معلومة

2.3 ب: جدار الخلية سالب الجرام - علم الأحياء

2.3 ب: جدار الخلية سالب الجرام - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أهداف التعلم

  1. اذكر لون البكتيريا سالبة الجرام وصمة عار بعد إجراء صبغة غرام.
  2. وصف تكوين جدار الخلية سالب الجرام والإشارة إلى الوظائف المفيدة المحتملة لبكتيريا الببتيدوغليكان والغشاء الخارجي وعديدات السكاريد الدهنية والبورينات والبروتينات السطحية.
  3. صف بإيجاز كيف يمكن لـ LPS و PAMPs الأخرى لجدار الخلية سالب الجرام أن تعزز الالتهاب.
  4. اذكر وظيفة المواد اللاصقة البكتيرية وأنظمة الإفراز والغزوات.
  5. تحديد محيط محيط.
  6. تحديد مستضد وحاتمة.

تسليط الضوء على البكتيريا

  1. اقرأ وصف الإشريكية القولونية، ومطابقة البكتيريا مع وصف الكائن الحي والعدوى التي يسببها.

الأمراض البارزة: التهابات المسالك البولية (UTIs)

  1. عرف ما يلي:
    1. التهاب الإحليل
    2. التهاب المثانة
    3. التهاب الحويضة والكلية
  2. قم بتسمية 4 عوامل خطر على الأقل للإصابة بعدوى المسالك البولية.
  3. قم بتسمية البكتيريا الأكثر شيوعًا التي تسبب التهابات المسالك البولية ؛ اسم ما لا يقل عن 3 بكتيريا أخرى تسبب عادة عدوى المسالك البولية.
  4. قم بتسمية 3 أعراض شائعة على الأقل لعدوى المسالك البولية.

سننظر الآن في جدار الخلية البكتيرية سالبة الجرام. كما هو مذكور في القسم السابق حول الببتيدوغليكان ، فإن البكتيريا سالبة الجرام هي تلك التي تزيل اللون أثناء إجراء صبغة غرام ، وتلتقط الصبغة المضادة سافرانين ، وتظهر باللون الوردي (الشكل ( PageIndex {2} ) ب 1).

الشكل ( PageIndex {2} ) ب 1: صبغة جرام من الإشريكية القولونية. لاحظ عصيات سالبة الجرام (وردية).

تشمل البكتيريا سالبة الجرام الشائعة ذات الأهمية الطبية السالمونيلا محيط، شيغيلا محيط، النيسرية البنية ، النيسرية السحائية ، المستدمية النزلية ، الإشريكية القولونية ، كليبسيلا الرئوية ، المتقلبة الأنواع و الزائفة الزنجارية.

الإشريكية القولونية

الكائن الحي

  • الإشريكية القولونية هي عصية معتدلة الحجم سالبة الجرام.

  • تمتلك ترتيبًا خبيثًا من الأسواط.
  • اهوائي مخير.

الموطن

  • الفلورا الطبيعية في الأمعاء عند الإنسان والحيوان.

مصدر

  • عادة الفلورا البرازية الخاصة بالمريض ؛ بعض انتقال المرض من مريض إلى مريض.

مرض سريري

  • بكتريا قولونية يسبب حوالي 80 في المائة من جميع الحالات غير المعقدة التهابات المسالك البولية (عدوى المسالك البولية) وأكثر من 50 في المائة من عدوى المسالك البولية في المستشفيات. تمثل عدوى المسالك البولية أكثر من 7.000.000 زيارة مكتب الطبيب سنويًا في الولايات المتحدة. ما بين 35 و 40 بالمائة من جميع حالات عدوى المستشفيات ، حوالي 900000 سنويًا في الولايات المتحدة ، هي عدوى المسالك البولية وترتبط عادةً بالقسطرة البولية.
  • بكتريا قولونية الأسباب التهابات الجروح، عادة نتيجة التلوث البرازي للجروح الخارجية أو نتيجة الجروح التي تسبب رضوض في الأمعاء ، مثل الجروح الجراحية ، الجروح الناتجة عن طلقات نارية ، جروح السكاكين ، إلخ.
  • بكتريا قولونية هي إلى حد بعيد البكتيريا سالبة الجرام الأكثر شيوعًا المسببة للإنتان. تسمم الدم هو نتيجة دخول البكتيريا إلى الدم. عادة ما يتم إدخالها في الدم من بعض مواقع العدوى الأخرى ، مثل الكلى أو الجرح أو الرئة المصابة. هناك ما يقرب من 500000 حالة من حالات تسمم الدم سنويًا في الولايات المتحدة ومعدل الوفيات بين 20 و 50 بالمائة. ما يقرب من 45 في المائة من حالات تسمم الدم ناتجة عن البكتيريا سالبة الجرام. كليبسيلا ، بروتيوس ، أمعائية ، سيراتيا، و بكتريا قولونية، كلها بكتيريا سالبة الجرام شائعة تسبب تسمم الدم.
  • بكتريا قولونية، إلى جانب المكورات العقدية من المجموعة ب ، هي السبب الرئيسي ل التهاب السحايا حديثي الولادة.
  • في حين بكتريا قولونية هي واحدة من النباتات الطبيعية السائدة في الأمعاء للإنسان والحيوان ، ويمكن أن تسبب بعض السلالات التهاب المعدة والأمعاء، التهاب في الأمعاء.
    • تسمم معوي بكتريا قولونية ينتج (ETEC) السموم المعوية التي تسبب فقدان أيونات الصوديوم والماء من الأمعاء الدقيقة مما يؤدي إلى الإسهال المائي. أكثر من نصف إسهال المسافرين ناتج عن ETEC ؛ ما يقرب من 80،000 حالة سنويًا في الولايات المتحدة
    • ممرض معوي بكتريا قولونية (EPEC) يسبب الإسهال المتوطن في مناطق العالم النامي ، وخاصة عند الرضع الذين تقل أعمارهم عن 6 أشهر. تقوم البكتيريا بتعطيل الميكروفيلي الطبيعي على الخلايا الظهارية للأمعاء الدقيقة مما يؤدي إلى سوء الامتصاص والإسهال.
    • تجميع معوي بكتريا قولونية (EAEC) هو سبب الإسهال المستمر في البلدان النامية. ربما يسبب الإسهال عن طريق الالتصاق بالخلايا الظهارية المخاطية للأمعاء الدقيقة والتدخل في وظيفتها.
    • معوي بكتريا قولونية (EIEC) تغزو وتقتل الخلايا الظهارية للأمعاء الغليظة مسببة متلازمة من نوع الزحار تشبه شيغيلا شائع في البلدان المتخلفة.
    • النزف المعوي بكتريا قولونية (EHEC) ، مثل بكتريا قولونية 0157: H7 ، ينتج سمًا شبيهًا بالشيغا يقتل الخلايا الظهارية للأمعاء الغليظة مسببة التهاب القولون النزفي ، وهو إسهال دموي. في حالات نادرة ، يدخل توكسين الشيغا إلى الدم وينتقل إلى الكلى حيث يتلف الخلايا الوعائية عادةً عند الأطفال ويسبب متلازمة انحلال الدم اليوريمي. بكتريا قولونية 0157: يُعتقد أن H7 يسبب أكثر من 20000 إصابة وما يصل إلى 250 حالة وفاة سنويًا في الولايات المتحدة.
    • منتشر شعاعي بكتريا قولونية(DAEC) يسبب الإسهال المائي عند الرضع من سن 1-5 سنوات. أنها تحفز استطالة الميكروفيلي على الخلايا الظهارية المبطنة للأمعاء الدقيقة.
  • لمزيد من المعلومات: صبغة جرام من المختبر 6.
  • رسوم متحركة فلاش توضح تفاعل كواشف غرام البقع على المستوى الجزيئي © Daniel Cavanaugh ، Mark Keen ، مؤلفون ، مرخصون للاستخدام ، ASM MicrobeLibrary.
  • العدوى البارزة: التهابات المسالك البولية (UTIs)

