האם לפרוקריוטים יש קירות תאים?

פרוקריוטים מייצגים אחד משני הסיווגים העיקריים של החיים. האחרים הם אקריוטים.

פרוקריוטים מבודדים על ידי רמת המורכבות הנמוכה שלהם. כולם מיקרוסקופיים, אם כי לא בהכרח חד תאיים. הם מחולקים לתחומים ארכיא ו בַּקטֶרִיָה, אך הרוב המכריע של מיני פרוקריוטים ידועים הם חיידקים שנמצאים על כדור הארץ כ -3.5 מיליארד שנה.

לתאים פרוקריוטיים אין גרעינים או אברונים הקשורים לקרום. 90 אחוז מהחיידקים כן יש קירות התא, שלמעט תאים צמחיים ותאים פטרייתיים מסוימים, חסרים תאים אוקריוטים. קירות תאים אלה יוצרים את השכבה החיצונית ביותר של חיידקים ומהווים חלק מה- כמוסת חיידקים.

הם מייצבים ומגנים את התא וחיוניים לכך שחיידקים מסוגלים להדביק תאים מארחים כמו גם את תגובת החיידק לאנטיביוטיקה.

כל התאים בטבע חולקים תכונות משותפות רבות. אחד מאלה הוא נוכחות של חיצוני קרום תא, או קרום פלזמה, המהווה את הגבול הפיזי של התא מכל עבר. חומר אחר הוא החומר המכונה ציטופלזמה נמצא בתוך קרום התא.

שלישית היא הכללת חומר גנטי בצורה של DNA, אוֹ חומצה דאוקסיריבונוקלאית. רביעית היא הנוכחות של ריבוזומים, המייצרים חלבונים. כל תא חי משתמש ב- ATP (אדנוזין טריפוספט) לצורך אנרגיה.

מבנה הפרוקריוטים פשוט. בתאים אלה, ה- DNA, במקום להיות ארוז בתוך גרעין הסגור בתוך קרום גרעיני, נמצא יותר רופף בציטופלזמה, בצורה של גוף הנקרא נוקלאואיד.

זה בדרך כלל בצורה של כרומוזום מעגלי.

הריבוזומים של התא הפרוקריוטי נמצאים מפוזרים ברחבי הציטופלזמה של התא, ואילו באיקריוטים, חלקם נמצאים באברונים כגון מערכת גולג'י וה רשתית אנדופלזמית. תפקידו של הריבוזומים הוא סינתזת חלבונים.

חיידקים מתרבים על ידי ביקוע בינארי, או פשוט מתפצלים לשניים ומחלקים את רכיבי התאים באופן שווה, כולל המידע הגנטי בכרומוזום הקטן היחיד.

שלא כמו מיטוזה, צורה זו של חלוקת תאים אינה דורשת שלבים מובחנים.

הפפטידוגליקנים הייחודיים: כל קירות תאי הצמח וקירות תאי החיידקים מורכבים בעיקר משרשראות פחמימות.

אך בעוד שקירות תאי הצמח מכילים תאית, אותם תראו ברשימת המרכיבים של מזונות רבים, קירות תאי החיידק מכילים חומר הנקרא פפטידוגליקן, שלא תרצו.

הפפטידוגליקן הזה, שהוא נמצא רק בפרוקריוטים, מגיע בסוגים שונים; הוא מעניק לתא בכללותו את צורתו ומעניק הגנה לתא מפני עלבונות מכניים.

פפטידוגליקנים מורכבים משדרה שנקראת גליקאן, שבעצמו מורכב חומצה מוראמית ו גלוקוזאמיןלשניהם בתור קבוצות אצטיל המחוברות לאטומי החנקן שלהם. הם כוללים גם שרשראות פפטיד של חומצות אמינו המקושרות לרשתות פפטיד אחרות, סמוכות.

כוחם של אינטראקציות "מגשרים" אלה משתנה מאוד בין פפטידוגליקנים שונים ולכן בין חיידקים שונים.

מאפיין זה, כפי שתראו, מאפשר לסווג חיידקים לסוגים מובחנים על פי האופן שבו קירות התא שלהם מגיבים לכימיקל מסוים.

