5.3: פטריות
- Page ID
- 209342
מטרות למידה
- הסבר מדוע חקר פטריות כגון שמרים ועובשים נמצא בתחום המיקרוביולוגיה
- תאר את המאפיינים הייחודיים של פטריות
- תאר דוגמאות לרבייה א-מינית ומינית של פטריות
- השווה את קבוצות הפטריות העיקריות בפרק זה, ותן דוגמאות לכל אחת מהן
- זהה דוגמאות לגורמים העיקריים לזיהומים כתוצאה משמרים ועובשים
- זהה דוגמאות לפטריות המייצרות רעלנים
- סיווג אורגניזמים פטרייתיים לפי קבוצות עיקריות
הפטריות מהוות קבוצה מגוונת של אורגניזמים שהם הטרוטרופיים ובדרך כלל ספרוזואיים. בנוסף לפטריות המקרוסקופיות הידועות (כמו פטריות ועובש), שמרים חד-תאיים רבים ונבגים של פטריות מקרוסקופיות הם מיקרוסקופיים. מסיבה זו, פטריות כלולות בתחום המיקרוביולוגיה.
פטריות חשובות לבני אדם במגוון דרכים. לפטריות מיקרוסקופיות ומאקרוסקופיות יש רלוונטיות רפואית, עם כמה מינים פתוגניים העלולים לגרום למיקוזות (מחלות הנגרמות על ידי פטריות). חלק מהפטריות הפתוגניות הן אופורטוניסטיות, כלומר הן גורמות בעיקר לזיהומים כאשר ההגנה החיסונית של המארח נפגעת ואינן גורמות בדרך כלל למחלות אצל אנשים בריאים. פטריות חשובות בדרכים אחרות. הם פועלים כמפרקים בסביבה, והם קריטיים לייצור מזונות מסוימים כמו גבינות. פטריות הן גם מקורות עיקריים לאנטיביוטיקה, כמו פניצילין מהפטרייה פניציליום.
מאפייני פטריות
לפטריות יש מאפיינים מוגדרים היטב המבדילים אותם מאורגניזמים אחרים. רוב גופי הפטרייה הרב-תאיים, הנקראים בדרך כלל עובשים, מורכבים מחוטים הנקראים היפות. היפות יכולות ליצור רשת סבוכה הנקראת תפטיר וליצור את התאלוס (גוף) של פטריות בשרניות. היפות שיש להן קירות בין התאים נקראות היפאות ספטטיות; היפות חסרות קירות וממברנות תאים בין התאים נקראות היפות לא-ספטטיות או קואנוציטיות). (איור\(\PageIndex{1}\)).
בניגוד לעובשים, שמרים הם פטריות חד-תאיות. השמרים המתהווים מתרבים באופן א-מיני על ידי ניצני תא בת קטן יותר; התאים המתקבלים עשויים לפעמים להיצמד זה לזה כשרשרת קצרה או פסאודוהיפה (איור). \(\PageIndex{1}\) קנדידה אלביקנס היא שמרים נפוצים היוצרים pseudohyphae; זה קשור לזיהומים שונים בבני אדם, כולל דלקות שמרים בנרתיק, קיכלי פה וקנדידיאזיס בעור.
