מערכת החיסון - Immune system

הדפס

מערכת החיסון
Immune system
מודעה בריטית הקוראת להתחסן מפני דיפתריה
יוצר הערך	ד"ר מיכאל דובלין

לערכים נוספים הקשורים לנושא זה, ראו את דף הפירושים – מערכת החיסון

הקדמה

מערכת חיסון בריאה מסייעת לאדם להגיב במצבי פלישה של מיקרואורגניזמים (Microorganisms) אלימים שמקורם בדרך כלל מחוץ לגוף, או כאשר קיימת פעילות של תאים סרטניים המיוצרים מדי יום בגוף האדם.

גוף האדם מכיל כ-60 טריליון תאים, מתוכם 20 מיליארד תאים הם תאי מערכת החיסון.

המערכת החיסונית מוגדרת לעיתים כ"חוש השישי": היא מזהה נגיפים וחיידקים שהמוח אינו מזהה והופכת את המידע למסרים ספציפיים המגיעים למוח ומפעילים את התהליך החיסוני. מערכת החיסון עובדת בשיתוף פעולה עם מערכות הגנה אחרות בגוף. למשל, העור משמש מחסום פיזי בפני חומרים זרים ומערכת הנשימה משתמשת ב-Cilia (ריסים), ריר ושיעול כדי להיפטר ממזהמים שונים שנשאפו לגוף במהלך הנשימה.

מערכת החיסון היא מכלול מורכב של איברים, תאים ומולקולות (Molecules), אשר התפתחו במהלך האבולוציה של בעלי-החוליות במטרה להגן על גופם מפני פלישה של מיקרואורגניזמים פתוגניים (Pathogens), כגון חיידקים, נגיפים, פטריות וטפילים שונים, וכן מפני התפתחות סרטן. בין מרכיביה השונים של מערכת החיסון קיימים יחסי גומלין ענפים, המאפשרים להם לפעול בהתאמה נגד פולשים זרים מהם נשקפת סכנה לגוף.

חומר זר או פתוגן המסוגל לעורר את מערכת החיסון, מכונה: אימונוגן (Immunogen). חשיפה של מערכת החיסון לאימונוגן עשויה לגרום לסוגים שונים של תגובה חיסונית, בהתאם למאפייניו הביוכימיים של האימונוגן, אופן חדירתו לגוף וכמותו.

התגובה החיסונית נחלקת לשני שלבים עיקריים, הקשורים זה בזה בקשר הדוק: שלב הכרה ושלב תגובה. ראשיתה של התגובה החיסונית בהכרה, אשר משמעותה זיהוי הפתוגן על ידי מערכת החיסון. מערכת החיסון מסוגלת לזהות באופן ספציפי ומדויק מגוון עצום, כמעט אינסופי, של פתגונים שונים, והיא מצטיינת בכושר הבחנה דק להבדלים מזעריים בין פתוגן אחד למשנהו. לאחר שמערכת החיסון מזהה גורם זר כגון מיקרואורגניזם או פתוגן אחר, בשלב התגובה, היא מפעילה כנגדו תגובה חיסונית תוך גיוס מגוון רחב של תאים ומולקולות, הפועלים יחד במטרה לנטרל את הפולש הזר או לסלקו. תגובה חיסונית זו שבאמצעותה מערכת החיסון מנטרלת או מסלקת את הפתוגן מכונה "תגובה אפקטורית" (Effector Response). מערכת החיסון עושה שימוש במנגנונים אפקטוריים רבים ומגוונים, אשר כל אחד מהם מותאם לטיפול בסוג אחר של פתוגן.

מערכת החיסון מסוגלת להבחין בין "עצמי" ל-"זר", כלומר בין מולקולות ותאים השייכים לגוף עצמו לבין מולקולות ותאים ממקור זר, באופן אשר מבטיח כי התגובה החיסונית תופעל אך ורק כנגד גורמים שהם זרים לגוף. הבחנה זו בין "עצמי" ל-"זר" מכונה סבילות חיסונית Immunotolerance, והיא מהווה מנגנון חיוני שתפקידו למנוע גרימת נזק עצמי לגוף. כאשר קיים פגם או ליקוי במנגנון הסבילות החיסונית עלולות להתפתח מחלות אוטואימוניות, בהן מערכת החיסון תוקפת מרכיבים עצמיים של הגוף.

אחד המאפיינים הבולטים והחשובים של מערכת החיסון, לצד יכולתה לזהות במדויק מספר עצום של פתוגנים, הוא הזיכרון החיסוני. חשיפה של מערכת החיסון לגורם זר או לפתוגן עימו היא התמודדה בעבר, מעוררת תגובת זיכרון Memory Response, מתאפיינת במהירות תגובה גבוהה ובעוצמה חזקה לכל פלישה חוזרת של פתוגן. תגובת הזיכרון מאפשרת למערכת החיסון לפעול ביתר נמרצות כנגד הפתוגן, לסלקו ביעילות ולמנוע התפתחות מחלה.

חיסון מולד וחיסון נרכש

מערכת החיסון נחלקת לשתי מערכות משנה: מערכת החיסון המולדת, המכונה גם: חיסון מולד/חסינות מולדת (Innate Immunity), ומערכת החיסון הנרכשת, המכונה גם: חיסון נרכש/חסינות נרכשת (Acquired Immunity ,Adaptive Immunity). שתי המערכות שונות זו מזו במהותן, אך הן שלובות זו בזו ופועלות בשיתוף פעולה ובתיאום. כל אחת משתי המערכות מפעילה מנגנונים שונים אשר מעוררים, מגבירים ומייעלים את התגובה של המערכת השנייה; יתרה מכך, שתי המערכות תלויות זו בזו: רכיבים שונים של מערכת החיסון המולדת נחוצים לצורך תפקודה היעיל של מערכת החיסון הנרכשת, ולהפך. שילוב זה בין שתי המערכות מאפשרת הגנה מיטבית לגוף מפני פתוגנים.

