לאילו אורגניזמים יש מיטוכונדריה. מיטוכונדריה ואורגניזמים חד-תאיים. השתמש בטופס החיפוש

אפילו עם היעדרות מוחלטת זיהום חיידקיפצעים וטראומה יכולים להוביל לתגובה דלקתית הדומה לאלח דם. כפי שהתברר, הסיבות לכך נעוצות בעבר האבולוציוני של המיטוכונדריה - אברוני תאים שמקורם בחיידקים סימביוטיים. בטראומה נכנסים לדם מרכיבי המיטוכונדריה ההרוסה, הדומים במבנהם למרכיבי תאי החיידק (mtDNA ופפטידים פורמיל), ומערכת החיסון מגיבה אליהם כאילו היו זיהום.

פציעות קשות מובילות לרוב למה שמכונה "תסמונת תגובה דלקתית מערכתית" (SIRS), אשר מבחינה קלינית דומה מאוד לאלח דם, אך אינה קשורה בהכרח לחדירת חיידקים פתוגניים לדם. האמינו שהגורם ל-SIRS הוא עדיין חיידקים, ככל הנראה חודרים לדם מהמעי במהלך מתח חמור. אבל הנחה זו לא אושרה, והגורמים ל-SIRS בהיעדר זיהום במשך זמן רבנשאר לא ברור.

מדענים אמריקאים ובריטים הצליחו לפתור את החידה הזו, כפי שדיווחו בגיליון האחרון של המגזין. טֶבַע. המחברים הראו כי התגובה החיסונית נגרמת על ידי מרכיבים של מיטוכונדריה שנהרסו, הנכנסים לדם בכמויות גדולות במהלך פצעים, כוויות ופציעות אחרות.

ידוע כי מיטוכונדריה ("תחנות אנרגיה" של התאים האחראים על נשימה חמצן) הם צאצאים של חיידקים סימביוטיים תוך תאיים (ראה: מקור האאוקריוטים). מיטוכונדריה נשמרה שורה שלמהסימנים חיידקיים אופייניים, כולל ברמה המולקולרית. בפרט, תרגום (סינתזת חלבון) במיטוכונדריה, כמו בחיידקים, מתחיל תמיד בחומצת אמינו שונה מיוחדת, N-formylmethionine. בארכיאה ובציטופלזמה של אוקריוטים, חומצת אמינו זו אינה משמשת בסינתזת חלבונים. לכן, נוכחות של N-formylmethionine בקצה מולקולת חלבון (או בקצוות של מולקולות קצרות יותר - פורמיל פפטידים, הנוצרים במהלך פירוק חלבוני חיידקים) מהווה אינדיקטור אמין לנוכחות חיידקים.

תכונה "חיידקית" חשובה נוספת של המיטוכונדריה היא הנוכחות ב-DNA המיטוכונדריאלי (mtDNA) של אזורים לא-מתילתיים המכילים נוקלאוטידים C ו-G הממוקמים קרוב זה לזה (ראה CpG_site). בגנום הגרעיני של היונקים, אזורי DNA כאלה עוברים בדרך כלל מתילציה, אך הדבר אינו מתרחש בחיידקים ובמיטוכונדריה.

חתימות מולקולריות אלו משמשות את מערכת החיסון לאיתור זיהומים חיידקיים. אחראים לזיהוים הם נויטרופילים פולימורפו-גרעיניים (Polymorphonuclear neutrophils, PMN) - אחד מהזנים של תאי דם לבנים המרכיבים את המערכת חסינות מולדת. על פני ה-PMN ישנם קולטנים מיוחדים המזהים DNA חיידקי (הם נקראים TLR9) ופפטידים חיידקיים פורמיל (הקולטנים FPR1 אחראים לכך).

המחברים הציעו שהתגובה הדלקתית בטראומה עשויה להיות בגלל העובדה שהדם נכנס במספרים גדוליםחלבונים ו-DNA ממיטוכונדריה שנהרסו נכנסים, ותאים מערכת החיסוןלקחת בטעות מולקולות אלה עבור חיידקים.