חלק מהפטריות הן דימורפיות, בעלות יותר ממראה אחד במהלך מחזור חייהן. פטריות דימורפיות אלו עשויות להופיע כשמרים או עובשים, מה שיכול להיות חשוב לזיהום. הם מסוגלים לשנות את המראה שלהם בתגובה לשינויים סביבתיים כגון זמינות חומרים מזינים או תנודות בטמפרטורה, גדלים כמו עובש, למשל, ב 25° C (77° F), וכתאי שמרים ב 37° C (98.6° F). יכולת זו מסייעת לפטריות דימורפיות לשרוד בסביבות מגוונות. Histoplasma capsulatum, הפתוגן הגורם להיסטופלזמוזיס, זיהום ריאות, הוא דוגמה לפטרייה דימורפית (איור). \(\PageIndex{2}\)
ישנם מאפיינים ייחודיים בולטים בדפנות תאים פטרייתיים ובממברנות. דפנות תאים פטרייתיות מכילות כיטין, בניגוד לתאית המצויה בדפנות התא של צמחים ופרוטיסטים רבים. בנוסף, בעוד שלבעלי חיים יש כולסטרול בקרומי התא שלהם, לממברנות התא הפטרייתי יש סטרולים שונים הנקראים ארגוסטרולים. ארגוסטרולים מנוצלים לעתים קרובות כמטרות לתרופות נגד פטריות.
מחזורי חיים פטרייתיים הם ייחודיים ומורכבים. פטריות מתרבות מינית באמצעות הפריה צולבת או עצמית. פטריות הפלואידיות יוצרות היפות שיש להן גמטות בקצות. שני סוגי הזדווגות שונים (המיוצגים כ- "+ type" ו- "- type") מעורבים. הציטופלזמות של הגמטות מסוג + ו- - מתמזגות (באירוע הנקרא פלסמוגמיה), ומייצרות תא בעל שני גרעינים נפרדים (תא דיקריוטי). מאוחר יותר, הגרעינים מתמזגים (באירוע שנקרא קריוגמיה) ליצירת זיגוטה דיפלואידית. הזיגוטה עוברת מיוזה ליצירת נבגים הנובטים כדי להתחיל את השלב הפלואידי, מה שבסופו של דבר יוצר יותר תפטיר הפלואידי (איור). \(\PageIndex{3}\) בהתאם לקבוצה הטקסונומית, נבגים אלה המיוצרים מינית ידועים בשם זיגוספורים (בזיגומיקוטה), אסקוספורים (באסקומיקוטה) או בסידיוספורים (ב Basidiomycota) (איור). \(\PageIndex{4}\)
פטריות עשויות גם להפגין רבייה א -מינית על ידי מיטוזה, מיטוזה עם ניצנים, פיצול של היפות ויצירת נבגים א-מיניים על ידי מיטוזה. נבגים אלה הם תאים מיוחדים אשר, בהתאם לאורגניזם, עשויים להיות בעלי מאפיינים ייחודיים להישרדות, רבייה ופיזור. פטריות מציגות מספר סוגים של נבגים א-מיניים ואלה יכולים להיות חשובים בסיווג.
תרגיל \(\PageIndex{1}\)
האם פטרייה דימורפית היא שמרים או עובש? להסביר.
גיוון פטרייתי
הפטריות מגוונות מאוד, הכוללות שבע קבוצות עיקריות. לא כל שבע הקבוצות מכילות פתוגנים. חלק מהקבוצות הללו קשורות בדרך כלל לצמחים וכוללות פתוגנים צמחיים. לדוגמה, Urediniomycetes ו- Ustilagomycetes כוללים את החלודות והכתמים של הצמח, בהתאמה. אלה יוצרים מסות אדמדמות או כהות, בהתאמה, על צמחים כחלודות (אדומות) או כתמים (כהים). למינים מסוימים יש השפעה כלכלית משמעותית בגלל יכולתם להפחית את תפוקת היבול. Glomeromycota כולל את פטריות המיקוריזה, סימביונים חשובים עם שורשי צמחים שיכולים לקדם את צמיחת הצמחים על ידי התנהגות כמו מערכת שורשים מורחבת. הגלומרומיקוטה הם סימביונים מחייבים, כלומר הם יכולים לשרוד רק כאשר הם קשורים לשורשי צמחים; הפטריות מקבלות פחמימות מהצמח והצמח נהנה מהיכולת המוגברת לקלוט חומרים מזינים ומינרלים מהאדמה. ה Chytridiomycetes (chytrids) הם פטריות קטנות, אך הם חשובים ביותר מבחינה אקולוגית. Chytrids הם בדרך כלל מימיים ויש להם גמטות מנותקות, תנועתיות; סוגים ספציפיים מעורבים בירידות דו-חיים ברחבי העולם. בגלל חשיבותם הרפואית, נתמקד בזיגומיקוטה, אסקומיקוטה, בסידיומיקוטה ומיקרוספורידיה. איור \(\PageIndex{9}\) מסכם את המאפיינים של קבוצות פטריות חשובות מבחינה רפואית אלה.