ניתן לומר כי מערכת החיסון המולדת מהווה את קו ההגנה הראשון של הגוף מפני פתוגנים, מרגע החשיפה לפתוגן ועד שמערכת החיסון הנרכשת נכנסת לפעולה. מנגנוני ההגנה הבלתי-ספציפיים של המערכת המולדת מצליחים, בדרך כלל, לסלק בכוחות עצמם את המיקרואורגניזמים והפולשים הזרים האחרים. מנגנוני החיסון הנרכש נחוצים לייעול התגובה החיסונית, בפרט כאשר מנגנוני ההגנה המולדים אינם אפקטיביים או כאשר פתוגנים מצליחים לחמוק מהם, וכן לצורך יצירת זיכרון חיסוני.

מערכת החיסון המולדת

מערכת החיסון המולדת קיימת באורגניזם (Organism) החל מן הלידה, ולמעשה אף לפני הלידה, במהלך ההתפתחות העוברית. ככלל, מערכת זו מתאפיינת בכך שרכיביה השונים פועלים באופן בלתי-ספציפי, כלומר כל תא או מולקולה השייכים אליה פועלים כנגד מגוון רחב של פתוגנים, רק על בסיס ההבחנה בין "עצמי" ל-"זר". כמו כן, מערכת החיסון המולדת היא חסרת זיכרון.

מערכת החיסון המולדת כוללת ארבעה מנגנוני הגנה עיקריים

1. מחסומים אנטומיים (Anatomical) ופיזיולוגיים (Physiological) המונעים או מעכבים את כניסת הפתוגנים לגוף והתרבותם בתוכו. מחסומים אלה כוללים, בין היתר, את העור והרקמות הריריות שבדרכי הנשימה, מערכת העיכול, אברי המין והעיניים; טמפרטורת (Temperature) הגוף; רמת החומציות הגבוהה בקיבה ובעור (תנאי pH נמוך)
2. גורמים ביוכימיים מסיסים, כגון:
   • ליזוזים (Lysozyme) - אנזים הידרוליטי (Hydrolytic enzyme) המבקע את שכבת הפפטידוגליקאן (Peptidoglycan) בדופן התא של חיידקים
   • אינטרפרונים (Interferones) - חלבונים ממשפחת הציטוקינים (Cytokines) המיוצרים ומופרשים על ידי תאים שהודבקו בנגיף, נקלטים על ידי תאים בריאים הנמצאים בקרבתם, ומשרים בהם מצב אנטי-ויראלי (Antivitral) המסייע להם להתגונן מפני הדבקה בנגיף
   • מערכת "המשלים" – קבוצה של חלבוני סרום (Serum) אשר מנטרלים פתוגנים שונים ומסייעים בסילוקם וכן מעורבים בהתפתחות של תגובה דלקתית
3. תאים בולעניים (פגוציטים, Phagocytes) ותאי הרג טבעיים. הפגוציטים, כדוגמת המקרופאג'ים (Macrophages) והנויטרופילים (Neutrophils) הם תאים המתמחים בבליעה, הרג ועיכול של מיקרואורגניזמים שונים. תאי ההרג הטבעיים הם לימפוציטים גדולים ומגורגרים (Granular), הממלאים תפקיד חשוב בהגנה מפני תאים סרטניים ומפני נגיפים מסוימים
4. דלקת - תגובה חיסונית מורכבת הנגרמת עקב זיהום או נזק לרקמה, ואשר כרוכה בגיוס מגוון תאים ומולקולות של מערכת החיסון אל אתר הזיהום

מערכת החיסון הנרכשת

תא דם לבן או לויקוציט (Leukocyte) הוא תא דם השייך למערכת החיסון, כלומר רכיב בדם המשתתף - באופן פעיל או סביל - בהגנת גופנו מפני פולשים ומזיקים (פתוגנים). המערכת מורכבת מתאי דם לבנים המתפלגים למספר קבוצות על פי תפקיד מוגדר של כל תא דם לבן. המערכת מתפתחת עם שנות חיינו ומתאימה את עצמה לחשיפות שונות לחיידקים ווירוסים באמצעים שיפורטו בהמשך. בליטר דם של מבוגר בריא יש 4x10⁹ עד 11x10⁹ תאי דם לבנים. תאי דם לבנים נמצאים גם במערכת הלימפה וברקמות מיוחדות.

מערכת החיסון המולדת (Innate immune system)

• גרנולציטים (Granulocytes) המכילים אברונים מגורגרים בציטופלזמה (Cytoplasm) שלהם. שלושה סוגי תאים בקבוצה זו:

• נויטרופילים
• אאוזינופילים (Eosinophils)
• באזופילים (Basophils)

• מונוציטים (Monocytes) המתמיינים ל:
• מאקרופאג'ים

מערכת החיסון הלומדת (Adaptive immune system)

מערכת החיסון הנרכשת מתפתחת במהלך חיי האורגניזם עקב חשיפתו לפתוגנים, והיא מיוחדת בכך שרכיביה פועלים באופן בררני וספציפי: כל תא או מולקולה המשתייכים אליה מסוגלים לפעול כנגד פתוגן מסוים אחד ויחיד. לכן, בניגוד לתגובה החיסונית המולדת, שהיא זהה באופן עקרוני בקרב כל הפרטים המשתייכים למין מסוים, התגובה החיסונית הנרכשת משתנה מפרט אחד באוכלוסייה למשנהו בהתאם לניסיון האישי שרכש, כלומר בהתאם לפתגונים אליהם נחשף במהלך חייו. מאפיין מרכזי נוסף המייחד את מערכת החיסון הנרכשת הוא היכולת לייצר זיכרון חיסוני. מערכת החיסון הנרכשת כוללת את הלימפוציטים מהסוגים B ו-T ואת הנוגדנים (Antibodies).

