הינך נמצא כאן

נגיפים נגד חיידקים

23.08.2012

למרות השם הרע שיצא להם, חיידקים עשויים להיות יצורים מועילים. מספר החיידקים ה"טובים" במעי האדם גדול פי 10 ממספר התאים בכל גוף האדם, ומתרבות העדויות לכך שהם ממלאים תפקיד חשוב ביותר בבריאותנו – הם מייצרים עבורנו ויטמינים, מסייעים בעיכול, וגם "מאמנים" את המערכת החיסונית, וכך מקטינים את השכיחות של אלרגיות ומחלות אוטואימוניות.
מימין: ערן מיק, ד"ר עדי שטרן וד"ר רותם שורק. תיעוד היסטוריבסביבות רבות מחוץ למעי מותקפים חיידקים על-ידי נגיפים הקרויים "פאג'ים", המסוגלים להרוג כמויות גדולות של חיידקים בזמן קצר. האם גם חיידקי מעיים חשופים לפגיעת נגיפים? ואם כן, מי הם הנגיפים האלה, ובאילו חיידקים הם פוגעים? שאלות אלה – שלא זכו עד כה להתייחסות רבה – עמדו במוקד מחקרו האחרון של ד"ר רותם שורק מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, שהתפרסם בכתב-העת המדעי Genome Research.
 

לשם מיפוי אוכלוסיית הנגיפים במעיים השתמשו החוקרים ב"קטלוג" מפתיע: מערכת חיסונית חיידקית שהתגלתה לפני כחמש שנים, ונחקרת ביסודיות במעבדתו של ד"ר שורק. מערכת זו, הקרויה CRISPR, מיועדת להעניק הגנה לחיידק מפני נגיפים. כאשר נגיף חודר לחיידק, המערכת "גונבת" ממנו פיסה קטנה של החומר הגנטי, ומאכסנת אותו בתוך רצפים חיסוניים מוגדרים בגנום של החיידק. רצפים אלה מסייעים לחיידק לזהות ולהשמיד את הנגיף בפעם הבאה שיפלוש לתא, בדומה לעקרון הפעולה של נוגדנים בגוף האדם. רצפים חיסוניים אלה שימשו את החוקרים כמעין "תיעוד היסטורי" של הנגיפים שתקפו את חיידקי המעי.


צוות המדענים, שכלל את החוקרת הבתר-דוקטוריאלית (דאז) ד"ר עדי שטרן, ואת הסטודנט לתואר ראשון ערן מיק, השתמש במאגר נתונים גדול, ובו רצפי די-אן-אי של חיידקי מעיים שנאספו מדגימות של 124 אנשים אירופאים. הם פיתחו שיטה חישובית המאפשרת לזהות את הרצפים החיסוניים בתוך הדי-אן-אי של החיידקים, ואיתרו יותר מ-50,000 רצפים כאלה. בהמשך השתמשו המדענים ברצפים החיסוניים כדי לזהות מאות נגיפים התוקפים חיידקי מעי שונים, שלא היו מוכרים קודם לכן.


תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של פאג'ים תוקפיםחיידק. צילום: ד"ר גרהם בירד, Wikimedia Commonsממצאים אלה – המהווים את המאגר הגדול ביותר של פאג'ים מן המעי שמצוי נכון להיום בידי חוקרים – מעלים כמה תובנות באשר לקשרים בין חיידקי מעיים, נגיפים, ובני האדם המאכסנים אותם. כך, למשל, גילו החוקרים כי קבוצות גדולות של אנשים חולקות אותם נגיפים, וכי כ-80% מהנגיפים נמצאו במעיים של יותר מאדם אחד. השוואה לדוגמאות שנלקחו מאמריקאים ומיפנים העלתה, כי גם הם חולקים אותם סוגי נגיפים. בהתחשב בשונות ובמיגוון הגדול של נגיפים שמצויים במערכות אחרות זהו ממצא מפתיע, והמדענים משערים כי הסיבה לכך היא הסביבה הסגורה שבמעי. תגלית נוספת היא, שהנגיפים נישאים לעיתים בשלמותם בתוך הדי-אן-אי של החיידק. "הפאג'ים תורמים לחיידקים לעיתים קרובות גנים שהופכים אותם עמידים לאנטיביוטיקה, ו'בתמורה' לכך החיידקים מאכסנים את הד-אן-אי שלהם ומעבירים אותו איתם מאדם לאדם", מסביר ד"ר שורק. "זו 'עסקה' אבולוציונית מוצלחת לשני הצדדים".


מאגר הפאג'ים המצוי עתה בידי החוקרים, המאפשר להם לזהות איזה פאג' מדביק כל חיידק, פותח פתח למחקרים שיבדקו את השפעתם על בריאות האדם. לדוגמה, אם חיידק מסוים מסייע לנו לרכוש עמידות לאלרגיה, אפשר לבדוק איזה נגיף תוקף אותו, וכך גורם להתפרצות האלרגיה. ד"ר שורק: "הצעד הבא יהיה לסייע לחיידק להתגונן מפני הנגיף באמצעות חיסון החיידק כנגדו. כך עשויה מערכת החיסון של החיידקים לעזור, בעקיפין, למערכת החיסון האנושית".

 

הטוב הרע והחיידק

הטוב הרע והחיידק

בביולוגיה, כמו בארכיאולוגיה, מעבר משכבה לשכבה עשוי לשנות לגמרי את תמונת המציאות. השוואת האר-אן-אי של שני מינים של חיידק הליסטריה(listeria) – שאחד מהם גורם להרעלות מזון ולמחלות בבני אדם והשני אינו מזיק, במקום ההשוואה המקובלת של רצף הדי-אן-אי, חשפה מערך שלם של הבדלים שהיו סמויים מהעין עד כה. בנוסף, ו"כבדרך אגב", התגלה במחקר זה, שהתפרסם באחרונה בכתב-העת Molecular Systems Biology, מנגנון ביולוגי בסיסי שלא היה ידוע עד כה, אשר מבקר הפעלת גנים בחיידק הליסטריה.


צוות המדענים, שכלל את ד"ר רותם שורק ואת חברי קבוצתו, עומרי וורצל, ד"ר איריס קורונקר-חזן ושרית פלור-אדלהייט, השתמש בשיטות ריצוף מתקדמות כדי למפות את כלל האר-אן-אי של שני מיני החיידקים, כשהם מתמקדים דווקא באותם רצפים שאינם מקודדים ליצירת חלבונים. למרות הדמיון הגנטי בין שני המינים, המדענים גילו קבוצה של כ-80 רצפי אר-אן-אי אשר קיימים בחיידק גורם המחלות, אבל לא בחיידק "שוחר השלום". בהמשך מתכננים החוקרים לבדוק אם רצפים אלה אכן תורמים לאלימות החיידק.

תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של חיידק הליסטריה


בנוסף גילו המדענים זוגות של רצפי אר-אן-אי, המאורגנים כך שביטוי של כל אחד מהם בולם את האחר. לדברי החוקרים, מדובר במנגנון ייחודי אשר מבקר הפעלה והשתקה של גנים, שעשוי להיות נפוץ בחיידקים.

 
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם