חיידקים: מבנה, רבייה, מחלות

סקירה קצרה

• חיידקים - הגדרה: יצורים חד-תאיים מיקרוסקופיים ללא גרעין תא
• האם חיידקים הם אורגניזמים חיים? כן, כי הם עומדים בקריטריונים הדרושים (כגון חילוף חומרים, גדילה, רבייה).
• רבייה חיידקית: א-מינית על ידי חלוקת תאים
• מחלות חיידקיות: למשל טטנוס, דיפטריה, שעלת, קדחת ארגמן, זיהום כלמידיאלי, זיבה, דלקת שקדים חיידקית, דלקת ריאות חיידקית, דלקת אוזן תיכונה חיידקית, סלמונלוזיס, ליסטריוזיס, שחפת, כולרה, טיפוס, מגפה
• טיפול בזיהומים חיידקיים: אנטיביוטיקה
• חיסון נגד חיידקים: אפשרי למשל לדיפתריה, שעלת, טטנוס, זיהומים של מנינגוקוק ופנאומוקוק, כולרה, קדחת טיפוס.

מהם חיידקים?

חיידקים הם אורגניזמים מיקרוסקופיים חד-תאיים והאורגניזמים החיים העתיקים ביותר על פני כדור הארץ. הם מופיעים במינים רבים ושונים ונמצאים כמעט בכל מקום בעולם - באוויר, במים ובאדמה, עמוק בתוך קרום כדור הארץ ובראשי ההרים הגבוהים ביותר, במעיינות חמים, ובאזור הארקטי והאנטארקטיקה.

חיידקים מהווים ללא ספק את החלק הגדול ביותר של הפלורה הנורמלית האנושית (בתוספת כמה אחרים כגון פטריות וטפילים). פלורה נורמלית מתייחסת לכל המיקרואורגניזמים המתיישבים באופן טבעי את הגוף. אם מומחים שוקלים רק אתר ספציפי אחד של קולוניזציה, הם מדברים, למשל, על פלורת מעיים (מכלול כל החיידקים הטבעיים במעי).

בנוסף, ישנם כמה מינים של חיידקים שעלולים לגרום למחלות בבני אדם. סוגים אלה של חיידקים פתוגניים אנושיים מהווים רק כאחוז אחד מכל מיני החיידקים הידועים.

מבנה של חיידקים

גודל החיידקים נע בין 0.1 ל-700 מיקרומטר (מיקרומטר אחד = אלפית המילימטר). זה הופך את החיידקים להרבה יותר גדולים מאשר וירוסים, אבל ברוב המקרים עדיין קטנים יותר מתאי אדם.

דופן תא ודגלים

במקרים רבים, דופן תא החיידק נוקשה, ובכך מקנה לחיידק צורה קבועה (למשל, חיידקים כדוריים ומוטות). בנוסף, ישנם חיידקים סליליים בעלי דופן תא דק יותר וגמיש יחסית. זה מאפשר לתא החיידק לנוע בתנועות סליל (ואחרות). לחיידקים בעלי דופן תא קשיח, לעומת זאת, יש בדרך כלל דגלים ארוכים וחוטים שאיתם הם יכולים לנוע (ראה להלן: סיווג לפי דגלים).

ישנם גם מעט חיידקים ללא דפנות תאים. דוגמאות לכך הן המיקופלזמות (חיידקים טפילים שבכל זאת יכולים להתרבות) ומיני תרמופלזמה (חיידקים אוהבי חום עם קרום פלזמה יציב שחיים בקרקעות געשיות, למשל).

כמוסה

רוב החיידקים מקיפים את עצמם גם מבחוץ בקפסולה (ראה להלן: סיווג לפי אנקפסולציה). זוהי שכבת הגנה צפופה מאוד מוגדרת יחסית של סוכרים או אבני בניין חלבונים (חומצות אמינו).

קרום התא וציטופלזמה

בתוך דופן התא של תא חיידקים מחוברת קרום תא, שכן הוא נמצא בעל מבנה דומה בתאי בעלי חיים (כולל אנושיים). לחיידקים מסוימים יש גם קרום תא חיצוני. הוא מקיף את דופן התא.