هيكل وتكوين جدار الخلية سالب الجرام

في الصور المجهرية الإلكترونية ، يظهر جدار الخلية سالب الجرام (الأشكال 1) متعدد الطبقات. يتكون من جدار داخلي رقيق يتكون من الببتيدوغليكان وغشاء خارجي.

الشكل ( PageIndex {1} ) (يسار): صورة مجهرية إلكترونية لجدار خلية سالبة الجرام (يمين) لجدار خلية سالبة الجرام. يتكون جدار الخلية سالب الجرام من طبقة داخلية رقيقة من الببتيدوغليكان وغشاء خارجي يتكون من جزيئات الفوسفوليبيد وعديدات السكاريد الدهنية (LPS) والبروتينات الدهنية وبروتينات الوجه. يتكون عديد السكاريد الدهني من عديد السكاريد الدهني A و O.

يبلغ سمك الجزء الببتيدوغليكان لجدار الخلية سالب الجرام 2-3 نانومتر (نانومتر) ويحتوي فقط على 2-3 طبقات من الببتيدوغليكان (الشكل ( فهرس الصفحة {1} ) ج). كيميائيًا ، فقط 10 إلى 20 ٪ من جدار الخلية سالب الجرام هو الببتيدوغليكان.

الشكل ( PageIndex {1} ) ج: هيكل الببتيدوغليكان: الإشريكية القولونية. يتكون الببتيدوغليكان من سلاسل متشابكة من مونومرات ببتيدوغليكان (NAG-NAM-pentapeptide). تنضم إنزيمات Transglycosidase إلى هذه المونومرات معًا لتشكيل سلاسل. ثم تقوم إنزيمات Transpeptidase بربط السلاسل لتوفير قوة لجدار الخلية وتمكين البكتيريا من مقاومة التحلل التناضحي. في E. coli ، يتكون خماسي الببتيد الخارج من NAM من الأحماض الأمينية L- ألانين ، وحمض الجلوتاميك D ، وحمض ميزو ديامينوبيمليك ، واثنين من D- ألانين.

يظهر الغشاء الخارجي لجدار الخلية سالب الجرام كطبقة ثنائية للدهون يبلغ سمكها حوالي 7 نانومتر. وهو يتألف من الدهون الفوسفورية والبروتينات الدهنية وعديدات السكاريد الدهنية (LPS) والبروتينات. تقع الفسفوليبيد بشكل رئيسي في الطبقة الداخلية للغشاء الخارجي ، وكذلك البروتينات الدهنية التي تربط الغشاء الخارجي بالببتيدوغليكان (الشكل 1A و 1B). تتكون عديدات السكاريد الدهنية ، الموجودة في الطبقة الخارجية من الغشاء الخارجي ، من جزء دهني يسمى الدهن أ مضمن في الغشاء وجزء عديد السكاريد يمتد إلى الخارج من السطح البكتيري. يُعرف أيضًا جزء LPS من الغشاء الخارجي بالسموم الداخلية.

بالإضافة إلى ذلك ، يمتد الغشاء الخارجي لبروتينات مكونة للمسام تسمى porins (الشكل ( PageIndex {1} ) B). تعمل البورنس كقنوات لدخول وخروج المواد المذابة من خلال الغشاء الخارجي لجدار الخلية سالب الجرام. الغشاء الخارجي لجدار الخلية سالبة الجرام مرصع ببروتينات سطحية تختلف باختلاف سلالة وأنواع البكتيريا.

إن الطبقة المحيطة هي المادة الجيلاتينية بين الغشاء الخارجي والببتيدوغليكان والغشاء السيتوبلازمي. يبلغ عرض هذه المساحة المحيطة بالبلازما حوالي 15 نانومتر وتحتوي على مجموعة متنوعة من الإنزيمات المتحللة للماء لتكسير المغذيات ، وبروتينات ربط محيطية للنقل عبر نظام كاسيت ربط ATP (ABC) ، ومستقبلات كيميائية للانجذاب الكيميائي (تمت مناقشتها في إطار البكتيرية لاحقًا في هذه الوحدة).

خريطة مفاهيمية لجدار الخلية سالب الجرام.

