חיים בהשהיה: מה אפשר ללמוד מהתולעת?

האם ניתן להכניס את בני האדם לתרדמה, במטרה לרפא מחלות או לאפשר לגוף להתגבר על פגיעות? מחקרים שנערכו בתולעים שופכים אור על התופעה והמדענים מקווים שבעתיד ניתן יהיה ליישם את השיטה על בני-האדם

• לחלק הראשון של המאמר לחצו כאן

 

חקרנו מצב של תרדמה במגוון חיות מחקר ידועות כגון שמרים, עוברי דג הזברה והתולעת העגולה Caenorhabditis elegans. תולעת זו מסוגלת להיכנס למצב של תרדמה בכל שלב של חייה. התולעת תעשה כן כשמביאים אותה למצב של אנוקסיה באמצעות חשיפה לאטמוספרה דלה מאוד בחמצן המכילה פחות מ-0.001% של חמצן. התולעת תישאר במצב של תרדמה 24 שעות ואף יותר.

 

לעומת זאת, כשנפגעת אספקת הדם לרקמות אדם, אם בשל אובדן דם או בשל חסימת כלי דם, סביר להניח שרמת החמצן אינה יורדת די הצורך כדי לגרום לרקמה להיות במצב אמיתי של אנוקסיה. שאריות חמצן בדם וברקמות יכולות לאפשר את המשכו של הזרחון החמצוני ברמות נמוכות. אבל ברמות כאלה לא ייווצר די ATP כדי לתמוך בקצב הרגיל של הפעילות התאית, ויתגבר ייצור הרדיקלים החופשיים המזיקים.

 

כדי לחקות תנאים איסכמיים כפי שהם קיימים בבני אדם, אפשר לחשוף עוברי תולעת עגולה לריכוזי חמצן "היפוקסיים" של 0.1-0.01 אחוזים. ריכוזים אלו עדיין נמוכים בהרבה מריכוז החמצן הרגיל באוויר (נורמוקסיה), שהוא 21%, אך גבוהים במקצת מריכוז החמצן באנוקסיה. בהיפוקסיה, העוברים אינם נכנסים למצב של תרדמה כפי שהם עושים באנוקסיה. במקום זאת הם מנסים להמשיך בהתפתחות העוברית, ונגרם להם נזק תאי ברור המוביל למוות אחרי 24 שעות.

 

התפתחות תקינה, למרות הכל 

 

אם אנו מעלים ל-0.5% את ריכוז החמצן שאליו נחשפים העוברים, הם מתפתחים באופן תקין בדיוק כמו בנורמוקסיה. כלומר, אף כי תולעים אלו מסוגלות לשרוד במצב של אנוקסיה בשל יכולתן להיכנס למצב של תרדמה ואף כי הן יכולות להתפתח באופן תקין בריכוז חמצן נמוך של 0.5%, אין הן מסוגלות לשרוד בריכוזי חמצן הנמצאים בין שני הערכים האלה.

 

בעבודתנו עם התולעת העגולה הראינו גם שמעבר העוברים למצב של תרדמה בתנאי אנוקסיה אינו תוצאה פסיבית של היעדר חמצן, אלא כנראה תוצאה של מנגנון בעל תכלית. זיהינו שני גנים הפועלים בזמן אנוקסיה, אך לא בזמן היפוקסיה, הנראים חיוניים לעצירת מחזור התא של העוברים. עוברים שבהם חסרים גנים אלו אינם מסוגלים לעצור את חלוקת תאיהם כשהם נחשפים לאנוקסיה. במקרים אלה חלוקת הכרומוזומים לתאי הבת לקויה ורבים מהעוברים מתים.

 

התוצאות האלה רומזות שאפשר להימנע מנזק איכסמי לא רק באמצעות העלאת רמת החמצן הזמינה לתאים, אלא גם באמצעות הורדה שלה. רעיון זה נראה מנוגד בתכלית לידע הרפואי הקיים כיום, אך יש לו השלכות מרחיקות לכת על שימור רקמות אדם. קשה לשמור על רמת חמצן תקינה באיבר בודד המיועד להשתלה או לספק די חמצן לרקמות פגועות של אנשים שנפצעו, אבל ייתכן שיהיה אפשר דווקא להוריד את רמת החמצן הזמינה לרקמות.

 

חומר חייקני

 

דרך יעילה אחת למנוע חמצן מהתאים היא להוסיף חומר חקייני, כלומר חומר הדומה לחמצן ברמה המולקולרית, שיכול להיקשר כמו חמצן לרבים מאותם אתרים בתא, אך התנהגותו הכימית שונה. לדוגמה, פחמן חד-חמצני יכול להתחרות עם חמצן על קישור לציטוכרום C אוקסידאז, מרכיב של מערכת הזרחון החמצוני הקושר בדרך כלל חמצן, אך הפחמן החד-חמצני אינו יכול לשמש לייצור ATP.

 

תהינו לכן אם נוכל להגן על עוברי התולעת העגולה מנזק איסכמי ברמות חמצן בינוניות באמצעות הוספת פחמן חד-חמצני לאטמוספרה ההיפקוסית שלהם. הפחמן החד-חמצני יחסום את מעט החמצן הזמין לעוברים, ובכך ידמה למעשה תנאים של אנוקסיה. ואכן גילינו שבתנאים אלו נכנסו העוברים למצב של תרדמה וניצלו מהשפעותיה המזיקות של האיסכמיה.

 

נלהבים מתוצאות מעודדות אלו רצינו להמשיך ולבחון את הרעיון בשנת 2003. מחקרים קודמים על בעלי חיים גדולים יותר וסיפורים מסקרנים על קורבנות תאונות ששרדו בריכוזים נמוכים של חמצן העידו שהמנגנון שהציל את התולעים יכול אולי להתקיים גם ביצורים מורכבים יותר.