‫מיקרוביולוגיה ‪ -‬שיעור‪1‬‬
‫‪30‬‬
‫שיעור ‪ :05‬דופן התא‬
‫המרצה‪ :‬ד"ר ענת הרשקוביץ'‬
‫דופן התא בעלת רלוונטיות רפואית חשובה‪ ,‬היות והיא הדבר הראשון שהמערכת החיסונית באה איתו‬
‫באינטראקציה‪ ,‬נוסף על גורמים מורפולוגיים כמו שוטונים‪ ,‬ריסים או גורמים מסיסים שהחיידק מפריש‬
‫ולרוב מזוהים בפתוגניות שלו‪.‬‬
‫החיידק הינו יצור חד תאי אשר תוכו מורכב מציטוזול בו קיימים מרכיבי החיים שלו ומבחוץ קיימים‬
‫גורמים המאפשרים תנועה כמו שוטונים וריסים‪ .‬הפלזמה סגורה בממברנה פנימית וחיצונית עשויות‬
‫פוספוליפידים במבנה ‪ .bi-layer‬מעבר לממברנה הליפידים כלפי חוץ נמצאת מעטפת החיידק‪.‬‬
‫החיידקים מתחלקים לשתי קבוצות‪ :‬גרם חיובי וגרם שלילי‪ .‬גרם שלילי מכילים שתי ממברנות בעוד שגרם‬
‫חיוביים מכילים ממברנה אחת‪ ,‬דבר המשפיעה גם על מעטפת החיידק‪.‬‬
‫צביעת גרם‬
‫היכולת להבדיל בין חיידק לפי המעטפת פותחה עם‬
‫צביעת הגרם על ידי הנס כריסטיאן גרם ב‪.1884-‬‬
‫גרם הבחין כי כאשר צובעים חיידקים בשני צבעים‬
‫תוך טיפול מסויים )ראו פירוט באיור(‪ ,‬חיידקים‬
‫מסויימים מכילים את הצבע הראשון )סגול( ובאחרים‬
‫הצבע נשטף החוצה ולכן הם נצבעים בצבע השני‬
‫)ורוד(‪.‬‬
‫בעוד שגרם לא הבין את מקור ההבדל‪ ,‬היום ידוע שהוא נובע ממעטפת החיידק השונה בין גרם חיובי )סגול(‬
‫לגרם שלילי )אדום(‪.‬‬
‫דופן תא חיידקי‬
‫באיורים הבאים ניתן לראות את הממברנה והדופן של החיידקים השונים‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫שיעור ‪ :05‬דופן התא‬
‫‪31‬‬
‫ה‪ bilayer-‬מכיל פוספוליפידים וחלבונים ממברנלים בעלי תפקודים שונים כמו טרנספורטרים‪ ,‬תעלות‪,‬‬
‫הפרשת חומרים וכו'‪ .‬מחוץ לממבנה מתחיל ההבדל‪:‬‬
‫•‬
‫גרם חיובי – דופן תא עשוי שכבה עבה מאוד‪ .‬הדופן עשויה מסוגים שונים של פולימרים שהעיקרי‬
‫בהם הוא הפפטידוגליקן‪ .‬מעבר לכך יש חלבונים שונים ושומנים שמעטרים את הדופן‪ ,‬כמו חומצות‬
‫טיכואיות וחומצות ליפו‪-‬טיכואיות‪ .‬הפפטידוגליקן עשוי בעיקר שרשרות של סוכר‪.‬‬
‫•‬
‫גרם שלילי – מכיל שתי ממברנות ליפידים )‪ .(each is bilayer‬עובדה זו מהווה הבדל משמעותי‬
‫מבחינה אנרגטית )ייצור ממברנה שנייה( ומטבולית וכן מבחינה יכולת הבנייה של הממברנה‬
‫החיצונית‪ .‬הממברנה החיצונית שונה מבחינת האלמנטים המוכלים בה מהממברנה הפנימי‪ .‬החלל‬
‫הפריפלזמטי הוא החלל הנוצר בין הממברנה‪ ,‬והוא מכיל גם כן את פולימר הפפטידוגליקן היוצר‬
‫שכבה דקה מאוד )יחד עם אנזימים וגורמים אחרים הנשמרים בפורמט מידור בחלל זה(‪ .‬כמו כן על‬
‫גבי הממברנה החיצונית קיים פולימר סוכרי בשם ליפופוליסכריד )‪ .(LPS‬החומצות הטיכואיות אינן‬
‫מצויות כלל בחיידקי גרם‪-‬שלילי‪.‬‬
‫תפקודי המעטפת החיידקית‬
‫•‬
‫צורה מורפולוגית וקשיחות – פולימר המעטפת של החיידק מבקר את צורת החיידק‬
‫‪15‬‬
‫– עגול או‬
‫מתג‪ ,‬למשל‪ .‬המעטפת מספקת גם קשיחות דינאמית‪ ,‬המאפשרת יחד איתה גם שכפול ודינאמיות‪.‬‬
‫•‬
‫הגנה מפני הלם אוסמוטי ועקות – החיידק מתמודד עם תנאים משתנים וקשים כאשר הוא בסביבתו‬
‫הטבעית – כמעט לעולם לא יהיה בתנאים האופטימליים שלו‪ .‬סביבה מימית שמתייבשת או מתמלאת‬
‫מים משנה את ערכי ה‪ pH-‬והאוסמוטיות שלה; הדופן צריכה להתמודד עם ההתרחבות וההיצרות של‬
‫התא‪ .‬בחיידקים החיים בגוף חי צריך להתמודד מול המערכת החיסונית ורדיקלים שהגוף המארח‬
‫מייצר‪.‬‬
‫חיידקים לא מתרבים מסיבית בטבע – אכן‪ ,‬הם נמצאים במגוון עצום וכמויות אדירות אך העובדה שלא רואים‬
‫מושבות כמו במצע במעבדה מצביעה על כך שהם אינם מתרבים בקצב אופטימלי – בטבע החיידקים נמצאים‬
‫במצב עקה והם משקיעים כוחותיהם על מנת לשרוד ולא בהתרבות למספרים עצומים‪.‬‬
‫• מחסום פיזי – כנגד כניסה של חומרים שונים‪ ,‬כשם שעור הגוף החי מהווה מחסום‪.‬‬
‫•‬
‫שליטה על מעבר יונים – המעטפת יכולה להיות בעלת מטען הנתון לשינוי בידי החיידק; כמו כן היא‬
‫מכילה תעלות ואלמנטים המאפשרים כניסה סלקטיבית של חומרים‪ .‬שימו לב שמכיוון שדופן התא‬
‫אינו עשוי פוספוליפידים )בגרם חיוביים(‪ ,‬מעבר מולקולות קטנות טעונות יכולות לעבור והסינון‬
‫שלהן נעשה על טהרת בקרת המטען‪.‬‬
‫•‬
‫הגנה מפני מנגנוני המערכת החיסונית של המארח – חיידקים יכולים ליצור קפסולה‪ ,‬משמשת‬
‫אותם להסוואה והתחמקות מבליעה ופירוק על ידי פגוציטים המשמשים את מערכת החיסון של‬
‫המארח‪ .‬לא כל החיידקים מסוגלים לייצר קפסולה‪.‬‬
‫‪ 15‬זיכרו כי לממברנה הליפידית אין צורה‪ ,‬היא מעין "שק" שמקנה לתא צורה כדורית‪.‬‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מיקרוביולוגיה ‪ -‬שיעור‪1‬‬
‫‪32‬‬
‫•‬
‫הגנה מחומרים אנטיבקטריאלים – תאים פגוציטים הורגים חיידקים על ידי ייצור חומרים‬
‫אנטיבקטריאלים‪ ,‬אשר סוג אחד שלהם הוא פפטידים קצרים הנמשכים לממברנת החיידק‪ ,‬נכנסים‬
‫פנימה ומחוררים אותה על מנת להרוג את החיידק‪ .‬הפפטידים טעונים חיובית ולכן שינוי מטען הדופן‬
‫יכול להקנות עמידות – מטען חיובי על הדופן הנוצר על ידי קבוצות חיוביות כמו ‪ D-Alanine‬דוחה‬
‫את הפפטידים האנטיבקטריאלים ומגן על החיידק‪.‬‬
‫•‬
‫חישת הסביבה – מעטפת התא היא מעין אברון – במיוחד הפריפלזמה של הגרם שליליים‪ .‬גם שכבת‬
‫הדופן העבה של הגרם‪-‬חיובי היא שכבה שקורים בה דברים – ולכן ניתן להתייחס אליה כסביבה‬
‫ייחודית‪ .‬בתוך השכבה הזו יש חלבונים הקשורים בקשרים שונים והינם בעלי פונקציות ספציפיות‬
‫לחיידק‪ .‬אחת הפונקציות היא חישה – שטח הפנים של החיידק‪ ,‬הדופן‪ ,‬הוא איזור התקשורת עם‬
‫הסביבה ולכן שם נמצאים הרבה חיישנים החשים את הסביבה – מרגישים פפטידים אנטיבקטריאלים‪,‬‬
‫שינוייםב‪ pH-‬ותנאים אחרים וכדומה‪ .‬דופן התא משמשת שלד על מנת להחזיק חיישנים אלו‪.‬‬
‫•‬
‫תמיכה במנועי שוטון – השוטון של החיידק מעוגן לממברנה הליפידית‪ ,‬אולם הוא צריך מבנה נוסף‬
‫שייתמוך בו – אורך שוטון יכול להיות ארוך פי ‪ 2‬מהתא עצמו ולכן צריך מבנה יציב שיחזיק אותו‪.‬‬
‫•‬
‫אדהזיה – חלק מיכולות החיידקים לתפוס נישה מסויימת נתונה ביכולתם להיצמד למקום מסויים ולא‬
‫לרחף בעומק הנוזל‪ .‬במצב זה הם יכולים להשתכפל ולהקים מושבות או לחדור לרקמות‪ .‬תכונה זו‬
‫חשובה‪ ,‬במיוחד בחיידקים פתוגנים‪ .‬לדופן התא חשיבות רבה לאדהזיה וליכולת ההצמדות למשטח‪.‬‬
‫•‬