وظائف مكونات جدار الخلية سالبة الجرام

ج. العديد من البكتيريا المتورطة في العدوى لديها القدرة على ذلك اختيار وظائف الخلايا المضيفة لصالح البكتيريا. يتم ذلك عن طريق أنظمة الإفرازات البكتيرية التي تمكن البكتيريا من حقن جزيئات المستجيب البكتيري مباشرة في سيتوبلازم الخلية المضيفة من أجل تغيير آليتها الخلوية أو اتصالها الخلوي لصالح البكتيريا. يفعلون ذلك عن طريق إنتاج أنظمة إفراز مثل نظام الإفراز من النوع 3 الذي ينتج أنابيب مجوفة تشبه الإبرة تسمى الحقن. بعض البكتيريا ، على سبيل المثال ، تحقن الغازات في سيتوبلازم الخلية المضيفة التي تمكن البكتيريا من أدخل تلك الخلية.

ستتم مناقشة دور بروتينات سطح جدار الخلية هذه بمزيد من التفصيل لاحقًا في الوحدة 3 تحت إمراضية البكتيريا.

4. ال بيريبلاسم يحتوي على إنزيمات تكسير المغذيات إلى جانب بروتينات ربط محيطية لتسهيل نقل العناصر الغذائية عبر الغشاء السيتوبلازمي.

دور مكونات جدار الخلية سالبة الجرام في بدء دفاعات الجسم

يمتلك الجسم جهازين مناعيين: جهاز المناعة الفطري والجهاز المناعي التكيفي. المناعة الفطرية هي آليات دفاعية غير محددة لمستضد يستخدمها المضيف فورًا أو في غضون عدة ساعات بعد التعرض لأي ميكروب تقريبًا. هذه هي المناعة التي يولد بها الفرد وهي الاستجابة الأولية من قبل الجسم للقضاء على الميكروبات ومنع العدوى. تشير المناعة التكيفية (المكتسبة) إلى آليات الدفاع الخاصة بالمستضد التي تستغرق عدة أيام لتصبح واقية ومصممة للتفاعل مع مستضد معين وإزالته. هذه هي المناعة التي يطورها المرء طوال حياته.

بدء المناعة الفطرية

للحماية من العدوى ، فإن أحد الأشياء التي يجب على الجسم القيام بها في البداية هو اكتشاف وجود الكائنات الحية الدقيقة. يقوم الجسم بذلك من خلال التعرف على الجزيئات الفريدة للكائنات الحية الدقيقة التي لا ترتبط بالخلايا البشرية. تسمى هذه الجزيئات الفريدة بالأنماط الجزيئية المرتبطة بمسببات الأمراض أو PAMPS. (نظرًا لأن جميع الميكروبات ، وليس فقط الميكروبات المسببة للأمراض ، تمتلك PAMPs ، يُشار أحيانًا إلى الأنماط الجزيئية المرتبطة بالعوامل الممرضة على أنها أنماط جزيئية مرتبطة بالميكروبات أو MAMPs.)

LPS ، و porins ، وشظايا الببتيدوغليكان هي PAMPs مرتبطة بجدار الخلية للبكتيريا سالبة الجرام. بالإضافة إلى ذلك ، تمتلك البكتيريا والكائنات الدقيقة الأخرى أيضًا الجليكانات الغنية بالمانوز (سلاسل الكربوهيدرات القصيرة مع مانوز السكر أو الفركتوز كسكر نهائي) والتي تعمل بمثابة PAMPs. هذه الجليكانات الغنية بالمانوز شائعة في البروتينات السكرية والجليكوليبيدات الميكروبية ولكنها نادرة في البشر (الشكل ( PageIndex {3} )).

ترتبط PAMPS بمستقبلات التعرف على الأنماط أو PRRs على مجموعة متنوعة من خلايا الدفاع في الجسم وتطلق الدفاعات المناعية الفطرية مثل الالتهاب والحمى والبلعمة.

الالتهاب هو الاستجابة الأولى للعدوى والإصابة وهو أمر بالغ الأهمية للدفاع عن الجسم. في الأساس ، الاستجابة الالتهابية هي محاولة من الجسم لاستعادة التوازن والحفاظ عليه بعد الإصابة. توجد معظم عناصر الدفاع عن الجسم في الدم ، والالتهاب هو الوسيلة التي تغادر بها خلايا دفاع الجسم والمواد الكيميائية الدفاعية للجسم الدم وتدخل الأنسجة المحيطة بالمكان المصاب أو المصاب.

خلايا دفاع الجسم تسمى البلاعم ، والخلايا المتغصنة لها مستقبلات التعرف على الأنماط مثل المستقبلات الشبيهة بالحصيلة على سطحها والتي تكون محددة لشظايا الببتيدوغليكان و LPS في جدار الخلية سالب الجرام و / أو NODs في السيتوبلازم الخاصة بهم شظايا الببتيدوغليكان. يؤدي ارتباط مكونات جدار الخلية هذه بمستقبلات التعرف على الأنماط المقابلة لها إلى إطلاق الضامة لإطلاق مواد كيميائية تنظيمية دفاعية مختلفة تسمى السيتوكينات ، بما في ذلك IL-1 و IL-6 و IL-8 و TNF-alpha و PAF. ثم ترتبط السيتوكينات بمستقبلات السيتوكين على الخلايا المستهدفة وتبدأ الالتهاب وتنشط كلا من المسارات التكميلية ومسار التخثر (الشكل ( PageIndex {4} )).

يرتبط LPS ببروتين مرتبط بـ LPS يدور في الدم وهذا المركب ، بدوره ، يرتبط بجزيء المستقبل (CD14) الموجود على سطح خلايا دفاع الجسم تسمى البلاعم. يُعتقد أن هذا يعزز قدرة زوج المستقبلات الشبيهة برسم المرور TLR-4 / TLR4 على الاستجابة لـ LPS. يؤدي ارتباط مكونات جدار الخلية هذه بمستقبلات التعرف على الأنماط المقابلة لها إلى إطلاق الضامة لإطلاق مواد كيميائية تنظيمية دفاعية مختلفة تسمى السيتوكينات ، بما في ذلك IL-1 و IL-6 و IL-8 و TNF-alpha و PAF. ثم ترتبط السيتوكينات بمستقبلات السيتوكين على الخلايا المستهدفة وتبدأ الالتهاب وتنشط كلا من المسارات التكميلية ومسار التخثر (الشكل ( PageIndex {4} )).