הזיגומיקוטה (זיגומיציטים) הם בעיקר ספרופיטים עם היפות קואנוציטיות וגרעינים הפלואידים. הם משתמשים בספורנגיוספורים לצורך רבייה א-מינית. שם הקבוצה מגיע מהזיגוספורים שבהם הם משתמשים לרבייה מינית (איור\(\PageIndex{3}\)), שיש להם קירות קשים הנוצרים מהתמזגות של תאי רבייה משני פרטים. Zygomycetes חשובים למדעי המזון וכמחוללי יבול. דוגמה אחת היא Rhizopus stolonifer (איור\(\PageIndex{4}\)), תבנית לחם חשובה הגורמת גם לדלקת שתילי אורז. Mucor הוא סוג של פטריות שעלולות לגרום לזיהומים נמקים בבני אדם, אם כי רוב המינים אינם סובלניים לטמפרטורות הנמצאות בגופי יונקים (איור). \(\PageIndex{4}\)
האסקומיקוטה כוללת פטריות המשמשות כמזון (פטריות מאכל, מורל וכמהין), אחרות שהן סיבות שכיחות לקלקול מזון (תבניות לחם ופתוגנים צמחיים), ועוד אחרות שהן פתוגנים אנושיים. לאסקומיקוטה עשויות להיות היפות מחיצות וגופי פרי בצורת כוס הנקראים ascocarps. סוגים מסוימים של Ascomycota משתמשים באסקוספורים המיוצרים מינית וכן בנבגים א-מיניים הנקראים קונידיה, אך שלבים מיניים לא התגלו או תוארו עבור אחרים. חלקם מייצרים אסקוס המכיל אסקוספורים בתוך אסקוקארפ (איור). \(\PageIndex{5}\)
דוגמאות לאסקומיקוטה כוללות מספר תבניות לחם ופתוגנים קלים, כמו גם מינים המסוגלים לגרום למיקוזות חמורות יותר. מינים בסוג אספרגילוס הם גורמים חשובים לאלרגיה וזיהום, והם שימושיים במחקר ובייצור משקאות אלכוהוליים מותססים מסוימים כמו סאקה יפנית. הפטרייה Aspergillus flavus, מזהם של אגוזים ודגנים מאוחסנים, מייצרת אפלטוקסין שהוא גם רעלן וגם המסרטן הטבעי החזק ביותר הידוע. Neurospora crassa הוא בעל שימוש מיוחד במחקר גנטיקה מכיוון שהנבגים המיוצרים על ידי מיוזה נשמרים בתוך האסקוס בשורה המשקפת את חלוקות התאים שייצרו אותם, ומעניקה מבט ישיר על הפרדה ומגוון גנים (איור). \(\PageIndex{6}\) פניציליום מייצר את האנטיביוטיקה פניצילין (איור). \(\PageIndex{5}\)
מינים רבים של ascomycetes חשובים מבחינה רפואית. מספר רב של מינים בסוגים Trichophyton, Microsporum ו- Epidermophyton הם דרמטופיטים, פטריות פתוגניות המסוגלות לגרום לזיהומי עור כמו כף רגל של אתלט, גירוד ג'וק וגזזת. Blastomyces dermatitidis היא פטרייה דימורפית העלולה לגרום לבלסטומיקוזיס, זיהום בדרכי הנשימה שאם הוא לא מטופל, יכול להתפשט לאתרי גוף אחרים, ולעיתים להוביל למוות. פתוגן נשימתי חשוב נוסף הוא הפטרייה הדימורפית Histoplasma capsulatum (איור\(\PageIndex{2}\)), הקשורה לציפורים ועטלפים בעמקי הנהר אוהיו ומיסיסיפי. Coccidioides immitis גורם למחלת הריאות הקשה קדחת העמק. קנדידה אלביקנס, הגורם השכיח ביותר לזיהומים בנרתיק ובשמרים אחרים, הוא גם פטריית אסקומיצט; זהו חלק מהמיקרוביוטה הרגילה של העור, המעי, דרכי המין והאוזן (איור). \(\PageIndex{5}\) Ascomycetes גורמים גם למחלות צמחים, כולל זיהומי ארגוט, מחלת בוקיצה הולנדית וטחב אבקתי.