‫תמיכה בפימבריה – פילוסים וגורמים נוספים אשר‪ ,‬כמו השוטון‪ ,‬נשלחים החוצה וצריכים תמיכה‬
‫מכנית‪.‬‬
‫•‬
‫מעורבות בחדירה לאאוקריוטים – חשובה במיוחד לפתוגנים שצריכים לחדור לתא מאחסן ספציפי‬
‫ולשם כך צריכים לזהות אותו‪ ,‬לחדור אליו‪ ,‬להתחמק מהמערכת החיסונית ולהתחלק במקום המיועד‬
‫להם‪.‬‬
‫•‬
‫חלוקה תאית – מצריכה שיתוף פעולה בין הדופן לחלוקה – כאשר חיידק מתארך וצריך להיחתך‬
‫האנזימים של תהליך החלוקה והאנזימים המנטרים את ייצור הדופן צריכים לתקשר ולקיים תיאום‬
‫ביניהם‪.‬‬
‫הסיבות לחקר דופן התא‬
‫•‬
‫מרכיבי הדופן הם חיוניים – חיידק ללא דופן לא יחיה זמן רב לא ההגנה‪ ,‬הצורה‪ ,‬הזיהוי ושאר‬
‫התכונות שהיא מספקת‪.‬‬
‫•‬
‫מרכיבי הדופן הם ספציפיים לחיידקים – פפטידוגליקן ו‪ LPS-‬הם חומרים הקיימים בחיידקים‬
‫בלבד ולא בגוף המאחסן האאוקריוט‪ .‬משמעות הדבר היא שיש אלמנטים שניתן להתייחס אליהם‬
‫כמטרות לתרופות – אשר יוכלו לפגוע בחיידק בלבד ולא במאחסן‪ .‬דוגמה לתרופה כזו היא‬
‫אנטיביוטקות התוקפות שלבים שונים בתהליכי הסינטזה של דופן התא – בעיקר את המרכיבים‬
‫הייחודיים שלו‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫שיעור ‪ :05‬דופן התא‬
‫•‬
‫‪33‬‬
‫מרכיבי הדופן גורמים למחלות בבעלי חיים – ה‪ LPS-‬של הגרם‪-‬שלילי הינו חומר רעיל – ואפילו‬
‫קטלני במצבו הטהור‪ LPS .‬מזוהה על ידי רצפטורים תאיים‪,toll-like receptor IV (TLR IV) ,‬‬
‫הקושר את ה‪ LPS-‬ומיידע את הגוף אודות קיום החיידקים בו‪ .‬ההכרה הזו מעוררת תגובה חיסונית‬
‫חזקה מאוד על ידי שליחת סיגנלים )ציטוקינים( המזמנים תאי מערכת חיסונית‪ .‬התגובה החזקה‬
‫עשויה לגרום ל‪ ,Sceptic Shock-‬הגוף מתקשה לעצור את התהליך שעשוי להיות קטלני‪ .‬הבנה של‬
‫מרכיבי דופן התא חשובה לבריאות הגוף שכן גם הם מהווים גורמים פתוגנים‪ .‬תרופה למצב זה‬
‫יכולה להיות למשל חומר שייתחרה עם ה‪ LPS-‬בדם על הקישור ל‪ TLR IV-‬מבלי לעורר בו תגובה‪.‬‬
‫יש לציין כי גם בצמחים התגלו מרכיבים שמזהים אלמנטי דופן חיידקית וגורמים לתגובה‪.‬‬
‫• הבחנה אימונולוגית – ה‪ LPS-‬מורכב מאלמנט ליפידי וחיצוני )סוכרים(‪ .‬חיידקים שונים‪ ,‬אפילו‬
‫מאותו המין‪ ,‬נבדלים בהרכב הסוכרים החיצוני של ה‪ .LPS-‬תכונה זו משמשת כלי לזיהוי הסרוטייפ‬
‫בתוך המין‪ .‬כמו כן הגוף מייצר‪ ,‬על פי רוב‪ ,‬נוגדנים כנגד איזורים אלו‪ .‬גם בקטריופאג'ים מזהים את‬
‫חיידקי המטרה שלהם לפי הדופן‪ ,‬ושינויים בדופן עשויים להקנות עמידות לפאג'ים‪.‬‬
‫מבנה דופן התא‬
‫בחיידקי גרם חיובי הפפטידוגליקן‬
‫יכול להגיע עד ‪ 80%‬מהמסה היבשה‬
‫של החיידק בעוד שבגרם שלילי היא‬
‫יכולה להיות בין ‪ 15-20%‬מהמסה‪.‬‬
‫משמאל‪ :‬הבדלים המבניים הסכמטיים‬
‫בין גרם שלילי לחיובי‪.‬‬
‫למטה‪ :‬מבנים של חיידקים גרם חיובים וגרם שליליים עם קפסולה‪ .‬ניתן לראות כיצד המבנים מסייעים גם‬
‫בייצוב מנועי שוטונים ופילוסים – אלמנטים גדולים היוצאים מהחיידק וצריכים תמיכה‪.‬‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מיקרוביולוגיה ‪ -‬שיעור‪1‬‬
‫‪34‬‬
‫גרם שלילי‬
‫גרם חיובי‬
‫פפטידוגליקן עבה‪ ,‬שכבת ממבנה ליפידת כפולה‪.‬‬
‫פפטידוגליקן עבה‬
‫אלמנטים של ‪.LPS‬‬
‫חומצות טכואיות ‪ TA‬ו‪.LTA-‬‬
‫אין חומצות טכואיות או מיקוליות‪.‬‬
‫חומצה מיקולית בחיידקים ‪ Acid-Fast‬היוצרת‬
‫שכבה דמויית שעווה וגורמת לחיידק לעמידות מפני‬
‫‪ pH‬חומצי‪.16‬‬
‫הפפטידוגליקן‬
‫הפפטידוגליקן מורכב משני סוגי סוכרים – ‪ NAG‬ו‪ – NAM17-‬יחד עם שרשרות פפטיד קצרות‬
‫ושרשרות פפטיד צולבות‪ .‬שרשרות פפטידים צדדיות )ירוק בהיר( מחוברות לסוכר ה‪ NAM-‬בלבד‪.‬‬
‫קשרי הצילוב )ירוק כהה( מקשרים בין כל שתי שרשרות פפטיד צדדיות ומאפשרים חיבור בין שרשרות‬
‫הפולימר הרבות שבשכבת הפפטידוגליקן‪.‬‬
‫הגליקן‬
‫משמאל‪ :‬היחידה הדו‪-‬סוכרית החוזרת‪.‬‬
‫•‬
‫‪ NAG‬בנוי בבסיסו מגלוקוז‬
‫ומכיל קבוצות אמין ואצטיל‬
‫הקשורות אליו‪.‬‬
‫•‬
‫‪ NAM‬נוצר מ‪ NAG-‬ומכיל‬
‫קבוצה נוספת מ‪ PEP-‬המשאירה‬
‫קבוצה‬
‫קרבוקסילית‬
‫חשופה‪.‬‬
‫‪ 16‬תכונה זו קיימת למשל בחיידק הטוברקולוזיס‪ ,‬השחפת‪ ,‬אשר נכנס לתאים דרך פגוזום‪ .‬פגוזום מאכל חיידקים בעזרת ‪pH‬‬
‫מאוד חומצי אבל עמידות זו מאפשרת לחיידק לשרוד את התהליך המאכל‪.‬‬
‫‪.NAM = N-acetylmuramic acid ,NAG = N-acetylglucosamine 17‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫שיעור ‪ :05‬דופן התא‬
‫‪35‬‬
‫שרשרת הפפטיד הקצרה‪ ,‬המאפשרת את קשרי הצילוב‪ ,‬תיקשר לאותה קבוצה קרבוקסילית חשופה‪.‬‬
‫הקשר ‪ β-1,4‬מצד אחד בלבד של ה‪ NAM-‬רגיש לפעילות ליזוזים‪ .‬משום כך ביקוע פפטידוגליקן על ידי‬
‫ליזוזים מבודד את היחידה החוזרת‪ .‬חיידקי גרם שליליים פחות רגישים לליזוזים כי יש להם ממברנה חיצונית‬
‫ולכן נדרשת כניסה של הליזוזים לפריפלזמה על מנת שיוכל לעשות את פעולתו‪.‬‬
‫הפפטיד‬
‫ה‪ NAM-‬מכיל קבוצת קרבוקסיל‬
‫פנויה אליה נקשר אלמנט הפפטיד‪,‬‬
‫שעשוי להיות טטרא‪ -‬או פנטה‪-‬‬
‫פפטיד‪ .18‬רצף חומצות האמינו קבוע‬
‫ואינו משתנה‪.‬‬
‫הפפטיד מכיל כמה אלמנטים ייחודיים‪:‬‬
‫•‬
‫חומצות אמינו בקונפיגורציה ‪D‬‬
‫בעוד‬
‫שכל‬
‫חומצות‬
‫האמינו‬
‫המוכרות בתאים הן ‪.L‬‬
‫•‬
‫‪DAP (meso-diamino-pimelic‬‬
‫)‪ acid‬היא מולקולה סימטרית‬
‫)‪ (meso‬המהווה פריקורסור במסלול הסינטזה של ליזין ואינה‬
‫משמשת כחומצת אמינו בתאים אאוקריוטים‪ .‬חומצת אמינו‬
‫זו הינה ספציפית לגרם‪-‬שלילי ולרוב חיידקי גרם‪-‬חיובי תהיה‬
‫חומצת האמינו ליזין בעמדה זו )למרות שמבין החיידקים‬
‫הגרם‪-‬חיוביים המשתמשים ב‪ DAP-‬רובם הם דווקא‬
‫הפתוגנים(‪ .‬ההבדל בין ‪ DAP‬לליזין הוא קבוצה קרבוקסילית‬
‫ב‪ DAP-‬במקום מימן‪ ,‬לצד קבוצה של אמין חופשי‪ .‬קשרי הצילוב שנוצרים בין הפפטידים של‬
‫הפפטידוגליקן נוצרים בקישור לאמין של הליזין‪.DAP/‬‬
‫גם ‪ NAM‬הוא סוכר ספציפי לחיידקים – לא מוכרות היום מערכות אחרות המשתמשות בסוכר זה‪ ,‬ולכן גם‬
‫הוא אלמנט ייחודי‪.‬‬
‫הפפטיד מתחבר לקבוצה הקרבקוסילית החשופה של ‪ .NAM‬הקשר הפפטידי נקשר תמיד בין קרבוקסיל‬
‫ואמין שהם חלק מהמולקולה – ולא דרך אמין או קרבוקסיל מהשייר של החומצה האמינית‪ .‬יחד עם זאת‪,‬‬
‫הקשר בין החומצה הגלוטמית לליזין‪ DAP/‬נוצר דווקא דרך שייר הקבוצה הקרבוקסילית של החומצה‬