دخلت المسالك البولية للمريض.

  1. اشرح كيف يكون الجسم قادرًا على التعرف على هذه البكتيريا وإرسال الخلايا البلعمية وجزيئات الدفاع في النهاية إلى الموقع المصاب.
  2. كيف يمكن أن تؤدي هذه الآلية إلى ظهور أعراض العدوى؟

ينشط LPS أيضًا المسار التكميلي البديل ومسار القراءة ، ومسارات الدفاع الفطرية التي تلعب مجموعة متنوعة من الأدوار في الدفاع عن الجسم.

ستتم مناقشة المناعة الفطرية بمزيد من التفصيل في الوحدة 5.

بدء المناعة التكيفية

البروتينات والسكريات المرتبطة بجدار الخلية سالبة الجرام تعمل كمستضدات وتبدأ المناعة التكيفية. يُعرَّف المستضد بأنه شكل جزيئي يتفاعل مع جزيئات الجسم المضاد ومع مستقبلات المستضد في الخلايا الليمفاوية. نتعرف على هذه الأشكال الجزيئية على أنها غريبة أو مختلفة عن الأشكال الجزيئية لأجسامنا لأنها تناسب مستقبلات مستضدات معينة في الخلايا الليمفاوية البائية والخلايا اللمفاوية التائية ، وهي الخلايا التي تقوم بتنفيذ المناعة التكيفية.

تسمى الأجزاء أو الأجزاء الفعلية من المستضد التي تتفاعل مع الأجسام المضادة والمستقبلات الموجودة على الخلايا الليمفاوية البائية والخلايا اللمفاوية التائية الحاتمات. عادةً ما تكون الحاتمة عبارة عن مجموعة من 5-15 من الأحماض الأمينية ذات الشكل الفريد الذي يشكل جزءًا من مستضد البروتين ، أو 3-4 بقايا سكر متفرعة من مستضد عديد السكاريد. يحتوي كائن حي دقيق واحد على مئات من الحاتمات ذات الأشكال المختلفة التي يمكن لخلايانا الليمفاوية التعرف عليها على أنها غريبة وتكوين استجابة مناعية تكيفية ضدها.

يتعرف الجسم على المستضد على أنه غريب عندما ترتبط حاتمات هذا المستضد بالخلايا الليمفاوية B والخلايا اللمفاوية التائية عن طريق جزيئات مستقبلات خاصة بالحلمة لها شكل مكمل لشكل الحاتمة. يُطلق على المستقبل الحاتمي الموجود على سطح الخلية الليمفاوية B اسم مستقبل الخلية B وهو في الواقع جزيء من الجسم المضاد. يُطلق على المستقبل الموجود في الخلايا اللمفاوية التائية اسم مستقبل الخلايا التائية (TCR).

هناك فرعان رئيسيان للاستجابات المناعية التكيفية: المناعة الخلطية والمناعة الخلوية.

  1. المناعة الخلطية: تتضمن المناعة الخلطية إنتاج جزيئات الأجسام المضادة استجابة لمستضد وتتوسطها الخلايا الليمفاوية البائية. من خلال مجموعة متنوعة من الآليات ، تكون هذه الأجسام المضادة قادرة على إزالة أو تحييد الكائنات الحية الدقيقة وسمومها بعد الارتباط بحلقاتها. على سبيل المثال ، يمكن للأجسام المضادة المصنوعة ضد مستضدات جدار الخلية أن تلتصق البكتيريا بالبلعمات ، وهي عملية تسمى طمس. يمكن للأجسام المضادة المصنوعة ضد المواد اللاصقة لجدار الخلية أن تمنع البكتيريا من الالتصاق بالخلايا المضيفة واستعمارها.
  2. المناعة الخلوية: تتضمن المناعة الخلوية إنتاج الخلايا الليمفاوية التائية السامة للخلايا ، والضامة المنشطة ، والخلايا القاتلة الطبيعية المنشطة ، والسيتوكينات استجابةً لمستضد وتتوسطها الخلايا اللمفاوية التائية. تساعد هذه الخلايا الدفاعية على إزالة الخلايا المصابة والخلايا السرطانية التي تظهر حواتم غريبة.

ستتم مناقشة المناعة التكيفية بمزيد من التفصيل في الوحدة 6.

أهمية مكونات جدار الخلية سالبة الجرام في الإمراض البكتيرية

يُعرف أيضًا الجزء الدهني من جزء LPS في الغشاء الخارجي باسم endotoxin. أثناء العدوى الجهازية الشديدة مع وجود أعداد كبيرة من البكتيريا ، يتم إطلاق مستويات عالية من LPS مما يؤدي إلى إنتاج مفرط للسيتوكين بواسطة البلاعم والخلايا الأخرى ، وهذا بدوره يمكن أن يضر الجسم (الشكل ( PageIndex {5} )) .

ملخص

  1. بسبب طبيعة جدارها الخلوي ، تلطخ البكتيريا سالبة الجرام اللون الوردي بعد تلطيخ الجرام.
  2. يتكون جدار الخلية سالب الجرام من 2-3 طبقات مترابطة من الببتيدوغليكان محاطة بغشاء خارجي.
  3. يمنع الببتيدوغليكان التحلل التناضحي في البيئة منخفضة التوتر التي تعيش فيها معظم البكتيريا.
  4. الغشاء الخارجي عبارة عن هيكل شبه نافذ يحتوي على بروتينات مكونة للمسام تسمى porins تسمح للمواد الغذائية بالمرور عبر الغشاء الخارجي.
  5. يمكن أن تعمل البروتينات السطحية المضمنة في جدار الخلية مثل المواد اللاصقة وأنظمة الإفراز والإنزيمات.
  6. ينشط جدار الخلية سالب الجرام كلاً من دفاعات الجسم المناعية الفطرية ودفاعاته المناعية التكيفية.
  7. ينشط الجسم المناعة الفطرية من خلال التعرف على الجزيئات الفريدة للكائنات الدقيقة التي لا ترتبط بالخلايا البشرية والتي تسمى الأنماط الجزيئية المرتبطة بمسببات الأمراض أو PAMPs. ترتبط PAMPs بمستقبلات التعرف على الأنماط (PRRs) على خلايا الدفاع لتحفيز إنتاج السيتوكينات الالتهابية.
  8. الالتهاب هو الوسيلة التي يسلم بها الجسم الخلايا الدفاعية وجزيئات الدفاع إلى موقع الإصابة ، ومع ذلك ، فإن الالتهاب المفرط يمكن أن يكون ضارًا ومميتًا للجسم.
  9. تشمل PAMPs المرتبطة بجدار الخلية سالب الجرام مونومرات الببتيدوغليكان ، وعديدات السكاريد الدهنية (LPS) ، والبورينات ، وسلاسل السكر الغنية بالمانوز.
  10. المستضد هو شكل جزيئي يتفاعل مع مستقبلات المستضد في الخلايا الليمفاوية لبدء استجابة مناعية تكيفية.
  11. يمكن أن تؤدي جزيئات جدار الخلية أيضًا إلى مناعة تكيفية مثل إنتاج جزيئات الأجسام المضادة ضد مستضدات جدار الخلية البكتيرية.

أسئلة

ادرس المادة في هذا القسم ثم اكتب الإجابات على هذه الأسئلة. لا تضغط فقط على الإجابات وتكتبها. هذا لن يختبر فهمك لهذا البرنامج التعليمي.

  1. اذكر لون البكتيريا سالبة الجرام التي تظهر بعد إجراء صبغة غرام. (الجواب)
  2. وصف هيكل ومظهر جدار الخلية سالب الجرام. (الجواب)
  3. اذكر الوظيفة المفيدة لبكتيريا المكونات التالية لجدار الخلية سالب الجرام:
    1. ببتيدوغليكان (الجواب)
    2. الغشاء الخارجي (الجواب)
    3. مواد لاصقة (الجواب)
    4. الغازات (الجواب)
  4. صف بإيجاز كيف أن LPS (الذيفان الداخلي) لجدار الخلية سالب الجرام يمكن أن يعزز الالتهاب. (الجواب)
  5. تحديد حاتمة. (الجواب)
  6. عندما تدخل البكتيريا سالبة الجرام الدم وتسبب تسمم الدم ، فإن معظم الضرر الذي يلحق بالجسم يرجع إلى الاستجابة الالتهابية الهائلة. ما الذي قد يفسر هذا؟ (الجواب)

غلاف الخلية البكتيرية

غلاف خلية البكتيريا عبارة عن بنية معقدة متعددة الطبقات تعمل على حماية هذه الكائنات من بيئتها غير المتوقعة والتي غالبًا ما تكون معادية. تقع أغلفة الخلايا لمعظم البكتيريا في واحدة من مجموعتين رئيسيتين. البكتيريا سالبة الجرام محاطة بجدار خلية ببتيدوجليكان رقيق ، وهو نفسه محاط بغشاء خارجي يحتوي على عديدات السكاريد الدهنية. تفتقر البكتيريا موجبة الجرام إلى غشاء خارجي ولكنها محاطة بطبقات من الببتيدوغليكان أكثر سمكًا بعدة مرات مما هو موجود في السلبيات الجرام. تتراكم خلال هذه الطبقات من الببتيدوغليكان عبارة عن بوليمرات أنيونية طويلة تسمى أحماض تيشويك. تمت مناقشة تكوين وتنظيم طبقات الغلاف هذه والأفكار الحديثة حول آليات تجميع غلاف الخلية.

الأرقام

آلات Transenvelope في صورة سلبية الجرام ...

آلات Transenvelope في مغلف الخلية سالب الجرام. بروتينات AcrA / B مع تولك ...

الأجهزة الخلوية المطلوبة من أجل ...

الأجهزة الخلوية المطلوبة للتكوين الحيوي OM. مسار Lpt ، جنبًا إلى جنب مع MsbA ، ...

تصوير موجب الجرام وسالب الجرام ...

تصوير مغلفات الخلايا موجبة الجرام وسالبة الجرام: CAP = بروتين IMP متصل تساهميًا ، ...


شكل الخلية وتنظيم جدار الخلية في البكتيريا سالبة الجرام

في الخلايا البكتيرية ، جدار الخلية الببتيدوغليكان هو الهيكل الذي يتحمل الإجهاد الذي يملي شكل الخلية. على الرغم من أن العديد من التفاصيل الجزيئية لتكوين وتجميع مكونات جدار الخلية معروفة ، فإن كيفية تنظيم شبكة وحدات الببتيدوغليكان الفرعية لإعطاء شكل الخلية أثناء النمو الطبيعي وكيف يتم إعادة تنظيمها استجابةً للضرر أو القوى البيئية لم يتم استكشافها نسبيًا. في هذا العمل ، نقدم نموذجًا فيزيائيًا كميًا لجدار الخلية البكتيرية الذي يتنبأ بالاستجابة الميكانيكية لشكل الخلية لتلف الببتيدوغليكان والاضطراب في بكتيريا Escherichia coli سالبة الجرام على شكل قضيب. لاختبار هذه التنبؤات ، نستخدم تجارب التصوير بالفاصل الزمني لإظهار أن الضرر يظهر غالبًا على شكل انتفاخ على الجدار الجانبي ، مقترنًا بانحناء واسع النطاق لجدار الخلية الأسطواني حول الانتفاخ. يقترح نموذجنا الفيزيائي أيضًا قوة مدهشة لشكل الخلية لعيوب الببتيدوغليكان ، مما يساعد على تفسير المسامية الملحوظة لجدار الخلية وقدرة الخلايا على النمو والحفاظ على شكلها حتى في ظل الظروف التي تحد من تشابك الببتيد. أخيرًا ، أظهرنا أنه يمكن تحقيق العديد من أشكال الخلايا البكتيرية الشائعة في نفس النموذج من خلال النمط المكاني البسيط لعيوب الببتيدوغليكان ، مما يشير إلى أن التغييرات الطفيفة في النمط يمكن أن تكمن وراء التنوع الكبير للأشكال التي لوحظت في المملكة البكتيرية.

بيان تضارب المصالح

الكتاب تعلن أي تضارب في المصالح.

الأرقام

نموذج مرن من الببتيدوغليكان ...

يتنبأ النموذج المرن لشبكة الببتيدوغليكان بأشكال الخلايا "المتشققة". خيوط جليكان (معروضة ...

تشكيل الانتفاخ في imp4213 E. ...

تشكيل الانتفاخ في imp4213 الإشريكية القولونية البكتيريا استجابة لعلاج فانكومايسين. (...

متانة شكل ...

متانة شكل خلية نموذجية مع عيوب ببتيدوغليكان. ( أ…

تم إنشاء أشكال الخلايا البكتيرية الشائعة ...

أشكال الخلايا البكتيرية الشائعة الناتجة عن عيوب في جدار خلية أسطواني نموذجي. ...


مناقشة

على الرغم من أنه من المسلم به على نطاق واسع أن شكل الخلية يلعب دورًا مهمًا في تنظيم الوظائف الخلوية في البكتيريا ، إلا أن الآليات والتراكيب الجزيئية التي تحدد شكل الخلية ليست مفهومة جيدًا. للتحقيق الكمي في الآليات المحتملة لتحديد شكل الخلية ، قمنا بتطوير نموذج مرن بسيط لجدار الخلية سالب الجرام حيث يتم تمثيل الوحدات الفرعية الببتيدوغليكان على شكل نوابض توازن الضغط الاسموزي للخلية. ضمن هذا النموذج ، نتج شكل خلية متصدع عن رقعة من عيوب الببتيد (الشكل 1) ، حتى في خلفية التوزيع الواقعي بطول حبلا الجليكان (الشكل S5). وتأكيدًا على هذا التوقع وجدنا ذلك الإشريكية القولونية imp4213 خضعت المسوخات المعرضة للفانكومايسين لنمط منتظم من تشوه شكل الخلية: بعد فترة من النمو ، ظهر انتفاخ واحد أو أحيانًا انتفاخات متعددة على جانب كل خلية ، وغالبًا ما تتشقق الخلايا حول الانتفاخات. تقدمت زاوية التصدع بمرور الوقت ، لكن المنطقتين على جانبي الانتفاخ ظلت أسطوانية حتى عندما وصلت زاوية الشق إلى -90 درجة.

الأهم من ذلك ، لوحظ انتفاخ بعد تثبيط تخليق الببتيدوغليكان إما عند تخليق السلائف أو في وقت متأخر في التجميع (40). يحدث انتفاخ الخلية وتحللها أيضًا عندما يتم التعبير عن تخليق ببتيدوغليكان غير نشط (41). دعماً لآليتنا المقترحة في الشكل 2 F و جي، يمكن التخلص من التحلل في سلالات متحولة هيدروليز متعددة. لقد لاحظنا أيضًا انتفاخًا وانحلالًا في C. الهلال الخلايا الحساسة بشكل طبيعي للفانكومايسين (البيانات غير معروضة). يمكن أن يحدث أيضًا تكسير وانتفاخ في الغشاء في مواقع أخرى على طول جانب الأسطوانة إذا تطور تركيز عالٍ من عيوب الببتيد ، ولكن من غير المحتمل أن يحدث ذلك في الأقطاب الخاملة نسبيًا حيث يحدث تخليق ببتيدوغليكان قليلًا أو معدومًا.

باستخدام نموذجنا المرن ، وجدنا أن الشكل الأسطواني لجدار الخلية قوي للتركيزات الكبيرة لكل من عيوب الببتيد والجليكان. ومع ذلك ، فإن هذه العيوب تزيد من حجم المسام في جدار الخلية ، مما يسمح بالمرور المنتشر للمغذيات ومنتجات النفايات والجزيئات الكبيرة الأخرى مثل الحمض النووي. وجدنا أيضًا أن تركيزًا صغيرًا من العيوب المرتبة يمكن أن ينتج مجموعة متنوعة من أشكال الخلايا ، بما في ذلك الخلايا على شكل هلال ، وخلايا حلزونية ، وشكل الليمون. لأن العيوب تسبب فقط زيادة موضعية في التوتر (انظر الشكل 1أ والشكل S2) ، التغيرات التي يسببها الخلل في شكل الخلية في التين. 1 و 3 و 4 من غير المحتمل أن تتأثر نوعياً بمتوسط ​​حلزوني عالمي صغير في اتجاه حبلا الجليكان ، خاصة مع توزيع واقعي بطول حبلا الجليكان.

تشير متانة خلايا نموذجنا للعيوب والتجارب مع الخلايا المعالجة بالفانكومايسين إلى أن الخلايا يمكن أن تتحمل تركيزًا كبيرًا من عيوب الببتيدوغليكان. في الواقع ، هذه القوة للعيوب هي خاصية عامة لشبكات الربيع ثنائية الأبعاد (26). مجتمعة ، تشير نتائجنا إلى أن تخليق الببتيدوغليكان قد لا يكون ضروريًا تمامًا. طالما يحدث كسر معتدل فقط قبل صنعه ، فقد تحتفظ شبكة الببتيدوغليكان بشكلها وسلامتها. يسمح هذا ببعض عدم الدقة في تركيب الببتيدوغليكان الجديد ، ويسمح بالحفاظ على التشكل على شكل قضيب حتى عند كثافة الببتيدوغليكان المنخفضة (23).