בתוך התא, כלומר בציטופלזמה, נמצא החומר הגנטי של תא החיידק, מה שנקרא גנום חיידקי, יחד עם מבני תאים שונים אחרים (כגון מה שנקרא ריבוזומים לסינתזת חלבון). לפעמים חיידקים מכילים חומר גנטי נוסף בצורה של פלסמידים.

גנום חיידקי

הגנום החיידקי מכיל את כל המידע הגנטי של תא החיידק הדרוש לחיים (מידע על מבנה, חילוף חומרים, רבייה). הוא מורכב מ-DNA דו-גדילי (קיצור של חומצה דאוקסיריבונוקלאית), כלומר שרשרת דו-גדילית של סוכר מסויים ואבני בניין אחרות. החומר הגנטי של תאי בעלי חיים מורכב גם הוא מ-DNA. עם זאת, ישנם הבדלים משמעותיים בין תאים של בעלי חיים וחיידקים:

• תאי בעלי חיים: גנום ה-DNA ממוקם בנפרד משאר הציטופלזמה בתא סגור הממברנה שלו - הגרעין. בנוסף, הוא מאורגן ליניארי, כלומר הוא קיים בצורה של כרומוזומים בודדים (חוטי DNA בודדים כמעט).

פלסמידים

בנוסף לכרומוזום החיידקי, הציטופלזמה של חלק מהחיידקים מכילה עוד טבעות DNA קטנות דו-גדיליות, בודדות או מרובות, המכונות פלסמידים. הם מכילים מידע גנטי שתא חיידקי אינו זקוק לו בתנאי חיים רגילים, אך עשוי להעניק לו יתרון הישרדותי בתנאים קשים.

זה יכול להיות, למשל, התוכנית לרעלן שהורג חיידקים אחרים. היכולת של תא חיידקי להיות עמיד בפני אנטיביוטיקה מסוימת עשויה להיות מאוחסנת גם בפלסמידים.

אנטיביוטיקה היא תרופות יעילות במיוחד נגד חיידקים. לכן הם חלק מהטיפול הסטנדרטי בזיהום חיידקי.

פלסמידים משוכפלים ללא תלות בכרומוזום החיידקים ומופצים באופן אקראי פחות או יותר לשני תאי הבת כאשר חיידק מתרבה על ידי חלוקת תאים.

צימוד לוקח כמה דקות, אבל אפשרי רק בין סוגים מסוימים של חיידקים.

חיידקים מול וירוסים

ההבדל החשוב ביותר הוא שלחיידקים יש חילוף חומרים והם יכולים להתרבות באופן עצמאי - זה לא נכון לגבי וירוסים. קרא עוד על ההשוואה בין וירוסים לחיידקים במאמר וירוסים.

אילו חיידקים יש?

נכון להיום, ידועים כ-5,000 מינים של חיידקים. אולם למעשה, כנראה יש עוד הרבה: מומחים חושדים שיש מאות אלפי סוגים שונים של חיידקים בעולם.

ניתן לסווג את החיידקים לפי קריטריונים שונים; הנפוצים ביותר הם:

סיווג לפי צבע

ניתן לסווג חיידקים לפי הצבע שהם מקבלים כאשר הם באים במגע עם חומרי מכתים מסוימים. שיטת הצביעה הנפוצה ביותר לזיהוי חיידקים נקראת צביעת גראם. לפי זה, מבחינים בין:

• חיידקים גראם חיוביים: הם מכחילים לאחר הוספת חומר כימי מסוים. דוגמאות כוללות את פתוגני דיפתריה ואנתרקס, פנאומוקוקים (גורמים לדלקת ריאות, דלקת קרום המוח, סינוסיטיס ודלקת אוזן תיכונה, למשל), וסטרפטוקוקים (גורמים אפשריים לדלקת ריאות ודלקת שקדים, בין היתר).
• חיידקים גראם שליליים: הם מקבלים צבע אדום כאשר הם מוכתמים גראם. דוגמאות לכך הן פתוגנים של שעלת, טיפוס, כולרה ומגפה.

למבנה הקיר השונה יש גם השלכות מעשיות על הרפואה, כלומר בכל הנוגע לטיפול בזיהומים חיידקיים: חלק מהאנטיביוטיקה יעילה רק נגד חיידקים גראם חיוביים, אחרות רק נגד חיידקים גראם שליליים.

סיווג לפי טופס

ישנן שלוש צורות בסיסיות של חיידקים:

• חיידקים כדוריים: חיידקים עגולים עד סגלגלים אלה (הנקראים גם קוקי) מתקבצים יחד בדרכים אופייניות: בקבוצות של שניים, ארבעה או שמונה, בצברים גדולים יותר (סטפילוקוקוס), או כשרשראות ארוכות פחות או יותר (סטרפטוקוקוס).
• חיידקים בצורת מוט: החיידקים הדקים או השמנמנים בצורת מוט עשויים להיות נוכחים בנפרד (כגון חיידקי טיפוס) או במסבים שונים זה לזה (כגון חיידקי דיפתריה). חיידקים בצורת מוט הזקוקים לחמצן כדי לחיות (אירובי) ויכולים ליצור נבגים (ראה להלן) נקראים גם בציליות (כגון חיידקי אנתרקס).
• חיידקים סליליים: לפי המראה המדויק שלהם, חיידקים אלה מחולקים לארבע קבוצות - ספירילה (למשל, הגורם לקדחת נשיכת חולדות), בורליה (למשל, הגורם למחלת ליים), טרפונמה (למשל, חיידקי עגבת), ולפטוספירה (למשל, הגורם הסיבתי של לפטוספירוזיס).

סיווג לפי פתוגניות

• חיידקים פתוגניים פקולטטיביים: חיידקים אלו גורמים למחלה רק בנסיבות מסוימות, כגון כאשר מערכת החיסון נחלשת.
• חיידקים פתוגניים מחייבים: בכמות מספקת, הם תמיד גורמים למחלה, למשל סלמונלה.

חיידקים המופיעים באופן טבעי בגוף יכולים גם הם לגרום למחלות - למשל, אם הם מתפשטים יתר על המידה כתוצאה ממערכת חיסונית חלשה או נכנסים למקומות לא נכונים בגוף (למשל חיידקי מעיים שנכנסים לשופכה או לנרתיק כתוצאה מכך של היגיינת שירותים לא נכונה). לפיכך הם שייכים לחיידקים הפתוגניים הפקולטטיביים.

סיווג לפי דגלים

רוב החיידקים נושאים דגלים על פני השטח החיצוניים שלהם, בעזרתם הם ניידים. מומחים מבחינים בין צורות הדגל הבאות:

• דגל מונוטרי: רק דגל אחד, למשל חיידקי כולרה
• דגלים לופוטריים: כמה דגלים מסודרים בציצים אחת או שתיים, למשל מיני Pseudomonas
• דגלים פריטריכיים: מספר דגלים המופצים על פני כל פני השטח החיצוניים של תא החיידק (פלג'לה מסביב), למשל סלמונלה (גורם לסלמונלוזיס וקדחת טיפוס).

סיווג לפי אנקפסולציה

החיידק Haemophilus influenzae, למשל, מובלע. בין היתר, היא עלולה לגרום לדלקת קרום המוח, דלקת אוזן תיכונה, ברונכיטיס, דלקת ריאות ו - כמו Haemophilus influenzae type B (HiB) - דלקת גרון.

כמו כן, בין הצורות המובלעות של חיידקים ניתן למצוא פנאומוקוק (Streptococcus pneumoniae). הם בדרך כלל גורמים לדלקת ריאות, אבל לפעמים מחלות זיהומיות חיידקיות אחרות.

סיווג לפי היווצרות נבגים

בתנאי חיים לא נוחים, כמה חיידקים יכולים ליצור צורות קבועות עם חילוף חומרים מופחת מאסיבית - מה שנקרא נבגים. בניגוד לתא הפעיל (צומח) מבחינה מטבולית, אלו יכולים לעמוד בתנאים סביבתיים לא נוחים ביותר כמו חום וקור ולהישאר ברי קיימא במשך שנים ואף עשרות שנים. ברגע שהתנאים משתפרים שוב, הנבג הופך בחזרה לתא חיידקי וגטטיבי.

נבגים הם למעשה חיידקים במצב רדום.

חיידקים יוצרי נבגים כוללים בעיקר נציגים מהסוגים Bacillus ו- Clostridium, למשל פתוגן האנתרקס (Bacillus anthracis) ומחוללי הטטנוס (Clostridium tetani) ובוטוליזם (Clostridium botulinum).

סיווג לפי יחס לחמצן

חיידקים אנאירוביים חובה (אנאירובים) הם בדיוק ההפך מאירובי חובה: הם אינם יכולים לגדול ולשגשג בנוכחות חמצן - אפילו עקבות קטנים של חמצן יכולים להרוג את החיידקים הללו תוך זמן קצר. בניגוד לאירובים, הם לא יכולים לחסל רדיקלי חמצן רעילים (לחיידקים אירוביים יש אנזימים מיוחדים כמו קטלאז למטרה זו). חיידקים אנאירוביים מחייבים משיגים את האנרגיה הדרושה להם או על ידי תסיסה או על ידי מה שנקרא נשימה אנאירובית.

חיידקים אנאירוביים פקולטטיביים הם סובלניים בכל הנוגע לחמצן: הם יכולים לצמוח גם עם ובלי חמצן. כאשר קיים חמצן, הם משיגים את האנרגיה הדרושה להם באמצעות נשימה תאית "רגילה" (אירובית), בדיוק כפי שעושים חיידקים אירוביים ותאי בעלי חיים ובני אדם. בסביבה נטולת חמצן, לעומת זאת, ייצור האנרגיה שלהם ממשיך באמצעות תסיסה או נשימה אנאירובית.

חיידקים אירוטיים יכולים לשגשג ללא בעיות בנוכחות חמצן, אך אינם יכולים להשתמש בו להפקת אנרגיה.

סיווג לפי דרישות הטמפרטורה

בהתאם לטווח הטמפרטורות שחיידקים מעדיפים או סובלים, נבדלות שלוש קבוצות של חיידקים:

• חיידקים פסיכופיליים: הם משגשגים בצורה הטובה ביותר בחמש עד עשר מעלות צלזיוס. הטמפרטורה המינימלית שהם יכולים לסבול היא -5 עד -3 מעלות, תלוי בסוג החיידק, והטמפרטורה המקסימלית שלהם היא 15 עד 20 מעלות, בהתאם למין.
• חיידקים מזופילים: הטמפרטורה האופטימלית שלהם היא 27 עד 37 מעלות. הטמפרטורה עשויה לרדת למקסימום של 20 עד 25 מעלות. מצד שני, אסור שהטמפרטורה תעלה ליותר מ-42 עד 45 מעלות.
• חיידקים תרמופילים: הם מרגישים הכי נוח 50 עד 60 מעלות. בהתאם לסוג החיידק, אסור שהטמפרטורה תרד מתחת ל-40 עד 49 מעלות ואסור לעלות ליותר מ-60 עד 100 מעלות.

סיווג לפי טקסונומיה

כמו אורגניזמים חיים אחרים, חיידקים מסווגים לפי קריטריונים מדעיים לרמות היררכיות שונות כמו משפחות, סוגים ומינים. ניתן לחלק עוד מינים של חיידקים לסוגים שונים (זני חיידקים) - בהתאם לגורמים תורשתיים ולהרכב הכימי.

כיצד מתרבים חיידקים?

חיידקים מתרבים באופן א-מיני על ידי חלוקת תאים:

כמה מהר חיידקים יכולים להתרבות תלוי בסוג החיידק ובתנאי הסביבה. בתנאים אופטימליים, חיידקים רבים יכולים להכפיל את מספרם תוך עשרים דקות בלבד.

כאשר אנו מדברים על גידול חיידקים, אנו מתכוונים לעלייה בספירת תאי החיידקים. זה נקבע כמספר התאים למיליליטר.

אילו מחלות נגרמות על ידי חיידקים?