‫הגלוטמית ולא דרך ה‪ COOH-‬במבנה השלד שלה‪.‬‬
‫‪ 18‬גם חיידקי גרם‪-‬שלילי‪ ,‬שהם בעלי פנטה‪-‬פפטיד‪ ,‬מכילים קשרי צילוב עם טטרא‪-‬פפטיד; ביקוע חומצת האמינו האחרונה‬
‫מספק את האנרגיה ליצירת קשר הצילוב בחיידקים אלו‪.‬‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מיקרוביולוגיה ‪ -‬שיעור‪1‬‬
‫‪36‬‬
‫שיעור ‪ :06‬דופן התא החיידקי – המשך‬
‫מבנה הפפטידוגליקן‬
‫הפפטידוגליקן הם שרשרות של סוכר הבנוי ליחידת בסיס דימרית של די‪-‬סכריד‪ .‬שרשרות אלו מוחזקות‬
‫על ידי קשרי צילוב בין שיירי פפטידים היוצאים מיחידת ה‪ NAM-‬של הדי‪-‬סכריד‪ .‬הקשר הפפטידי‬
‫שיוצר את קשר הצילוב נעשה תמיד בין ה‪ DAP-‬או הליזין של פפטיד אחד לבין ה‪ D-Alanine-‬של‬
‫פפטיד שני‪.‬‬
‫האנזים שמייצר את הקשר הוא טראנספפטידאז שרגיש לפנצילין‪ .‬משום כך פניצילין‪ ,‬בפגיעתו באנזים‪ ,‬מעכב‬
‫את יצירת קשרי הצילוב ומוריד את יציבות מבנה הפפטידוליקן‪ .‬בשל חיוניותו‪ ,‬ביטול הקשיחות של‬
‫הפפטידוגליקן תגרום למות החיידק‪.‬‬
‫המבנה במרחב‬
‫משמאל‪ :‬אילוסטרציה של שרשרת סוכרית אחת ממנה יוצאים בכיוונים רבים‬
‫השיירים הפפטידים – המבטיחים שהקשרים המרחביים שנוצרים ייעשו בכיוונים‬
‫רבים ושונים על מנת להבטיח את היציבות‪.‬‬
‫בחיידקי גרם‪-‬חיובי )למטה מימין( הקישור בין הליזין ל‪ D-Alanine-‬אינו ישיר‬
‫אלא מתווך על ידי פנטה‪-‬גליצין‪ .‬המרווח שנוצר מאפשר יצירת יותר קשרי צילוב‬
‫ואכן כמעט כל שני פפטידים מצולבים באופן כלשהו‪.‬‬
‫בחיידקי גרם‪-‬שלילי )למעלה משמאל( אין שימוש בפנטה‪-‬גליצין‪ .‬במקרה זה יש ‪ DAP‬המקושר ישירות‬
‫ל‪ D-Alanine-‬הרביעי‪ .‬מכיוון שהקישור אינו מתווך השרשרות קרובות ודחוסות וישנם פחות קשרי‬
‫צילוב בין השרשרות‪.19‬‬
‫‪ 19‬יחד עם זאת יש לזכור כי בגרם‪-‬שלילי הפפטידוגליקן דק יותר‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫שיעור ‪ :06‬דופן התא החיידקי – המשך‬
‫•‬
‫•‬
‫‪37‬‬
‫חשוב לזכור שהחיידקים יכולים לשלוט בקשרי הצילוב בהתאם לתנאים – אנזימים שיוצרים‬
‫ומפרקים קשרי צילוב מצויים בחיידק בכל זמן וקשרי הצילוב נוצרים ומתפרקים באופן דינאמי‪,‬‬
‫כאשר המאזן בין הפירוק והצילוב מקיים את צורכי התא‪.‬‬
‫מסיבה זו תקיפת הפניצילין את האנזים המייצר קשרי צילוב פוגעת בדופן‪ ,‬כי היא מותירה את‬
‫האנזימים מפרקי קשרי הצילוב פעילים ומפרה את המאזן לטובת פירוק נטו של קשרי הצילוב‬
‫וכתוצאה פירוק הדופן‪.‬‬
‫מבנה דופן התא של חיידק גרם‪-‬חיובי‬
‫ניתן לזהות במבנה ממברנה אחת ודופן‪ .‬הדופן מכילה‬
‫בעיקר את מבנה ה‪ NAG-NAM-‬וקשרי הצילוב‬
‫ביניהם‪ .‬כמו כן יש חומצות טיכואיות וחומצות ליפו‪-‬‬
‫טיכואיות )כאשר ‪ LTA‬מכילות מרכיב ליפידי‬
‫שמעגן אותן לממברנה מבעד לדופן(‪.‬‬
‫הפפטידוגליקן אינו רק פולימר; בניגוד לגרם‪-‬‬
‫שליליים שיש להם את "אברון" החלל הפריפלזמטי‬
‫המכיל אברונים ופונקציות ספציפיות שקורות בו‪,‬‬
‫בחיידקי גרם חיוביים מתייחסים גם לתווך של הדופן כאברון – למרות שאינו חסום בממברנה‪ .‬הוא מכיל‬
‫חלבונים הקשורים קוולנטית או אלקטרוסטטית למרכיבי הדופן‪ ,‬כמו הפפטידוגליקן או החומצות‬
‫הטיכואיות‪ .‬חלבוני השטח האלה )‪ (surface proteins‬הינם בעלי תפקידים שונים‪ :‬בניית הדופן‬
‫החיצונית‪ ,‬חישה של הסביבה החיצונית והעברת המידע פנימה וכיוצא באלה‪.‬‬
‫התווך של דופן מכיל ערב רב של חלבונים שונים‪.‬‬
‫חלבוני השטח של חיידקים גרם‪-‬חיוביים‬
‫•‬
‫חלבון ממברנלי – מכיל איזור ממברנלי )דומיין שחוצה את הממברנה‪ ,‬לרוב בעלי מבנים שניוניים‬
‫של אלפא‪-‬הליקס( ודומיין גדול שפונה החוצה‪ ,‬שם מתקיימת פעילות החלבון‪.‬‬
‫•‬
‫ליפופרוטאינים – החלק הקושר את החלבון לממברנה הוא ליפיד‪ ,‬ולא חלק הידרופובי של החלבון‪.‬‬
‫•‬
‫חלבונים בקישור ישיר לפפטידוגליקן – לחלבונים אלו יש רצף שמור בקצות החלבון המכווין‬
‫אותם לקישור לפפטידוגליקן‪ .‬רצף זה מכונה ‪ LPXT‬על שם חומצות האמינו המרכיבות אותו‪.‬‬
‫חלבונים המזהים את הסיגנל ‪) LPXT‬במקור ‪ LPXTG‬אך ה‪ G-‬מוּסר עם הקישור( ומחברים אותם‬
‫לדופן התא‪.‬‬
‫•‬
‫חלבונים המעוגנים לחומצות הטיכואיות – הללו בעלי מוטיב ‪ GW‬חוזרני‪ .‬הם נקשרים ישירות‬
‫לחומצות הטיכואיות‪.‬‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מיקרוביולוגיה ‪ -‬שיעור‪1‬‬
‫‪38‬‬
‫חלבון אחד יכול להכיל מספר סיגנלים‪ :‬סיגנל ראשון יכול להיות סיגנל להוצאת החלבון מהממברנה‬
‫)הסיגנל מוסר על ידי פפטידאזות לאחר ששלח את החלבון ליעד(‪ .‬סיגנל נוסף על אותו חלבון יכול להיות‬
‫‪ LPXT‬אשר יחובר על ידי אנזים סורטאז )‪ (sortase‬לפפטידוגליקן‪ .‬החיבור נעשה על ידי פירוק הקשר‬
‫של ‪ T‬ל‪ G-‬וקישור המקטע אל הפנטה‪-‬גליצין של החיידק הגרם‪-‬חיובי )במקום קישור הפנטה‪-‬גליצין‬
‫בקשר צילוב‪ .‬יש לציין כי הדבר לא פוגע ביציבות הדופן כי יש הרבה פנטה‪-‬גליצין זמינים(‪.‬‬
‫מבנה דופן התא בחיידקי גרם‪-‬שלילי‬
‫ניתן להבחין בשתי שכבות ממברנה וביניהן‬
‫פפטידוגליקן בחלל הפריפלזמטי; הפפטידוגליקן הדק‬
‫מחובר לליפופרוטאינים הנמצאים בחלק הפנימי של‬
‫הממברנה החיצונית‪ .‬הממברנה החיצונית מכילה גם‬
‫חלבוני שטח אחרים המעוגנים אליה ואת ה‪,LPS-‬‬
‫הנמצא רק בממברנה החיצונית‪ .‬הוא מורכב מזנב‬
‫סוכרי חיצוני ורכיב ליפידי שמעגן אותו לממברנה‪.‬‬
‫בממברנה החיצונית ובממברנה הפנימית יש פורינים – תעלות פחות סלקטיביות מבדרך כלל המעבירות‬
‫יונים‪ ,‬מטבוליטים וכדומה‪ ,‬השומרים על המצב האוסמוליטי של החיידק‪ .‬ישנם הבדלים גם באופי וגם‬
‫בריכוז הפורינים בין הממברנה הפלזמטית לממברנה החיצונית‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫שיעור ‪ :06‬דופן התא החיידקי – המשך‬
‫‪39‬‬
‫‪ - LPS‬ליפופוליסכריד‬
‫ה‪ LPS-‬מחולק לשני חלקים‪:‬‬
‫•‬
‫המרכיב הליפידי )‪ (Lipid A‬הוא המרכיב‬
‫הטוקסי שגורם לתגובות חיסוניות‪.‬‬
‫•‬
‫רצף סוכרים מעל המרכיב הליפידי‪ ,‬לרוב‬
‫משתנה בין חיידקים שונים‪ .‬הרצף מחולק‬
‫למספר חלקים‪ :‬ליבה פנימית‪ ,‬ליבה חיצונית ו‪-‬‬
‫‪ O‬אנטיגן‪ .‬זה האחרון הוא זה שנגדו מתפתחים נוגדנים בגוף המותקף על ידי חיידק גרם‪-‬שלילי‪.‬‬
‫הנוגדנים מאפשרים להגדיר סרוטייפים שונים של אותו מין חיידק‪.‬‬
