הינך נמצא כאן

ירוק רעל

מיפוי מסלולי הייצור של חומרי רעל בתפוחי אדמה יאפשר לטפח זני ירקות חדשים בעלי כמות מופחתת של רעלים
04.08.2013

אשת הצלם מקלפת תפוחי אדמה ליד התנור. נישייה ואן דרונן, הולנד, 1910

בשנת 1924 דיווח כתב-העת Science על מקרה של הרעלה קטלנית שנגרמה מאכילת תפוחי אדמה: ג'יימס ב. מתיני מאילנוי אסף 1.5 בושל (כ-43 ליטר) של פקעות תפוחי אדמה שהוריקו בעקבות חשיפה ממושכת לשמש. יומיים לאחר אכילת הפקעות התגלו סימני הרעלה אצל בני המשפחה שאכלו את תפוחי האדמה – האם, שתי הבנות וחמישה בנים. היוצאים מהכלל היו ג'יימס, שלא אכל מהפקעות, והתינוק, שניזון מחלב בלבד. כעבור שבוע מתה האם, בת 45, וכעבור יומיים נוספים מתה גם הבת, בת 16. יתר בני המשפחה החלימו.
 
 
בשורה העליונה, מימין: ד"ר אווה הייניג, ד"ר שמואל בוקובזה, פבלו קרדנס וד"ר סרגיי מליצקי. בשורה התחתונה, מימין: פרופ' אסף אהרוני, ד"ר אילנה רוגצ'ב, ד"ר מקסים איטקין וד"ר אורן צפדיה
מקרי מוות של בני אדם כתוצאה מאכילת תפוחי אדמה ירוקים הם אמנם נדירים למדי, אך הרעלות כאלה גורמות תכופות למחלות ולתמותה בחיות משק. הסימפטומים כוללים פגיעות במערכת העיכול, וכן השפעות נוירולוגיות כמו אובדן תחושה, סיוטים והזיות. במקרים חמורים נגרמת הפרעה בקצב הלב המובילה למוות. האחראים לכך הם החומרים הרעילים סולנין ושקונין המצויים בתפוחי אדמה, שריכוזם בפקעות גדל במידה משמעותית בעקבות חשיפה לאור ובזמן הנצת הפקעות, ומגן עליהן מפני גורמי מחלות.
 
הסולנין והשקונין משתייכים למשפחה גדולה של אלפי חומרים הקרויים גליקו-אלקלואידים, המצויים גם בצמחי מאכל נוספים ממשפחת הסולניים כמו עגבניות וחצילים. חומרים אלה מוכרים זה למעלה ממאתיים שנה, אולם מסלול הייצור שלהם בצמח אינו ידוע. פרופ' אסף אהרוני וחברי קבוצתו מהמחלקה למדעי הצמח במכון עשו באחרונה צעד חשוב בכיוון זה, כאשר הצליחו למפות את המסלול הביוכימי האחראי ליצירת גליקו-אלקלואידים מחומר הגלם שלהם – כולסטרול. ממצאי המחקר יאפשרו לטפח זני ירקות חדשים בעלי כמות מופחתת של רעלים, ולהשביח זנים באמצעות הכלאות עם זני בר שנאסרו לשימוש בגלל תכולת הגליקו-אלקלואידים הגבוהה בהם. מצד שני, הגברת ריכוז הגליקו-אלקלואידים בחלקי הצמח שאינם אכילים, או בצמחים שבאופן טבעי אינם מכילים חומרים אלו, תגביר את יכולתם להתגונן מפני מחלות.
 
בשלב הראשון של עבודת המיפוי, שפורסם לפני כשנתיים בכתב-העת The Plant Cell, הצליחו המדענים לזהות את הגן הראשון במסלול הייצור של הגליקו-אלקלואידים. במחקר הנוכחי, שהתפרסם באחרונה בכתב-העת Science, השתמשו המדענים באותו גן ראשון כב"סימן דרך", שכיוון אותם אל המשך המסלול: באמצעות השוואת תבניות הביטוי של גנים ברקמות שונות של תפוחי אדמה ועגבניות, עלה בידם לזהות גנים דומים לגן הראשון, וכך לגלות שורה של גנים המעורבים במסלול ייצור הגליקו-אלקלואידים. פגיעה בתפקודו של אחד מגנים אלה מנעה הצטברות של גליקו-אלקלואידים בפקעות תפוחי אדמה ובעגבניות. בהמשך פיענחו המדענים את התפקיד של כל אחד מהגנים, ושרטטו את התהליך המלא, בן עשרה שלבים, במהלכו הופכת מולקולת כולסטרול לגליקו-אלקלואיד. גנים נוספים שזוהו אחראיים ל"הסתעפויות" שונות במסלול, המובילות ליצירת חומרי משנה, ועל בקרת התהליך.
 
 
 
פרופ' אהרוני מספר כי באחד הלילות ישב בביתו ובדק שוב ושוב את רשימת הגנים המועמדים – על סמך תבנית ביטויים – למלא תפקיד במסלול הייצור, כאשר לפתע הגיע לתובנה מעניינת: נראה כי הצמחים מגנים על הצאצאים שלהם מפני האפשרות לרשת "חצי מסלול" לייצור גליקו-אלקלואידים, אשר עלול להזיק להם. אפשרות זו עלתה כאשר השווה את מיקומי הגנים בגנום, וגילה כי מרביתם מאוגדים ברצף אחד על כרומוזום 7 של העגבנייה ותפוח-האדמה. שני גנים נוספים נמצאו בכרומוזום אחר, אולם נראה כי גם מקטע זה נדד ממיקומו המקורי בכרומוזום 7. הסיבה לקיבוצם של הגנים היא שהפעלה חלקית של מנגנון ייצור הגליקו-אלקלואיד מובילה לייצור חומר ביניים רעיל לתאי הצמח (כך, לדוגמה, קיימות פטריות הפוגעות בצמח באמצעות פירוק הגליקו-אלקלואידים לרכיבם המזיק). כדי לצמצם את הסיכוי לתורשה חלקית מזיקה, מרכז הצמח את כל המסלול ביחידה גנטית קטנה ככל האפשר.
 
