בלדה לסוכן כפול

הוא רכב לפלשתינה
על גמל דו-דבשתי
הוא הגיע לראש פינה
במסווה של שייך תורכי

 

 

חיידקים מחליפים ביניהם חומר גנטי מעשה שגרה. כך, למשל, חיידק שפיתח עמידות לאנטיביוטיקה מעביר את התכונה הזאת לחיידק אחר. לעיתים נדירות יכולים חיידקים להעביר חומר גנטי גם לאורגניזם אחר, שאינו חיידק. זה בדיוק מה שעושה האגרובקטריום, חיידק הגורם לעפצים בצמחים. יכולת ייחודית זו של האגרובקטריום עשתה אותו ליקיר הביו-טכנולוגיה, והוא משמש כיום כלי מרכזי בפיתוח וייצור צמחים מהונדסים. בעתיד, ייתכן שאפשר יהיה להשתמש בו לריפוי גנטי של תאי אדם.כדי לקדם את האפשרות הזאת, נחוצה הבנה עמוקה של אופן הפעילות של האגרובקטריום.

 

כאשר די-אן-אי עובר מחיידק לחיידק, הוא נשאר בסביבה ביוכימית דומה, ולכן הוא מצליח לתפקד כראוי. אבל כשחומר גנטי מחיידק נכנס לתא צמח, הוא מוצא את עצמו בסביבה חדשה ועוינת, ממש כמו מרגל החודר לארץ אחרת. תא הצמח מתנגד לפלישה ומפעיל כלי נשק שונים (אנזימים) כדי לפרק את הדי-אן-אי הזר.

כדי לחמוק מאמצעי ההגנה של הצמח, פיתח האגרובקטריום מערכת תמיכה המבוססת על חלבונים, המסתירים את הדי-אן-אי הזר ומלווים אותו עד לגרעין התא. חלבונים אלה, אשר מתקבלים בברכה בתא הצמח על-אף שהם משרתים את  החיידק, מתפקדים במובן מסוים כמעין סוכנים כפולים. המרכזי בהם הוא החלבון VirE2, אשר עוטף את הדי-אן-אי המועבר אל תא הצמח, ומגן עליו במסלולו המסוכן.

אלא שקישור מוקדם של VirE2 יסכן את החיידק עצמו (גם כאן, סוכנים כפולים מהווים סכנה גם למפעיליהם). כדי למנוע זאת, פועל במערכת זו חלבון נוסף הקרוי VirE1, המונע קשר בין VirE2 לדי-אן-אי עד לצאתם מהחיידק בדרכם אל תא הצמח.

איך להבין את המחול המשולש הזה בין VirE1, VirE2 ודי-אן-אי? מתברר, שיחידות ה-VirE2 מתחברות זו לזו ויוצרות שרשרות ארוכות, המתארגנות במעין שרוכים לא מסודרים. השרוכים יוצרים סליל חלול שבתוכו יכול החומר הגנטי החיידקי להסתתר כשהוא מוגן מהסביבה העוינת. אבל, בנוכחות VirE1, יחידות ה-VirE2 אינן מתחברות לשרשרות, ואינן מפריעות לחומר הגנטי של החיידק.

 
פרופ' מיכאל אלבאום, מהמחלקה לחומרים ופני שטח, וד"ר שרון וולף מהיחידה למיקרוסקופיה אלקטרונית במכון ויצמן למדע, בחנו בעבר את המבנה התלת-ממדי של VirE2 כשהוא נושא מקטע די-אן-אי. לצורך זה השתמשו במיקרוסקופ אלקטרונים חודר ובמערכות מתקדמות של עיבוד תמונה. אבל כדי להבין את תהליך ההיקשרות של VirE2 ל-VirE1, או לדי-אן-אי, יש צורך בהכרה מפורטת של מבנה החלבון, ברמת דיוק אטומית. כדי להשיג את ההבנה הזאת, פנה פרופ' אלבאום לצוות המרכז לפרוטאומיקה מבנית במכון, ד"ר אורלי דים, ד"ר שירה אלבק וד"ר תמר אונגר. בשלב הראשון החליטו החוקרים ליצר את החלבון VirE2 כשהוא קשור ל-VirE1. המבנה הכפול שנוצר התגבש מהר ובקלות, אך הגבישים היו קטנים מדי ולא התאימו לפענוח באמצעות פיזור של קרני X ("רנטגן"). רק כעבור שנתיים של מאמצים מתמשכים התקבלו גבישים בעלי גודל מתאים.

 

מפיענוח המבנה התברר, ש-VirE2 מורכב משני מבני "חבית" כמעט זהים המייצגים קיפול לא מוכר עד כה, וממקטע גמיש המחבר ביניהם. נראה שה"חביות" דוחות זו את זו מכיוון ששתיהן נושאות מטען דומה. VirE , הנושא מטען הפוך, נקשר ברווח בין שני החלקים של VirE2, ומונע את היווצרות השרוכים. הינתקות מ-VirE1 גורמת לפתיחה של מבנה החלבון, ומאפשרת לו לקשור אליו די-אן-אי ולהתארגן בצורת סליל חלול. ממצאים אלה פורסמו באחרונה בכתב העת המדעי "רשומות האקדמיה הלאומית למדעים של ארה"ב" (PNAS).

פרופ אלבאום: "לחיידקים יש שתי תכונות נפוצות: היכולת להעביר די-אן-אי זה לזה, והיכולת להעביר רעלים ל"תא קורבן" אחר. האגרובקטריום משלב באופן ייחודי את שתי היכולות האלה. ההבנה שהשגנו, באשר לדרך שבה הוא עושה זאת, עשויה לשמש בעתיד לפיתוח שיטות מתקדמות כבסיס לריפוי גנטי".