ראשית, המחברים בדקו האם חומר רב ממיטוכונדריה שנהרסו אכן נכנס לדם במהלך פציעות. לשם כך, מדדנו את רמת mtDNA בפלזמה בדם ב-15 חולים עם פציעות קשות, אך ללא פצעים פתוחיםונזק מערכת עיכול. רמת ה-mtDNA שלהם התבררה כגבוהה פי אלפי מהרגיל והמשיכה לגדול במהלך היום שלאחר הפציעה. אותו הדבר נצפה בחולים העוברים ניתוח.

לאחר מכן, המחברים חקרו בפירוט את התגובה של PMN למיטוכונדריה מקוטעת והמרכיבים האישיים שלהן: DNA מיטוכונדריאלי ופפטידים פורמיל. התברר שהמולקולות הללו גורמות לאותה תגובה בנויטרופילים פולימורפו-גרעיניים כמו חומרים חיידקיים דומים. בציטופלזמה של נויטרופילים, ריכוז הסידן עולה בחדות, הם מתחילים להפריש interleukin IL-8 (interleukin-8) וזוחלים למקום שבו ריכוז החומרים המשתחררים מהמיטוכונדריה ההרוסה גבוה יותר.

ניסויים מיוחדים הראו ש-DNA מיטוכונדריאלי מזוהה על ידי הקולטן TLR9, ופפטידים פורמיל על ידי הקולטן FPR1 (כצפוי, בהתבסס על הדמיון של חומרים מיטוכונדריאליים אלה לאנלוגים חיידקיים). נויטרופילים פעילים מפרישים את האנזים MMP-8, המפרק קולגן ומאפשר לנויטרופילים לחדור לעומק הרקמות. עם יותר מדי נויטרופילים פעילים, זה יכול להוביל לנמק, כלומר למוות של רקמות. במקרה של זיהום חיידקי אמיתי, פעולות כאלה של מערכת החיסון עדיין עשויות להיות הגיוניות, מכיוון שחפירה לתוך הרקמות, תאי דם לבנים טורפים חיידקים. אבל אם אין זיהום, מפעילות זו הגוף יותר נזקמאשר טוב. בנוסף, ניסויים הראו שנויטרופילים ש"מריחים" את המיטוכונדריה ההרוסה מאבדים את יכולתם להגיב לאותות סכנה אמיתיים - פפטידים פורמיל חיידקיים. כתוצאה מכך עולה הסיכון לזיהומים פוסט טראומטיים אמיתיים.

ניסויים על חולדות אישרו שרכיבים של מיטוכונדריה שנהרסו יכולים להוביל לתגובות דלקתיות קשות. מתן תוך ורידיחומרים מיטוכונדריאליים גרמו לדלקת בריאות ולנמק של רקמת כבד בחולדות ניסוי - כל זאת בהיעדר זיהום חיידקי. הניסויים האכזריים הללו מוצדקים בעובדה שהם יעזרו להתמודד בצורה יעילה יותר עם תגובות דלקתיות קשות המתרחשות לאחר פציעות. כעת התברר לחלוטין שלא בכל אלח דם ניתן לטפל באנטיביוטיקה: תסמינים דומיםיכולים להתפתח גם בהיעדר מוחלט של זיהום, ובמקרה זה הם דורשים טיפול שונה לחלוטין.

המחקר הראה שמערכת החיסון המולדת של היונקים מבלבלת את המיטוכונדריה שלה עם חיידקים פתוגניים. העבר האבולוציוני של המיטוכונדריה, מקורם החיידקי, הוליד תופעה בלתי צפויה תוצאת לוואי, מאוד לא נעים לאנשים שספגו פציעה חמורה. זוהי דוגמה חיה לחוסר השלמות של מבנה האורגניזמים, אשר מוסברת על ידי ההיסטוריה האבולוציונית שלהם.

מדוע, במהלך האבולוציה, נויטרופילים לא התפתחו עוד דרכים מדויקותזיהוי של חיידקים, מדוע הם לא למדו להבחין ביניהם מהמיטוכונדריה שלהם? אולי הנקודה היא שפפטידים פורמיליים ופרטים מבניים של DNA חיידקי הם סמנים מולקולריים נוחים ורב-תכליתיים שבאמצעותם ניתן לזהות במהירות כל חיידק. דחיית הסמנים הללו לטובת כמה תכונות פחות אוניברסליות תוביל להפחתה בכושר, במיוחד מכיוון שהפציעות הקשות המדוברות עדיין משאירות חיות בר עם סיכוי נמוך להחלים.