את המחקר הוביל החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר מקסים איטקין, והשתתפו בו ד"ר אווה הייניג, ד"ר אורן צפדיה, פבלו קרדנס, ד"ר שמואל בוקובזה, ד"ר סרגיי מליצקי וד"ר אילנה רוגצ'ב ממעבדתו של פרופ' אהרוני, וכן ד"ר תמר אונגר מהמרכז לפרוטאומיקה מבנית במכון, מדענים מאוניברסיטת פונה, הודו, ומהמכון לחקר הצמח בוונינגן, הולנד.
 

 

עבודת שורשים

אנחנו יודעים שגזר מספק לנו ויטמין איי ושהעגבניה מכילה כמות גדולה של ליקופן, אך למעשה התמונה מורכבת בהרבה: הצמחים מכילים עשרות קבוצות ובהן אלפי מולקולות קטנות הקרויות "מטבוליטים משניים". למרות שמם, חומרים אלה אינם משניים כלל: הם מעורבים בשלל תפקידים חשובים בחיי הצמח, כמו בקרת גנים ויחסי גומלין עם הסביבה, ומעניקים לו יתרונות חשובים, כמו הגנה ממזיקים ומקרינה ומשיכת חרקים מאביקים; לאדם הם מעניקים יתרונות בריאותיים.
 
סוגי תאים שונים בשורש. מקור: wikimedia common
בשנים האחרונות מרכזים מדענים מאמצים רבים בפיענוח הפרופיל של המטבוליטים המשניים בצמח. על-מנת לנטר ולזהות אלפי חומרים, משתמשים החוקרים בגישת ה"מטבולומיקס", המאפשרת ראייה רחבה של מגוון חומרים במיצוי של דוגמה כלשהי. שימוש ב"מטבולומיקס" וחקר המטבוליזם בצמח, פותח פתח, לדוגמה, לייצור צמחים בהם מצוי ריכוז מוגבר של מטבוליטים המועילים לאדם, או צמחים המסוגלים להתגונן ממזיקים באופן יעיל יותר. הפרופילים המטבוליים מאפשרים לזהות את הגנים המעורבים בייצור החומרים האלה, ואת המסלולים הביוכימיים בהם הם נוצרים, וכך להגדיל או להקטין את פעילותם לפי הצורך. אך למרות ההתפתחות המהירה בטכנולוגיות המטבולומיקס, הרזולוציה נותרה נמוכה למדי: המדען מקבל את סך כל החומרים המצויים באיבר או ברקמה מסוימת, אך אינו יודע באילו תאים בדיוק הם מצויים. עובדה זו מגבילה מאוד את יכולתם של מדענים ליישם את המידע המתקבל מפרופילים מטבוליים.
 
פרופ' אסף אהרוני וחברי קבוצתו, ד"ר אריה מוסאייף, ד"ר אילנה רוגצ'ב, ד"ר סרגיי מליצקי ומרב יטיב, הצליחו להתגבר על מגבלות הרזולוציה, ופענחו את הפרופילים המטבוליים של סוגי תאים שונים בשורשי צמחים על-ידי מערכת המטבולומיקס המופעלת במעבדתם.
 
המדענים גידלו 5 קבוצות צמחים, שבכל אחת מהן סומן סוג אחר של תאי שורש בצבע פלואורסצנטי. לאחר מכן הופרדו תאי השורש זה מזה ומוינו בהתאם לנוכחותו של הסמן. מטבוליטים שהופקו מחמש קבוצות תאים נשלחו לאנליזה מפורטת באמצעות מערכת המטבולומיקס במעבדתו של פרופ' אהרוני.
 
המחקר, שהתפרסם בכתב-העת המדעי PNAS, מגלה, בין היתר, כי סוגי התאים בהם מצויים החומרים אינם חופפים בהכרח את התאים בהם מתבטאים הגנים המעורבים בייצורם.
 
הפרופיל המפורט חושף מאות חומרים המצויים בסוגים שונים של תאי שורש, המתחלקים לשלוש קבוצות עיקריות – אחת מהן, די-פפטידים, לא זוהתה בשורש עד כה. ניתוח התוצאות מגלה גם כי ההנחה האינטואיטיבית המקובלת על חוקרים, לפיה חומרים נוטים להישאר בתאים בהם הם מיוצרים, אינה בהכרח נכונה, וכי ככל הנראה קיים מנגנון לשינוע החומרים מאתרי הייצור לאתרי היעד.
 
סוגי תאים שונים בשורש. מקור: wikimedia common
פרופ' אהרוני מתכנן להעמיק את הרזולציה ולהתמקד בקבוצה מסוימת של מטבוליטים בשורש: הורמונים צמחיים. מיפוי מפורט של עשרות החומרים השייכים לקבוצה בתאי השורש השונים יאפשר, בין היתר, להבין טוב יותר את תהליכי ההתפתחות והגדילה של השורש, ולחקור כיצד מווסת השורש את סביבתו באמצעות הורמונים המופרשים מהשורש אל הקרקע.
 
 
 
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם