קפסולה חיידקית

קפסולה חיידקית (באנגלית: Bacterial capsule; נקראת גם קופסית החיידק) היא מעטפת רירית המורכבת, על פי רוב, מפוליסכרידים וחלבונים מעטים, המאורגנים היטב בשכבה חיצונית הממוקמת מחוץ לדופן הפפטידוגליקנית בחיידקים גראם-חיוביים ומחוץ לקרום החיצוני בחיידקים גראם-שליליים. הקפסולה החיידקית צמודה ומהודקת היטב אל החלק החיצוני של החיידקים. מעטפת רירית שלא מהודקת היטב ועוברת תהליך של פעפוע אל הסביבה החיצונית בה נמצא החיידק נקראת Slime layer. במיקרוביולוגיה הקפסולה וה-Slime layer מוכרים גם בתור גליקוקליקס (Glycocalix). קפסולה חיידקית ו-Slime layer מהווים גורם פתוגניות מרכזי בפני מערכת החיסון של המאכסן. הקפסולה החיידקית מורכבת, כאמור, מתערובת של פוליסכרידים (חומצה היאלורונית, חומצה סיאלית, חומצה גלוקורונית, ועוד) ומעט חלבונים, אולם יכולה לכלול תערובות אחרות, דוגמת Poly-D-glutamic acid בחיידקי Bacillus anthracis. העובדה כי הקפסולה צמודה ומהודקת היטב לחלק החיצוני של החיידקים מקשה מאוד על צביעתה. חיידקים שמייצרים את הקפסולה יראו במיקרוסקופ אור, לאחר צביעת גראם, כהים הרבה יותר בהשוואה לשכבת הקפסולה שלא תספוח את הצבע ותראה כהילה בהירה מסביב לחיידקים. על מנת להבחין בקפסולה דרך התבוננות במיקרוסקופ אור ניתן להשתמש בשתי שיטות מקובלות: צביעה באמצעות India ink - הצבע השחור של ה-India ink לא מצליח לחדור את שכבת הקפסולה, דבר שגורם לחיידקים בעלי הקפסולה להיראות בהירים על רקע שחור. Quellung reaction - שיטה סרולוגית בה מדגירים חיידקים בעלי שכבת קפסולה עם סרום שמכיל נוגדנים ייעודיים כנגד הקפסולה (מופק מחיות מעבדה). הצמדות הנוגדנים לקפסולה יוצר תצמידים כבדים של נוגדנים-פוליסכרידים ששוקעים ונראים במיקרוסקופ אור כשכבה נפוחה סביב החיידקים. שכבת קפסולה קטנה מאוד, שלא ניתנת להבחנה באמצעות מיקרוסקופ אור בשיטות הנ"ל, דוגמת זאת של חיידקי Streptococcus agalactiae נקראת מיקרוקפסולה (Microcapsule). ניתן לזהות חיידקים בעלי קפסולה על ידי התבוננות במרקם המושבות שהם יוצרים על גבי צלחות פטרי. קרקעות מזון מסוימות (לרוב אלה בעלות ריכוז גבוה של סוכרים), דוגמת אגר MacConkey, מעודדות מינים מסוימים של חיידקים לייצר שכבת קפסולה. מרקם מושבות אלה יראה רירי מאוד. לא כל החיידקים מייצרים את שכבת הקפסולה. יתרה מזאת, לא כל מיני החיידקים שכן ידועים בתור יצרני קפסולה ייצרו אותה. יצירת הקפסולה תלויה בראש ובראשונה בסביבה ובתנאים החיצוניים בה נתון החיידק. עם זאת, יצירת הקפסולה תורמת רבות לשרידותם ושגשוגם של החיידקים ומהווה גורם אלימות מרכזי בשל מספר סיבות: מהווה אימונוגן חלש מאוד כלפי מערכת החיסון בשל הדמיון למולקולות פוליסכרידיות שמרכיבות את גוף המאכסן. דבר זה גורם למעין "מיסוך" נוכחותו של יצרן הקפסולה במאכסן ומונע בצורה ניכרת את תהליך הפגוציטוזה והפעלת מערכת המשלים. על מנת להתמודד עם נוכחות הקפסולה, על מערכת החיסון ליצור נוגדנים ייעודיים שיצמדו אליה ויגבירו את קצב הפגוציטוזה. קיימים סוגים רבים של קפסולות ומינים מסוימים של חיידקים מסוגלים לשנות את הרכבה ובכך להקשות כל פעם מחדש על מערכת החיסון. לפיכך יצירת נוגדנים כנגד סוג קפסולה אחד אינו מבטיח בהכרח חסינות מפני הדבקה עתידית באותו החיידק. שינוי הרכב הקפסולה בקרב מין מסוים של חיידקים יוצר למעשה את הזנים והסרוטיפים השונים של אותו מין חיידקים. שיטת קלסיפיקציה של זנים לפי הרכב הקפסולה (K antigen) מהווה את אחת השיטות המקובלות בקרב המיקרוביולוגים למיון חיידקים. שיטות נוספות כוללות קלסיפיקציה לפי הרכב הפוליסכרידים במולקולת LPS ‏(O antigen) ולפי הרכב חלבוני השוטון (H antigen). מהווה מחסום פיזי בפני חדירת מולקולות טוקסיות והידרופוביות אל תוך תא החיידק, דוגמת דטרגנטים שונים ואנטיביוטיקות. שומרת על החיידק מפני התייבשות והדבקה בקטריופאג'ית. מקשות על תאי מערכת החיסון לבצע פאגוציטוזה. מעודדת הצמדות בין חיידקים לרקמת תאים, דבר המאפשר יצירת ביופילמים. בשל כך מהווה הקפסולה אתר מטרה ליצירת חיסונים (חיסונים נגד החיידקים, Streptococcus pneumoniae ו-Haemophilus influenzae type b). הערה: את הסיבות המפורטות למעלה ניתן גם לייחס לשכבת ה-Slime layer. הרשימה הבאה כוללת חיידקים מייצרי קפסולה שכיחים שעלולים לגרום לזיהומים בבעלי חיים ובבני האדם. השמר הפותגני Cryptococcus neoformans, אף על פי שאינו חיידק, מייצר קפסולה שדומה במרכיביה לחיידקית. Patrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller. Medical microbiology (5th ed.). Elsevier Mosby. 