‫חיידקים יכולים לשנות את הרכב הסוכרים; חיידקים פתוגנים יכולים לערוך שינויים – ספונטניים או‬
‫מכוונים – במבנה ה‪ O-‬אנטיגן כך שהוא כבר לא יזוהה על ידי נוגדנים או ‪ TLR4‬ויוריד את התגובה‬
‫החיסונית הנגרמת כתוצאה מחדירת החיידק לגוף‪.‬‬
‫ביוסינטזה של פפטידוגליקן‬
‫הפפטידוגליקן הוא פולימר גדול‪ ,‬מסיבי ומסועף )במיוחד במקרה של גרם‪-‬חיובי( אשר נמצא מחוץ לתא‪.‬‬
‫למרות שיחידות הבנייה הבסיסיות – הדי‪-‬סכריד עם הפפטיד – מיוצרות בתא‪ ,‬הן צריכות להתחבר‬
‫ולהתפלמר ליצירת פולימר סוכרי הידרופילי גדול שצריך לחצות ממברנה‪ .‬עד היום היצירה אינה ברורה‪.‬‬
‫הסינטזה‬
‫התהליך מתחיל בציטוזול ומתווך על ידי מספר אנזימים שלרוב‬
‫הגנים שלהם נמצאים על אופרונים‪ .‬התהליך מתחיל ב‪-‬‬
‫‪ Glucosamine-1-Phosphaste‬שהופך על ידי אנזים ‪ GlmU‬ל‪-‬‬
‫‪ NAG1P‬ועובר‪ ,‬על ידי אותו אנזים‪ ,‬התמרה על ידי ‪ UTP‬ליצירה‬
‫סופית של ‪.UDP-GlcNAc‬‬
‫‪ NAM‬הוא נגזרת של ‪ .NAG‬כאשר יש ‪ UDP-GlcNAc‬הוא‬
‫מותמר על ידי ‪ PEP‬בעזרת האנזים ‪ MurA‬ותוך הוצאת פוספט מ‪-‬‬
‫‪ .PEP‬בעזרת הכוח המחזר ‪ NADPH‬והאנזים ‪ MurB‬מתבצע‬
‫השלב השני ליצירת ‪.NAM‬‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫‪40‬‬
‫מיקרוביולוגיה ‪ -‬שיעור‪1‬‬
‫בשלב הבא מוספות חומצות האמינו‪ :‬האנזים ‪ MurC‬לוקח ‪ L-Alanine‬ומוסיף אותו לקרבוקסיל הפנוי‬
‫של ‪ .NAM‬האנזים ‪ MurD‬מוסיף ‪ ,D-glutamic acid‬לאחר ש‪ MurI-‬הפך את הקונפיגורציה של‬
‫החומצה הגלוטמית מ‪ L-‬ל‪ .D-‬האנזים ‪ MurE‬מוסיף את ‪ DAP‬ו‪ MurF-‬מחבר את הסובסטרט ‪D-ala-‬‬
‫‪) D-ala‬שנוצר עוד קודם על ידי אנזים שהפך אלאנין ‪ L‬ל‪ D-‬ואנזים אחר שחיבר שני ‪ .(D-ala‬כך‬
‫מתקבל הפנטה‪-‬פפטיד )בגרם שליליים‪ ,‬בעיקר(‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫שיעור ‪ :06‬דופן התא החיידקי – המשך‬
‫‪41‬‬
‫המעבר בממברנת התא‬
‫בקטטפרנול )‪ (Bactoprenol = Lipid C55‬היא‬
‫מולקולה גדולה והידרופובית מאוד – עשויה ‪55‬‬
‫פחמנים – הקושרת את תת היחידה הראשונה של‬
‫הפפטידוגליקן )‪ (NAM‬בקשר על ידי שני פוספטים‬
‫שנמצאים בקצהה‪.‬‬
‫משמאל‪:‬‬
‫ממברנה‬
‫פלזמטית‬
‫של‬
‫גרם‪-‬שלילי‪.‬‬
‫הבקטופרנול קושר את ה‪ NAM-‬בתיווך האנזים‬
‫‪ .MraY‬המולקולה הקשורה מכונה ‪.Lipid I‬‬
‫למולקולת ‪ NAM‬הקשורה מתחבר גם ‪ NAG‬בתיווך‬
‫האנזים ‪ .MurG‬המבנה הזה מכונה ‪.Lipid II‬‬
‫למרות החיבור‪ ,‬ההיפוך של הבקטופנול כך שיפנה את ‪ NAG-NAM‬כלפי חוץ אינו ברור מאליו; ההנחה‬
‫היא שחלבון הדומה בתפקודו לפליפאזות המצויות באאוקריוטים הוא שעושה את הפעולה‪ ,‬אולם האנזים‬
‫עצמו עדיין אינו ידוע‪.‬‬
‫לאחר ההיפוך של הבקטופנול החוצה‪ ,‬יחידת הבנייה נקשרת לפולימר דופן התא הקיים בחוץ‬
‫והבקטופרנול מתמחזר על ידי פליפ‪-‬פלופ נוסף שמפנה אותו שוב כלפי הציטוזול‪ .‬הקישור לפפטידוגליקן‬
‫הקיים ויצירת קשרי הצילוב נעשים על ידי אנזימים חיצוניים לממברנה‪.‬‬
‫בשלב הראשון טראנסגליקוזילאז )מחבר סוכרים( מחבר את המונומר החדש לפפטידוגליקן הקיים‪.‬‬
‫השלב השני‪ ,‬יצירת קשרי הצילוב‪ ,‬נעש על ידי טראנספפטידאז‪ .‬השלב השלישי נעשה על ידי‬
‫קרבוקסיפפטידאז שמוריד את ה‪ D-ala-‬האחרון; כנראה שהורדה זו נותנת אנרגיה לשלבים הראשונים‬
‫)של חיבור היחידה הבאה(‪.‬‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מיקרוביולוגיה ‪ -‬שיעור‪1‬‬
‫‪42‬‬
‫הידרוליזה של פפטידוגליקן‬
‫על מנת שניתן יהיה להכניס מונומרים חדשים לדופן‪ ,‬צריך שיהיו בה קצוות חופשיים; יצירה של קצוות‬
‫חופשיים היא תהליך הכרחי בבניית הדופן‪ .‬האנזימים החותכים את הדופן הם אנזימי הידרולאזות של‬
‫פפטידוגליקן‪ .‬הם יכולים לחתוך בתוך הסוכר )טרנסגליקוזילזות( או בתוך הפפטיד )טרנספפטידזות(‪,‬‬
‫בחומצת האמינו האחרונה )קרבוקסיפפטידזות(‪ ,‬ויש כאלו שמנתקים בכלל את הפפטיד‪.‬‬
‫תהליכי הבנייה והפירוק נמצאים בשיווי משקל; בנייה מקבילה לפירוק בהתאם לצרכי התא‪ .‬טיפול בפניצילין‬
‫מעכב את הסינטזה‪ ,‬חיבור מונומרים חדשים‪ ,‬אולם לא פוגע בפעילות ההידרולאזות‪ .‬מסיבה זו הופר שיווי‬
‫המשקל ויש דגרדציה של הדופן‪.‬‬
‫חלבונים קושרי‪-‬פניצילין‬
‫שמם ההיסטורי של האנזימים המרכיבים את הפפטידוגליקן מחוץ לדופן התא – טראנסגליקוזילאזות‪,‬‬
‫טראנספפטידאזות וקרבוקסיפפטידאזות‪ .‬החלבונים האלה מעוגנים לממברנה והפפטידוגליקן צף מעל‬
‫הממברנה; החלבונים הקשורים מוסיפים את הקשרים החדשים ומנהלים את הפפטידוגליקן ודוחפים אותו‬
‫כלפי חוץ – הגדילה של הפפטידוגליקן היא כלפי חוץ ומן החוץ משוחררים מונומרים ישנים‪.‬‬
‫פניצילין‬
‫הפניצילין התגלה על ידי אלכסנדר פלמינג ב‪ .1945-‬המולקולה נמצאה כמעכבת‬
‫גידול של חיידקים )כפי שניתן לראות באיור(‪ .‬בתור אנטיביוטיקה שפוגעת‬
‫במרכיבי הפפטידוגליקן‪ ,‬חיידקי גרם‪-‬חיובי יותר רגישים לה מאשר גרם שלילי‪,‬‬
‫בהם הפפטידוגליקן מוגן על ידי ממברנה חיצונית‪.‬‬
‫המולקולה של הפניצילין מכילה טבעת בטא‪-‬לקטם עם אמיד שיוצרת קישור‬
‫קוולנטי בלתי‪-‬הפיך לשייר הסרין באתר הפעיל של הטראנספפטידאז‪ .‬קשר זה‬
‫חוסם את פעילות האתר הפעיל והאנזים‪.‬‬
‫האנזימים המרובים הפעילים על הפפטידוגליקן‬
‫משוערים כעובדים בקומפלקס אחד‪ .‬האיור מדגים‬
‫את פעילות הקומפלקס‪ .20‬הקומפלקס מנתק ומחבר‬
‫במקביל את השרשרות‪.‬‬
‫החיידק מסנטז את הפנטה‪-‬פפטיד לאחר סינטזת ה‪-‬‬
‫‪ .NAM‬שימו לב שהפפטיד הוא דוגמה לסינטזה‬
‫של פפטיד שלא בדרך הרגילה – על ידי ריבוזום‪.‬‬
‫הפנטה‪-‬פפטיד נוצר על ידי סדרה של אנזימים ולא על‬
‫ידי ריבוזום; כל אנזים מכיר את הסובסטרט שלו –‬
‫הפפטיד כפי שהוא לפני שנוסף הרכיב הבא – ומבצע את הפעילות הקטליטית שלו המאריכה את הפפטיד‪.‬‬
‫‪ 20‬יש לציין כי הקומפלקס מעוגן לממברנה כי חלק ממרכיביו הם חלבונים ממברנליים‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫שעור ‪ :07‬חומרים אנטיביוטיים‬
‫‪43‬‬
‫שעור ‪ :07‬חומרים אנטיביוטיים‬
‫המרצה‪ :‬פרופ' משה מברך )במקומה של ד"ר ענת הרשקוביץ(‪ .‬חסרה מצגת‪.‬‬
‫שיעור בהיסטוריה‬
‫ביצירת הדופן קיים איזון בין כניסה של מונומרים חדשים לפירוק של הפפטידוגליקן המפנה מקום לכניסתם לדופן‪ .‬שבירה של האיזון הזה‬
‫מערער את עמידות הדופן ולהוביל למות התא‪.‬‬