ישנן מגוון מחלות הנגרמות על ידי חיידקים. הנה מבחר קטן:

• קדחת השנית: מחלה זיהומית חיידקית מאוד מדבקת זו נגרמת על ידי סטרפטוקוק A (סטרפטוקוקוס pyogenes) כדורי גראם חיובי.
• דלקות סטרפטוקוקליות אחרות: סטרפטוקוק יכול לגרום בין היתר גם לדלקת אוזן תיכונה, דלקת שקדים, אדמומית, דלקת ריאות וקדחת שגרונית. B-streptococci (S. agalactiae) הם גורמים אפשריים לדלקת קרום המוח וזיהומים בפצעים, למשל. סטרפטוקוקים אחרים יכולים להופיע, למשל, כחיידקי עששת.
• זיהומים פנאומוקוקים: פנאומוקוקים הם גם סטרפטוקוקים המופיעים בדרך כלל כזוגות (דיפלוקוקים). ליתר דיוק, הם Streptococcus pneumoniae. חיידק זה הוא פתוגן אופייני לדלקת ריאות, אך עלול לגרום בין היתר גם לדלקת קרום המוח, אוזן תיכונה או סינוסיטיס.
• זיהומי מנינגוקוק: מנינגוקוק הם חיידקים מהמין Neisseria meningitis. זיהומים בחיידקים אלו מתבטאים בדרך כלל בצורה של דלקת קרום המוח או "הרעלת דם" חיידקית (אלח דם).
• זיבה (זיבה): STD זה נגרמת גם על ידי חיידקי Neisseria, הפעם Neisseria gonorrhoeae (נקראת גם גונוקוקוס). מטופל בזמן, זיבה בדרך כלל מרפא ללא השלכות. אחרת, קיים סיכון לתופעות מאוחרות קבועות כגון אי פוריות.
• זיהומי כלמידיה: ישנם סוגים שונים של כלמידיה (חלקם עם תת-קבוצות) שעלולים לגרום לתמונות קליניות שונות, למשל דלקת הלחמית, זיהומים באיברי השתן ואיברי המין (כגון דלקת שופכה, דלקת צוואר הרחם או דלקת ערמונית) ודלקת ריאות.
• שעלת: החיידק הגראם-שלילי Bordetella pertussis עומד בדרך כלל מאחורי "מחלת ילדים" זו, המופיעה יותר ויותר גם בקרב מתבגרים ומבוגרים.
• דיפתריה: תסמינים כמו שיעול נובח, קושי בבליעה ונשימה עזה ומתקתקה נגרמים על ידי הרעלן של החיידק בצורת מוט גרם חיובי Corynebacterium diphtheriae.
• שחפת: Mycobacterium tuberculosis היא הסיבה השכיחה ביותר למחלה זיהומית חמורה זו הניתנת לדיווח.
• זיהומים מסוג E. coli: Escherichia coli הוא חיידק גרם שלילי שיש ממנו מספר זנים. חלקם חיים באופן טבעי במעיים של אנשים בריאים. זנים אחרים של E.coli, לעומת זאת, יכולים לגרום לזיהומים, למשל במערכת העיכול או בדרכי השתן (כגון שלשולים ודלקת שלפוחית ​​השתן).
• סלמונלוזיס (הרעלת סלמונלה): מונח זה מתייחס למחלות זיהומיות והרעלת מזון הנגרמת על ידי תת-קבוצה מסוימת של חיידקי סלמונלה. זה כולל טיפוס וקדחת פרטיפוס, בין היתר.
• זיהום בליסטריה (ליסטריוזיס): הרעלת מזון זו נגרמת על ידי חיידקים גרם חיוביים מהמין Listeria monocytogenes. זה מלווה בבחילות, הקאות ושלשולים. זה יכול להידבק על ידי אכילת מזון מזוהם כגון מוצרי חלב, ירקות חיים, או בשר מחומם לא מספיק.
• כולרה: החיידק הגראם-שלילי Vibrio cholerae אחראי למחלת השלשול הקשה, המופיעה בעיקר באזורים עם תנאי היגייני ירודים.

בקטרמיה ואלח דם

בדרך כלל, חיידקים אינם נמצאים בדם. אם יש, זה נקרא בקטרמיה. זה יכול להתרחש, למשל, כאשר מישהו מקבל חניכיים מדממות מצחצוח שיניים נמרץ או חותך את עצמו עם אולר. חיידקים יכולים לחדור לזרם הדם גם במהלך זיהומים חיידקיים (כגון דלקת ריאות חיידקית) או במהלך הליך שיניים או רפואי.

