האם חיידקים יכולים לתקוף את עצמם?

מדעני מכון ויצמן בוחנים את האפשרות שגם חיידקים סובלים ממחלות של המערכת החיסונית. מתברר כי לחיידקים יש מערכת חיסונית מורכבת, ששיבושים בפעילותה עלולים לגרום למחלות אוטו-אימוניות. האם אפשר יהיה להשתמש בידע הזה כדי לפתח תרופות אנטיביוטיות חדשות?

האם חיידקים סובלים מדלקת פרקים שגרונית? לא בדיוק, אבל מחקר חדש של מדעני מכון ויצמן למדע מראה שחיידקים עשויים לסבול מסוג של מחלה אוטו-אימונית - כלומר, המערכת החיסונית שלהם תוקפת בטעות אותם עצמם - בדיוק כמו במחלות אוטו-אימוניות בבני-אדם. במקרה של החיידק, מחלה כזאת עלולה להרוג אותו, או להוציא את המערכת החיסונית שלו מכלל פעולה.

 

אנחנו רגילים להתייחס לחיידקים כאל גורמי מחלות, אך חיידקים רבים דווקא מועילים לאדם - בייצור מזון, בטיהור שפכים, בניקוי כתמי נפט, ובייצור ביו-אנרגיה.

 

חיידקים מועילים אלה חשופים לאלפי סוגים שונים של נגיפים המדביקים והורגים אותם. בעבר סברו מדענים, כי חיידקים מתמודדים עם הנגיפים המדביקים אותם בצורות פרימיטיביות בלבד. אבל בשנים האחרונות התברר, כי בחיידקים רבים קיימת מערכת חיסונית מורכבת ביותר, אשר מסוגלת ללמוד להילחם גם בנגיפים שמעולם לא פגשה.

 

"נראה כי למערכת החיסונית בחיידקים יש יתרון על הגרסה האנושית של חיסון נרכש", אומר ד"ר רותם שורק מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע.

 

"המערכת החיידקית יודעת לאגור מידע על מחלות קודמות, כמו בבני-אדם, אבל מסוגלת גם להעביר את היכולת החיסונית דרך הגנים לצאצאים. לעומת תינוקות אנושיים, הנולדים עם 'לוח חלק' בכל הנוגע למערכת החיסון, חיידקים שזה עתה נולדו יכולים להרוויח מניסיון המחלות שצבר החיידק ההורה".

 

זהירות: פולשים!

מערכת החיסון הנרכשת של החיידקים פשוטה הרבה יותר מזו של בני-אדם, אבל עקרון הפעולה של שתיהן דומה: הן מזהות דפוסים מולקולריים מסוימים בפולש, ומייצרות נוגדנים אשר תוקפים כל גורם המציג את הדפוס הזה.

 

החיידקים מבצעים את המשימה הזאת באמצעות מערכת גנטית הקרויה CRISPR. במהלך המפגש הראשון עם נגיף פולש לוכדת מערכת CRISPR פיסות דנ"א מהנגיפים, ושומרת אותן בתוך רצפים חיסוניים מוגדרים ("קסטות") בגנום החיידק.

 

בהדבקות חוזרות של הנגיף משתמשת מערכת ה-CRISPR בקסטות אלה כדי ליצור מולקולות רנ"א קטנות, שמתפקדות כנוגדנים. נוגדנים אלה נקשרים אל החומר הגנטי של הנגיף, ומונעים ממנו להתרבות. דגימות הדנ"א החיסוני נשמרות ב"תיקייה" מיוחדת בגנום החיידק, וקסטות חיסוניות חדשות נוספות כל הזמן, כדי להתכונן לאיומים עתידיים.

 

כדי להבין את מערכת החיסון בחיידקים, ניתחו ד"ר שורק וד"ר עדי שטרן, חוקרת בתר-דוקטוריאלית מקבוצתו, את המידע המצוי על אלפי קסטות חיסוניות מסוג CRISPR.

 

התוצאות, שהתפרסמו באחרונה בכתב העת Trends in Genetics , היו מפתיעות: מדי פעם הופיעו קסטות המכילות רצפי דנ"א שמקורן בחיידק - ולא בנגיפים. מחקר נוסף הוביל להבנה, כי מקורן של קסטות אלו ב"טעות" של המערכת החיסונית, והן גורמות למחלה אוטו-אימונית בחיידק.

 

כך, לכידת פיסות של דנ"א "עצמי" בתוך קסטה חיסונית היא טעות שעבורה משלם החיידק מחיר הרסני: הדנ"א שלו עצמו נחשף להתקפה של מערכת החיסון.

 

סיכון מחושב

"החיידקים נאלצו 'לסגור' את מערכות החיסון הנרכשות שלהם כדי לשרוד", אומר ד"ר שורק. "לא ציפינו למצוא מחלה כזאת בחיידקים - חשבנו שסובלים ממנה רק בעלי חיים גבוהים". ד"ר שורק: "אחזקת מערכת חיסונית מורכבת גובה מחיר, ולכן רק לכמחצית מהחיידקים יש מערכת חיסון נרכשת; ייתכן שהסיכון גבוה מדי עבור הייתר.

 

עובדה זו מעניקה לנו מבט חדש על 'מירוץ החימוש' שיצרה האבולוציה המשותפת של הדבקה וחיסון: הנגיפים מתפתחים במהירות כדי להתחמק ממערכת החיסון, וזו משתפרת כדי להתמודד עם הנגיפים. בתחרות המטורפת הזאת קשה יותר ויותר להבדיל בין 'עצמי' לבין 'אחר', והטעויות הן אולי התוצאה הטבעית של המירוץ".

 

"המטרה שלנו כעת", מוסיף ד"ר שורק, "היא להבין כיצד אפשר לגרום באופן מכוון לתופעות אוטו-אימונית בחיידקים. אם נוכל לחולל מחלות אוטו-אימוניות בחיידקים גורמי מחלות, הם יהיו פגיעים יותר - דבר שיסייע לנו לסלק אותם מגופינו ביתר קלות. באופן אירוני, אנחנו מתכוונים להשתמש במנגנון ההגנה של החיידק כנשק נגדו - וכך לפתח תרופות אנטיביוטיות חדשות".

 

עוד השתתפו במחקר: ד"ר גיל אמיתי, ליאת קרן ועמרי וורצל.

המאמר פורסם במגזין מכון ויצמן.