בין הגנה להתקפה

 

חיידקים הם טיפוסים לוחמניים. אמנם הם גורמים מחלות בבני-אדם, אבל רוב הזמן הם עסוקים דווקא במלחמות ובמאבקים עם מיקרואורגניזמים אחרים. בקרבות שהם מנהלים ביניהם על מזון ושטחי מחיה משתמשים החיידקים בכלי נשק ובאמצעי הגנה מתוחכמים. אסטרטגיות ההתקפה וההגנה החיידקיות עומדות במרכז מחקריו של ד"ר רותם שורק, שהצטרף באחרונה למחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע. "יש לנו הרבה מה ללמוד מהחיידקים, שהם אלופי ההישרדות", הוא אומר. "היצורים המיקרוסקופיים האלה מתקיימים בכדור-הארץ הרבה יותר זמן מיצורים מפותחים יותר, כמו פטריות, צמחים, בעלי-חיים ובני-אדם, והם יודעים להסתגל ולהתאים את עצמם לסביבה המשתנה באופן מרשים".

ד"ר שורק סבור, כי באמצעות מחקר מעמיק של סודות הלוחמה החיידקית, יוכלו מדענים לאתר אסטרטגיות ביולוגיות חדשות ולפתח דרכים מתקדמות להתמודדות עם חיידקים שפיתחו עמידות כנגד אנטיביוטיקה. מדובר באחת הבעיות הבריאותיות המרכזיות של המאה ה-21: כך, לדוגמא, כמות זני החיידקים העמידים לאנטיביוטיקה בבתי חולים בארה"ב גדלה פי עשרה בשני העשורים האחרונים, מ-2% בשנת 1990 ל-20% בערך כיום.

דרך אחת להתמודדות עם חיידקים העמידים לתרופות עשויה להתבסס על "אנטיביוטיקות טבעיות" - חלבונים שחיידקים מסוימים מייצרים כדי להרוג חיידקים אחרים. ד"ר שורק: "אם נצליח לאתר את החלבונים האלה ולהבין את מנגנוני הפעולה שלהם, נוכל אולי להפנות את כלי הנשק האלה בחזרה נגד החיידקים עצמם". במחקר הבתר-דוקטוריאלי, שביצע במעבדה הלאומית על-שם לורנס ברקלי שבקליפורניה, גילה ד"ר שורק שיטה מקורית לאיתור מהיר של חלבוני-נשק כאלה, המבוססת על תהליך פיענוח הגנום של חיידקים.

כדי לפענח את החומר הגנטי של החיידק, המדענים מפרקים את הגנום שלו למקטעים קצרים, שאותם הם משלבים, בשיטות של הנדסה גנטית, במטען הגנטי של החיידק E. coli המשמש להם כ"מכשיר" לשיכפול די-אן-אי. לאחר מכן מחברים את המקטעים  זה לזה ו"קוראים" את הגנום המלא. התהליך הזה העמיד את החוקרים בפני בעיה קבועה - בגנום נוצרו פערים שאינם מאפשרים קריאה רצופה. ד"ר שורק סבר כי הבעיה הזו מהווה בעצם יתרון, וכי הפערים נוצרים מפני שבמקטעי די-אן-אי מסוימים כלולים גנים שמייצרים חלבונים אשר הורגים את חיידקי ה-E. coli שבתוכם היו אמורים להתרבות. הוא פיתח שיטה חישובית שמאפשרת לקרוא את קטעי הדי-אן-אי החסרים, וכך לאתר את הרצף של הגנים הקטלניים.

במעבדתו החדשה במכון ויצמן למדע ממשיך ד"ר שורק לפתח וליישם את שיטתו. מחקר נוסף שלו עוסק במערכת טבעית הקרויה CRISPR, אשר מאפשרת לחיידקים הנושאים אותה להתגונן מפני התקפת נגיפים. מערכת זו התגלתה על-ידי מדענים צרפתיים בשנת 2007. הבנה טובה יותר של המערכת עשויה לסייע בפיתוח דרכים יעילות להגנה על חיידקים "רצויים", הממלאים תפקידים שונים בתעשייה (דוגמת אלה המייצרים מוצרי חלב שונים, או משמשים לניקוי שטחים שזוהמו בנפט), מפני נגיפים. כמו במקרים רבים בהיסטוריה האנושית, גם ד"ר שורק מחפש דרכים להפוך את נשק ההגנה הזה לנשק התקפי, אשר יגרום לחיידקים מזיקים להרוס את עצמם.

רבים ממחקריו של ד"ר שורק מבוססים על טכנולוגיות חדשניות לפיענוח די-אן-אי, אשר חוללו מהפכה בחקר מדעי החיים. מערכות ה-Solexa הפועלות כיום במכון ויצמן למדע מסוגלות לפענח 600 מיליון אותיות גנטיות מדי יום. לשם השוואה, המערכות שבהן נעשה שימוש בפיענוח הגנום האנושי פעלו בקצב של כחצי מיליון אותיות די-אן-אי ביום. עלות הפיענוח הגנטי במערכות החדשות הוא כ-4 דולרים למיליון אותיות, בהשוואה ל-2,000 דולר במערכות ישנות יותר. לצד מערכות הפיענוח פועלים במעבדתו של ד"ר שורק גם כ-40 מחשבים, ובהם כ-300 מעבדים, אשר מאפשרים לנתח את שטף המידע הנפלט ממערכות הפיענוח באמצעות שיטות חישוביות שמפתחים חברי הקבוצה.

אמצעים מתקדמים אלה מאפשרים לקבוצתו לפענח הן גנומים שלמים של חיידקים והן מולקולות אר-אן-אי רבות.  מחקר זה עשוי להוביל לפיתוח תחליפים מדויקים יותר לשבבי די-אן-אי המשמשים כיום למחקר גנטי. מחקרים כאלה - אשר חושפים את התהליכים האבולוציוניים המתחוללים בחיידקים, ואת מנגנוני הבקרה הגנטיים שלהם - יאפשרו למדענים לבצע מניפולציות שונות בחומר הגנטי של החיידקים - לתועלת בני האדם. 

 

 

 

רותם שורק נולד בתל-אביב בשנת 1975 ולמד לתואר ראשון, שני ושלישי באוניברסיטת תל-אביב. במקביל ללימודיו עבד שורק כחמש שנים בחברת הביו-טכנולוגיה "קומפיוג'ן". לאחר שביצע מחקר בתר-דוקטוריאלי בארה"ב הצטרף כחוקר בכיר למחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע. הוא זכה בפרסים רבים, ובהם פרס המחקר על-שם קלור לשנת 2008, ורשם תשע בקשות לפטנטים. הוא נשוי לזהר, שהשלימה לימודי דוקטורט במכון, בהנחייתו של פרופ' יעקב אנגליסטר. בני הזוג גרים ברחובות עם בנם אורי בן הארבע. בזמנו הפנוי נהנה ד"ר שורק מגלישת רוח ומרכיבה על אופני הרים.