מהן התפקידים העיקריים של Cilia & Flagella?

Cilia ו flagella הם שני סוגים שונים של נספחים מיקרוסקופיים על התאים. Cilia נמצאים גם בבעלי חיים וגם במיקרואורגניזמים, אך לא ברוב הצמחים. פלגלה משמשת לניידות בחיידקים, כמו גם לגימטריות של אוקריוטים. גם הסיליה וגם הדגל משרתות פונקציות תנועה, אך בנימוסים שונים. שניהם מסתמכים על דינין, שהוא חלבון מוטורי, ומיקרו-צינורות לעבוד.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

Cilia ו flagella הם אברונים על תאים המספקים הנעה, מכשירים תחושתיים, מנגנוני פינוי ותפקידים חשובים רבים אחרים באורגניזמים חיים.

Cilia היו האברונים הראשונים שהתגלו, על ידי אנטוני ואן ליוונהוק בסוף המאה ה -17. הוא הבחין בסיליות ניעות ("זזות"), "רגליים קטנות", שתיאר כי הן מתגוררות על "בעלי חיים" (כנראה פרוטוזואה). סיסיות שאינן ניעות נצפו הרבה יותר מאוחר עם מיקרוסקופים טובים יותר. רוב הסיליות קיימות בבעלי חיים, כמעט בכל סוג של תאים, שנשמרים על פני מינים רבים באבולוציה. עם זאת, ניתן למצוא צמרות מסוימות בצמחים בצורה של קימת. Cilia עשויים microtubules בסידור הנקרא axoneme הרירי, אשר מכוסה על ידי קרום הפלזמה. גוף התא מייצר חלבונים ריריים ומעביר אותם לקצה האקסונמה; תהליך זה נקרא הובלה תוך-רחמית או תוך-רחמית (IFT). נכון לעכשיו, מדענים חושבים שכ -10% מהגנום האנושי מוקדש לסיליה ולגסיסתם.

אורך סיליה בין 1 ל -10 מיקרומטר. אברונים תוספים דמויי שיער אלו פועלים להעברת תאים וכן להזזת חומרים. הם יכולים להעביר נוזלים למינים ימיים כמו צדפות, כדי לאפשר הובלת מזון וחמצן. Cilia מסייעים לנשימה בריאות של בעלי חיים על ידי מניעת חדירת פסולת ופתוגנים פוטנציאליים לגוף. Cilia קצרים יותר מאשר flagella ולהתרכז במספרים גדולים בהרבה. הם נוטים לנוע בשבץ מהיר כמעט באותו זמן בקבוצה, המהווים אפקט גל. Cilia יכול גם לסייע בתנועה של סוגים מסוימים של פרוטוזואה. קיימים שני סוגים של סיליות: סיסיות ניעות (נעות) ולא ניעות (או ראשוניות), ושתיהן עובדות באמצעות מערכות IFT. סיליות ניוד שוכנות במעברי דרכי הנשימה ובריאות, כמו גם בתוך האוזן. סיליות שאינן תנועתיות שוכנות באיברים רבים.

פלאגלה הם נספחים המסייעים בהנעת חיידקים ובזמרות האקריוטות, כמו גם כמה פרוטוזואים. Flagella נוטים להיות יחיד, כמו זנב. הם בדרך כלל ארוכים מסיליה. בפרוקריוטים, דגלים עובדים כמו מנועים קטנים עם סיבוב. באיקריוטים הם מבצעים תנועות חלקות יותר.

סיליה ממלאת תפקידים במחזור התא וכן בהתפתחות בעלי חיים, כמו בלב. סיליה מאפשרת באופן סלקטיבי לחלבונים מסוימים לתפקד כראוי. Cilia גם ממלא תפקיד של תקשורת סלולרית וסחר מולקולרי.