بالإضافة إلى الخلايا المتشققة ، يمكن الحصول على العديد من المتغيرات الشائعة للخلايا على شكل قضيب ، مثل الخلايا على شكل هلال ، وخلايا حلزونية ، وشبيهة بالأفعى ، وشكل الليمون ، عن طريق اضطرابات صغيرة في نموذج شبكة الببتيدوغليكان. تشير حقيقة أن جدران الخلية المعزولة (sacculi) تحتفظ بشكل الخلية السليمة (11 ، 13) إلى أن التوليف غير المتجانس أو معالجة الببتيدوغليكان أثناء النمو كافٍ لإنشاء متغيرات الشكل. في كثير من الحالات ، تعكس هذه الأشكال الأنماط العادية للشبكة (الشكل S7) أي أنها الأشكال "الأسهل" التي يمكن صنعها عن طريق تشويش الأسطوانة. يتمثل أحد الاختلافات الرئيسية بين البكتيريا ذات الشكل العصوي والإهليلجي والدائري في تنظيم إنزيمات التخليق الببتيدوغليكان (للمراجعة ، انظر المرجع 3). يشير نموذجنا إلى أن الخلايا على شكل الليمون التي تنتج عن العلاج A22 يمكن أن تكون ناتجة عن اضطراب في التركيب الطبيعي لأطواق الجليكان ، مما يؤدي إلى خيوط جليكان خاطئة. في C. الهلال، وهو بروتين شبيه بالخيوط المتوسطة ، crescentin ، يتم تحديده في الانحناء الداخلي للخلية وهو ضروري وكافٍ لإنتاج شكل خلية منحنية (42). يشير نموذجنا إلى أن كريسنتين قد يعمل عن طريق التثبيت الانتقائي للروابط الببتيدية على جانب واحد من سطح الخلية. هناك أنماط عيوب أخرى ذات صلة تنتج أشكالًا متشابهة ، على سبيل المثال ، في الصورة الثانية من أعلى في الشكل 3ب الانحناء ناتج عن التوزيع غير المتكافئ لعيوب الببتيد. تهدف جدران الخلايا في الشكل 4 إلى إثبات أن التغييرات الصغيرة نسبيًا في الببتيدوغليكان يمكن أن تؤدي إلى تغييرات كبيرة في الشكل ، وأن هذه التغييرات يمكن أن تعكس تنظيمًا يعتمد على المكان للتركيب. يقترح التركيب الجزيئي المحفوظ لـ peptidoglycan أنه قد يكون من الممكن إجبار بكتيريا واحدة على تبني شكل بكتيريا مختلفة ببساطة عن طريق التعبير عن العوامل المسؤولة عن إنشاء والحفاظ على فئة معينة من عدم تجانس الببتيدوغليكان.

بالرغم ان بكتريا قولونية تحافظ الخلايا على شكل قضيب أثناء النمو الأسي ، كما أنها قادرة على تبني مجموعة متنوعة من الأشكال في مواجهة الاضطرابات البيئية أو الكيميائية أو الجينية. نظرًا لأن التركيب الجزيئي للببتيدوغليكان محفوظ في البكتيريا ، فمن المحتمل أن يكون اعتماد شكل الخلية على جدار الخلية متشابهًا في جميع البكتيريا سالبة الجرام. في هذا العمل ، قدمنا ​​نموذجًا لجدار الخلية سالب الجرام والذي يقوم بعمل تنبؤات حول آليات تحديد شكل الخلية عبر تنظيم الببتيدوغليكان. يشمل العمل الجاري دمج نموذجنا الحالي مع وصف ميكانيكا الغشاء السيتوبلازمي والتأثيرات المرنة غير الخطية للدراسة في الجسم الحي تحديد شكل الخلية ونمو جدران الخلايا متعددة الطبقات. لن يكتشف العمل التجريبي المستقبلي هذه الآليات في اختيار شكل الخلية البكتيرية الطبيعي فحسب ، بل قد يستغل هذه الآليات بشكل مباشر لتغيير أشكال الخلايا البكتيرية صناعياً.


الأمراض التي تسببها البكتيريا السالبة الجرام

تسبب البكتيريا سالبة الجرام الكثير من الأمراض لدى البشر وبعضها مذكور أدناه:

الأمراض المنقولة جنسيا (STDs)

يمكن أن تنتقل الأمراض المنقولة بالاتصال الجنسي من شخص إلى آخر ، عادة أثناء ممارسة الجنس المهبلي والشرجي والفموي. في بعض الأحيان ، يمكن أن تنتقل هذه العدوى غير الجنسية ، مثل من الأم إلى الرضيع أثناء الحمل أو الولادة ، أو من خلال عمليات نقل الدم أو الإبر المشتركة. على سبيل المثال ، بعض الأمراض التي تنتقل عن طريق الاتصال الجنسي هي كما يلي:

  1. مرض الزهري: تسببها بكتيريا سبيروتشيتال سالبة الجرام T. الشاحبة.
  2. عدوى المكورات البنية: بسبب المضاعفات السالبة الجرام N. السيلان.
  3. الكلاميديا: تسببها البكتيريا المتدثرة الحثرية.

أمراض الجهاز التنفسي

التهابات الجهاز التنفسي هي أكثر أنواع العدوى التي يتم الإبلاغ عنها للإنسان. هناك أربعة قضبان سالبة الجرام ذات أهمية طبية مرتبطة عادةً بالجهاز التنفسي ، وهي:

  • المستدمية النزلية: وهو سبب مهم لعدوى الجهاز التنفسي العلوي مثل التهاب الأذن الوسطى والتهاب الجيوب الأنفية والتهاب الملتحمة والتهاب لسان المزمار. كما أنه يسبب تعفن الدم عند الأطفال والالتهاب الرئوي عند البالغين ، خاصةً المصابين بمرض الانسداد الرئوي المزمن.
  • البورديتيلة السعال الديكي: تسبب الشاهوق. إنه مرض تنفسي شديد العدوى يُعرف بالسعال الديكي.
  • البكتيريا المستروحة: تسبب داء الفيالقة (شكل حاد من الالتهاب الرئوي).
  • راكدة بومانية: يسبب الالتهاب الرئوي المكتسب من المستشفى (HAP).

أمراض المسالك البولية

عدوى المسالك البولية (UTI) هي عدوى تصيب أي جزء من الجهاز البولي (الكلى والحالب والمثانة والإحليل). تشمل معظم الالتهابات الجهاز البولي السفلي ، أي المثانة والإحليل. هناك نقطة مثيرة للاهتمام يجب معرفتها وهي أن النساء أكثر عرضة للإصابة بعدوى المسالك البولية من الرجال (لماذا تعاني النساء أكثر؟…. هاه… محبط).

