חיידקים גראם-חיוביים

חיידקים גראם-חיוביים (באנגלית: Gram-positive bacteria) הם חיידקים אשר מצליחים לשמר את הצבע הסגול בעקבות צביעה בקריסטל ויולט (Crystal violet) בעת צביעת גראם, דבר אשר מבדיל אותם מקבוצת החיידקים גראם-שליליים. הסיבה לכך נובעת מהרכב הדופן הפפטידוגליקנית שלהם, שהיא עבה הרבה יותר מהדופן של חיידקים גראם-שליליים וממיקומה (מהווה את השכבה החיצונית בחיידקים אלה)^[1].

תמונה מיקרוסקופית של החיידק הגראם-חיובי Bacillus subtilis (מתגים סגולים)

מבנה חיידקים גראם-חיוביים

תרשים כללי המתאר את ההבדלים במבנה חיידקים גראם-חיוביים וגראם-שליליים. שימו לב להבדלי העובי בדופן הפפטידוגליקנית וכן להיעדר קרום חיצוני בחיידקים גראם-חיוביים

תרשים סכמטי המתאר את מבנה הדופן הפפטידוגליקנית וקרום התא בחיידקים גראם-חיוביים

חיידקים גראם-חיוביים מפגינים את המאפיינים הבאים במבנה התא שלהם:

• קרום התא (קרום פנימי) - קרום דו-שכבתי ציטופלזמי סימטרי העוטף את החיידק. קרום התא מכיל חלבונים רבים ולו תפקיד במטבוליזם ובהפקת אנרגיה (יצור ATP) בחיידקים.
• דופן פפטידוגליקנית עבה - דופן בעובי של 20-80 ננומטר המהווה 95% ממשקל דופן חיידקים גראם-חיוביים. בשונה מחיידקים גראם-שליליים, בדופן הגראם-חיוביים קיימת נוכחות של חומצה טיכואית וליפוטיכואית. הדופן הפפטידוגליקנית העבה מקנה לחיידקים גראם-חיוביים עמידות מפני ליזיס של התא החיידקי (פיצוצו או קריסתו תחת לחצים אוסמוטיים) וכן מפני פגוציטוזה^[2].
• היעדר קרום חיצוני - היעדר זה מאפיין חיידקים גראם-חיוביים^[3].
• פריפלזמה (Periplasm) - בשטח "הכלוא" בין קרום התא לדופן פפטידוגליקנית (שטח זה קרוי חלל פריפלזמי) נמצא חומר המזכיר בהרכבו ג'ל. חומר זה מכיל תערובת של אנזימים ליטיים (פרוטאזות, פוספטאזות, ליפאזות, נוקלאזות וכיוצ"ב) הנחוצים לחיידקים על מנת לבצע מטבוליזם למקרומולקולות. בחיידקים פתוגניים מאוחסן חלק גדול מהאנזימים הליטיים והטוקסינים בחלל הפריפלזמי (קולגנאזות, פרוטאזות, בטא לקטמאזות ועוד). בנוסף לכך מכיל החלל הפרפלזמי מערכת אנזימים שתפקידה לבצע קליטה ושינוע של מטבוליטים חיוניים, דוגמת סוכרים. תפקידו הנוסף הוא לשמור על לחץ אוסמוטי תקין בחיידקים^[4].
  

גם בחיידקים גראם-שליליים ניתן למצוא את החלל הפרפלזמי, אולם בשונה מחיידקים גראם-חיוביים הוא גדול הרבה יותר^[3].

• גליקוקליקס (קפסולה ו-Slime layer) - מעטפת רירית, המורכבת, על פי רוב, מפוליסכרידים וחלבונים מעטים, הממוקמת בחלק מחיידקים גראם-חיוביים וגראם-שליליים מחוץ לדופן הפפטידוגליקנית ולקרום החיצוני, בהתאמה. לא כל החיידקים מייצרים את שכבת הגליקוקליקס, אולם נוכחותה תורמת רבות לשרידותם ושגשוגם של החיידקים ומהווה בהם גורם אלימות מרכזי בשל מספר סיבות:

1. מהווה אימונוגן חלש מאוד כלפי מערכת החיסון של המאכסן. דבר אשר גורם למעין "מיסוך" נוכחות החיידק במאכסן^[3].
2. מהווה מחסום פיזי בפני חדירת מולקולות טוקסיות והידרופוביות, דוגמת דטרגנטים שונים ואנטיביוטיקות^[3].
3. שומרת על החיידק מפני התייבשות והדבקה בקטריופאג'ית^[5].
4. מעודדת הצמדות בין החיידקים לבין עצמם ובין החיידקים לרקמת תאים. דבר המאפשר יצירת ביופילמים^[6].