לסיליות הניידות יש סידור 9 + 2 של תשעה זוגות מיקרו-צינורות חיצוניים, יחד עם מרכז של שני מיקרו-צינורות. סיליות הניידות משתמשות בבליעה הקצבית שלהם כדי לסחוף חומרים, כמו בפינוי לכלוך, אבק, מיקרואורגניזמים וריר, כדי למנוע מחלות. זו הסיבה שהם קיימים על רפידות מעברי הנשימה. סיליות ניוד יכולות לחוש ולהעביר נוזל חוץ-תאי.

סיליות שאינן ניעות, או ראשוניות, אינן תואמות את אותו מבנה כמו הסיליות הנעות. הם מסודרים כמיקרו-צינורות תוספת בודדים ללא מבנה המיקרו-צינור המרכזי. הם אינם מחזיקים בזרועות דיינין, ומכאן אי-התנועתיות הכללית שלהם. במשך שנים רבות, מדענים לא התמקדו בסיליות הראשוניות הללו ולכן לא ידעו מעט על תפקידיהם. סיליות שאינן ניעות משמשות כמנגנון חושי לתאים, המזהות אותות. הם ממלאים תפקידים מכריעים בתאי עצב חושיים. ניתן למצוא סיליות שאינן ניעות בכליות כדי לחוש את זרימת השתן, כמו גם בעיניים הנמצאות בקולטני הרשתית. בקולטני אור הם מתפקדים להובלת חלבונים חיוניים מהקטע הפנימי של קולטן האור לקטע החיצוני; ללא פונקציה זו, קולטני האור ימותו. כאשר סיליה חשה בזרימת נוזלים, המובילה לשינויים בצמיחת התאים.

Cilia מספקים יותר מאשר פונקציות אישור ותפקוד חושי בלבד. הם מספקים גם בתי גידול או אזורי גיוס למיקרוביומים סימביוטיים בבעלי חיים. בבעלי חיים מימיים כמו קלמארי, ניתן לראות באופן ישיר יותר את רקמות האפיתל הריריות מכיוון שהן נפוצות ואינן משטחים פנימיים. על רקמות המארח קיימים שני סוגים שונים של אוכלוסיות סיליות: אחת עם סיליות ארוכות המתנפנפות לאורך חלקיקים קטנים כמו חיידקים אך אינם כוללים גדולים יותר, וסיליות מכות קצרות יותר המערבבות סביבתיות נוזלים. הסיליות הללו פועלות לגיוס סימביונציות של מיקרוביומים. הם עובדים באזורים המעבירים חיידקים וחלקיקים זעירים אחרים לאזורים מוגנים, תוך שהם מערבבים נוזלים ומקלים על אותות כימיים כך שחיידקים יוכלו ליישב את האזור הרצוי. לכן הסיליות עובדות לסינון, פינוי, לוקליזציה, בחירה וצבירת חיידקים ובקרת הידבקות למשטחים מסולסלים.

Cilia התגלו גם להשתתף בהפרשת שלפוחית ​​של אקטוזומים. מחקרים עדכניים יותר חושפים יחסי גומלין בין סיליה למסלולים סלולריים שיכולים לספק תובנה לגבי תקשורת סלולרית כמו גם על מחלות.

ניתן למצוא פלגלה בפרוקריוטים ובאיקריוטים. הם אברוני נימה ארוכים העשויים ממספר חלבונים שאורכם מגיע עד 20 מיקרומטר מעל פני השטח שלהם על חיידקים. בדרך כלל, flagella הם ארוכים יותר מ cilia ומספקים תנועה והנעה. מנועי נימה חיידקיים חיידקיים יכולים להסתובב במהירות של 15,000 סיבובים לדקה (סל"ד). יכולת השחייה של הפלאגלה מסייעת בתפקודם, בין אם זה לחיפוש מזון וחומרים מזינים, רבייה או מארחים פולשים.

