קרום חיצוני

קרום חיצוני (באנגלית: Outer membrane) הוא קרום העוטף את שכבת הפפטידוגליקן בחיידקים גראם-שליליים ואינו קרום התא שעוטף את החיידק ואברוניו. הקרום החיצוני, בשונה מקרום התא, הוא דו-שכבתי א-סימטרי, כלומר בחלקו הפנימי קבועה שכבה של פוספוליפידים, בדומה לקרום התא, אולם בחלקו החיצוני קבועות מולקולות אמפיפיליות מסוג LPS ו-LOS שמשמשות בתור אנדוטוקסינים וכן חלבוני תעלה מסוג פורינים שמונעים דיפוזיה של אנזימים בקטריוליטיים, דוגמת ליזוזים. הקרום החיצוני הוא, כאמור, קרום דו-שכבתי א-סימטרי. בחלקו הפנימי מורכב משכבת פוספוליפידים ואילו בחלקו החיצוני קבועות מולקולות אמפיפיליות מסוג LPS ו-LOS וכן חלבוני תעלה מסוג פורינים שמאפשרים דיפוזיה של מולקולות הידרופיליות במשקל נמוך מ-700 דלטון לחלל הפריפלזמי. אותם הפורינים אף מונעים "זליגה" של מרכיבי הפריפלזמה אל מחוץ לתא החיידקי. על פני חלקו החיצוני של הקרום החיצוני נמצאים קולטנים רבים שחלקם מהווים אתרי הצמדות לבקטריופאג'ים. הקרום החיצוני מעוגן אל קרום התא בנקודות הדבקות (Adhesion sites) ואל הדופן הפפטידוגליקנית על ידי ליפופרוטאינים ייעודיים, דוגמת Braun's lipoprotein. הליפופרוטאינים נעזרים בקשרים קוולנטיים על מנת לבצע את פעולת העיגון. שלמות ויציבות הקרום החיצוני תלויים בקשרים הידרופוביים שנוצרים בתיווך יוני מגנזיום וסידן בין קבוצות הזרחה, על גבי מולקולות LPS, לבין מארג החלבונים הקבועים בקרום החיצוני. הביוגנזה של מרכיבי הקרום החיצוני מתרחשת בציטופלזמה של חיידקים גראם-שליליים. לאחר מכן משונעים מרכיבי הקרום החיצוני אל מחוץ לדופן על ידי חלבוני שינוע. כך לדוגמה ליפיד A ואנטיגן O, שמרכיבים את מולקולת ה-LPS, נוצרים בציטופלזמה ומשונעים, באופן נפרד זה מזה, על ידי מנגנונים שונים: לאחר שסונתזה ליבת ליפיד A היא משונעת דרך קרום התא לפריפלזמה באמצעות חלבון השינוע MsbA, ממשפחת חלבוני ATP-binding cassette transporter (ראו תרשים A). לאחר שסונתזה יחידה של אנטיגן O היא משונעת דרך קרום התא לפריפלזמה באמצעות חלבון השינוע O-antigen transporter ‏(Wzx). בפריפלזמה עובר אנטיגן O פולימריזציה על ידי האנזימים Wzy/z polymerase ולאחר מכן עובר איחוי (ליגציה) לליבת ליפיד A, על ידי האנזים WaaL ligase (ראו תרשים A). מולקולות LPS שלמות, שזה עתה סונתזו, משונעות דרך הפריפלזמה לחלקו החיצוני של הקרום החיצוני ו"מושתלות" שם על ידי מערכת חלבוני Lpt A-G (ראו תרשים B). המבנה הייחודי של הקרום החיצוני תורם רבות לפתוגניות של חיידקים גראם-שליליים בשל נוכחות מולקולות LPS ו-LOS, שמשמשות בתור אנדוטוקסינים. חדירתו של ליפיד A לרקמה עמוקה, או למחזור הדם עלולה להוביל להרעלת דם (Septicemia) ולתגובה חזקה של מערכת החיסון כנגדו היות שהוא מהווה אימונוגן חזק מאוד כלפי המערכת. הרעלת דם באה לידי ביטוי בעלייה חדה בחום הגוף, צניחת לחץ הדם וקרישה תוך-כלית מפושטת (DIC). מצב זה מסכן חיים ודורש התערבות רפואית מיידית. נוכחות הקרום החיצוני תורמת רבות לשרידותם של חיידקים גראם-שליליים. יחד עם הקפסולה הם מהווים מחסום פיזי מפני חדירת אנטיביוטיקות שעלולות לפגוע בדופן ובקרום התא. זאת הסיבה לכך שקשרים הידרופוביים, שתורמים ליציבות ולשלמות הקרום החיצוני, מהווים אתר מטרה אידיאלי לאנטיביוטיקות רבות. Patrick R. Murray, Ken S. Rosenthal, Michael A. Pfaller. Medical microbiology (5th ed.). Elsevier Mosby. 2005, p.17. ISBN 978-0323033039. van der Ley P, Heckels JE, Virji M, Hoogerhout P, Poolman JT. (1991). Topology of outer membrane porins in pathogenic Neisseria spp.. Infection and Immunity. Sep;59(9):2963-71. PMID 1652557. Wang X, Quinn PJ. (2010). Lipopolysaccharide: Biosynthetic pathway and structure modification. Progress in Lipid Research. Apr;49(2):97-107. PMID 19815028. Zhou Z, White KA, Polissi A, Georgopoulos C, Raetz CR. (1998). Function of Escherichia coli MsbA, an essential ABC family transporter, in lipid A and phospholipid biosynthesis. The Journal of Biological Chemistry. May 15;273(20):12466-75. PMID 9575204. Feldman MF, Marolda CL, Monteiro MA, Perry MB, Parodi AJ, Valvano MA. (1999). The activity of a putative polyisoprenol-linked sugar translocase (Wzx) involved in Escherichia coli O antigen assembly is independent of the chemical structure of the O repeat. The Journal of Biological Chemistry. Dec 3;274(49):35129-38. PMID 10574995. Han W, Wu B, Li L, Zhao G, Woodward R, Pettit N, Cai L, Thon V, Wang PG. (2012). Defining function of lipopolysaccharide O-antigen ligase WaaL using chemoenzymatically synthesized substrates. The Journal of Biological Chemistry. Feb 17;287(8):5357-65. PMID 22158874. Ruiz N, Kahne D, Silhavy TJ. (2009). Transport of lipopolysaccharide across the cell envelope: the long road of discovery. Nature Reviews Microbiology. Sep;7(9):677-83. PMID 19633680.