• שוטונים - מבנים חלבוניים (מורכבים מחלבון הקרוי Flagellin) המקנים לחיידקים יכולת תנועה. השוטונים מעוגנים לקרום התא וניתן לראותם בחיידקים גראם-חיוביים וגראם-שליליים. בחיידקים גראם-חיוביים מקובעים השוטונים ישירות אל קרום התא באמצעות 2 גופים בזאליים טבעתיים (להבדיל מחיידקים גראם-שליליים בהם השוטונים מקובעים באמצעות 4 גופים בזאליים טבעתיים אל הקרום החיצוני ואל קרום התא). לא לכל החיידקים בטבע קיימים שוטונים, לכן חיידקים אלה יהיו משוללי יכולת תנועה עצמית. תנועת השוטון היא סיבובית עם, או נגד כיוון השעון ותלויה במפל ריכוז יוני המימן בחלל הפרפלזמי^[7][8]. ‏(256 יוני מימן דרושים לסיבוב אחד של השוטון)^[9].
• פילי ופימבריה - ריסונים חלבוניים זעירים (מורכבים מחלבון Pilin וחלבוני פימבריה, בהתאמה) המקנים לחיידקים יכולת הצמדות, תנועת גלישה-החלקה מסוימת וכן קוניוגציה. באמצעות Type IV pili ופימבריה נצמדים החיידקים אחד לשני ולרקמת תאים (Type IV pili גם מקנים לחיידקים יכולת תנועה מסוימת) ובאמצעות Sex pili מתבצעת הקוניוגציה^[7].
• יכולת התנבגות - חלק מחיידקים גראם-חיוביים מסוגלים להתנבג בתנאי עקה, דבר שמגן עליהם מפני תנאי סביבה עוינים (טמפרטורה קיצונית, יובש, מחסור בנוטריינטים, וכיוצ"ב). חיידקים שעוברים התנבגות מסוגלים לחזור למצב וגטטיבי (חַיוּת) כאשר תנאי הסביבה מאפשרים זאת^[10].

פתוגניות וטיפול

בשל הרכב הדופן הפפטידוגליקנית (נוכחות חומצות טיכואיות וליפוטיכואיות) וסינתזת אקסוטוקסינים (רעלנים שמופרשים בצורה מכוונת על ידי חיידקים) בחיידקים גראם-חיוביים, זיהום עמוק בחיידקים אלה (זיהום רקמה עמוקה, אלח דם) עלול להוביל להרעלת דם (Septicemia). הרעלת דם באה לידי ביטוי בעלייה חדה בחום הגוף, צניחת לחץ דם וכן בקרישה תוך-כלית מפושטת (DIC). במחקרים שנערכו נמצא כי להרכב הדופן של חיידקים גראם-חיוביים השפעה ישירה על קצב ה-DIC^[11]. ליזיס של חיידקים גראם-חיוביים גורם, בין היתר, לשחרור רכיבי הדופן לרקמה. לשחרור מולקולות של חומצה ליפוטיכואית פעילות אנדוטוקסינית, אם כי חלשה יותר, המזכירה את זאת של מולקולות ה-LPS בחיידקים גראם-שליליים^[12]. הרעלת דם היא מצב מסכן חיים ודורש התערבות רפואית מיידית.