בפרוקריוטים כמו חיידקים, הדגנים משמשים כמנגנוני הנעה; הם הדרך העיקרית לחיידקים לשחות דרך נוזלים. לדגל בחיידקים יש מנוע יונים למומנט, וו שמעביר מומנט מוטורי, ונימה, או מבנה דמוי זנב ארוך שמניע את החיידק. המנוע יכול להסתובב ולהשפיע על התנהגות הנימה, ומשנה את כיוון הנסיעה לחיידק. אם הדגל נע בכיוון השעון הוא יוצר סליל-על; כמה דגלים יכולים ליצור צרור, ואלה עוזרים להניע חיידק בדרך ישרה. כאשר מסובבים אותו בצורה הפוכה, הנימה מייצרת סליל-על קצר יותר וצרור הדגלים מתפרק, מה שמוביל לנפילה. בגלל היעדר רזולוציה גבוהה לניסויים, מדענים משתמשים בסימולציות מחשב כדי לחזות תנועה דגלונית.

כמות החיכוך בנוזל משפיעה על האופן שבו הלהט יתגלגל. חיידקים יכולים לארח מספר דגלים כמו למשל Escherichia coli. Flagella מאפשרים לחיידקים לשחות בכיוון אחד ואז להסתובב לפי הצורך. פעולה זו פועלת באמצעות הדגל המסתובב והסלילי, המשתמש בשיטות שונות כולל מחזורי דחיפה ומשיכה. שיטת תנועה נוספת מושגת על ידי עטיפה סביב גוף התא בצרור. באופן זה, flagella יכולה גם לסייע בתנועה הפוכה. כאשר חיידקים נתקלים במרחבים מאתגרים, הם יכולים לשנות את מיקומם בכך שהם מאפשרים לדגלם להגדיר מחדש את הצרורות או לפרק אותם. מעבר מצב פולימורפי זה מאפשר מהירויות שונות, כאשר מצבי הדחיפה והמשיכה בדרך כלל מהירים יותר מהמצבים העטופים. זה מסייע בסביבות שונות; למשל, צרור הסליל יכול להעביר חיידק באזורים צמיגים עם אפקט פקק חולץ. זה מסייע בחקירת חיידקים.

Flagella מספקים תנועה לחיידקים אך גם מספקים מנגנון לחיידקים פתוגניים המסייעים בהתיישבות המארחים ולכן בהעברת מחלות. Flagella משתמשים בשיטת טוויסט-און-סטיק לעגן חיידקים על גבי משטחים. פלאגלה מתפקדת גם כגשרים או פיגומים להידבקות לרקמה המארחת.

דגי איקריוטים סוטים מפרוקריוטים בהרכב. פלגלה באיקריוטים מכילה הרבה יותר חלבונים ונושאת דמיון מסוים לסיליות ניוד, עם אותם דפוסי תנועה ובקרה כלליים. פלאגלה משמשים לא רק לתנועה, אלא גם לסיוע בהאכלת תאים ובהתרבות אאוקריוטה. פלאגלה משתמשת בהובלה תוך-פלאגלית, שהיא הובלה של קומפלקס חלבונים הנדרש למולקולות האיתות המעניקות ניידות לפללה. פלאגלה קיימת באורגניזמים מיקרוסקופיים כגון פרוטוזואה מסטיגופורה, או שהם עשויים להתקיים בתוך בעלי חיים גדולים יותר. במספר טפילים מיקרוסקופיים יש גם דגלים המסייעים לנסיעה דרך אורגניזם מארח. הדגלים של טפילים פרוטסטיים אלה נושאים גם מוט פאראפלגלרי או PFR, המסייע בהתקשרות לווקטורים כגון חרקים. כמה דוגמאות אחרות ללהקות באיקריוטים כוללות את הזנב של הזמניות כמו זרע. פלאגלה ניתן למצוא גם בספוגים ובמינים מימיים אחרים; הדגלים ביצורים אלה עוזרים להזיז מים לנשימה. דגלים אאוקריוטים משמשים גם כמעט כמו אנטנות זעירות או אברונים חושיים. מדענים רק עכשיו מתחילים להבין את רוחב הפונקציה של דגלים אאוקריוטים.