הקישורים הצולבים נוצרים על ידי פעולת אנזים הנקרא a טרנספפטידאז, שהוא המטרה של סוג אנטיביוטיקה המשמש למאבק במחלות זיהומיות בבני אדם ובאורגניזמים אחרים.

בעוד שלכל החיידקים יש דופן תאים, ההרכב שלה משתנה ממין למין בשל הבדלים בתכולת הפפטידוגליקן שדפנות התא עשויות בחלקן או בעיקר.

ניתן להפריד בין חיידקים לשני סוגים הנקראים גרם חיובי וגרם שלילי.

אלה נקראים על שם הביולוג האנס כריסטיאן גראם, חלוץ בתחום הביולוגיה של התאים שפיתח טכניקת צביעה בשנות השמונים של המאה העשרים, המכונה בכינויו צביעת גראם, שגרם לחיידקים מסוימים להיות סגולים או כחולים ואחרים להיות אדומים או ורודים.

הסוג הקודם של החיידקים נודע בשם גרם חיוביותכונות הצביעה שלהם מיוחסות לעובדה שקירות התא שלהם מכילים חלק גבוה מאוד של פפטידוגליקן ביחס למכלול הקיר.

החיידקים הצבועים באדום או ורוד ידועים בשם גרם שליליוכפי שאתה יכול לנחש, לחיידקים אלה יש קירות המורכבים מכמויות צנועות עד קטנות של פפטידוגליקן.

בחיידקים שליליים גרם, קרום דק מונח מחוץ לדופן התא ויוצר את מעטפת תא.

שכבה זו דומה לקרום הפלזמה של התא השוכן בצד השני של דופן התא, קרוב יותר לחלק הפנימי של התא. בכמה תאים שליליים גרם, כגון ה קוליקרום התא ומעטפת הגרעין למעשה באים במגע במקומות מסוימים, וחודרים לפפטידוגליקן של הדופן הדקה שביניהם.

מעטפה גרעינית זו מכילה מולקולות המשתרעות כלפי חוץ ליפופוליסכרידים, אוֹ LPS. החוצה מהחלק הפנימי של הממברנה הזו נמצאים ליפופרוטאינים של מורין המחוברים בקצה הרחוק אל החלק החיצוני של דופן התא.

לחיידקים חיוביים גרם דופן תא פפטידוגליקן עבה, בעובי של 20 עד 80 ננומטר (ננומטר או מיליארד המטר).

דוגמאות מכילות סטפילוקוקים, סטרפטוקוקים, לקטובצילי ו Bacillus מִין.

החיידקים הללו מוכתמים סגול או אדום, אך בדרך כלל סגול, עם כתם גרם, מכיוון שהפפטידוגליקן שומר על צבע הסגול שמוחל בשלב מוקדם של ההליך כאשר התכשיר נשטף אחר כך באלכוהול.

דופן התא החזק יותר זה מציע לחיידקים חיוביים בגרם הגנה רבה יותר מפני רוב העלבונות החיצוניים בהשוואה לחיידקים גרם שליליים, אם כי תוכן פפטידוגליקן גבוה מהאורגניזמים הללו הופכים את קירותיהם למבצר חד ממדי, מה שמביא לתור אסטרטגיה קלה יותר בנוגע להשמדתו.

•••מדע

חיידקים חיוביים לגורם בדרך כלל רגישים יותר לאנטיביוטיקה המכוונת לדופן התא מאשר מינים שליליים גרם, מכיוון שהוא חשוף לסביבה בניגוד לישיבה מתחת לתא, או בתוכו מַעֲטָפָה.

שכבות הפפטידוגליקן של חיידקים חיוביים לגרם מכילות בדרך כלל מולקולות המכונות חומצות טייכואיות, או ת.א.ס..

מדובר בשרשראות פחמימות המגיעות דרך שכבת הפפטידוגליקן ולעיתים עוברות.

ההערכה היא כי ת"א מייצב את הפפטידוגליקן סביבו פשוט על ידי הפיכתו לנוקשה יותר, ולא על ידי הפעלת תכונות כימיות כלשהן.