שמרי Saccharomyces, כולל שמרי האופה S. cerevisiae, הם אסקומיציטים חד-תאיים עם שלבים הפלואידים ודיפלואידים (איור). \(\PageIndex{7}\) זה ומינים אחרים של Saccharomyces משמשים לבישול בירה.
הבסידיומיקוטה (basidiomycetes) הן פטריות שיש להן בסידיה (מבנים בצורת מועדון) המייצרות בסידיוספורים (נבגים המיוצרים באמצעות ניצנים) בתוך גופי פרי הנקראים basidiocarps (איור). \(\PageIndex{8}\) הם חשובים כמפרקים וכמזון. קבוצה זו כוללת חלודות, סירחון, כדורי עלים ופטריות. כמה מינים הם בעלי חשיבות מיוחדת. Cryptococcus neoformans, פטרייה הנפוצה כשמרים בסביבה, עלולה לגרום לדלקות ריאות חמורות בעת שאיפה על ידי אנשים עם מערכת חיסון מוחלשת. פטריית האחו האכילה, Agricus campestris, היא בסידיומיציט, וכך גם הפטרייה הרעילה אמניטה פאלואידים, המכונה כובע המוות. הרעלים הקטלניים המיוצרים על ידי A. phalloides שימשו לחקר שעתוק.
לבסוף, המיקרוספורידיה הן פטריות חד-תאיות המהוות טפילים תאיים מחייבים. הם חסרים מיטוכונדריה, פרוקסיזומים וצנטריולים, אך הנבגים שלהם משחררים צינורית קוטבית ייחודית החודרת את קרום התא המארח כדי לאפשר לפטרייה להיכנס לתא. מספר מיקרוספורידיה הם פתוגנים אנושיים, וזיהומים במיקרוספורידיה נקראים מיקרוספורידיוזיס. מין פתוגני אחד הוא Enterocystozoan bieneusi, שעלול לגרום לתסמינים כמו שלשול, דלקת שלפוחית השתן (דלקת בכיס המרה), ובמקרים נדירים, מחלות נשימה.
תרגיל \(\PageIndex{2}\)
נראה כי איזו קבוצת פטריות קשורה למספר הגדול ביותר של מחלות אנושיות?
פתוגנים אוקריוטיים במארחים אוקריוטיים
כאשר אנו חושבים על תרופות אנטי מיקרוביאליות, לעתים קרובות עולה בראשנו אנטיביוטיקה כמו פניצילין. פניצילין ואנטיביוטיקה קשורה מפריעים לסינתזה של דפנות תאי פפטידוגליקן, המכוונת ביעילות לתאי חיידקים. אנטיביוטיקה זו שימושית מכיוון שלבני אדם (כמו לכל האיקריוטים) אין קירות תאים פפטידוגליקנים.