תגליות מדעיות אחרונות מצאו כי מוטציות או פגמים אחרים הקשורים לסיליה גורמים למספר מחלות. תנאים אלה מכונים ciliopathies. הם משפיעים עמוקות על אנשים הסובלים מהם. ישנם קליפורציות הכוללות ליקוי קוגניטיבי, ניוון רשתית, ירידה בשמיעה, אנוסמיה (אובדן חוש הריח), הפרעות קרניופציאליות, ריאות ודרכי הנשימה הפרעות, אסימטריה שמאלית-ימין ומומים קשורים בלב, ציסטות בלבלב, מחלות כבד, פוריות, פולי-דיקטליות וחריגות בכליות כגון ציסטות, בקרב אחרים. בנוסף, לחלק ממחלות הסרטן יש קשר לפיליאופתיה.

חלק מהפרעות בכליות הקשורות לתפקוד לקוי של הסיליה כוללות נפרונופתיס והן מחלת כליה פוליציסטית אוטוזומלית דומיננטית וגם אוטוזומלית רצסיבית. סיליות לא תקינות אינן יכולות לעצור את חלוקת התאים בגלל שום זיהוי של זרימת השתן, מה שמוביל להתפתחות ציסטה.

בתסמונת Kartagener, תפקוד לקוי של זרוע dynein מוביל לניקוי לא יעיל של דרכי הנשימה של חיידקים וחומרים אחרים. זה יכול להוביל לזיהומים חוזרים ונשנים בדרכי הנשימה.

בתסמונת Bardet-Biedl, מום בסיליה מוביל לבעיות כמו ניוון רשתית, פולי-דיקטיליה, הפרעות מוחיות והשמנת יתר.

מחלות שאינן תורשתיות יכולות לנבוע מפגיעה בסיליות, כמו למשל משאריות סיגריות. זה יכול להוביל לסימפונות ובעיות אחרות.

פתוגנים יכולים גם לפקד על טיפוח סימביוטי רגיל של חיידקים על ידי סיליוס, כמו אצל מינים בורדטלה, אשר גורם להפחתת מכות סיליות ולכן מאפשר לפתוגן להיצמד למצע ולהוביל לזיהום של האדם כיווני אוויר.

מספר זיהומים חיידקיים מתייחסים לתפקוד דגל. דוגמאות לחיידקים פתוגניים כוללות סלמונלה אנטריקה, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa ו- Campylobacter jejuni. מספר אינטראקציות מתרחשות המובילות חיידקים לפלוש לרקמות המארח. Flagella משמשים כגששים מחייבים ומחפשים רכישה על מצע מארח. יש פיטובקטריות שמשתמשות בדגל שלה כדי להיצמד לרקמות הצמח. זה מוביל לייצור כגון פירות וירקות הופכים למארחים משניים לחיידקים המדביקים בני אדם ובעלי חיים. דוגמה אחת היא ליסטריה מונוציטוגנים, וכמובן E. קולי וסלמונלה הם גורמים ידועים לשמצה למחלות מזון.

הליקובקטר פילורי משתמש בדגל שלו כדי לשחות דרך ריר ולפלוש לרירית הקיבה, תוך התחמקות מחומצת הקיבה המגנה. רירית רירית פועלת כהגנה חיסונית כדי ללכוד פלישה כזו על ידי קשירת דגלים, אך ישנם חיידקים שמוצאים מספר דרכים להימלט מהכרה ולכידה. חוטים של דגלים יכולים להתפרק כך שהמארח לא יכול לזהות אותם, או לכבות את הביטוי והתנועתיות שלהם.

תסמונת קרטגנר משפיעה גם על הדגל. תסמונת זו משבשת את זרועות הדינין בין מיקרו צינורות. התוצאה היא פוריות עקב תאי זרע חסרים את ההנעה הדרושה מלהיות השחייה לביציות.

ככל שמדענים לומדים יותר על סיליה ופלאגלה, ומבהירים עוד יותר את תפקידיהם באורגניזמים, יש לפנות לגישות חדשות לטיפול במחלות וייצור תרופות.