עובי הדופן הפפטידוגליקנית מקנה לחיידקים גראם-חיוביים עמידות מפני פגוציטוזה וליזיס של התא החיידקי^[2], אולם היא גם מהווה אתר מטרה לאנטיביוטיקות מקבוצת הפניצילינים. עיכוב סינתזת הדופן בעקבות נטילת אנטיביוטיקות אלה גורמת ליצירת חורים בדופן החיידקים, דבר שמוריד בצורה ניכרת את יכולת עמידותם בפני לחצים אוסמוטיים^[13]. בתור מענה פיתחו חיידקים גראם-חיוביים רבים יכולת לסנתז איזופורמים שונים של אנזימי בטא לקטמאז שגורמים להידרוליזת טבעת הבטא לקטם, המהווה את הרכיב הפעיל באנטיביוטיקות אלה, וכך למעשה מנטרלים אותן^[14]. אנזימי בטא לקטמאז מאוחסנים בחלקם הגדול בחלל הפריפלזמי^[3].

גם נוכחות גליקוקליקס תורמת רבות לשרידותם של חיידקים גראם-חיוביים שכן היא מהווה מחסום פיזי בפני חדירת אנטיביוטיקות ודטרגנטים שונים שעלולים לפגוע בדופן הפפטידוגליקנית ובקרום התא^[3].

חיידקים גראם-חיוביים שכיחים ברפואה

הרשימה הבאה כוללת חיידקים גראם-חיוביים שכיחים שעלולים לגרום לזיהומים בבעלי חיים ובבני האדם.

מורפולוגיה	משפחה	סוג	מין	יכולת התנבגות
נקדים	Enterococcaceae	Enterococcus	Enterococcus faecalis, ‏Enterococcus faecium	-
	Staphylococcaceae	Staphylococcus	Staphylococcus aureus, ‏Staphylococcus epidermidis	-
	Streptococcaceae	Streptococcus	Streptococcus pneumoniae, ‏Streptococcus pyogenes	-
מתגים	Actinomycetaceae	Actinomyces	Actinomyces israelii	+[15]
	Bacillaceae	Bacillus	Bacillus anthracis, ‏Bacillus cereus	+[10][15]
	Clostridiaceae	Clostridium	Clostridium botulinum, ‏Clostridium difficile, ‏Clostridium tetani	+[10]
	Corynebacteriaceae	Corynebacterium	Corynebacterium diphtheriae	-
	Listeriaceae	Listeria	Listeria monocytogenes	-

ראו גם

• חיידקים גראם-שליליים
• צביעת גראם

הערות שוליים

1. Patrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller. Medical microbiology (5th ed.). Elsevier Mosby. 2005, p.12. ISBN 978-0323033039.
2. Patrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller. Medical microbiology (5th ed.). Elsevier Mosby. 2005, pp.15-16. ISBN 978-0323033039.
3. Patrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller. Medical microbiology (5th ed.). Elsevier Mosby. 2005, p.17. ISBN 978-0323033039.
4. Matias VR, Beveridge TJ. (2005). Cryo-electron microscopy reveals native polymeric cell wall structure in Bacillus subtilis 168 and the existence of a periplasmic space. Journal of Molecular Biology. Apr;56(1):240-51. PMID 15773993.
5. Potts M. (1994). Desiccation tolerance of prokaryotes. Microbiological Reviews. Dec;58(4):755-805. PMID 7854254.
6. Patrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller. Medical microbiology (5th ed.). Elsevier Mosby. 2005, pp.17-18. ISBN 978-0323033039.
7. Patrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller. Medical microbiology (5th ed.). Elsevier Mosby. 2005, p.18. ISBN 978-0323033039.
8. ‏ Typical structures of a prokaryotic cell.
9. Patrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller. Medical microbiology (5th ed.). Elsevier Mosby. 2005, p.14. ISBN 978-0323033039.
10. Patrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller. Medical microbiology (5th ed.). Elsevier Mosby. 2005, p.22. ISBN 978-0323033039.
11. Kessler CM, Nussbaum E, Tuazon CU. (1991). Disseminated intravascular coagulation associated with Staphylococcus aureus septicemia is mediated by peptidoglycan-induced platelet aggregation. The Journal of Infectious Diseases. Jul;164(1):101-7. PMID 2056198.
12. Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller. Medical microbiology (5th ed.). Elsevier Mosby. 2005, p.16. ISBN 978-0323033039.
13. ‏ Beta Lactam Antibiotics.
14. ‏Beta-Lactamases.
15. ‏Actinomycetes and Bacillus: Spore producing Bacteria.