פיתוח תרופות יעילות נגד תאים אוקריוטיים אך אינן מזיקות לתאים אנושיים קשה יותר. למרות הבדלים מורפולוגיים עצומים, תאי בני האדם, הפטריות והפרוטיסטים דומים מבחינת הריבוזומים, השלדים והממברנות התא שלהם. כתוצאה מכך, מאתגר יותר לפתח תרופות המכוונות לפרוטוזואנים ופטריות באותו אופן שבו אנטיביוטיקה מכוונת לפרוקריוטים.
לקוטלי פטריות דרכי פעולה מוגבלות יחסית. מכיוון שלפטריות יש ארגוסטרולים (במקום כולסטרול) בקרומי התא שלהם, האנזימים השונים המעורבים בייצור סטרול יכולים להיות יעד לתרופות מסוימות. קוטלי הפטריות של אזול ומורפוליןמפריעים לסינתזה של סטרולים ממברנה. אלה נמצאים בשימוש נרחב בחקלאות (fenpropimorph) וקלינית (למשל, miconazole). חלק מהתרופות נגד פטריות מכוונות לדפנות תאי הכיטין של פטריות. למרות ההצלחה של תרכובות אלה במיקוד פטריות, תרופות אנטי פטרייתיות לזיהומים מערכתיים עדיין נוטות להיות בעלות תופעות לוואי רעילות יותר מאשר אנטיביוטיקה לחיידקים.
מיקוד קליני: חלק 3
לשרה הקלה שהגזזת אינה תולעת ממשית, אלא רוצה לדעת מה היא באמת. הרופא מסביר כי גזזת היא פטרייה. הוא אומר לה שהיא לא תראה פטריות קופצות מתוך עורה, כי הפטרייה הזאת דומה יותר לחלק הבלתי נראה של פטרייה שמסתתרת באדמה. הוא מרגיע אותה שהם הולכים להוציא ממנה גם את הפטרייה.
הרופא מנקה ואז מגרד בזהירות את הנגע כדי להניח דגימה בשקופית. על ידי התבוננות בו במיקרוסקופ, הרופא מסוגל לאשר כי זיהום פטרייתי אחראי לנגע של שרה. באיור\(\PageIndex{10}\), ניתן לראות מאקרו ומיקרוקונידיה ברוברום טריכופיטון. קירות התא נראים גם הם. גם אם הפתוגן היה דומה להלמינת מתחת למיקרוסקופ, נוכחותם של קירות התא תשלול את האפשרות מכיוון שתאי בעלי חיים חסרים דפנות תאים.
הרופא רושם קרם אנטי פטרייתי לאמה של שרה כדי להחיל על גזזת. אמה של שרה שואלת, "מה עלינו לעשות אם זה לא ייעלם?"
תרגיל \(\PageIndex{3}\)
האם ניתן לטפל בכל צורות הגזזת באותה תרופה נגד פטריות?
מושגי מפתח וסיכום
- הפטריות כוללות אורגניזמים אוקריוטיים ספרוטרופיים מגוונים עם דפנות תאי כיטין
- פטריות יכולות להיות חד-תאיות או רב-תאיות; חלקם (כמו שמרים) ונבגי פטרייה הם מיקרוסקופיים, בעוד שחלקם גדולים ובולטים
- סוגי הרבייה חשובים בהבחנה בין קבוצות פטרייתיות
- מינים חשובים מבחינה רפואית קיימים בארבע קבוצות הפטריות זיגומיקוטה, אסקומיקוטה, בסידיומיקוטה ומיקרוספורידיה
- חברי זיגומיקוטה, אסקומיקוטה ובסידיומיקוטה מייצרים רעלים קטלניים
- הבדלים חשובים בתאים פטרייתיים, כגון ארגוסטרולים בממברנות פטרייתיות, יכולים להיות מטרות לתרופות נגד פטריות, אך קווי דמיון בין תאים אנושיים ופטרייתיים מקשים על מציאת מטרות לתרופות ולתרופות אלו יש לעתים קרובות השפעות שליליות רעילות