תאי מערכת החיסון : התאים המסומנים בכחול מהווים את התאים במערכת החיסון המולדת, התאים המסומנים בורוד מהווים את מערכת החיסון הנרכשת. התאים המוקפים במסגרת צהובה הם פגוציטים. חץ סגול מציין שתא המוצא הופך, או מתמיין, לתא היעד

הזרועות האפקטוריות של מערכת החיסון

נהוג לחלק את מנגנוני התגובה החיסונית, כלומר המנגנונים האפקטוריים, לשתי זרועות: זרוע הוּמורָאלית (Humoral) וזרוע תאית. כל אחת משתי הזרועות כוללת הן מרכיבים במערכת החיסון המולדת (בלתי-ספציפיים) והן מרכיבים במערכת החיסון הנרכשת (ספציפיים). שתי הזרועות פועלות בשיתוף פעולה ובוויסות הדדי.

• הזרוע ההומוראלית - The Humoral Branch (הומוראלי = של נוזלי הגוף) מכונה גם תגובה הומוראלית (Humoral Response) או חסינות הומוראלית (Humoral Immunity) מקנה הגנה בעיקר מפני מיקרואורגניזמים ופתוגנים חוץ-תאיים, אשר גדלים ומתרבים מחוץ לתאי המאכסן, בנוזלי הגוף. הזרוע ההומוראלית כוללת שני מרכיבים עיקריים:

• נוגדנים - גליקופרוטאינים (Glycoproteins) המופרשים על ידי תאי פלזמה, שמוצאם בהתמיינות לימפוציטים מסוג B. הנוגדנים מזהים מרכיב ספציפי על גבי אנטיגן (Antigen), נקשרים אליו ומסייעים בנטרולו ובסילוקו
• מערכת "המשלים"

• הזרוע התאית - The Cellular Branch : המכונה גם תגובה תאית Cell-Mediated Response או חסינות תאית Cellular Immunity, מספקת הגנה בעיקר מפני מיקרואורגניזמים ופתוגנים תוך- תאיים, אשר פולשים לתוך תאי המאכסן ומתרבים בתוכם, כגון: נגיפים (וירוסים), חיידקים תוך-תאיים, פרוטוזואה וכיוצא בזה. כמו כן היא פועלת לחיסול תאים סרטניים ותאים שמקורם ברקמת שתל זרה. תפקיד מרכזי נוסף של הזרוע התאית הוא להפעיל ולווסת את התגובה ההומוראלית, ובפרט לשפעל לימפוציטים מסוג B שבאו במגע עם אנטיגן, ולגרום להם להתחלק ולהתמיין לתאי פלזמה מפרישי נוגדנים אשר מתאימים באופן ספציפי לאנטיגן זה.

הזרוע התאית כוללת מספר מרכיבים:

• לימפוציטים מסוג T, אשר נחלקים לשני סוגים עיקריים:

1. תאי T מסייעים (Helper T), המסומנים בראשי תיבות: Th
2. תאי T רעילי-תא או תאי T ציטוטוקסיים (Cytotoxic T Lymphocytes), המסומנים בראשי תיבות: Tc או CTL

• תאי הרג טבעיים (Natural Killer) (ראו לעיל)
• תאים בולעניים (פגוציטים) מסוגים שונים, ובתוכם: מונוציטים, מקרופאג'ים, נויטרופילים ואאוזינופילים
• באזופילים ותאי פיטום

תאי T

תת אוכלוסיות של תאי T

ישנם מספר סוגים של תאי T בוגרים:

• תאי T ציטוטוקסיים או ציטוליטיים (מסומנים CTL או +CD8). תאים אלו הורגים תאי גוף הנגועים בנגיף או תאים שעברו התמרה סרטנית. תאי המטרה מזוהים בזכות קומפלקס MHC‏ (Major Histocompatibility Complex) מסוג 1 שהם מציגים. כתוצאה מהאינטראקציה (Interaction) שבין קומפלקס MHC לקולטן תאי T מחדירים תאי T ציטוטוקסיים, לתא הנגוע חומרים רעילים כגון Perforin ו-Granzyme B. תאי ה-CD8 בגופנו מתחלקים לשתי אוכלוסיות עיקריות - תאים נאיביים (Naive) ותאי זיכרון. התאים הנאיביים הם אלו אשר טרם נתקלו באנטיגן, נגדו הם אמורים להגיב, ותאי הזיכרון הם התאים אשר נתקלו כבר בעבר פעם אחת או יותר באנטיגן נגדו הם מכוונים. קיימים חלבונים ממברנליים (Membrane) וציטופלסמטיים (Cytoplasmatic) אשר מאפשרים להבחין בין שתי אוכלוסיות אלו, הנבדלות במידת הטוקסיות (Toxicity) שלהן ובמיקומן בגוף
• תאי T מסייעים (Helper T cells, מסומנים +CD4). תאים אלו מפרישים ציטוקינים הגורמים לגיוס אלמנטים שונים למאבק בפתוגן. תאים אלו מופעלים כתוצאה מאינטראקציה עם תאים מציגי אנטיגן מקצועיים כגון תאי B, מקרופאג'ים ותאים דנטריטיים. האינטראקציה נוצרת כתוצאה ממגע בין קומפלקס MHC מסוג 2, הנמצא על התאים המציגים, לבין קולטן תאי T הנמצא על תאי T.

