Loading [MathJax]/jax/output/HTML-CSS/jax.js
Skip to main content
Library homepage
 
Global

4.6: ארכאה

מטרות למידה

  • תאר את המאפיינים הייחודיים של כל קטגוריה של Archaea
  • הסבר מדוע ארכאה עשויה שלא להיות קשורה למיקרוביומים אנושיים או לפתולוגיה
  • תן דוגמאות נפוצות לארכיאה הקשורה בדרך כלל לבתי גידול סביבתיים ייחודיים

כמו אורגניזמים בתחום חיידקים, אורגניזמים של התחום Archaea הם כולם אורגניזמים חד-תאיים. עם זאת, ארכאים שונים מבחינה מבנית מחיידקים בכמה דרכים משמעותיות, כפי שנדון במאפיינים ייחודיים של תאים פרוקריוטים. לסיכום:

  • קרום התא הארכאי מורכב מקישורי אתר עם שרשראות איזופרן מסועפות (בניגוד לקרום התא החיידקי, שיש לו קשרי אסטר עם חומצות שומן לא מסועפות).
  • בדפנות התא הארכאי אין פפטידוגליקן, אך חלקם מכילים חומר דומה מבחינה מבנית הנקרא פסאודופפטידוגליקן או פסאודומורין.
  • הגנום של ארכאה גדול ומורכב יותר מאלו של חיידקים.

תחום ארכאה מגוון כמו חיידקי תחום, ונציגיו ניתן למצוא בכל בית גידול. חלק מהארכאים הם מזופילים, ורבים הם אקסטרופילים, המעדיפים חום או קור קיצוני, מליחות קיצונית או תנאים אחרים העוינים את רוב צורות החיים האחרות על פני כדור הארץ. חילוף החומרים שלהם מותאם לסביבות הקשות, והם יכולים לבצע מתנוגנזה, למשל, שחיידקים ואיקריוטים אינם יכולים.

גודלו ומורכבותו של הגנום הארכאי מקשים על הסיווג. רוב הטקסונומים מסכימים שבתוך הארכיאה יש כיום חמש פילות עיקריות: קרנרכיאוטה, אוריארצ'אוטה, קורארכאוטה, ננוארכאוטה ותאומארכאוטה. סביר להניח שישנן קבוצות ארכאיות רבות אחרות שטרם נחקרו וסווגו באופן שיטתי.

למעט יוצאים מן הכלל, ארכאים אינם קיימים במיקרוביוטה האנושית, וכיום לא ידוע שאף אחד מהם קשור למחלות זיהומיות בבני אדם, בעלי חיים, צמחים או מיקרואורגניזמים. עם זאת, רבים ממלאים תפקידים חשובים בסביבה ולכן עשויים להשפיע באופן עקיף על בריאות האדם.

קרנרכיאוטה

Crenarchaeota היא מחלקה של ארכאה שהיא מגוונת ביותר, המכילה סוגים ומינים השונים מאוד במורפולוגיה ובדרישות שלהם לצמיחה. כל Crenarchaeota הם אורגניזמים מימיים, והם נחשבים למיקרואורגניזמים הנפוצים ביותר באוקיינוסים. רוב, אך לא כולם, Crenarchaeota הם היפרתרמופילים; חלקם (בעיקר הסוג פירולובוס) מסוגלים לגדול בטמפרטורות של עד 113 מעלות צלזיוס 1

ארכאים מהסוג Sulfolobus (איור4.6.1) הם תרמופילים המעדיפים טמפרטורות סביב 70-80 מעלות צלזיוס ואסידופילים המעדיפים pH של 2-3. 2 סולפולובוס יכול לחיות בסביבות אירוביות או אנאירוביות. בנוכחות חמצן, Sulfolobus spp. להשתמש בתהליכים מטבוליים דומים לאלה של הטרוטרופים. בסביבות אנאירוביות הם מחמצנים גופרית לייצור חומצה גופרתית, המאוחסנת בגרגירים. Sulfolobus spp. משמשים בביוטכנולוגיה לייצור חלבונים תרמו-יציבים ועמידים לחומצה הנקראים אפיטינים. 3 אפיטינים יכולים לקשור ולנטרל אנטיגנים שונים (מולקולות הנמצאות ברעלים או בחומרים זיהומיים המעוררים תגובה חיסונית מהגוף).

