לשרוד עם 0% סוללה: התגלתה מערכת חיסונית שמרוקנת את התא מאנרגיה

בכל פעם שאנו מתקשרים, שולחים ווטסאפ או צופים בסרטון, מעט מהאנרגיה האצורה בסוללת הטלפון הנייד שלנו מתפוגגת. גם תאים חיים אוגרים אנרגיה במטבעות שאותם יוכלו לפדות בשעת הצורך ליישום תהליכי החיים. מטבע האנרגיה המרכזי של כל צורות החיים בכדור-הארץ – כלומר "סוללת הליתיום" של עולם החי – היא מולקולות ה-ATP המפורסמות. כעת מתברר כי לא רק הטענת התא במולקולות ATP הינה חיונית, גם היפטרות מהן עשויה להיות מצילת חיים. במחקר חדש המתפרסם היום בכתב-העת המדעי Cell, חשפו מדעני מכון ויצמן למדע משפחה חדשה של חלבונים שמרוקנת חיידקים מאנרגיה ובכך מגינה עליהם מפני פולשים. החוקרים הראו כי מנגנון חיסוני לא מוכר זה מצוי לא רק ביצורים חד-תאיים, אלא הוא השתמר לאורך יותר ממיליארד שנות אבולוציה ומשמש בעלי-חיים רבים – מדבורים ועד אלמוגים.

מנגנון חדש זה הוא הפרק העדכני בסדרה של יותר מ-100 מערכות חיסוניות מתוחכמות שנחשפו בשנים האחרונות ומשמשות חיידקים במאבקם ההרואי בן מיליארדי השנים בפאג'ים – נגיפים התוקפים חיידקים. רבות מהמערכות האלה התגלו ופוענחו במעבדתו של פרופ' רותם שורק במחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע. בדומה לנגיפים המדביקים אותנו, גם פאג'ים מורכבים ממעט חלבונים והרבה חומר גנטי – די-אן-אי או אר-אן-אי – שאותו הם מחדירים אל תוך חיידקים על מנת להשתלט עליהם. לאחר ההשתלטות, מנצלים הנגיפים את מנגנוני הייצור התאיים של החיידקים כדי לשכפל את עצמם שוב ושוב. כשהם מכלים את משאבי החיידק הבודד, הם קורעים את מעטפת התא, פורצים החוצה ומתפשטים במושבת החיידקים.

במחקרם החדש, התמקדו החוקרים בגן שמשך את תשומת לבם, שכן הפעלתו מנעה באופן מסתורי את היכולת של פאג'ים להשתכפל ולהתפשט במושבת החיידקים. הם חשפו כי הגן המסתורי מקודד לחלבון אשר חותך ומשמיד לצמיתות מולקולות ATP, וכך שולל מהפאג' הפולש את האנרגיה הדרושה לשכפולו – מנגנון חיסוני שלא היה מוכר עד כה בטבע. המדענים הסיקו שלגן יש תפקיד מכריע במערכת החיסונית החיידקית, שכן בהיעדרו, פאג'ים שהדביקו חיידקים השתכפלו בקצב מהיר פי 100.

"הורדת רמות ה-ATP בתא היא מנגנון גאוני בפשטותו", מסביר ד"ר פרנסואה רוסה, שהוביל את צוות המחקר במעבדתו של פרופ' שורק. "הפאג' לא יכול להשתכפל ללא אנרגיה, ולחיידק, שממילא נדבק ועומד למות, עדיף לרוקן את הסוללה ולא לאפשר לפאג' להשתכפל ולהתפשט לשאר המושבה". החוקרים גם גילו שבחלק מהמקרים פירוק ה-ATP משפיע על מנגנוני הבקרה של הפאג' וגורם להם לקרוע את מעטפת תא החיידק בשלב מוקדם מדי, בטרם הספיק הפאג' להשתכפל, ובכך נמנע נזק נרחב למושבה.

""זהו מנגנון גאוני בפשטותו. הפאג' לא יכול להשתכפל ללא אנרגיה, ולחיידק, שממילא עומד למות, עדיף לרוקן את הסוללה ולא לאפשר לפאג' להשתכפל ולהתפשט לשאר המושבה"

למרבה ההפתעה, מנגנון לא מוכר זה נפוץ יותר מכפי שניתן היה לדמיין: החוקרים סרקו מאגר מידע גנומי של עשרות אלפי חיידקים ואיתרו יותר מאלף גנים חיסוניים שעובדים במנגנון דומה. יתרה מכך, המדענים הופתעו למצוא את יכולת הפירוק הייחודית של ATP גם במשפחה של חלבונים שכלל לא היה ידוע שהיא משתייכת למערכת החיסונית של התא. כך גילו החוקרים מערכת חיסונית חדשה שנמצאת במאות חיידקים שונים, ומעניקה הגנה חיסונית יעילה מפני נגיפים.

אבל המחקר לא עצר רק בחיידקים: מבדיקה מקיפה שערכו החוקרים עלה כי חלבונים חיסוניים חותכי ATP מיוצרים גם ביצורים מפותחים בהרבה – פטריות, חרקים שונים, ובהם דבורים, אלמוגים, ספוגים ואורגניזמים רבים נוספים. חלבוני חיסון מסוג זה אמנם אינם קיימים בתאי האדם, אך החוקרים סבורים כי הם ככל הנראה אבותיהם הקדמונים של חלבונים המרכיבים את המערכת החיסונית המולדת שלנו. 

"במחקרים רבים מהשנים האחרונות השתמשו בידע על מערכות חיסוניות ביצורים מפותחים על מנת לגלות מנגנוני חיסון חדשים בחיידקים", אומר פרופ' שורק. "המחקר שלנו, לצד גוף הידע העצום שהצטבר על מערכות חיסוניות בחיידקים, מאפשר כיום להתחיל לפעול מתוך היגיון הפוך – ללמוד מחיידקים על המערכות החיסוניות המולדות של בעלי-חיים מורכבים. מולקולות ATP הן מהנפוצות בטבע ולפיכך יש להבנת התפקיד החיסוני שלהן ערך רב בפענוח אסטרטגיות ההתגוננות של אין-ספור יצורים חיים כנגד נגיפים המתקיפים אותם".

במחקר השתתפו גם ארז ירמיה, שחר נשר, ד"ר עדי מילמן ושרה מלמד מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון; ד"ר אלכסנדר ברנדיס, טבי מלמן, ד"ר סרגיי מליצקי וד"ר מקסים איטקין מהמחלקה לתשתיות מחקר מדעי החיים במכון.