תאי T מסייעים

תא T מתקשר עם חלבוני MHC מסוג II

תא T מתקשר עם חלבוני MHC מסוג I

ישנם שני סוגים של תאי T מסייעים

1. תאי T מסוג 1 (Th1) - אחראיים בעיקר לתגובה החיסונית התאית, כלומר מכוונת את מערכת החיסון כנגד נגיפים ותאים סרטניים. כתוצאה או באמצעות מהפרשת הציטוקינים כגון IL-2‏, Interferon Gamma, ו-TNF‏ (Tumor Necrosis Factor) מתרבים ומופעלים תאי T ציטוטוקסיים, מקרופאג'ים ונויטרופילים, כמו כן מופרשים מתאי B נוגדנים מסוג IgG2a
2. תאי T מסוג 2 (Th2) - אחראיים בעיקר לתגובה ההומורלית (הקשורה לדם), כלומר מכוונת נגד זיהום של חיידקים, רעלנים או טפילים שחדרו למערכת הדם או לנוזל הבין-תאי. כתוצאה מהפרשת ציטוקינים כגון IL-2, IL-5, IL-6 IL-10, ו-TGF‏ (Transforming Growth Factor ) בטא מתרבים ומופעלים תאי B המייצרים נוגדנים מסוג IgA, IgE, IgM וIgG-1. מתרבים ומופעלים תאי דם מסוג אאוזינופילים ותאי פיטום

תאי NK

תאי NK (ראשי תיבות של Natural Killer, "מחסל טבעי") הם תאים השייכים למערכת החיסון, אשר תפקידם העיקרי הוא חיסול תאי גוף שנדבקו בנגיפים או שהתפתחו לתאים סרטניים. בניגוד לחלק מתאי הדם הלבנים האחרים, תאי NK אינם נלחמים, אם כן, ישירות נגד פתוגנים.

תאי NK נחשבים ללימפוציטים, אך בניגוד לתאי B ותאי T הם אינם משתייכים למערכת החיסון הלומדת (או הנרכשת), אלא למערכת החיסון המולדת. פירוש הדבר הוא שלתאי NK אין יכולת להילחם בפתוגנים ספציפיים (או בתאים שנדבקו בפתוגנים ספציפיים); הם תוקפים ללא הבחנה כל תא שהודבק בנגיף או שהפך לתא סרטני. הסיבה להיותם משויכים ללימפוציטים היא מוצאם - לתאי NK, תאי T ותאי B תא-הורה משותף במח העצם.

תאי NK נודדים למקום הזיהום בשל משיכה כימית (כימוטקטי, Chemotactic) - הם קולטים חלבונים קטנים הנקראים ציטוקינים והמופרשים על ידי מקרופאג'ים לאחר היתקלות בפתוגנים. תאי NK נצמדים לתאי גוף הנגועים בנגיף ומפרישים אנזימים מעכלים וחלבונים אחרים - במיוחד Perforin, מהמילה האנגלית Perforate, ("לחורר"), אשר מנקב חורים בממברנת התא וגורם בכך למותו המהיר של התא.

תאים בלעניים (פגוציטים)

פגוציט (בעברית: תא בלען) הוא תא הקולט לתוך הציטופלזמה שלו חלקיקים מסביבתו.

פגוציטוזה (Phagocytosis) היא צורה של אנדוציטוזה (Endocytosis), שבה החלקיק החודר לתא הוא גדול במיוחד. כך נקרא התהליך שבו אמבות ויצורים חד-תאיים אחרים בולעים חלקיקי מזון שאינם מסוגלים לעבור דרך ממברנת התא הבררנית, וכן התהליך שבו הפגוציטים, המשתייכים למערכת החיסון, בולעים פתוגנים וגורמים מזהמים.

במערכת החיסון של האדם ישנם שלושה סוגים של תאי דם לבנים המשמשים כפגוציטים:

1. מונוציטים: נמצאים בעיקר בדם
2. מקרופאג'ים: אלו הם מונוציטים שעברו התמיינות קלה; הם נמצאים בעיקר ברקמות
3. נויטרופילים: גרנולוציטים המהווים את חלק הארי של תאי הדם הלבנים

למרות שגם תאים דנדריטיים (Dendritic) בולעים פתוגנים, הם אינם נחשבים בדרך-כלל לפגוציטים.

בליעת פתוגנים על ידי פגוציטים, וכן בליעת מזון על ידי אמבות, מתרחשת באופן הבא:

• הפגוציט שולח שלוחות ציטופלסמיות אל עבר הפתוגן (אותו הוא מזהה באמצעות מולקולות סוכר הנמצאות על-גבי ממברנת תא הפתוגן)
• השלוחות נדבקות אל הפתוגן ומושכות אותו לעבר תא הפגוציט
• ציטופלסמת הפגוציט סוגרת אט-אט על הפתוגן ועוטפת אותו מכל הכיוונים. נוצרת בועית, המכילה את הפתוגן בתוכה והנקראה Phagosome
• ליזוזום (Lysosome) הנמצא בציטופלסמת הפגוציט מתלכד עם הפגוזום ליצירת פגוליזוזום
• הליזוזום משחרר את תוכנו: אנזימים מעכלים הגורמים להרס ופירוק הפתוגן
• שרידי הפתוגן נפלטים מהפגוציט באמצעות אקסוציטוזה (Exocytosis) (התלכדות הדרגתית של הבועית המכילה את השרידים עם ממברנת התא, עד להשתלבות מלאה של הבועית בממברנה ופליטת תוכנה אל מחוץ לתא)

