איך שחיידק מסתובב לו

חיידקים, כמו בני-אדם, באים למקום שטוב להם בו ובורחים ממקום שבו הם עלולים להיפגע. איך הם עושים זאת?

הגודל אכן קובע. בעולם המדע והטכנולוגיה, קטן יותר הוא יעיל יותר, ולכן גם נחשק יותר. המושג "ננו-טכנולוגיה" שגור כיום בפיהם של רבים, אבל אחת הננו- מכונות המעניינות והנחקרות ביותר פותחה דווקא על-ידי חיידק. מדובר במנוע אשר מניע את השוטון, איבר התנועה של החיידק. באמצעות שינוי כיוון הסיבוב של המנוע משנה החיידק את כיוון השחייה שלו בהתאם לגירויים המתקבלים מהסביבה, וכך, למשל, הוא נע לעבר מקורות מזון, או מתרחק מחומר רעיל. אחת משאלות המפתח היא, כיצד נעשה שינוי כיוון הסיבוב של המנוע. מסתבר שישנו מתג בבסיסו של המנוע האחראי לכך, אולם מנגנון פעולתו של המתג עדיין אינו ידוע.

 

מחקר של פרופ' מיכאל אייזנבך וחברי קבוצת המחקר שלו, מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, מגלה שחקן חדש ומפתיע אשר משתתף בפעולת המתג. מתברר כי אנזים מסוים, אשר מוכר בזכות תפקידו בתהליכי הנשימה התאיים בתנאי חוסר חמצן, הוא גורם חיוני בהיווצרות השוטון וביכולת התנועה של החיידק. ממצאי המחקר פורסמו באחרונה בכתב-העת של הארגון האירופי לביולוגיה מולקולרית (EMBO Journal).

 

בחיידקים מסוג E.Coli, ובחיידקים דומים לו, המתג עשוי להימצא באחד משני מצבים, המאפשרים סיבוב עם כיוון השעון או נגדו. במצב רגיל מסתובבים כל השוטונים (כששה בכל חיידק) באלומה אחת נגד כיוון השעון, כך שהחיידק שוחה קדימה. הסטה של המתג גורמת להיפוך כיוון הסיבוב של השוטונים, וכתוצאה מכך החיידק מבצע פנייה. הסטה כזו נעשית בתגובה לגירויים חיצוניים. אולם כיצד בדיוק היא נעשית?

 

החיידק הטבעי מייצר, בממוצע, ששה שוטונים (משמאל). החיידק שהוצא ממנו הגן, לא מייצר שוטונים (מרכז). החזרת הגן משקמת באופן חלקי את יכולת ייצור השוטונים (מימין). (קרדיט: מיכאל אייזנבך, מכון ויצמן)

 

מחקרים קודמים במעבדתו של פרופ' אייזנבך זיהו מולקולה מסוימת, הקרויה פומראט, כגורם המאפשר את הסטת המתג. בעבודה הנוכחית ניסו החוקרים לזהות את הרכיב במתג אליו נקשר פומראט. לאחר שלא מצאו כל עדות לקישור כזה בחלבוני המתג המוכרים, גילו החוקרים כי קיים מרכיב נוסף שנקשר למתג, וכי רכיב זה, האנזים פומראט רדוקטאז, הוא הקושר את מולקולת הפומראט ומאפשר את הסטת המתג. מדובר בגילוי מפתיע - עד כה האנזים היה מוכר רק בתהליכי הנשימה התאיים, בתנאים של חוסר חמצן.

 

ממצאים אלה חושפים תפקיד חדש ובלתי מוכר של אותו אנזים, דווקא בנוכחות חמצן, כאשר נוכחות האנזים בתא היא נמוכה. ההפתעה גדלה כאשר החוקרים מצאו, כי כאשר הם מוציאים מהחיידקים את הגן המאפשר את ייצור האנזים, נפגעת לא רק יכולתם של החיידקים להסיט את המתג, אלא גם יכולתם ליצור שוטונים. פרופ' אייזנבך סבור כי ממצאים אלה הם רק קצה הקרחון, וכי חלבונים נוספים עשויים להיות קשורים ודרושים לפעילות המתג. הגילויים לא רק שופכים אור על אחת מהתעלומות הוותיקות בתחום, אלא גם מעלים מספר שאלות - האם ייתכן כי קיים קשר בין שני תפקידיו של האנזים? כיצד בדיוק גורם הקישור בין מולקולת הפומראט לבין האנזים להסטת המתג? וגם - עד כמה נפוץ המנגנון שהתגלה בחיידקי E.Coli, בחיידקים נוספים?

 

לשאלות אלה מקווה פרופ' אייזנבך למצוא מענה במחקריו העתידיים. המחקר בוצע על-ידי תלמידת המחקר גלית כהן בן-לולו. תרמו לו גם ד"ר יעקב דוידוב ותלמידי המחקר קרישנה פרשד ויעל שגיא מקבוצתו של פרופ' אייזנבך; ד"ר אייל שמעוני מהיחידה למיקרוסקופיית אלקטרונים וד"ר דרור נוי מהמחלקה למדעי הצמח במכון ויצמן למדע; כן השתתפו במחקר פרופ' רוז ג'ונסטון, מדענית אורחת מאוניברסיטת מק'גיל במונטריאול, ותרמו לו גם ד"ר נורין פרנסיס מאוניברסיטת ברנדייס, ופרופ' גארי צ'קיני מאוניברסיטת קליפורניה בסן-פרנסיסקו.