלולים להיות מדוכאי חיסון.

זנים של S. aureus גורמים למגוון רחב של זיהומים בבני אדם, כולל דלקות עור המייצרות שחין, פחמימות, צלוליטיס או אימפטיגו. זנים מסוימים של S. aureus מייצרים חומר הנקרא אנטרוטוקסין, שעלול לגרום לדלקת מעיים חמורה, המכונה לעתים קרובות הרעלת מזון staph. כמה זנים של S. aureus מייצרים את הרעלן האחראי לתסמונת הלם רעיל, שעלול לגרום לקריסה קרדיווסקולרית ולמוות.

זנים רבים של S. aureus פיתחו עמידות לאנטיביוטיקה. כמה זנים עמידים לאנטיביוטיקה מוגדרים כעמידים למתיצילין S. aureus (MRSA) ועמידים לוונקומיצין S. aureus (VRSA). זנים אלה הם מהקשים ביותר לטיפול מכיוון שהם מפגינים עמידות כמעט לכל האנטיביוטיקה הזמינה, לא רק למתיצילין וונקומיצין. מכיוון שקשה לטפל בהם באנטיביוטיקה, זיהומים יכולים להיות קטלניים. MRSA ו- VRSA מדבקים גם הם, מהווים איום חמור בבתי חולים, בתי אבות, מתקני דיאליזה ומקומות אחרים בהם יש אוכלוסיות גדולות של חולים קשישים, מרותקים למיטה ו/או חסרי חיסון.

מיקופלזמות

למרות Mycoplasma spp. אין להם דופן תא ולכן אינם מוכתמים על ידי ריאגנטים של כתם גראם, סוג זה עדיין כלול בחיידקים החיוביים לגרם G+C הנמוכים. הסוג Mycoplasma כולל יותר מ -100 מינים, אשר חולקים כמה מאפיינים ייחודיים. הם תאים קטנים מאוד, חלקם בקוטר של כ 0.2 מיקרומטר, שהוא קטן מכמה וירוסים גדולים. אין להם קירות תאים ולכן הם פלומורפיים, כלומר הם עשויים ללבוש מגוון צורות ואף יכולים להידמות לתאי בעלי חיים קטנים מאוד. מכיוון שהם חסרים צורה אופיינית, הם יכולים להיות קשים לזיהוי. מין אחד, M. pneumoniae, גורם לצורה קלה של דלקת ריאות המכונה "דלקת ריאות מהלכת" או "דלקת ריאות לא טיפוסית". צורה זו של דלקת ריאות היא בדרך כלל פחות חמורה מצורות הנגרמות על ידי חיידקים או נגיפים אחרים.

הטבלה $\PageIndex{2}$ מסכמת את המאפיינים של סוגים בולטים של חיידקים G+C גראם חיוביים.

טבלה$\PageIndex{2}$: Bacilli - חיידקים חיוביים לגרם G+C נמוך+C

סוג דוגמה	מורפולוגיה מיקרוסקופית	מאפיינים ייחודיים
בצילוס	חיידק גדול וחיובי לגרם	אירובים או אנאירובים פקולטטיביים; יוצרים אנדוספורים; B. anthracis גורם לאנתרקס בבקר ובבני אדם, B. cereus עלול לגרום להרעלת מזון
קלוסטרידיום	חיידק גראם חיובי	אנאירובים קפדניים; יוצרים אנדוספורים; כל המינים הידועים הם פתוגניים, הגורמים לטטנוס, גנגרן גז, בוטוליזם וקוליטיס
אנטרוקוקוס	קוקוס גראם חיובי; יוצר זוגות מיקרוסקופיים בתרבית (הדומה סטרפטוקוקוס pneumoniae)	חיידקים אירו-סובלניים אנאירוביים, הנמצאים בשפע במעיים האנושיים, עלולים לגרום לדרכי השתן ולזיהומים אחרים בסביבה הנוזוקומיאלית
לקטובצילוס	חיידק גראם חיובי	אנאירובים פקולטטיביים; תסיסת סוכרים לחומצה לקטית; חלק מהמיקרוביוטה הנרתיקית; משמש כפרוביוטיקה
לוקונוסטוק	קוקוס גראם חיובי; עשוי ליצור שרשראות מיקרוסקופיות בתרבות	תסיסה, המשמשת בתעשיית המזון לייצור כרוב כבוש וכפיר
מיקופלסמה	החיידקים הקטנים ביותר; מופיעים פלומורפיים תחת מיקרוסקופ אלקטרונים	אין להם דופן תא; מסווגים כחיידקים חיוביים ל- G+C נמוכים בגלל הגנום שלהם; M. pneumoniae גורם לדלקת ריאות "מהלכת"
סטפילוקוקוס	קוקוס גראם חיובי; יוצר אשכולות מיקרוסקופיים בתרבות הדומים לאגודות ענבים	לסבול ריכוז מלח גבוה; אנאירובים פקולטטיביים; לייצר קטלאז; S. aureus יכול גם לייצר קואגולאז ורעלים האחראים לזיהומים מקומיים (עור) וכלליים
סטרפטוקוקוס	קוקוס גראם חיובי; יוצר שרשראות או זוגות בתרבות	סוג מגוון; מסווג לקבוצות על בסיס שיתוף אנטיגנים מסוימים; מינים מסוימים גורמים למוליזה ועשויים לייצר רעלים האחראים למחלה מקומית (גרון) וכללית אנושית
אוראפלסמה	בדומה למיקופלזמה	חלק מהמיקרוביוטה של הנרתיק האנושי ודרכי השתן התחתונות; עלול לגרום לדלקת, לעיתים להוביל לצלקות פנימיות ועקרות

תרגיל $\PageIndex{3}$

1. ציין כמה דרכים בהן מסווגים סטרפטוקוקים.
2. ציין חיידק אחד פתוגני נמוך G+C גרם חיובי ומחלה שהוא גורם.

מיקוד קליני: רזולוציה

דגימת הליחה של מרשה נשלחה למעבדה למיקרוביולוגיה כדי לאשר את זהות המיקרואורגניזם שגורם לזיהום שלה. המעבדה ביצעה גם בדיקות רגישות מיקרוביאלית (AST) על המדגם כדי לאשר שהרופא רשם את התרופות האנטי-מיקרוביאליות הנכונות.

בדיקה מיקרוסקופית ישירה של כיח חשפה חיידקים מהירים בחומצה (AFB) הנמצאים בכיח של מרשה. כאשר הונחו בתרבית, לא היו סימני צמיחה במשך 8 הימים הראשונים, דבר המצביע על כך שהמיקרואורגניזם מת או גדל לאט מאוד. צמיחה איטית היא מאפיין ייחודי של M. שחפת.

לאחר ארבעה שבועות, המיקרוביולוג במעבדה צפה במושבות מגורענות חסרות צבע ייחודיות (איור$\PageIndex{6}$). המושבות הכילו AFB המציג את אותם מאפיינים מיקרוסקופיים כמו אלה שנחשפו במהלך הבדיקה המיקרוסקופית הישירה של כיח מרשה. כדי לאשר את זיהוי ה- AFB, נותחו דגימות של המושבות באמצעות הכלאה של חומצות גרעין, או בדיקת הגברה ישירה של חומצת גרעין (NAA). כאשר חיידק מהיר בחומצה, הוא מסווג במשפחת Mycobacteriaceae. רצף DNA של אזורים גנומיים משתנים של ה- DNA המופק מחיידקים אלה גילה כי מדובר ב- G+C גבוה עובדה זו שימשה לסיום האבחנה של מרשה כזיהום בשחפת M. לאחר תשעה חודשים של טיפול בתרופות שנקבעו על ידי הרופא שלה, מרשה התאוששה מלאה.

איור$\PageIndex{6}$: M. שחפת גדל על אגר לוונשטיין-ג'נסן (LJ) במושבות מובחנות. (קרדיט: המרכז לבקרת מחלות ומניעתן)

ביופיראטיות וביו -פרוספקט

בשנת 1969, עובד של חברת תרופות שוויצרית היה בחופשה בנורווגיה והחליט לאסוף כמה דגימות קרקע. הוא החזיר אותם למעבדה שלו, והחברה השוויצרית השתמשה לאחר מכן בפטרייה Tolypocladium inflatum בדגימות אלה כדי לפתח ציקלוספורין A, תרופה הנמצאת בשימוש נרחב בחולים העוברים השתלת רקמות או איברים. החברה השוויצרית מרוויחה יותר ממיליארד דולר בשנה עבור ייצור ציקלוספורין A, אך נורבגיה לא מקבלת דבר בתמורה - אין תשלום לממשלה או תועלת לעם הנורבגי. למרות העובדה שהציקלוספורין A מציל חיים רבים, רבים רואים באמצעים שבהם התקבלו דגימות הקרקע כמעשה של "ביו-פיראטיות", בעצם סוג של גניבה. האם המטרה מצדיקה את האמצעים במקרה כזה?

הטבע מלא בחיידקים שטרם התגלו ובמיקרואורגניזמים אחרים שיכולים לשמש יום אחד לפיתוח תרופות או טיפולים חדשים מצילי חיים. ¹ חברות תרופות וביוטכנולוגיה עומדות לקצור רווחים עצומים מתגליות כאלה, אך נותרו שאלות אתיות. למי שייכים המשאבים הביולוגיים? האם חברות שמשקיעות (ומסכנות) מיליוני דולרים במחקר ופיתוח יידרשו לחלוק הכנסות או תמלוגים עבור הזכות לגשת למשאבים ביולוגיים?

פיצויים אינם הנושא היחיד בכל הנוגע לחיפוש ביולוגי. חלק מהקהילות והתרבויות מתנגדות פילוסופית לחיפוש ביולוגי, מחשש לתוצאות בלתי צפויות של איסוף חומר גנטי או ביולוגי. ילידי הוואי, למשל, מגנים מאוד על המשאבים הביולוגיים הייחודיים שלהם.

במשך שנים רבות לא היה ברור אילו זכויות היו לסוכנויות ממשלתיות, תאגידים פרטיים ואזרחים בכל הנוגע לאיסוף דגימות של מיקרואורגניזמים מאדמות ציבוריות. ואז, בשנת 1993, האמנה למגוון ביולוגי העניקה לכל אומה את הזכויות לכל חומר גנטי וביולוגי שנמצא על אדמתם. מדענים כבר לא יכולים לאסוף דגימות ללא הסדר מראש עם בעל הקרקע לפיצוי. אמנה זו מבטיחה כעת כי חברות יפעלו בצורה אתית בהשגת הדגימות בהן הן משתמשות ליצירת מוצריהן.

סיכום

• חיידקים גראם חיוביים הם קבוצה גדולה מאוד ומגוונת של מיקרואורגניזמים. הבנת הטקסונומיה שלהם והכרת התכונות הייחודיות שלהם חשובה לאבחון וטיפול במחלות זיהומיות.
• חיידקים גראם חיוביים מסווגים לחיידקים חיוביים לגרם G+C גבוהים ונמוכים G+C, בהתבסס על השכיחות של נוקלאוטידים גואנין וציטוסין בגנום שלהם
• אקטינובקטריה הוא השם הטקסונומי של המעמד של חיידקים חיוביים לגרם G+C גבוהים. שיעור זה כולל את הסוגים Actinomyces, ארתרובקטר, קורינבקטריום, פרנקיה, גרדנרלה, מיקרוקוקוס, מיקובקטריום, נוקארדיה, פרופיוניבקטריום, רודוקוקוס וסטרפטומיס. חלק מהנציגים של סוגים אלה משמשים בתעשייה; אחרים הם פתוגנים אנושיים או בעלי חיים.
• דוגמאות לחיידקים חיוביים ל- G+C גבוהים שהם פתוגנים אנושיים כוללים שחפת Mycobacterium הגורמת לשחפת; M. leprae, הגורם לצרעת (מחלת הנסן); ו- Corynebacterium diphtheriae הגורם לדיפטריה.
• Clostridia spp. הם חיידקים חיוביים לגרם G+C נמוכים שהם בדרך כלל אנאירובים מחייבים ויכולים ליצור אנדוספורים. פתוגנים בסוג זה כוללים C. perfringens (גנגרן גז), סי טטני (טטנוס) ו סי בוטולינום (בוטוליזם).
• לקטובצילים כוללים את הסוגים אנטרוקוקוס, לקטובצילוס, לוקונוסטוק וסטרפטוקוקוס. סטרפטוקוקוס אחראי למחלות אנושיות רבות, כולל דלקת הלוע (דלקת גרון), קדחת ארגמנית, קדחת שגרונית, גלומרולונפריטיס, דלקת ריאות וזיהומים אחרים בדרכי הנשימה.
• Bacilli הוא סוג טקסונומי של חיידקים חיוביים לגרם G+C נמוכים הכוללים מינים בצורת מוט וצורת קוקוס, כולל הסוגים Bacillus ו Staphylococcus. B. anthracis גורם לאנתרקס, B. cereus עלול לגרום לזיהומים אופורטוניסטיים של מערכת העיכול, ו S. aureus זנים יכולים לגרום למגוון רחב של זיהומים ומחלות, שרבים מהם עמידים מאוד לאנטיביוטיקה.
• Mycoplasma spp. הם חיידקים קטנים מאוד, פלומורפיים נמוכים G+C גרם חיוביים חסרי דפנות תאים. M. pneumoniae גורם לדלקת ריאות לא טיפוסית.

הערות שוליים

1. 1 ג'יי אנדרה. ביו-אתיקה כפרקטיקה. צ'אפל היל, צפון קרוליינה: הוצאת אוניברסיטת צפון קרוליינה, 2002.