מיקרוגרף של תא כדורי ובתוכו מבנים מכוסי יהלום.
איור4.6.1: סולפולובוס, ארכיאון מהמחלקה Crenarchaeota, מחמצן גופרית ואוגר חומצה גופרתית בגרגירים שלו.

סוג אחר, Thermoproteus, מיוצג על ידי אורגניזמים אנאירוביים למהדרין עם טמפרטורת צמיחה אופטימלית של 85 מעלות צלזיוס, יש להם דגלים ולכן הם תנועתיים. לתרמופרוטאוס יש קרום תאי שבו שומנים יוצרים חד-שכבה ולא דו שכבתית, האופיינית לארכאה. חילוף החומרים שלה הוא אוטוטרופי. כדי לסנתז ATP, Thermoproteus spp. להפחית גופרית או מימן מולקולרי ולהשתמש בפחמן דו חמצני או פחמן חד חמצני כמקור לפחמן. Thermoproteus נחשב לסוג המסתעף העמוק ביותר של ארכאה, ולכן הוא דוגמה חיה לכמה מצורות החיים המוקדמות ביותר של כדור הארץ שלנו.

תרגיל 4.6.1

אילו סוגי סביבות מעדיפים קרנרכיאוטה?

יוריארצ'אוטה

הפילום Euryarchaeota כולל מספר מעמדות נפרדים. מינים בכיתות מתנובקטריה, מתנוקוקים ומתנומיקרוביה מייצגים ארכאה שניתן לתאר בדרך כלל כמתנוגנים. מתנוגנים ייחודיים בכך שהם יכולים להפחית פחמן דו חמצני בנוכחות מימן, לייצר מתאן. הם יכולים לחיות בסביבות הקיצוניות ביותר ויכולים להתרבות בטמפרטורות המשתנות מתחת לאפס ועד לרתיחה. מתנוגנים נמצאו במעיינות חמים כמו גם עמוק מתחת לקרח בגרינלנד. כמה מדענים אפילו שיערו כי מתנוגנים עשויים לאכלס את כוכב הלכת מאדים מכיוון שתערובת הגזים המיוצרים על ידי מתנוגנים דומה להרכב האטמוספירה של המאדים. 4

מתנוגנים נחשבים לתרום להיווצרות משקעים אנוקסיים על ידי ייצור מימן גופרתי, מה שהופך "גז ביצה". הם גם מייצרים גזים אצל מעלי גירה ובני אדם. כמה סוגים של מתנוגנים, בעיקר Methanosarcina, יכולים לגדול ולייצר מתאן בנוכחות חמצן, אם כי הרוב המכריע הם אנאירובים קפדניים.

המחלקה Halobacteria (שנקראה לפני שמדענים זיהו את ההבחנה בין ארכאה לחיידקים) כוללת ארכאה הלופילית ("אוהבת מלח"). הלובקטריה דורשת ריכוז גבוה מאוד של נתרן כלורי בסביבתם המימית. הריכוז הנדרש קרוב לרוויה, 36%; סביבות כאלה כוללות את ים המלח וכן כמה אגמים מלוחים באנטארקטיקה ובדרום מרכז אסיה. תכונה יוצאת דופן אחת של אורגניזמים אלה היא שהם מבצעים פוטוסינתזה באמצעות החלבון בקטריורודופסין, המעניק להם, ולגופי המים שהם מאכלסים, צבע סגול יפהפה (איור). 4.6.2

תצלום של שדות אדומים, לבנים וורודים.
איור4.6.1: הלובקטריה הגדלה בבריכות המלח הללו מעניקה להן צבע סגול מובהק. (קרדיט: שינוי עבודה מאת טוני היסגט)

מינים בולטים של הלובקטריה כוללים Halobacterium salinarum, שעשוי להיות האורגניזם החי העתיק ביותר על פני כדור הארץ; מדענים בודדו את ה- DNA שלו ממאובנים בני 250 מיליון שנה. 5 מין אחר, Haloferax volcanii, מראה מערכת מתוחכמת מאוד של חילופי יונים, המאפשרת לו לאזן את ריכוז המלחים בטמפרטורות גבוהות

תרגיל 4.6.2

היכן חיים הלובקטריה?