שתי מערכות החיסון, המולדת והנרכשת, עושות שימוש ברכיבים מן הזרוע ההומוראלית ומן הזרוע התאית. כך, המערכת המולדת כוללת את הפגוציטים השונים, תאי ההרג הטבעיים וכן את מערכת "המשלים". המערכת הנרכשת כוללת את הנוגדנים ואת הלימפוציטים מסוגים B ו-T. יצוין כי תאי ההרג הטבעיים, מערכת "המשלים" וחלק מהפאגוציטים, אשר משתייכים באופן עקרוני למערכת המולדת, הבלתי-ספציפית, פועלים לעיתים באופן ספציפי במנגנון מיוחד אשר נקרא: "הרעלת תאים תלויית נוגדנים" Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity‏ (ADCC). במנגנון זה נוגדנים מזהים באופן ספציפי תאי מטרה, ומסמנים אותם כיעד לחיסול בידי תאי הרג טבעיים, מערכת "המשלים" ופגוציטים מסוימים.

תיאום התגובה החיסונית

הפעלת תגובה חיסונית אפקטיבית, המשלבת תאים ומרכיבים רבים ושונים מצריכה תיאום מורכב בין מערכת החיסון המולדת למערכת הנרכשת, ובין הזרוע ההומוראלית לזרוע התאית. תיאום זה מתבצע בעיקר בידי קבוצה של חלבונים המכונים: ציטוקינים. הציטוקינים הם חלבונים בעלי משקל מולקולארי נמוך, המופרשים על ידי תאי דם לבנים ותאים אחרים בגוף בתגובה לגירויים שונים. הם משמשים כמעין שליחים המעבירים מסרים בין תאיה השונים של מערכת החיסון וכן בין מערכת החיסון ליתר תאי הגוף, ובכך הם מסייעים לויסות התגובה החיסונית ולהסדרתה.

מערכת החיסון המולדת מעוררת ומכווינה את תגובות מערכת החיסון הנרכשת בעיקר על ידי הפרשת ציטוקינים מתאימים והצגת אנטיגנים Antigen Presentation לתאי T מסייעים (Th) על ידי תאים מציגי-אנטיגן. תאים מציגי-אנטיגן (תאים דנדריטיים, מקרופאג'ים ולימפוציטים מסוג B) בולעים אנטיגן בתהליך של אנדוציטוזה או פגוציטוזה, ולאחר מכן מציגים על שטח פני הממברנה שלהם מקטעים פפטידיים של האנטיגן על-גבי על מולקולות MHC מטיפוס II. תאי T-המסייעים מזהים באמצעות קולטן תא ה-T שלהם (T-Cell Receptor, TCR) קומפלקסים אלה של אנטיגן הנישא על-גבי מולקולת MHC מטיפוס II, ובאמצעות סיגנל מעורר נוסף הניתן על ידי התא מציג-האנטיגן, הם עוברים שפעול ומסוגלים להתרבות ולגייס מגוון של תאים ומולקולות לתגובה חיסונית כנגד האנטיגן.

מערכת החיסון הנרכשת מייצרת אף היא מסרים אשר מעוררים ומגבירים את יעילות התגובה המולדת. כך, למשל, לאחר שתאי T מסייעים מזהים אנטיגן המוצג על-גבי מולקולת MHC מטיפוס II, הם מייצרים ומפרישים ציטוקינים אשר משפרים את יכולתם של המקרופג'ים לבלוע ולהרוג אנטיגנים, ובנוסף לכך הם מגבירים את ביטוי מולקולות ה-MHC מטיפוס II על פני הממברנות של המקרופג'ים, ובכך הופכים אותם לתאים מציגי-אנטיגן יעילים יותר. דוגמה נוספת היא הגיוס וההפעלה של מערכת "המשלים" על ידי נוגדנים: נוגדנים שיוצרו והופרשו על ידי תאי פלזמה כנגד פתוגן מסוים, נקשרים אל הפתוגן ומצפים אותו, ובכך מסמנים אותו כמטרה להתקפה מצד מערכת "המשלים".

יוצרי הנוגדנים והזיכרון החיסוני – תאי ה-B

תא לימפוציט מסוג B

תאי T (בכחול) תוקפים תא חשוד

הנגיפים

נגיף (בלועזית: וירוס, Virus; מלטינית: "רעל") הוא גופיף הפולש לתאים אחרים ואשר לעיתים קרובות גורם למחלות. הנגיף הוא טפיל אובליגטורי שאינו יכול להתרבות ללא נשא חי.

הנגיפים היו ידועים עוד לפני המצאת מיקרוסקופ האלקטרונים אך מדענים חשבו אותם לרעלן שיוצרים החיידקים, ומכאן שמם. במאה ה-20 החלו להצטבר עדויות לכך שנגיפים אינם חלק מחיידקים אלא יכולים להתקיפם, להתרבות בתוכם ואף לגרום למות החיידק. נגיפים מהסוג התוקף חיידקים כונו בקטריופאג'ים.

למעשה נגיף איננו חי אלא חלקיק שעשוי כולו חומצת גרעין DNA‏ (DeoxyriboNucleic Acid) או RNA‏ (RiboNucleic Acid), עטוף במעטפת חלבונית או במעטפת של שומנים. גודלם של הוירוסים הוא בין 0.00001 מילימטרים ל 0.00005 מילימטרים. צורתם של הנגיפים איננה אחידה, חלקם מקלוניים, כדוריים, סגלגלים או בעלי פאות.