TA אחראי בחלקו ליכולתם של חיידקים חיוביים גרם מסוימים, כגון מינים סטרפטוקוקליים, להיקשר ל חלבונים ספציפיים על פני תאי המארח, מה שמקל על יכולתם לגרום לזיהום ובמקרים רבים מַחֲלָה.

כאשר חיידקים או מיקרואורגניזמים אחרים מסוגלים לגרום למחלות זיהומיות, הם מכונים מַחֲלִיא.

קירות התא של חיידקים של משפחת מיקובקטריהבנוסף להכנת פפטידוגליקן ותאי TA, יש שכבה חיצונית "שעווה" עשויה מ חומצות מיקוליות. חיידקים אלה מכונים "מהיר בחומצה,"מכיוון שיש צורך בכתמים מסוג זה בכדי לחדור לשכבת השעווה הזו כדי לאפשר בדיקה מיקרוסקופית שימושית.

לחיידקים שליליים גרם, כמו עמיתיהם החיוביים לגרם, יש דפנות תאים פפטידוגליקניות.

עם זאת, הקיר הוא הרבה יותר דק, רק בעובי של 5 עד 10 ננומטר. קירות אלה אינם מכתימים סגול עם כתם גרם מכיוון שתכולת הפפטידוגליקן הקטנה יותר פירושה הקיר אינו יכול לשמור על צבע רב כאשר התכשיר נשטף באלכוהול, וכתוצאה מכך צבע ורוד או אדמדם בצבע סוֹף.

כפי שצוין לעיל, דופן התא אינו החיצוני ביותר של חיידקים אלה אלא מכוסה על ידי קרום פלזמה אחר, מעטפת התא או הממברנה החיצונית.

עובי שכבה זו הוא 7.5 עד 10 ננומטר, ומתחרה או עולה על עובי דופן התא.

ברוב החיידקים השליליים גרם, מעטפת התאים מקושרת לסוג של מולקולת ליפופרוטאין הנקראת ליפופרוטאין של בראון, אשר בתורו מקושר לפפטידוגליקן של דופן התא.

חיידקים שליליים גרם הם בדרך כלל פחות רגישים לאנטיביוטיקה המכוונת לדופן התא מכיוון שהוא אינו חשוף לסביבה; עדיין יש לו את הממברנה החיצונית להגנה.

בנוסף, בחיידקים שליליים גרם, מטריצה ​​דמוית ג'ל תופסת את השטח בתוך דופן התא ומחוץ לקרום הפלזמה המכונה החלל הפריפלזמי.

מרכיב הפפטידוגליקן בדופן התא של חיידקים גרם שליליים הוא בעובי של כ -4 ננומטר בלבד.

כאשר בדופן תאי חיידקים חיוביים גרם יהיו יותר פפטידוגליקנים שייתן חומר לקיר שלו, לבאג שלילי גרם יש כלים אחרים שמאוחסנים בקרום החיצוני שלו.

כל מולקולת LPS מורכבת מתת-יחידת ליפיד A עשירה בחומצות שומן, פוליסכריד ליבה קטן ושרשרת בצד O העשויה ממולקולות דומות לסוכר. שרשרת צד O זו מהווה את הצד החיצוני של ה- LPS.

ההרכב המדויק של שרשרת הצד משתנה בין מיני חיידקים שונים.

ניתן לזהות חלקים משרשרת ה- O-side המכונה אנטיגנים באמצעות בדיקות מעבדה לזיהוי זני חיידקים פתוגניים ספציפיים ("זן" הוא תת סוג של זן חיידקי, כמו זן של כֶּלֶב).

ארכאה מגוונים יותר מחיידקים וכך גם קירות התא שלהם. יש לציין כי קירות אלה אינם מכילים פפטידוגליקן.

במקום זאת, הם מכילים בדרך כלל מולקולה הנקראת באופן דומה pseudopeptidoglycan, או פסאודומורין. בחומר זה, חלק מהפפטידוגליקן הרגיל הנקרא NAM מוחלף ביחידת משנה אחרת.

