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)^[1].

תרשים כללי המתאר את מבנה התא החיידקי. הקפסולה מסומנת בספרה 6

קפסולה חיידקית ו-Slime layer מהווים גורם פתוגניות מרכזי בפני מערכת החיסון של המאכסן^[1][2].

הרכב הקפסולה וזיהויה

שמרים פתוגניים ממין Cryptococcus neoformans לאחר צביעה ב-India ink

קפסולות של חיידקים ממין Streptococcus pneumoniae נראות בבירור לאחר ביצוע Quellung reaction

הקפסולה החיידקית מורכבת, כאמור, מתערובת של פוליסכרידים^[2] (חומצה היאלורונית^[3], חומצה סיאלית^[4], חומצה גלוקורונית^[5], ועוד) ומעט חלבונים, אולם יכולה לכלול תערובות אחרות, דוגמת Poly-D-glutamic acid בחיידקי Bacillus anthracis^[6].

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^[7]. 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^[1].
• 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^[2].

שכבת קפסולה קטנה מאוד, שלא ניתנת להבחנה באמצעות מיקרוסקופ אור בשיטות הנ"ל, דוגמת זאת של חיידקי Streptococcus agalactiae נקראת מיקרוקפסולה (Microcapsule)^[8]. 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^[2].

תפקידי הקפסולה

מושבות ריריות של חיידקים ממין Klebsiella pneumoniae על גבי אגר MacConkey מעידות על יצירת קפסולה

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^[1][2].

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)^[9][10][11].

• מהווה מחסום פיזי בפני חדירת מולקולות טוקסיות והידרופוביות אל תוך תא החיידק, דוגמת דטרגנטים שונים ואנטיביוטיקות^[1].
• שומרת על החיידק מפני התייבשות והדבקה בקטריופאג'ית^[12][13].
• מקשות על תאי מערכת החיסון לבצע פאגוציטוזה^[14].
• מעודדת הצמדות בין חיידקים לרקמת תאים, דבר המאפשר יצירת ביופילמים^[15].

בשל כך מהווה הקפסולה אתר מטרה ליצירת חיסונים (חיסונים נגד החיידקים, Streptococcus pneumoniae ו-Haemophilus influenzae type b)^[16].

• הערה: את הסיבות המפורטות למעלה ניתן גם לייחס לשכבת ה-Slime layer.

חיידקים מייצרי קפסולה שכיחים ברפואה

הרשימה הבאה כוללת חיידקים מייצרי קפסולה שכיחים שעלולים לגרום לזיהומים בבעלי חיים ובבני האדם^{[2][6][8][17][18]}.

חלוקה לפי צביעת גראם	משפחה	סוג	מין
חיידקים גראם-חיוביים	Bacillaceae	Bacillus	Bacillus anthracis
	Staphylococcaceae	Staphylococcus	Staphylococcus aureus, ‏Coagulase-negative Staphylococci
	Streptococcaceae	Streptococcus	Streptococcus pneumoniae, ‏Streptococcus pyogenes, ‏Streptococcus agalactiae
חיידקים גראם-שליליים	Enterobacteriaceae	Escherichia, ‏Klebsiella, ‏Salmonella	Escherichia coli, ‏Klebsiella pneumoniae, ‏Salmonella enterica subsp. enterica serovar typhi
	Pasteurellaceae	Haemophilus	Haemophilus influenzae
	Neisseriaceae	Neisseria	Neisseria meningitidis
	Pseudomonadaceae	Pseudomonas	Pseudomonas aeruginosa

השמר הפותגני Cryptococcus neoformans, אף על פי שאינו חיידק, מייצר קפסולה שדומה במרכיביה לחיידקית^[19].