הנגיפים נטפלים ומזיקים לאדם, חיות, צמחים ואף לחיידקים. הנגיף איננו פעיל כל עוד איננו צמוד לתא חי או צומח. מרגע שנצמד לתא כזה הוא פורץ לתוכו דרך הדופן או לפחות מחדיר לתוכו את חומצת הגרעין שלו. בשלב זה משתלט הנגיף על מנגנון ההתרבות של התא ומשדר וגורם לו לייצר חומצת גרעין וחלבון זהים לאלו של הנגיף, וכך נוצרים נגיפים חדשים הפורצים החוצה מן התא, תוך שהם הורסים אותו, ונצמדים לתאים נוספים.

ניתן להשמיד נגיפים על ידי חימום לטמפרטורה של 60 מעלות בלבד, וכן על ידי חשיפתם לחומרים כמו פורמלין או כלור, אך עם זאת הם עמידים לחלוטין בפני אנטיביוטיקה (Antibiotics). כשהם מוקפאים הם בעלי יכולת בלתי מוגבלת להמשיך להתקיים עד להפשרתם.

בפני מפתחי תרופות נגד נגיפים ניצב הקושי להשמיד את הנגיף בלי לפגוע בתא החי עצמו, בשל החיבור הסימביוטי בין הנגיף לבין מערכת ההתרבות של התא שיוצר מעין ישות חיה חדשה.

ברוב המקרים חשיפה לזיהום נגיפי והחלמה ממנו יוצרת חיסון נגד אותו סוג נגיף. הבעיה היא שהנגיף משנה את תכונותיו על ידי מוטציות רבות ומהירות, מולן אין החיסון הקיים מספק.

ויריון (Virion) הוא חלק או שבר של נגיף המסוגל אף הוא להדביק באופן עצמאי תאים אחרים.

יש נגיפים של צמחים כדוגמת נגיף מוזיאקת הטבק (Tobacco mosaic virus). ישנם גם נגיפים הפוגעים בבעלי חיים, היותר מוכרים לאדם כמחוללי מחלות השפעת ואבעבועות רוח. כל נגיף שאינו מצוי בתא חי, צמחי או חיידקי, נחשב כחלקיק דומם חסר תכונות המוגדרות כחיים - יכולת התרבות, צריכת אנרגיה ויצירתה, תנועה, גדילה או תגובה. גם בעלי חיים סובלים ממחלות הנגרמות על ידי נגיפים, למשל מחלת הפה והטלפיים, כלבת, איידס של חתולים.

לנגיף אין יכולת תנועה משלו, רק התנגשות מקרית עם קרום תא חי (ממברנה) מאפשרת את ספיחת הנגיף וחדירתו לתא. מכאן ואילך מתחיל הנגיף בפעולות דמויות חיים של סינתוז חלבונים מיוחדים ומרכיבי נגיפים חדשים, המתחברים בסוף התהליך ליצירת נגיפים חדשים המכונים ויריונים. הנגיף הופך את התא המודבק למעין "מפעל יצור", הפועל בעיקר לשם יצירת ויריונים חדשים, ומשתמש בחומר הגנטי של התא המודבק ותרכובות המצויות בתוכו ליצירתם.

הנגיפים בנויים ברובם מחומצת גרעין - DNA או RNA - שמוקפת מעטפת חלבונית בשם Capsid עליה מצויים חלבונים המאפשרים הצמדות לקרום התא. חומצת הגרעין בתוך ה-Capsid יכולה להופיע כמעגלית או קווית. הנגיף הוא היצור היחיד המוכר למדע שיכול להכיל RNA במקום DNA בתור חומר גנטי, מה שהופך אותו לרטרו וירוס (Retrovirus) - נגיף ה-HIV הגורם לאיידס הוא אחד הידועים מסוג הוירוסים הללו.

לרוב הנגיפים קיימת יכולת מעניינת ביצירת אינטרפרון במאכסן - דבר הגורם לבסוף למות הווירוס ולהעלמות המחלה זאת אומרת שמרוב המחלות שנגרמות מנגיפים - נרפאים לבד ללא כל טיפול. קיימות מחלות ילדים רבות כמו אדמת המאופיינות בכך שלאחר שנדבקים בהן הגוף מתחסן ובדרך כלל אין נדבקים בהן שנית משום שהגוף מפתח נוגדנים שמקנים חסינות. היום מחסנים את התינוקות כנגד רוב מחלות הילדים הנגרמות מנגיפים כי בגיל מבוגר מחלות הילדים עלולות להיות הרבה יותר חריפות ועלולות לגרום לסיבוכים. כ-30 אחוזים מהילדים הנדבקים ממחלות ילדים נגיפיות אינם מראים כל סימני מחלה אבל הם מתחסנים. את התרכיבים מכינים מנגיף מוחלש או מנגיף מומת.

חלק מהמחלות הנגרמות על ידי נגיפים הן מחלות עונתיות. לדוגמה, בחורף נפוצים נגיפים של מערכת הנשימה כמו שפעת, RSV‏ (Respiratory Syncytial Respiratory syncytial Virus) ונגיף ה-Parainfluenza. בקיץ, למשל, נפוצים נגיפי המעיים שעלולים לגרום לדלקת קרום המוח הנגיפית. גם כנגד מחלות אלו מחסנים את רוב האוכלוסייה וזאת בשל הסיבוכים המופיעים ממחלות אלו ובשל הנזק הכלכלי הגדול שמחלות אלו גוררות אחריהן.

המחלות הוויראליות אשר תוקפות את העובר האנושי כגון וירוס האדמת היו בראש סדר העדיפויות לחיסון כלל עולמי. רוב אוכלוסיית העולם מחוסנת כנגד ווירוס זה.