בקטרימיה לא תמיד גורמת לתסמינים אם מערכת החיסון מחסלת את החיידקים במהירות.

אולם במיוחד אצל אנשים עם מערכת חיסונית מוחלשת, החיידקים עלולים לגרום לזיהום (למשל דלקת בדופן הפנימית של הלב = אנדוקרדיטיס) אם הם נשארים בדם לזמן מספיק ארוך ובכמות גדולה יותר. התוצאה יכולה להיות תגובה אלימה מאוד של הגוף כולו, הנקראת אלח דם ("הרעלת דם"). במקרה הגרוע, זה יכול להוביל למוות. עם זאת, הסיכון למוות במקרים בודדים משתנה במידה ניכרת. זה תלוי, בין היתר, בסוג החיידקים המעורבים ובמהירות הטיפול בחולה.

חיידקים: העברה או זיהום

לדוגמה, אנשים יכולים להידבק בסלמונלה באמצעות זיהום במריחה: אם אנשים עם שלשולים הקשורים לסלמונלה לא שוטפים את ידיהם היטב לאחר שהם הולכים לשירותים, הם יכולים להעביר את החיידקים לחפצים (כגון ידיות דלת, סכו"ם). אם אדם בריא נוגע בחפצים הללו ואז תופס את הפה, האף או העיניים שלו, הם עלולים להידבק. זיהום ישיר מאדם לאדם באמצעות זיהום במריחה אפשרי גם כאשר אנשים נגועים לוחצים ידיים עם אדם בריא עם ידיים מזוהמות.

עם זאת, סלמונלה מועברת בעיקר דרך מזון מזוהם. נתיב זיהום זה קיים גם עבור כמה חיידקים אחרים כגון ליסטריה (גורם סיבתי של ליסטריוזיס) ונציגים מהסוג Campylobacter (גורם סיבתי למחלות שלשול מדבקות).

האחרון, כמו סלמונלה וכמה חיידקים אחרים, יכול להיות מועבר גם באמצעות מים מזוהמים.

במקרים מסוימים תיתכן הדבקה באמצעות קיום יחסי מין, כמו במקרה של כלמידיה והגורם הגורם לזיבה (גונוקוק).

זיהום חיידקי: טיפול

חלק מהאנטיביוטיקה יעילה נגד סוגים רבים ושונים של חיידקים (אנטיביוטיקה בעלת טווח רחב או רחב טווח), בעוד שאחרות מכוונות לקבוצות ספציפיות של חיידקים (אנטיביוטיקה צר טווח או צר טווח).

קבוצות ידועות של אנטיביוטיקה כוללות פניצילינים, צפלוספורינים, טטרציקלינים ואנטיביוטיקה מקרולידים.

לא כל זיהום חיידקי מצריך טיפול באנטיביוטיקה. לחלופין או בנוסף, אמצעים אחרים עשויים להיות שימושיים שאינם מכוונים ספציפית לחיידקים, אך לפחות מקלים על תסמינים (למשל, כאב ותרופות אנטי דלקתיות).

חיסון נגד חיידקים

ניתן למנוע כמה מחלות זיהומיות הנגרמות על ידי חיידקים באמצעות חיסון. החיסון הניתן ממריץ את מערכת החיסון לפתח נוגדנים ספציפיים כנגד הפתוגן החיידקי המדובר (חיסון פעיל). זה מחמש את המערכת החיסונית במקרה של זיהום "אמיתי" בחיידקים אלה מתרחש מאוחר יותר. כך ניתן לנגוח את הזיהום בניצן בשלב מוקדם או לפחות להחליש.

דוגמאות לחיסונים זמינים נגד חיידקים:

• חיסון נגד דיפתריה
• חיסון נגד שעלת
• חיסון טטנוס (זמין גם כחיסון פסיבי, בו מוזרקים נוגדנים מוכנים)
• חיסון להמופילוס שפעת סוג b (חיסון HiB)
• חיסון מנינגוקוקלי
• חיסון נגד כולרה
• חיסון נגד טיפוס הבטן

חלק מהחיסונים הללו זמינים כתכשירים משולבים של הרכבים שונים. לדוגמה, החיסון Td מגן מפני חיידקי טטנוס ודיפטריה בו זמנית.