‫סיפור הפניצילין מתחיל באלכסנדר פלמינג – אשר פירסם ב‪ 1928-‬את מאמרו על תופעת האנטיביוטיקה‪ .‬פלמינג היה רופא צבאי במלח"ע ‪I‬‬
‫ובקטריולוג והייתה לו מעבדה ניסויית בלונדון‪ .‬כאשר נסע לחופשה באיטליה וחזר לשולחנו‪ ,‬הוא מצא פלטות חיידקי סטפילוקוקים רבות‬
‫שהוא בודד לפני חופשתו; הוא הבחין שהפלטות שלו הזדהמו בתפטיר של פטריה‪.‬‬
‫פלמינג לא זרק את הפלטות המזוהמות‪ ,‬אלא בחן מה קרה בהן‪ .‬הוא הבחין בכך שברדיוס מסויים מהפטריה‪ ,‬מושבות שהיו בצלחת הלכו‬
‫ודעכו והחיידקים נראו חסרי דופן‪ .‬פלמינג עבד עם ליזוזים‪ ,‬הידוע כמפרק דופן‪ ,‬וכאשר החיידקים נראו כנפגעי ליזוזים הוא חשב שהפטריה‬
‫מפרישה ליזוזים‪ ,‬ויוצרת מתחם עיכוב )‪.(inhibition area‬‬
‫פלמינג תיאר את ההבחנה הזו ופירסם אותה במאמרו מ‪ ,1928-‬אולם המאמר לא זכה לחשיפה רבה במשך ‪ 10‬שנים‪ .‬זאת עד שארנסט צ'יין‪,‬‬
‫שגם עבד על ליזוזים‪ ,‬נתקל במאמר והחליט לבקש מפלמינג את הפטריה‪ .‬הוא הבחין באותה התופעה בה הבחין פלמינג והתחיל למצות מתוך‬
‫האגר את החומר הפעיל האנטיבקטריאלי‪ .‬כאשר הוא ניסה אותו בסביבת חיידקים טהורה ראה שאכן יש תגובה אנטיבקטריאלית‪.‬‬
‫צ'יין עבד עם האוורד פלורי‪ ,‬רופא‪ ,‬וניסה איתו את התמציות על עכברים מודבקי זיהום שהחלימו; מהר לאחר מכן הם עברו לניסויים קלינים‬
‫בבני אדם‪ .‬כך הם הבינו שיש להם "תרופת פלא"‪.‬‬
‫היות וב‪ 1940-‬אירופה מצוייה במלחמה‪ ,‬צ'יין ופלורי עוברים לארה"ב ומציגים את החומר שלהם לחברות תרופות ומנסים לבצע הליכים‬
‫גנטיים להשבחת פטריית פניציליום שתוכל לייצר כמויות משמעותיות יותר של החומר‪ ,‬ומצליחים בכך‪ .‬בתקופת המלחמה‪ ,‬המניבה חיילים‬
‫בעלי פצעים מזדהמים‪ ,‬התרופה מגיעה לשדה הקרב ופותרת את גורם הסכנה מספר אחד – הזיהומים – שממית לוחמים פצועים‪.‬‬
‫פלמינג‪ ,‬צ'יין ופלורי מקבלים פרס נובל‪ .‬בהמשך הבינו שניתן למצוא בטבע חומרים שיכולים לפגוע באורגניזמים אחרים – ועל ידי כך‬
‫לשמש תרופות‪ .‬הדבר עודד מדענים לצאת ולחפש חומרים חדשים כאלו‪ .‬ב‪ 1944-‬סלמן ווקסמן חיפש חומרים טבעיים נוספים ובודד‬
‫אנטיביוטיקה נוספת – סטרפטומיצין מהחיידק סטרפטומיציס‪ ,‬אשר שימשה לטיפול בשחפת )חיידק הטוברקולוסיס(‪ .‬גם ווקסמן קיבל נובל‬
‫על פועלו‪.‬‬
‫הפניצילין והסטרפטומיצין הצליחו לרפא מגוון רחב של מחלות והציבור נכנס לאופוריה – הכרזות יצאו שנפתרו כל הבעיות של המחלות‬
‫הזיהומיות; הבעיה היא שחברות ומפעלים ומדענים הפסיקו לחפש חומרים חדשים והתחילו להתמודד עם מחלות נוספות שעלו – מחלות‬
‫כרוניות כמו לחץ דם וסכרת‪ ,‬שהיו בעלות פוטנציאל הכנסה גדול יותר‪ .‬למרות שנמצאו מאות חומרים אנטיביוטיים הם השתייכו למשפחות‬
‫ספציפיות‪ ,‬עם המאפיינים שלהם; ההפסקה בחיפוש שנוצרה יצרה את המצוקה לחומרים אנטיביוטיים שקיימת היום – כאשר זנים פתוגנים‬
‫רבים כבר עמידים למרבית האנטיביוטיות והרפואה נמצאת במצוקה לחומרים חדשים‪.‬‬
‫היום קיימים ‪ 200-250‬חומרים אנטיביוטיים המתחלקים לכ‪ 10-‬קבוצות פונקציונאליות‪ ,‬בהן יש נגזרות‬
‫שונות של החומרים על מנת לגוון את החומרים אליהם נחשפים החיידקים )ומפתחים עמידות להם(‪.‬‬
‫•‬
‫צפלוספורינים הם הדור החדש של הפניצילין – כך ששניהם מאופיינים בטבעות בטא‪-‬לקטמיות‪.‬‬
‫•‬
‫התאמות נוספות על חומרים אחרים נעשו על מנת לאפשר מתן בבליעה במקום בזריקה‪ ,‬הארכת חיי‬
‫מדף וכדומה‪.‬‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מיקרוביולוגיה ‪ -‬שיעור‪1‬‬
‫‪44‬‬
‫בידוד חומרים אנטיביוטיים‬
‫מדללים ערב רב של חיידקים ממקום מסוים )למשל חיידקי קרקע( וזורעים על צלחת אגר‪ .‬מתקבלות‬
‫מושבות מבודדות ושונות‪ .‬לאחר מכן זורעים דשא של חיידק הבחן – למשל סטפילוקוקוס – על גבי‬
‫המושבות‪ .‬מושבות המפרישות חומר אנטיבקטריאלי הפעיל כנגד זן הבחן ייראו כמושבות שאין‬
‫סביבן גידול של זן הבחן‪.‬‬
‫שיטה קלאסית נוספת בה משתמשים היא זריעה צפופה של חיידק החשוד כמייצר חומר אנטיבקטריאלי‬
‫במחצית פלטה; בשארית הפלטה זורעים פסים אנכיים של חיידקים שונים‪ .‬בצורה זו בודקים מול חיידק‬
‫אחד‪ ,‬אנטיביוטיקה אחת‪ ,‬על אילו חיידקים היא פועלת ובאיזו איכות‪ .‬ככל שהחיידקים בפס האנכי רחוקים‬
‫מהחיידק המייצר הם רגישים יותר; כך בוחנים את טווח הפעילות של החומר‪.‬‬
‫השפעת החומר האנטיביוטי‬
‫מדד ה‪ OD-‬מודד את עכירות התמיסה המכילה חיידקים ועל פיה את צפיפות החיידקים; אולם הצפיפות‬
‫הזו כוללת חיידקים חיים וחיידקים מתים שלמים‪ .‬בגידול רגיל‪ ,‬מספר התאים החיים ומספר התאים באופן‬
‫כללי עולים באופן דומה עד שהם מגיעים למצב סטציונרי‪ .‬במצב זה העכירות יכולה לעלות למרות‬
‫שמספר החיידקים החיים אינו עולה‪ .‬בהתאם לכך‪ ,‬האנטיביוטיקות השונות נחלקות לשלושה סוגים‪:‬‬
‫•‬
‫אנטיביוטיקות בקטריוסטטיות – הגידול נעצר עם הוספת החיידקים ולכן בו זמנית מגיעים למצב‬
‫אופקי בגרף העכירות ובגרף הספירה החיה‪ .‬רוב הסיכויים שלאחר הוצאת האנטיביוטיקה או מהילתה‬
‫החיידקים יחזרו לתפקד – הם אינם מתים רק נכנסים למצב סטציונרי‪.‬‬
‫•‬
‫אנטיביוטיקות בקטריוצידליות – האנטיביוטיקה הורגת את התאים אך אינה מפוצצת אותם‪ .‬יש‬
‫ירידה בספירה החיה וסטציונריות במדד העכירות‪.‬‬
‫•‬
‫אנטיביוטיקות בקטריוליטיות – האנטיביוטיקה הורגת את התאים ומפוצצת אותם‪ .‬יש ירידה‬
‫בספירה החיה וגם במדד העכירות‪.‬‬
‫‪MIC = Minimal Inhibitory Concentration‬‬
‫ה‪ MIC-‬הוא מדד הריכוז המינימלי של חומר הדרוש על מנת להרוג‪/‬לעכב כמות נתונה של חיידקים‬
‫בצורה יעילה‪ .‬מבחן שכזה ייעשה על ידי הכנת מבחנות עם ריכוזי חיידקים זהים )מזן מסויים( והוספת‬
‫אנטיביוטיקה בריכוזים שונים לכל מבחנה‪ .‬ככל שריכוז האנטיביוטיקה עולה‪ ,‬העכירות במבחנה יורדת עד‬
‫שמגיעים לתמיסה צלולה – זהו ריכוז ה‪ .MIC-‬המדד תלוי בסוג האנטיביוטיקה וסוג החיידק באופן‬
‫ספציפי‪.‬‬
‫דרכים נוספות לבחינת אנטיביוטיקות הפועלות על תרבית חיידקים נתונה היא הנחת דיסקיות רוויות חומר‬
‫אנטיביוטי על גבי פלטת שבה זרועים החיידקים; הדיסקיות שסביבן הגידול של החיידקים נעצר הן‬
‫הדיסקיות המכילות אנטיביוטיקות יעילות כנגד החיידק‪ .‬לפי היקף מתחם העיכוב של הדיסקית ניתן לזהות‬
‫לא רק את האנטיביוטיקה הפעילה אלא גם את היעילה ביותר‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫שעור ‪ :07‬חומרים אנטיביוטיים‬