נגיף ה-Herpes (שלבקת) הוא הנגיף הראשון שבודד בתרביות רקמה והוא נגיף מעניין במיוחד כי הוא נמצא בגוף בצורה רדומה ומתפרץ אצל אנשים שונים כל פעם מחדש - במיוחד אחרי מחלת חום כלשהי, חשיפה לשמש, וסת אצל נשים ואפילו מועקה נפשית. Herpes Zoster שהוא אחד מבני משפחת ההרפס אחראי למחלת אבעבועות רוח. מנסים לחסן את כל אוכלוסיית הילדים בפני וירוס זה.

דרכי חדירת הנגיפים

החיידקים

חיידקים (Bacteria) הם יצורים חד-תאיים המהווים ממלכת-על בפרוקריוטיים (Prokaryotes), לצד ממלכת החיידקים הקדומים.

בעבר נקראו ממלכות החיידקים האמיתיים והחיידקים הקדומים בשם הכולל מוֹנֵרָה או מונירה, (Monera). עד לפני כמה עשרות שנים סווג חלק מהחיידקים כצמחים, חלק כפטריות וחלק כאצות, וממלכת החיידקים לא הייתה קיימת.

התגלית שהביאה לסיווגם של החיידקים כיצורים נפרדים מהווה את ההבדל הבסיסי ביותר בין חיידקים ובין שאר היצורים: כל החיידקים (אמיתיים וקדומים) הם פרוקריוטיים (חסרי גרעין), ואילו כל היצורים האחרים הם אוקריוטיים (Eukaryotes) (בעלי גרעין).

רוב החיידקים מקיימים בעצמם תהליכי חיים עצמאיים ומתרבים על ידי חלוקה בינארית. הזמן שעובר בין רגע יצירת החיידק לרגע חלוקתו נקרא זמן דור. בתנאים מבחנה אופטימליים של חום ואנרגיה מתחלקים חיידקי מעיים מסוימים בכל 20 דקות. החיידקים ניזונים מהסביבה, מפרישים לסביבה ובדרך כלל, בניגוד לנגיפים, אינם זקוקים למאכסן, כך שאינם מתקיימים כטפילים).

בניגוד לדעה הרווחת שכל החיידקים גורמי מחלות, רק מיעוט מתוך מאות אלפי סוגי החיידקים הוא פתוגני הגורם מחלות וסוגים רבים של חיידקים אף מועילים וחיוניים לבריאות.

בניגוד לתאיהם של בעלי חיים ובדומה לתאים צמחיים, לתאיהם של רוב החיידקים יש דופן תא. החיידקים סווגו בעבר לשתי קבוצות לפי סוג הדופן שלהם. בשל קיום הדופן בחיידקים והיעדרה בתאי האדם, משמשת הדופן כמטרה של הרבה סוגי אנטיביוטיקה, כגון פניצילינים (Penicillins) וצפלוספורינים (Cephalosporins).

החיידקים, שמספרם על-גבי כדור הארץ עולה על זה של כל שאר היצורים גם יחד, מגוונים וסתגלנים הרבה יותר ממה שמסוגל האדם להעלות על דעתו: החל מחיידקים החיים בים המלח, עבור בחיידקים העמידים לקרינה, וכלה בחיידקים אשר חיים בטמפרטורות גבוהות ביותר (למעלה מ-50 חיידקים חובבי חום, המכונים תרמופילים (Thermophile), נמצאו משגשגים בטמפרטורות גבוהות מאוד במקומות דוגמת מעיינות מים חמים או בזרמים תת-ימיים חמים. חלק ממינים אלה, המכונים היפרתרמופילים, מתרבים בצורה אידיאלית מעל 100 מעלות צלזיוס, ויכולים לשרוד בטמפרטורה של עד 121 מעלות צלזיוס).

חיידקי Streptococcus

חיידקים הם יצורים מיקרוסקופים חד תאיים. החיים בודדים או במושבות.

חיידקים נמצאים בכל מקום על פני כדור הארץ בכמויות אדירות.

בתוך גופנו הבריא היחס בין החיידקים לתאים הוא 9 ל -1 לטובת החיידקים.

אפשר למצוא חיידקים באוויר, במים, באדמה, במעיינות גפרית, במעיינות מים רותחים, (אפילו בים המלח) נמצא חיידקים. החיידקים הם חלק מהמערכת האקולוגית בה אנו חיים.

חיידקים הם שותפים חשובים בתהליכים המתרחשים במערכות אקולוגיות, בהם: חיידקים המפרקים תרכובות אורגניות (Organic). חיידקים הקושרים חנקן מהאוויר, חיידקים המייצרים ויטמינים בתוך גופנו, או חיידקים המייצרים תרכובות אורגניות.

מעט מהחיידקים שייכים לקבוצת קטנה של חיידקים המכונים פתוגנים (Pathogenic), חיידקים אלו גורמים למחלות באדם וביצורים אחרים, ויכולים בהחלט לפגוע בשגרת חיינו, למשל חיידקי הדבר, השחפת או העגבת.

גידול חיידקים

מהו גידול אצל חיידקים? חיידק קולט חומרים מהסביבה, משתמש בהם להפקת אנרגיה ולבנייה. הוא גדל בנפח ובמסה, ואז מכפיל את ה-DNA שלו ומתחלק לשני תאי חיידקים. כך גדלה אוכלוסיית החיידקים.

לשם מה לגדל חיידקים במעבדה?

• כדי לאבחן איזה סוג חיידק גרם למחלה
• כדי לאבחן איזה סוג חיידק חדר למים או לחומוס וזיהם אותם
• כדי להשתמש בחיידקים לצורכי האדם (דישון בחקלאות, פירוק כתמי נפט בים, ייצור חלבונים בהנדסה גנטית)
• כדי לבדוק כיצד תרופות כמו אנטיביוטיקה וחומרים אחרים משפיעים על גידולם של החיידקים
  
  

כדי לזהות חיידק יש לגדלו בתרבית

כדי שהחיידק יגדל יש לספק לו את כל צרכיו.