2005, p.17. ISBN 978-0323033039. ‏Bacterial Capsule: Structure,Importance and examples of capsulated bacteria. Stollerman GH, Dale JB. (2008). The importance of the group a streptococcus capsule in the pathogenesis of human infections: a historical perspective. Clinical infectious diseases. Apr 1;46(7):1038-45. PMID 18444821. Vimr E, Steenbergen S, Cieslewicz M. (1995). Biosynthesis of the polysialic acid capsule in Escherichia coli K1. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology. Oct;15(4):352-60. PMID 8605072. Sahly H, Podschun R, Oelschlaeger TA, Greiwe M, Parolis H, Hasty D, Kekow J, Ullmann U, Ofek I, Sela S. (2000). Capsule impedes adhesion to and invasion of epithelial cells by Klebsiella pneumoniae. Dec;68(12):6744-9. Infection and Immunity. PMID 11083790. Patrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller. Medical microbiology (5th ed.). Elsevier Mosby. 2005, p.265. ISBN 978-0323033039. ‏Encyclopedia Britannica - Capsules and Slime Layers. Baker CJ, Kasper DL. (1976). Microcapsule of type III strains of group B Streptococcus: production and morphology. Infection and Immunity. Jan;13(1):189-94. PMID 2557. Evans DJ Jr, Evans DG, Höhne C, Noble MA, Haldane EV, Lior H, Young LS.(1981). Hemolysin and K antigens in relation to serotype and hemagglutination type of Escherichia coli isolated from extraintestinal infections. Journal of Clinical Microbiology. Jan;13(1):171-8. PMID 7007421. Faure K1, Shimabukuro D, Ajayi T, Allmond LR, Sawa T, Wiener-Kronish JP. (2003). O-antigen serotypes and type III secretory toxins in clinical isolates of Pseudomonas aeruginosa. Journal of Clinical Microbiology. May;41(5):2158-60. PMID 12734267. Prager R, Strutz U, Fruth A, Tschäpe H. (2003). Subtyping of pathogenic Escherichia coli strains using flagellar (H)-antigens: serotyping versus fliC polymorphisms. International Journal of Medical Microbiology. Feb;292(7-8):477-86. PMID 12635930. Potts M. (1994). Desiccation tolerance of prokaryotes. Microbiological Reviews. Dec;58(4):755-805. PMID 7854254. Scholl D, Adhya S, Merril C. (2005). Escherichia coli K1's capsule is a barrier to bacteriophage T7. Applied Environmental Microbiology. Aug;71(8):4872-4. PMID 16085886. Yoon-Dong Park and Peter R. Williamson*, Masking the Pathogen: Evolutionary Strategies of Fungi and Their Bacterial Counterparts, PubMed Patrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller. Medical microbiology (5th ed.). Elsevier Mosby. 2005, p.18. ISBN 978-0323033039. Russell FM, Buttery J. (2003). Vaccine development for capsulate bacteria causing pneumonia. Current Opinion in Pulmonary Medicine. May;9(3):227-32. PMID 12682569. Patrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller. Medical microbiology (5th ed.). Elsevier Mosby. 2005, p.222. ISBN 978-0323033039. ‏M. Neal Guentzel. Medical Microbiology (4th ed.). Chapter 26 - Escherichia, Klebsiella, Enterobacter, Serratia, Citrobacter, and Proteus. Gates MA, Thorkildson P, Kozel TR. (2004). Molecular architecture of the Cryptococcus neoformans capsule. Moleculae Microbiology. Apr;52(1):13-24. PMID 15049807.