‫‪45‬‬
‫ניתן גם להשתמש בפס נייר הספוג בגרדיינט אנטיביוטיקה; בעזרתו ניתן לראות גם האם הזן רגיש‬
‫לאנטיביוטיקה וגם להעריך את ה‪ MIC-‬של אותה אנטיביוטיקה כנגד אותו חיידק‪.‬‬
‫במתחמי עיכוב גם יכולות להימצא מושבות – של חיידקים שפיתחו עמידות לאותה אנטיביוטיקה‪.‬‬
‫מבנה הפניצילין – הטבעת הבטא לקטמית והתמרותיה‬
‫החותמת של הפניצילין היא הטבעת הבטא‪-‬לקטמית‬
‫המחוברת לטבעת מחומשת המכילה גופרית‪ .‬בעמדה‬
‫‪ 6‬מחובר אמיד עם שייר‪ .‬כאשר מורידים את השייר‬
‫מתקבל פריקורסור שניתן להשתמש בו כמבנה בסיס‬
‫ליצירת נגזרות שונות של החומר האנטיביוטי‪ ,‬על‬
‫מנת לשנות את תכונותיו כדי להיטיב את יכולותיו כתרופה – פניצילין יותר פוטנטי‪ ,‬עמיד לקיבה‪ ,‬הארכת‬
‫חיי מדף וכו'‪.‬‬
‫מרבית האנטיביוטיקה בשימוש היום הן סמי‪-‬סינטטיות – החומר הופק מהפטריה בתור חומר טבעי אולם‬
‫עבר מודולציות סינטטיות במעבדה‪ .‬מולקולות הפניצילין היום עברו שינויים רבים שכל אחד מהם מקבל‬
‫שם חדש בהתאם לשייר שהוחלף; הדור החדש של האנטיביוטיקות הבטא‪-‬‬
‫לקטמיות הוא הצפלוספורינים‪ ,‬שהתגלו מפטריה אחרת‪ .‬באנטיביוטיקה זו‪ ,‬הטבעת‬
‫עם הגופרית משושה ולא מחומשת‪ .‬עוד פטריות בטבע מייצרות חומרים דומים‬
‫לפניצילין‪ .‬גם כאן כימאים משתמשים בחומר המיוצר על ידי הפטריה כבסיס‬
‫למודולציות סינטטיות‪.‬‬
‫נגזרות אחרות ונוספות מופיעות באיורים הבאים )טבעת בטא‪-‬לקטמית לבדה‪ ,‬טבעת מחומשת עם פחמן‬
‫במקום גופרית וכדומה(‪ .‬החומר האנטיביוטי ככל הנראה משמש למשהו במחזור חיי האורגניזם –‬
‫אנטיביוטיקה שמיוצרת בפטריית קרקע‬
‫אינה מיועדת לתקוף חיידק מעיים‪ ,‬שהיא‬
‫אינה נתקלת בו‪ ,‬וכנראה השימוש הטבעי‬
‫אינו זה שמשמש ברפואה המודרנית‪.‬‬
‫יש לציין כי הטבעת הבטא‪-‬לקטמית‪ ,‬בהיותה גורם משותף לאנטיביוטיקות רבות‪ ,‬מהווה מטרה לפיתוח‬
‫עמידות בחיידק – במיוחד על ידי אנזים בטא‪-‬לקטמאז התוקף את הטבעת הבטא‪-‬לקטמית ומפרק אותה‪.‬‬
‫חומצה קלאוולנית )‪(Calvulanic Acid‬‬
‫החומצה דומה לפניצילין אולם אינה בעלת פעילות אנטיבקטריאלית‪ .‬היא מזוהה על ידי בטא‪-‬לקטמאז‬
‫ונקשרת באופן בלתי‪-‬הפיך לאנזים – החומצה מהווה מעכב בלתי‪-‬הפיך לאנזים הבטא‪-‬לקטמאז‪.‬‬
‫החומצה מיוצרת על ידי סטרפטומיצין‪ ,‬שמייצר גם אנטיביוטיקה‪ .‬חברות התרופות מנצלות את החומר‬
‫לעיכוב בטא‪-‬לקטמאזות בחיידקים בעלי עמידות מסוג זה על מנת שניתן יהיה להשתמש בו לצד שימוש‬
‫בפניצילין )כך למשל נוצר החומר אוגמננטין(‪.‬‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מיקרוביולוגיה ‪ -‬שיעור‪1‬‬
‫‪46‬‬
‫אנטיביוטיקות בטא‪-‬לקטמיות‬
‫•‬
‫פועלות על מולקולות האנזים שמעורב בקשר צילוב‪ ,‬המכונים ‪PBP – penicillin binding‬‬
‫‪ .proteins‬ה‪ PBP-‬הם אנזימים המעורבים בסינטזת פפטידוגליקן ויצירת קשרי צילוב בחיידקים‪,‬‬
‫בעיקר בחיידקים גרם חיוביים‪.‬‬
‫•‬
‫לחיידקים שונים יכולים להיות ‪ PBP‬שונים ולכן רגישויות שונות לאנטיביוטיקה‪ .‬טווח הפעילות של‬
‫החומר תלוי בשאלה האם הוא קושר את ה‪ PBP-‬הספציפיים של אותו חיידק‪.‬‬
‫ונקומיצין‬
‫לאחר מיצוי השימוש בבטא‪-‬לאקטם‪ ,‬במיוחד בשל הפצת הגן לבטא‪-‬לקטמאז‪ ,‬החלו להשתמש‬
‫באנטיביוטיקה נוספת – ונקומיצין‪ .‬זהו פפטיד עם מודיפיקציה של סוכר‪ .‬הוא מכוון ל‪D-Ala-D-Ala-‬‬
‫של הפנטה‪-‬פפטיד‪.‬‬
‫כאשר הוא מתלבש על קצה הפפטיד הוא מעכב את הקישור של קשר הצילוב‪ .‬במקום לעכב את האנזים‬
‫היוצר את קשרי הצילוב‪ ,‬מעכבים את פעולתו על ידי "הסתרת" הסובסטרט שלו‪ .‬אנטיביוטיקה זו‪,‬‬
‫כמו גם פניצילין‪ ,‬עובדת רק בחיידקים גדלים – לא במצב סטציונרי‪ ,‬בו החיידקים אינם עסוקים בפיתוח‬
‫הדופן‪.‬‬
‫אופן הלחימה של החיידק באנטיביוטיקה הוא פשוט בהחלפת מבנה הסובסטרט‪ D-Ala-D-Ala :‬הוחלף‬
‫ב‪ ,D-Ala-lactate-‬אשר אינו מזוהה על ידי ונקומיצין‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫שעור ‪ :07‬חומרים אנטיביוטיים‬
‫‪47‬‬
‫אנטיביוטיקות נוספות‬
‫•‬
‫ציקלוסרין – אנטיביוטיקה נוספת המתרכזת באיזור ‪.D-Ala-D-Ala‬‬
‫•‬
‫בקטריזין – לאחר יצירת מונומר ‪ ,NAM-NAG‬בקטופרנול הופך אותו כלפי חוץ‪ .‬אנטיבוטיקה זו‬
‫מונעת את השחרור מהבקטורנול וכך נמנע שחרור מונומרים לדופן‪.‬‬
‫•‬
‫‪ – NB2001‬סוס טרויאני – המולקולה ‪ NB2001‬נושאת בתוכה חומר בשם טריקלוזן‪ .‬טריקלוזן‬
‫הוא חומר מאוד פעיל ורעיל הממית חיידקים ברגע שהוא חודר לחיידק ו‪ NB2001-‬הוא חומר עם‬
‫אנטיביוטי בטא‪-‬לקטמי‪ .‬אם החיידק עמיד לפניצילין‪ ,‬הבטא‪-‬לקטמאז תהרוס את ה‪ NB2001-‬אך על‬
‫ידי כך משחרר את החומר הרעיל‪ .‬בצורה כזו הורגים באופן סלקטיבי רק חיידקים עמידים לבטא‪-‬‬
‫לקטם‪.‬‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מיקרוביולוגיה ‪ -‬שיעור‪1‬‬
‫‪48‬‬
‫שיעור ‪ :08‬חומרים אנטיביוטיים – המשך‬
‫האנטיביוטיקה הראשונה הייתה ‪ ,Salvarsan‬כנגד עגבת‪ .‬באותה‬
‫תקופה הטיפול בעגבת היה בעזרת מלחי כספית‪ ,‬שהיא חומר טוקסי‬
‫גם למאחסן‪ .‬הגישה הטיפולית בזמנו הייתה לסרוק אחר חומר‬
‫טוקסי ולהעלות את הטוקסיות שלו כלפי החיידק מחד תוך הורדת‬
‫הפגיעה שלו במאחסן מאידך‪ .‬האלמנט הטוקסי של סלוורסן הוא‬
‫ארסן‪ .‬התרופה עדיין פוגעת במידת מה במאחסן‪ ,‬אך הייתה הטיפול‬
‫היעיל ביותר לעגבת עד הופעת הפניצילין‪.‬‬
‫מאז ועד היום זוהי הגישה של פיתוח תרופות אנטיביוטיות –‬
‫מציאת אלמנטים טוקסיים וייחודיים כך שיהיו פוטנטים מאוד כנגד‬
‫החיידק והחיידק לבדו‪.‬‬
‫הגישה הינה סריקת ערב רב של חומרים וכאשר מוצאים אחד שמראה רמה מינימלית של פוטנטיות‬
‫"מסתערים" עליו על מנת לשפר את הפוטנטיות והספציפיות שלו‪.‬‬
‫קיים מגוון רחב של אנטיביוטיקות‪ ,‬הפוגעות באלמנטים שונים של התא החיידקי היחודיים לו ואינם‬
‫קיימים בתאים אאוקריוטים‪:‬‬
‫•‬
‫הדופן – אינה קיימת באאוקריוטים וחיונית להשרדות החיידקים‪ .‬לחץ הטורגור הגבוה בחיידק מביא‬
‫לכך שערעור יציבות הדופן מביאה לפיצוצו‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫שיעור ‪ :08‬חומרים אנטיביוטיים – המשך‬
‫•‬
‫‪49‬‬
‫ריבוזומים – שתי תת היחידות של הריבוזום הפרוקריוטי שונות בתכלית מאלו של הריבוזום‬
‫האאוקריוטי‪ ,‬ולכן אנטיביוטיקות רבות מכוונות כנגד אלמנט זה‪ .‬יוצא דופן כאן הוא הריבוזום של‬