כאשר רוצים להרבות חיידק לצורכי מחקר או בתעשייה ביו טכנולוגית להפקת חומרים שונים (לדוגמה: ייצור יוגורט), צריך להכיר את צרכיו ולספק לו את כולם בצורה מיטבית, כך מפיקים את מרב התוצרים מהחיידק.

עקום גידול חיידקים

כדי ללמוד על גידול חיידקים נשתמש בחיידק E.Coli.

חיידק E.Coli גדל, ומתחלק כל 20 דקות בתנאים מיטביים.

כאשר נותנים לחיידק מסוג E.Coli את התנאים המיטביים, סוגרים בכלי ומאפשרים לו להתרבות מתקבל עקום גידול אופייני לאוכלוסיות:

תרשים של עקום גידול החיידקים מסוג Coli

בעקום הגידול ארבעה שלבים עיקרים:

1. שלב ההשהיה - החיידקים "מסתגלים" למצע, מסנתזים את החומרים, גדֵלים, אך עדיין לא מתרבים
2. שלב הגידול הלוגרתמי (Logarithm) (המאריכי) - קצב גידול מהיר, התנאים טובים, יש מזון, חמצן, עדיין אין כמויות גדולות של פסולת, ובכל 20 דקות מוכפלת האוכלוסייה
3. שלב הגידול היציב - התנאים הולכים ומשתנים, נגמר מזון וחמצן
4. שלב המוות - התנאים הופכים גרועים, המזון נגמר וכמות הפסולת עולה, קצב התמותה גדול מקצב ההתרבות. החיידקים מתים

מחזור חומרים בטבע

לחיידקים מקום חשוב ביותר במחזור חומרים. יש לזכור כי מלאי החומרים בכדור הארץ מוגבל, ואין כניסת חומרים חדשים (מלבד מטאורים). החיידקים הם חלק מקבוצת אורגניזמים שמאפשרים פירוק החומרים והפיכתם לחומרים זמינים לתהליכים אחרים. לדוגמה, מחזור החנקן: החנקן הוא גז שנמצא באטמוספירה (Atmosphere) בריכוז של כ-80 אחוזים, הוא הכרחי לבניית חלבונים, ואולם החיידקים הם היחידים שיכולים להפוך חנקן אטמוספירי לחנקן זמין לצמחים לבניית חלבונים. (גם בתעשייה כימית אפשר ליצר תרכובות חנקן זמינות, דשנים, אך זהו ייצור יקר יחסית). פירוק אורגניזמים לאחר מותם נעשה בחלקו הגדול בידי חיידקים.

מתוך הספר פרקים באקולוגיה מאת רות אמיר

חיידקים בשירות האדם

• שימוש בחיידקים לפירוק פסולת ביוב באגני חמצון, בהכנת דשנים אורגנים, בדישון חנקני בשדות (מרבים חיידקים קושרי חנקן ומפזרים אותם בשדה להעשרת הקרקע) ואפילו בפירוק כתמי נפט בים
• הכנת מזונות - בהכנת ירקות ופירות כבושים ("חמוצים"), מוצרי חלב, יין (פטריות חד תאיות- שמרים)
• בהנדסה גנטית - יצור חלבונים או הורמונים באמצעות החיידק
• ייצור חומרים אנטיביוטים באמצעות חיידקים המפרישים אותם

הפלורה הטבעית

• חיידקים החיים בגופנו מייצרים ומספקים לנו ויטמינים שונים. לדוגמה חיידקים המייצרים ויטמין B או ויטמין K
• חיידקים החיים במערכת העיכול של מעלי גֵרה, מפרקים את התאית לחד סוכר ומאפשרים למעלי הגרה לנצל את האנרגיה הגלומה בה
• חיידקים ה"גרים" בפתחי הגוף אינם גורמים לנזק, ואינם מאפשרים למיקרואורגניזמים גורמי מחלות להתיישב בפתחים או לחדור לגופנו (לדוגמה בפה, בעור ובנרתיק האישה)

חיידקים גורמי מחלות

חיידקים גורמי מחלות יכולים להיות בעלי חלק (או כל) התכונות האלה:

• יכולת חדירה לגוף - דרך דרכי הנשימה, או עם המזון למערכת העיכול
• תוספת מבנה – לדוגמה קופסית או יכולת הפיכה לנבג שמגינה בפני התאים הבלעניים
• שוטונים או ריסים המאפשרים תנועה מהירה בנוזלים
• חיידקים מפרישים אנזימים מפרקי חלבונים או מפרקי שומנים המאפשרים להם לפרק רקמות ולחדור לרקמות שונות בגוף, לדוגמה למחזור הדם
• הפרשת רעלים - חיידקים המפרישים רעלים שונים וגורמים לנזקים קשים
• החיסונים שעליהם יסופר בפרקים הבאים מטרתם להתמודד עם כל אותם חיידקים שפגיעתם קשה מאוד ולנסות ולמנוע מחלות באמצאות שימוש מושכל במערכת החיסון הנרכשת בשילוב עם טכנולוגיות חדישות שיבטיחו לנו מירב הגנה עם מינימום תופעות לוואי מהחיסון
  
  

הצטננות והפצת הנגיפים

דרכי הפצת הנגיפים

ביבליוגרפיה

המידע שבדף זה נכתב על ידי ד"ר מיכאל דובלין MD מומחה ברפואת ילדים ואושרית דובלין RN MA