العامل المسبب

  • بكتريا قولونية: يمكن أن يسبب التهاب المثانة ، أي التهاب المثانة.
  • المتقلبة الرائعة: إنه قادر على إحداث التهابات مصحوبة بأعراض في المسالك البولية بما في ذلك التهاب المثانة والتهاب الحويضة والكلية.
  • الأمعائية المذرقية: يمكن أن يسبب التهابات المسالك البولية بما في ذلك تجرثم الدم.
  • السراتية الذابلة: مسؤول عن التهابات المسالك البولية في المستشفيات (UTIs).

أمراض الجهاز الهضمي

أمراض الجهاز الهضمي تشير إلى الأمراض التي تصيب الجهاز الهضمي ، وهي المريء والمعدة والأمعاء الدقيقة والأمعاء الغليظة والمستقيم والأعضاء الملحقة للهضم والكبد والمرارة والبنكرياس.

العامل المسبب

  • هيليكوباكتر بيلوري: مسؤول عن عدد من اضطرابات الجهاز الهضمي ، مثل التهاب المعدة النشط المزمن ، والتقرحات الهضمية ، وسرطان المعدة ، والأورام اللمفاوية في الأنسجة اللمفاوية المرتبطة بالغشاء المخاطي.
  • السالمونيلا المعوية: قد يصاب البشر المصابون بالسالمونيلا بالإسهال والحمى والمغص.
  • السالمونيلا التيفية: يمكن أن يسبب التهاب الأمعاء والإسهال الموضعي.

إزاحة المجموعة

في هذه الحالة ، يتم تعديل المادة المذابة كيميائيًا عند نقلها داخل الخلية. وهو أيضًا نوع من النقل النشط حيث يتم استخدام الطاقة الأيضية أثناء امتصاص المغذيات. يمكن وصف العملية بنظام ترانسفيرازات السكر والفوسفات (PTS). يساعد هذا النظام على نقل العديد من السكريات عن طريق فسفرتها باستخدام الفوسفوينول بيروفات (PEP). يستخدم PEP لتخليق ATP ، ولكن في المواد السمية الثابتة ، تُستخدم الطاقة الموجودة في PEP لتنشيط جزيء الامتصاص. يتطلب نقل الفوسفات من PEP بروتينات مختلفة. في E. coli و Salmonella ، يرتبط إنزيمان (إنزيم I و Enzyme II) وبروتين واحد منخفض الوزن الجزيئي ثابت الحرارة (HPr) بـ PTS. يتكون الإنزيم الثاني من ثلاثة مجالات: EII A (حشوي وقابل للذوبان) ، EII B (ماء) ، EII C (مسعور). Phosphate is transferred from PEP to EII by the help of EI and HPr. Then a sugar molecule is phosphorylated as it carries across the membrane by EII. EII transport is specific for sugars and varies in each PTS, but EI and HPr are the same in different PTs systems.


Structure and Composition

  1. A phospholipid called Lipid A embeds in a lipopolysaccharide layer in the outer leaflet. Also known as endotoxin, it is responsible for toxic effects (fever and shock). Generally, it is not released until the death of a cell.
    Exception: Neisseria meningitidis, which over-produces outer membrane fragments.
  2. A core polysaccharide of five sugars linked through ketodeoxy-octonate (KDO) to lipid A.
  3. O antigen: An outer polysaccharide consisting of up to 25 repeating units of 3-5 sugars. These are hydrophilic in nature. O antigen is highly varied among species.
    مثال: بكتريا قولونية O157:H7 which causes food poisoning and hemolytic uremic syndrome. O antigens are used to identify certain organisms in microbiology laboratories. O antigens are toxic and account for some of the virulence of certain gram-negative bacteria.

ملحوظة: LPS is heat stable and not strongly immunogenic so it cannot be converted to a toxoid.


Gram Stains

In Lab 2 you were introduced to simple staining techniques that enable microbiologists to observe the morphological characteristics of bacteria.  Although simple stains are useful, they do not reveal details about the bacteria other than morphology and arrangement.  The Gram stain is a differential stain commonly used in the microbiology laboratory that differentiates bacteria on the basis of their cell wall structure.  Most bacteria can be divided into two groups based on the composition of their cell wall: Gram+ and Gram- This is The Most Important staining technique in Bacteriology. 

Gram Positive Organisms 

Gram-positive cell walls have a thick peptidoglycan layer beyond the plasma membrane. Characteristic polymers called teichoic and lipoteichoic acids stick out above the peptidoglycan and it is because of their negative charge that the cell wall is overall negative. These acids are also very important in the body’s ability to recognize foreign bacteria. Gram-positive cell walls stain blue/purple with the Gram stain. 

Gram Negative Organisms

Gram-negative cell walls are more complex. They have a thin peptidoglycan layer and an outer membrane (lipopolysaccharide) beyond the plasma membrane. The space between the plasma membrane and the outer membrane is called the periplasm. The outer leaflet of the outer membrane is composed mainly of a molecule called lipopolysaccharide (LPS). LPS is an endotoxin that is important in triggering the body’s immune response. Gram-negative cells will stain pink with the Gram stain. 


خيارات الوصول

احصل على حق الوصول الكامل إلى دفتر اليومية لمدة عام واحد

جميع الأسعار أسعار صافي.
سيتم إضافة ضريبة القيمة المضافة في وقت لاحق عند الخروج.
سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.

احصل على وصول محدود أو كامل للمقالات على ReadCube.

جميع الأسعار أسعار صافي.


PERIPLASM AND MEMBRANE VESICLES (MVS)

Periplasm.

الشكل 7. Negative-stained n-MVs which have been isolated and purified from P. الزنجارية as previously described (32). Bar = 250 nm. الشكل 8. Thin section of an unidentified gram-negative bacterium found in a freshwater biofilm in a river near laboratory. This bacterium possesses a microcapsule and is liberating a prodigious amount of MVs. Bar = 1 μm. الشكل 9. Thin section of P. الزنجارية PAO1 showing the development of n-MVs before they are liberated from the cell. The arrow points to one vesicle in which the membrane bilayer and the periplasm within its lumen (i.e., electron-dense area inside the vesicle) can be seen. Bar = 250 nm.


شاهد الفيديو: تركيب الببتيدوجلايكن و الفرق العام مابين بكتيريا موجبة جرام و سالبة جرام جدار الخلية البكتيرية (أغسطس 2022).