‫המיטוכונדריה‪ ,‬שקרוב יותר לריבוזום הפרוקריוטי מאשר האאוקריוטי‪.‬‬
‫•‬
‫ה‪ DNA-‬החיידקי הוא מעגלי ואינו קשור בנוקליאוזומים‪ .‬כתוצאה‪ ,‬על מנת ליצור פיתולי‪-‬על‬
‫שליליים המעודדים פרימה הנדרשת לשיכפול‪/‬שיעתוק ה‪ ,DNA-‬נעשה שימוש בטופואיזומראז‬
‫‪ .DNA-gyrase‬פגיעה באנזים הזה תפסיק את תהליכי השיכפול‪/‬שיעתוק‪ .‬האנזים הזה אינו קיים‬
‫באאוקריוטים‪ ,‬בהם יש רק אנזימים שפותחים פיתולי על ולא כאלו שיוצרים; פיתולי על שליליים‬
‫נוצרים באאוקריוטים על ידי שחרור הנוקליאוזום‪ ,‬פעולה שיוצרת פיתול על שלילי באופן ספונטני‬
‫מעצם הסיבוב של הגדיל סביב ההיסטונים‪.‬‬
‫•‬
‫פולימראזות חיידקיות גם הן ייחודיות ושונות מפולימראזות אאוקריוטיות‪.‬‬
‫•‬
‫תהליכי ביוסינטזה ייחודיים של חיידקים – דוגמת תהליכי סינטזת ה‪) THF-‬חומצה פולית(‪ ,‬פוגע‬
‫בחיידקים בלבד כיוון שהם מסנטזים את החומר בלבד וכמעט ולא קולטים אותו מהסביבה בעוד שבני‬
‫אדם אינם מייצרים אותו וקולטים אותו ממזונם‪.‬‬
‫תזכורת‪ :‬תהליך יצירת הפפטידוגליקן‬
‫האיור מציג את תהליך יצירת הפפטידוגליקן‪ .‬ניתן לראות את תהליך יצירת ה‪ NAG-‬מגלוקוז‪ ,‬הפיכתו ל‪-‬‬
‫‪ ,NAM‬קשירת הפנטה‪-‬פפטיד‪ ,‬הקישור לבקטופרנול וקישור של יחידת ‪ NAG‬ליצירת הדימר ‪NAG-‬‬
‫‪ .NAM‬לאחר מכן הבקטופרנול מבצע היפוך והדימר נקשר לשרשרות הדופן הקיימות מחוץ לממברנה‬
‫הפלזמטית‪ .‬שימו לב שעל מנת לעבור‬
‫היפוך חזרה פנימה‪ ,‬הבקטופרנול‬
‫צריך‬
‫לעבור‬
‫הידרוליזה‬
‫של‬
‫הפירופוספט‪.‬‬
‫כל אחד מהשלבים האלה הוא מטרה‬
‫לגיטימית לפעילות אנטיבקטריאלית‪:‬‬
‫הידרוליזת הפירופוספט‪ ,‬פגיעה ביצירת‬
‫קשרי הצילוב וכדומה‪.‬‬
‫מעכבי סינטזת הדופן‬
‫•‬
‫ציקלוסרין – מעכב את הרצמאז‬
‫שהופך ‪ L-ala‬ל‪ .D-ala-‬הוא מעכב גם את הליגאז שמחבר ‪ .D-ala-D-ala‬מונע את יצירת הפנטה‬
‫פפטיד ולכן אין קשרי צילוב‪ .‬זהו אינו חומר אנטיביוטי מהשורה הראשונה כי יש לו‬
‫תופעות לוואי על גוף המאחסן עקב פגיעה ברצפטור נוירוטרנסמיטור )כנראה‬
‫בסינפסות גלוטמינרגיות(‪.‬‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מיקרוביולוגיה ‪ -‬שיעור‪1‬‬
‫‪50‬‬
‫•‬
‫בציטראצין – מעכב את שלב הפירופוספורוליזה )הידרוליזת הפירופוספט(‪ .‬הבקטופרנול‪ ,‬כתוצאה‪,‬‬
‫אינו יכול להתהפך חזרה אל תוך התא וסינטזת הדופן מעוכבת כתוצאה מכך‪.‬‬
‫•‬
‫ונקומיצין‪ ,‬בטא‪-‬לקטם – פוגעים בתהליכי הצילוב של הפנטה פפטיד‪.‬‬
‫אנטיביוטיקות בטא‪-‬לקטמיות‬
‫הקבוצה הבטא‪-‬לקטמית מכילה את הטבעת הבטא‪-‬‬
‫לקטמית שהיא החומר הפעיל והקבוצה הצדדית‬
‫המשתנה על מנת לייעל את התרופה‪ .‬הפניצילין‬
‫הראשון שבודדו לא היה יעיל מכמה סיבות‪ :‬הוא לא‬
‫היה מסיס במיוחד ולא היה פוטנטי )היה צריך‬
‫כמויות גדולות ממנו(‪ .‬כמו כן הוא לא היה עובר‬
‫ממברנות בקלות ולכן יעיל רק נגד גרם חיוביים‪.‬‬
‫חברות רוקחות שינו את השייר כך שניתן יהיה לקבל‬
‫את התרופה בבליעה‪ ,‬שתהיה מסיסה‪ ,‬שתהיה יעלה‬
‫ותחדור ממברנות‪.‬‬
‫דורות חדשים של בטא‪-‬לקטמים מכילים טבעת משושה של גופרית )עמידות בפני פירוק הפניצילין על ידי‬
‫בטא‪-‬לקטמאזות( או טבעת עם פחמן ולא גופרית )יותר יציב(‪.‬‬
‫פעילות הבטא‪-‬לקטם‬
‫באיור ניתן לראות שתי שרשרות פפטידיות כאשר‬
‫השיר של הליזין או ה‪ Meso-‬יוצר קשר אמידי עם‬
‫ה‪ D-ala-‬הראשון‪ .‬הקישור נעשה על ידי טראנס‪-‬‬
‫פפטידאז שהוא‬
‫‪penicillin-binding protein‬‬
‫)‪ .(PBP‬בשלב הראשון הטראנס‪-‬פפטידאז יוצר‬
‫קשר קוולנטי ל‪ D-ala-‬בקשר אסטרי‪ .‬בשלב השני‬
‫האנרגיה של הקשר האסטרי נתרמת ליצירת הקשר‬
‫האמידי החדש‪.‬‬
‫הפניצילין מסוגל להיקשר להידרוקסיל של הסרין‬
‫בטראנס‪-‬פפטידאז בקשר אסטרי יציב שמרעיל את‬
‫הטראנס‪-‬פפטידאז – כעת האנזים "מועסק" ואינו‬
‫מסוגל ליצור קשרי צילוב‪ .‬התאים הגדלים ימותו מהתרופה – שכן הדופן שלהם מתפרקת לצורך הכנסת‬
‫דימרים אבל הדימרים אינם נכנסים בפועל‪.‬‬
‫שימו לב‪ :‬רק תאים במצב גידול ימותו כתוצאה מהתהליך‪ ,‬ולא תאים במצב סטציונרי!‬
‫חמוטל בן דב‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫שיעור ‪ :08‬חומרים אנטיביוטיים – המשך‬
‫‪51‬‬
‫ונקומיצין‬
‫בעוד שאנטיביוטיקות הבטא‪-‬לקטם‬
‫מעכבות את אנזים הטראנס‪-‬פפטידאז‪,‬‬
‫הונקומיצין תוקף את הסובסטרט שלו‬
‫– האנטיביוטיקה נקשרת ל‪D-ala--‬‬
‫‪ D-ala‬בקשר חזק מאוד ובשל גודלה‬
‫מונעת גישה מצד הטראנס‪-‬פפטידאז‬
‫וכך מונעת יצירת קשרי צילוב‪.‬‬
‫עיכוב על ידי תקיפת הסובסטרט ולא האנזים נראה מוזרה תחילה‪ :‬שהרי אנזים נמצא בכמויות קטליטיות‬
‫וסובסטרט אמור להיות בכמויות גדולות‪ ,‬ולכן תידרש הרבה אנטיביוטיקה; בפועל‪ ,‬יש מעט מאוד מסובסטרט‬
‫ספציפי זה כי כל פעם נוצרים מעט מאוד דימרים חופשיים לצד הקישור שלהם לפפטידוגליקן‪.‬‬
‫חיידקים מסויימים מסוגלים לשנות את הקשר על מנת להתגבר על האנטיביוטיקה – הם קושרים את ‪D-‬‬
‫‪ ala‬הראשון לחומר ‪ X‬כלשהו )כמו לקטאט(; כל עוד הוא עדיין מוכר על ידי טראנס‪-‬פפטידאז ואינו מוכר‬
‫על ידי ונקומיצין השינוי מקנה עמידות‪.‬‬
‫מעכבי בטא‪-‬לקטמאז‬
‫חיידקים מסויימים יכולים לרכוש עמידות עקב מוטציה ב‪ PBP-‬המשמרת את הפעילות שלו אך מונעת את‬
‫קשירת הבטא‪-‬לקטם לטראנס‪-‬פפטידאז‪ .‬עמידות נוספת יכולה להתקבל על ידי רכישת גן לבטא‪-‬לקטמאז‪.‬‬
‫בטא לקטמאז הוא אנזים המפרק את הטבעת הבטא‪-‬לקטמית‪.‬‬
‫מתברר שישנם חומרים המעכבים את הבטא‪-‬לקטמאז‪ .‬אחד מהם הוא החומצה הקלאוולנית‪ ,‬שהיא דומה‬
‫לבטא‪-‬לקטם אך נקשרת חזק לבטא‪-‬לקטמאז ומונעת ממנו לפרק את הפניצילין‪ .‬בפני עצמה‪ ,‬החומצה‬
‫הקלאוולנית היא אנטיביוטיקה לא יעילה כי היא לא מפרקת את הדופן; משום כך מכינים תערובת של‬
‫החומצה עם פניצילין – החומצה מעכבת את הבטא‪-‬לקטמאז והפניצילין פוגע ביסנטזת הדופן )התרופה‬
‫אוגמנטין(‪.‬‬
‫אנטיביוטיקות כנגד סינטזת חלבונים‬
‫רוב האנטיביוטיקות המוכרות כיום פועלות כנגד‬
‫סינטזת החלבונים והריבוזומים‪ .‬משפחה אחת היא‬
‫משפחת‬
‫האמינוגליקוזידים‬
‫אליה‬
‫משתייכים‬
‫הסטרפטומיצין והקנמיצין‪ .‬האמין של הקנמיצין‬
‫וההידרוקסיל )התחתון( של סטרפטומיצין הם מטרות‬
‫בתהליכי רכישת עמידויות‪.‬‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מיקרוביולוגיה ‪ -‬שיעור‪1‬‬