בחלק מהארכאים עשויה להיות שכבה של גליקופרוטאינים אוֹ פוליסכרידים התחליף לדופן התא במקום של פסאודופפטידוגליקן. לבסוף, כמו אצל כמה מיני חיידקים, כמה ארכיות חסרות דפנות תאים לחלוטין.

ארכאים המכילים פסאודומורין הם חסר רגישות לאנטיביוטיקה ממעמד הפניצילין מכיוון שתרופות אלו הן מעכבי טרנספפטידאז שפועלים להפריע לסינתזת פפטידוגליקן.

בארכיות אלה, אין פפטידוגליקנים המסונתזים ולכן אין דבר שפניצילינים יכולים לפעול על פיהם.

לתאים חיידקיים חסרי דפנות תאים עשויים להיות מבנים נוספים של פני התא בנוסף לאלה הנדונים, כגון גליקוקליציות (יחיד הוא גליקוקליקס) ושכבות S.

גליקוקליקס הוא שכבת מולקולות דומות לסוכר המגיע בשני סוגים עיקריים: כמוסות ו שכבות סליים. כמוסה היא שכבה מסודרת של פוליסכרידים או חלבונים. שכבת סליים מסודרת פחות בחוזקה, והיא מחוברת פחות לדופן התא שמתחת מאשר גליקוקליקס.

כתוצאה מכך, גליקוקליקס עמיד יותר בפני שטיפה, בעוד שכבת רפש ניתנת לעקירה קלה יותר. שכבת הרפש עשויה להיות מורכבת מפוליסכרידים, גליקופרוטאינים או גליקוליפידים.

וריאציות אנטומיות אלו מעניקות משמעות קלינית רבה.

Glycocalyces מאפשרים לתאים להיצמד למשטחים מסוימים, ומסייעים ביצירת מושבות של אורגניזמים הנקראים ביופילמים שיכולים ליצור כמה שכבות ולהגן על האנשים בקבוצה. מסיבה זו, רוב החיידקים בטבע חיים בביו פילמים שנוצרו מקהילות חיידקים מעורבות. ביופילמים מעכבים את פעולתם של אנטיביוטיקה כמו גם חומרי חיטוי.

כל התכונות הללו תורמות לקושי לסלק או להפחית חיידקים ולמגר זיהומים.

זנים חיידקיים העמידים באופן טבעי לאנטיביוטיקה נתונה הודות למוטציה יתרון סיכוי "נבחרים" באוכלוסיות אנושיות. כי אלה החרקים שנותרו מאחור כאשר הרוגים לאנטיביוטיקה נהרגים, וה"סופרבגים "הללו מתרבים וממשיכים לגרום מַחֲלָה.

בעשור השני של המאה ה -21, מגוון של חיידקים שליליים גרם יותר ויותר עמיד בפני אנטיביוטיקה, מה שמוביל למחלות מוגברות ולמוות מזיהומים ומגביר את הטיפול הרפואי עלויות. עמידות לאנטיביוטיקה היא דוגמה ארכיטיפית לחתך טבעי במאזני זמן הנצפים לבני אדם.

דוגמאות מכילות:

• ה קולי, הגורם לדלקות בדרכי השתן (UTI).
• Acinetobacter baumanii, מה שגורם לבעיות בעיקר במסגרות הבריאות.
• פסאודומונס אירוגינוזה, הגורם לזיהומי דם ודלקת ריאות בחולים מאושפזים ודלקת ריאות בחולים הסובלים מתורשתת סיסטיק פיברוזיס.
• קלבסיאלה דלקת ריאות, שאחראית להרבה זיהומים במצבים הקשורים לבריאות, ביניהם דלקת ריאות, דלקות בדם ו- UTI.
• נייסריה זיבה, הגורמת למחלה המועברת במגע מיני, המחלה המדבקת השנייה הנפוצה ביותר בארה"ב.

חוקרי רפואה פועלים כדי לעקוב אחר באגים עמידים במה שמסתכם במירוץ חימוש מיקרוביולוגי.