מחקר בדק: איך מתנהגים חיידקים עם "חבריהם"

כמו לבני אדם, גם לחיידקים יש "חברים", "יריבים" וקודים של התנהגות, על פיהם החיידקים פועלים - כך עולה ממחקר של צוות חוקרים ישראלים מהמכללה האקדמית להנדסה אורט בראודה ומהפקולטה לרפואה באוניברסיטת תל אביב, בהובלתם של ד"ר ערן בוסיס וד"ר דור סלומון. המחקר התפרסם לאחרונה בכתב העת המדעי Nature Communications.

חיידקים תוקפים (A) מחדירים את רעלן הדנאז לחיידק הטרף (P) ומעלימים את הדנ"א שלו. ניתן לראות משמאל את החיידקים התוקפים שעדיין מכילים דנ"א (לבן) בעוד שתא הטרף אינו מכיל עוד דנ"א(צילום: מתוך המחקר)

משחר ההיסטוריה חיידקים נאלצו להתמודד עם יריבים רבים כדי לשרוד, ביניהם חיידקים אחרים המתחרים איתם על מקורות המזון ועל סביבת המחייה שלהם. לאורך השנים, פיתחוחיידקים כלים משוכללים ויעילים על מנת להתמודד עם היריבים שלהם, ושיטות "לדבר" ולתקשר עם חיידקים אחרים, המוגדרים על ידם כחברותיים ולא מאיימים.

לדברי החוקרים, מטרתו העיקרית של המחקר הייתה ללמוד על אודות מנגנוני הפעולה של חיידקים כשהם נתקלים בחיידקים "יריבים" או בחיידקים "חברים". השאיפה היא שמידע זה יסייע בעתיד בפיתוח גישות חדשות וביולוגיות לטיפולי אנטיביוטיקה, כאלו שאינן מבוססות על חומרים התוקפים את כלל החיידקים בגופנו (הטובים והרעים) אלא כטיפול ספציפי שיהיה מסוגל לתקוף את המקור החיידקי מחולל המחלה בגופנו.

החוקרים הבינו כי ניתן ללמוד רבות מהחיידקים ולרתום את הכלים שהם פיתחו לטובת הצרכים של בני האדם. החיידקים משתמשים במערכות הפרשה שונות בכדי להפריש חלבונים אל מחוץ לתא ולתוך תאים שכנים. אחת המערכות, הנקראת מערכת הפרשה מסוג 6, דומה לחץ רעיל שנושא עליו רעלנים הנקראים "אפקטורים". אפקטורים אלה, כך מסבירים החוקרים, מכוונים בעיקר כנגד חיידקים יריבים, והם עשויים להיות מקור מצוין לטיפולים אנטי-בקטריאליים עתידיים.

. מימין ניתן לראות את החיידקים התוקפים (צבועים בכחול) וחיידק הטרף (צבוע בירוק)(צילום: מתוך המחקר)

כדי למנוע הרעלה עצמית, החיידקים מייצרים חלבוני חסינות שמקנים להם הגנה ספציפית כנגד האפקטורים הרעילים שלהם. בדרך זו, הם מונעים גם הרעלה של קרוביהם שמייצרים את אותם חלבוני חסינות.

"במהלך העבודה, הצלחנו לזהות גן המקודד לאפקטור אנטי-בקטריאלי שלא היה דומה לאף רעלן ידוע למדע עד כה", סיפר ד"ר ערן בוסיס, מהמחלקה להנדסת ביוטכנולוגיה במכללה האקדמית להנדסה אורט-בראודה - אחד ממובילי המחקר. "גילינו שהאפקטור הוא סוג חדש של דנאז - אנזים בעל יכולת לפרק את הדנ"א של החיידקים היריבים ולהשמידם. הצלחנו להראות שכאשר שמים יחד חיידק 'תוקף' המבטא את האפקטור הרעיל עם חיידק 'טרף' שאין לו הגנה מפני האפקטור, אז החיידק ה'תוקף' מחדיר את האפקטור הרעיל לתוך חיידק ה'טרף' ומפרק במהירות את הדנ"א שלו. תוך זמן קצר, הדנ"א של חיידק ה'טרף' פשוט נעלם. יתר על כן, מסתבר שזה נפוץ בחיידקים רבים. לפעמים אותו 'אפקטור' מופרש על-ידי מערכת הפרשה מסוג 6 ולפעמים על-ידי מערכות הפרשה אחרות".

החוקרים ד"ר ביסוונאת' ג'אנה וחיה מושקא פרידמן מהפקולטה לרפואה באוניברסיטת תל אביב גילו "דומיין" נוסף, שהסתתר בתחילתו של החלבון. דומיין הוא אזור בחלבון שמור באבולוציה, בעל מבנה מיוחד או חשיבות פונקציונלית.

הדומיין החדש שהתגלה, קיבל את השם FIX, וגם הוא נפוץ בחיידקים וקשור באופן ספציפי למערכת ההפרשה מסוג 6. למעשה, חלבונים רבים המכילים את הדומיין הזה נושאים גם רעלנים המסוגלים לפעול כנגד רנ"א או דנ"א, בדומה לדנאז שהתגלה. לדומיין FIX יש תפקיד במעבר של אפקטורים השייכים למערכת ההפרשה מסוג 6 לתוך תאי המטרה. על-ידי חיבור של דומיין FIX לרעלנים מסוגים שונים, החיידקים יכולים לבנות ארגז כלים מגוון המאפשר להם להתמודד עם מטרות שונות. למעשה, FIX פותח את הדלת" לעולם חדש של רעלנים אנטי-בקטריאליים, אשר עשויים לשמש בעתיד כטיפול נגד חיידקים פתוגניים. מחקרם כדי לגלות רעלנים חדשים שיעזרו לאנושות להתמודד עם התפשטות החיידקים העמידים לאנטיביוטיקה, אתגר שלפי ארגון הבריאות העולמי עלול להפוך לגורם התמותה המוביל בעולם עד שנת 2050.

ד"ר בוסיס הוא מרצה בכיר במחלקה להנדסת ביוטכנולוגיה במכללה האקדמית להנדסה אורט בראודה, וד"ר דור סלומון הוא מרצה בכיר בפקולטה לרפואה על שם סאקלר באוניברסיטת תל-אביב. המחקר נעשה בשיתוף ד"ר ביסוונאת' ג'אנה וחיה מושקא פרידמן מאונ' ת"א.

למחקר המלא:

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11546-6