‫‪52‬‬
‫אריתרומיצין )משמאל( הוא גם חומר המעכב סינטזת‬
‫חלבונים‪ .‬טטראציקלין )למטה( מורכב מארבע‬
‫טבעות שניתן להתמיר ולשנות על מנת לקבל נגזרות‬
‫בעלות יעילויות גדולות יותר‪ .‬הוא פוגע בסינטזת‬
‫החלבונים על ידי פגיעה בריבוזומים‪.‬‬
‫כלורמפניקול )למטה( מעכב סינטזת חלבונים אולם‬
‫הוא אינו בקטריוציד אלא בקטריוסטטי – כאשר‬
‫שוטפים את התאים מה‪ CAM-‬הם יכולים להמשיך‬
‫לגדול‪.‬‬
‫פגיעה בסינטזת ‪ DNA‬ו‪RNA-‬‬
‫"ציפרו"‪ ,‬ציפרופלוקסין‪ ,‬היא אנטיביוטיקה המעכבת את אנזים ה‪ .DNA-gyrase-‬הג'ייראז מתפקד‬
‫בשיעתוק ‪ RNA‬על ידי יצירת סדק בגדיל סדק וליפוף ה‪ DNA-‬סביב עצמו; האנטיביוטיקה מונעת את‬
‫הליפוך ולכן הג'ייראז יוצר סדקים ב‪ DNA-‬בלי‬
‫לתקן אותם‪ .‬זוהי אנטיביוטיקה בקטריוצידית‪ ,‬כי אין‬
‫סינטזת ‪ RNA‬ויש נזקים ל‪.DNA-‬‬
‫פגיעה במסלולים מטאבוליים‬
‫‪ (THF) Tetrahydrofulate‬הינו קופקטור חשוב מאוד בחיי התא‪ :‬הוא משמש ליצירת ‪ dTMP‬מ‪-‬‬
‫‪) dUMP‬בהיעדר טימידין התא מכניס אורציל ל‪ DNA-‬במקום טימידין‪ ,‬אולם ב‪ DNA-‬יכולים להיכנס‬
‫גם ‪ A‬וגם ‪ G‬מול ‪ .U‬הדבר יוצר עודף מוטציות בתא המובילות להרג – ‪ ;(timinless death‬גם ‪CoA‬‬
‫מכיל פנטוטנאט שהוא נגזרת של ‪ ;THF‬כמו כן ל‪ THF-‬תפקיד בסינטזת מתיונין‪.‬‬
‫כל החומרים האלה – מתיונין‪ ,‬טימידין‪ ,‬פנטוטנאט – ניתן לספק חיצונית‪ .‬הדבר היחיד שלא ניתן לספק‬
‫הוא פורמיל‪-‬מתיונין‪ .tRNA-‬זהו ה‪ initiator tRNA-‬של החיידקים – ‪ tRNA‬שקשור למתיונין שעבר‬
‫מודיפיקציה על ידי פורמיל‪ .‬תכונה זו אינה קיימת באאוקריוטים‪ .‬מכיוון שהפורמיל נתרם על ידי ‪THF‬‬
‫והפורמילציה נעשית על גבי ה‪ tRNA-‬הטעון במתיונין‪ ,‬לא ניתן לספק את החומר חיצונית‪ .‬חיידקים ללא‬
‫‪ THF‬אינם יכולים ליצור ‪ Initiator tRNA‬ולכן סינטזת החלבונים נעצרת‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫שיעור ‪ :08‬חומרים אנטיביוטיים – המשך‬
‫‪53‬‬
‫‪ THF‬בנוי משלוש קבוצות‪ :‬פטירין‪ ,‬פרא‪-‬אמינו‬
‫בנזואט וגלוטמאט‪ .‬הסינטזה מתחילה מיצירת‬
‫הפטירין‪ ,‬חיבור הבנזואט ואז חיבור הגלוטמאט‪ .‬לאחר‬
‫חיבור הבנזואט מחוזר הקשר הכפול באחת טבעות‬
‫הפטירין על מנת להפוך אותו לטרטאהידרופולאט‪.‬‬
‫כל חומר שייפגע בכל אחד מהאנזימים הפעילים‬
‫בסינטזה זו הוא חומר אנטיביוטי‪ .‬אחד החומרים‬
‫האנטיביוטיים הראשון הוא סולפא )‪(Sulfanilamide‬‬
‫שהוא אנאלוג לבנזואט‪ .‬הוא נקשר לאנזים שקושר את‬
‫הבנזואט ומונע את בניית ה‪.THF-‬‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫מיקרוביולוגיה ‪ -‬שיעור‪1‬‬
‫‪54‬‬
‫מעכב שני מעכב את ה‪ ,DHFR-‬רדוקטאז של השלב האחרון בסיננטזה‪ .‬הוא מעוכב על ידי טרימטופרין‪,‬‬
‫אך היופי בחומר הוא שהוא לא מעכב את ה‪ DHFR-‬ההומני )אשר מחזר את הקשרים הכפולים בחומצה‬
‫הפולית הנקלטת מהמזון ליצירת ‪ .(THF‬חומר מעכב נוסף הוא מטראטוקסאט‪ ,‬בו משתמשים בכימותרפיה‬
‫בסרטן‪ .‬העיכוב של ‪ DHFR‬בסרטן מונע יצירת טימידין‪ ,‬הנחוץ לתאים הסרטניים המתחלקים‪.‬‬
‫היום משתמשים גם בטרימטופרין יחד עם סולפא על מנת לעכב שני צעדים במסלול ולהוות אנטיביוטיקה‬
‫חזקה יותר‪ ,‬שיש בה פחות סיכוי למנגנוני עמידות‪.‬‬
‫מנגנוני עמידות‬
‫עם האבולוציה של הפרוקריוטים‪ ,‬עקב חשיפה לחומרים‪ ,‬נוצרו עמידויות לחומרים אנטיביוטיים‪.‬‬
‫העמידויות הן ממספר סוגים‪:‬‬
‫•‬
‫האנטיביוטיקה כבר לא חודרת לתא – עמידות לא שכיחה שאינה מאפשרת חדירה של‬
‫האנטיביוטיקה לתא‪ .‬דוגמה היא פניצילין שאינו חודר את המממברנה החיצונית של גרם שלילי‪.‬‬
‫•‬
‫שינוי אתר המטרה – למשל שינוי אתר המטרה של פניצילין או שינוי אתר המטרה ‪d-ala-d-ala‬‬
‫של ונקומיצין‪ .‬שינויים כאלה הם מורכבים‪ ,‬כי הם דורשים שיחד עם אובדן יכולת האנטיביוטיקה‬
‫לזהות את המטרה‪ ,‬המטרה לא תאבד פעילות )אם היא אנזים( או כושר זיהוייה בתא )אם היא‬
‫סובסטרט(‪.‬‬
‫•‬
‫אינאקטיבציה של החומר האנטיביוטי – למשל הבטא‪-‬לקטמאז המפרק את הטבעת הבטא‪-‬לקטמית‪.‬‬
‫•‬
‫יצירה של מסלולים עוקפים למסלול המטאבולי המעוכב‪.‬‬
‫•‬
‫‪ – Efflux‬תאים רוכשים משאבות שמוציאות את החומר האנטיביוטי החוצה‪ .‬ישנה משאבה שמקנה‬
‫עמידות חיידקית לטטראציקלין )וזהו הגן לעמידות לטטראציקלין שנמצא על פלסמידים(‪ .‬זהו חלבון‬
‫ממברנלי שתפקידו הנרכש הוא שאיבת טטראציקלין אל מחוץ לתא כך שהריכוז נמוך מכדי לעכב‬
‫ביעילות את סינטזת החלבונים‪.‬‬
‫חלק מהגנים לעמידויות הם כרומוזומליים – כלומר מוטציה ספונטנית בכרומוזום שהקנתה עמידות‪.‬‬
‫עמידויות אחרות הן גנים שלמים הנישאים על גבי פלסמיד‪ .‬בשנות ה‪ 70-‬התגלה חיידק שפיתח כמעט בן‬
‫לילה עמידות לחמש אנטיביוטיקות מסוגים שונים‪ .‬מתברר שהחיידק העמיד נשא פלסמיד שעליו היו‬
‫הגנים לעמידויות לכל האנטיביוטיקות הללו‪ .‬הפלסמיד היה פלסמיד קוניוגטיבי שיכול לעבור בין מינים‬
‫וזנים שונים של חיידקים – וכך הופץ בין סוגים שונים של חיידקים‪.‬‬
‫חמוטל בן דב‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫שיעור ‪ :08‬חומרים אנטיביוטיים – המשך‬
‫‪55‬‬
‫עמידויות נוספות יכולות להינתן על ידי ייצור יתר‪ :‬דוגמה לכך היא הטרימטופרין הנקשר ל‪.DHFR-‬‬
‫הטרימטופרין הוא מעכב תחרותי לא‪-‬הופכי; אם החיידק ייצר פי ‪ 10‬יותר מהאנזים שהוא מטרת‬
‫האנטיביוטיקה‪ ,‬יישארו אנזימים לא‪-‬מעוכבים ברמה כזו שהם יוכלו לבצע את תפקידם בצורה יעילה‪.‬‬
‫הגברה כזו יכולה להיעשות על ידי מוטציה בפרומוטור שתגרום לייצור עודפים של ‪ mRNA‬של האנזים‪.‬‬
‫דרך אחרת היא קבלת גן לאנזים אחר לחלוטין שמסוגל לעשות את הפעולה של ‪ DHFR‬אולם אינו רגיש‬
‫לאנטיביוטיקה נגדו‪.‬‬
‫אנזים חיידקי אחר עושה מודיפיקציה של ההידרוקסיל בסטרפטומיצין או אצטילציה של האמין בקנמיצין‪.‬‬
‫פעולות אלו גורמות לאינאקטיבציה של האנטיביוטיקה‪ .‬גם בכלורמפניקול יש מודיפיקציות כאלה‪.‬‬
‫עמידויות נחלקות לשתיים‪:‬‬
‫• עמידויות ספונטניות בכרומוזום שגורמות לשינוי במטרה של האנטיביוטיקה‪.‬‬
‫• עמידויות על ידי גנים חיצוניים שמביאים אנזימים שעושים מודיפיקציה לחומר האנטיביוטי‪,‬‬
‫אנזימים אלטרנטיבים לאנזימי המטרה וכדומה‪.‬‬
‫הפקולטה למדעי החיים‪ ,‬אוניברסיטת תל אביב ‪2011‬‬
‫חמוטל בן דב‬