מציאת קשר בין ארכאה למחלות

לא ידוע כי ארכאים גורמים למחלה כלשהי בבני אדם, בעלי חיים, צמחים, חיידקים או בארכאות אחרות. למרות שזה הגיוני עבור האקסטרופילים, לא כל הארכאים חיים בסביבות קיצוניות. סוגים ומינים רבים של ארכאה הם מזופילים, כך שהם יכולים לחיות במיקרוביומים של בני אדם ובעלי חיים, אם כי לעתים רחוקות הם עושים זאת. כפי שלמדנו, כמה מתנוגנים קיימים במערכת העיכול האנושית. עם זאת, אין לנו ראיות מהימנות המצביעות על ארכאי כלשהו כגורם הסיבתי למחלה אנושית כלשהי.

ובכל זאת, מדענים ניסו למצוא קשרים בין מחלות אנושיות לארכיאה. לדוגמה, בשנת 2004, Lepp et al. הציג ראיות לכך שארכאי בשם Methanobrevibacter oralis מאכלס את החניכיים של חולים במחלת חניכיים. המחברים הציעו כי פעילותם של מתנוגנים אלה גורמת למחלה. 6 עם זאת, לאחר מכן הוכח כי לא היה קשר סיבתי בין M. oralis ודלקת חניכיים. נראה כי סביר יותר שמחלת חניכיים גורמת להגדלה של אזורים אנאירוביים בפה המאוכלסים לאחר מכן על ידי M. oralis. 7

לא נותרה תשובה טובה מדוע נראה כי ארכאה אינה פתוגנית, אך מדענים ממשיכים לשער ולקוות למצוא את התשובה.

סיכום

  • ארכאים הם מיקרואורגניזמים חד-תאיים, פרוקריוטיים הנבדלים מחיידקים בגנטיקה, בביוכימיה ובאקולוגיה שלהם.
  • חלק מהארכאים הם אקסטרופילים, החיים בסביבות עם טמפרטורות גבוהות או נמוכות במיוחד, או מליחות קיצונית.
  • ידוע שרק ארכאים מייצרים מתאן. ארכאים המייצרים מתאן נקראים מתנוגנים.
  • ארכיאה הלופילית מעדיפה ריכוז מלח קרוב לרוויה ומבצעת פוטוסינתזה באמצעות בקטריורודופסין.
  • כמה ארכאים, המבוססים על עדויות מאובנים, הם בין האורגניזמים העתיקים ביותר על פני כדור הארץ.
  • ארכאים אינם חיים במספרים גדולים במיקרוביומים אנושיים ואינם ידועים כגורמים למחלות.

הערות שוליים

  1. א 'בלוכל ואח '. "Pyrolobus fumani, gen. ו- sp. nov., מייצג קבוצה חדשה של ארכאה, המרחיבה את מגבלת הטמפרטורה העליונה לכל החיים עד 113 מעלות צלזיוס." אקסטרמופילים 1 (1997) :14—21.
  2. ת.ד. ברוק ואח '. "סולפולובוס: סוג חדש של חיידקים מחמצנים גופרית החיים ב- pH נמוך ובטמפרטורה גבוהה." ארכיון למיקרוביולוגיה 84 מס '1 (1972) :54—68.
  3. ס 'פאצ'קו ואח '. "העברת זיקה לחלבון Sac7d אקסטרמופילי ארכאי על ידי החדרת CDR." תכנון ובחירת הנדסת חלבונים 27 מס '10 (2014): 431-438.
  4. ר.ר. בריט "יצורי מכתש: היכן שמיקרובי מאדים עלולים להסתתר." www.space.com/1880-מכתש-קרי... obes-lurk.html. גישה ל- 7 באפריל 2015.
  5. ה 'ורילנד ואח '. "ניתוחי חומצות שומן ו- DA של חיידק פרמיאן המבודד מגבישי מלח עתיקים חושפים הבדלים עם קרוביהם המודרניים." אקסטרמופילים 10 (2006) :71—78.
  6. פ. פ. פ ואח '. "ארכאה מתנוגנית ומחלות חניכיים אנושיות." הליכי האקדמיות הלאומיות למדע של ארצות הברית של אמריקה 101 מס '16 (2004): 6176—6181.
  7. אר-איי אמינוב. "תפקידה של ארכאה במחלות אנושיות." גבולות במיקרוביולוגיה סלולרית וזיהום 3 (2013) :42.