מישהו כיבה את המתג

מדעני המכון מצאו מתגים מולקולריים אשר מפעילים חלבונים המקנים לחיידקים עמידוּת לאנטיביוטיקה. "כיבוי" מתגים אלה עשוי לבלום את עמידוּת החיידקים.

אם אנו, בני-האדם, רוצים לנצח במירוץ המתמשך שלנו נגד החיידקים, אשר מפתחים ללא הרף דרכים חדשות להתגברות על האנטיביוטיקה שאנו משגרים לעברם, עלינו למצוא שיטות מתקדמות להתמודדות עם עמידוּתם לאנטיביוטיקה. כעת מציעים מדעני מכון ויצמן למדע להתמקד בתהליך של הפעלת הגנים אשר יוצרים עמידוּת זו. במחקר שפורסם באחרונה בכתב-העת המדעי Science מדווחים המדענים, כי מצאו מתגים מולקולריים, המורכבים ממולקולות אר-אן-אי, אשר מפעילים חלבונים אשר מקנים לחיידקים עמידות לאנטיביוטיקה, ולפיכך, כיבוי המתגים האלה עשוי לבלום את התפתחות העמידות של החיידקים.

מתגי שליטה המורכבים מאר-אן-אי, הקרויים בשם הכולל riboswitches או riboregulators, הם סלילים קצרים של אר-אן-אי שמחוברים לאר-אן-אי שליח. הם פועלים בדומה לחישנים, שנדלקים או כבים כאשר הם מזהים רמה מסוימת של חומר מוגדר, כמו חומצת אמינו מסוימת, ובכך הם שולטים על הביטוי של האר-אן-אי השליח אליו הם מחוברים.

פרופ' רותם שורק ותלמיד המחקר דניאל דר, מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע, פיתחו שיטה שהם כינו Term-Seq: באמצעות טכניקות מתקדמות שפותחו במעבדתו של פרופ' שורק מאותרים בצורה שיטתית מתגי אר-אן-אי כאלה בחיידקים, ומתאפשרת קביעת רצפים גנטיים של אר-אן-אי. באמצעות שיטה זו גילו המדענים כמעט את כל המתגים הידועים בחיידק Bacillus subtilis, שהוא אחד מחיידקי המודל הנחקרים ביותר בעולם. לאחר מכן הם בחנו את השיטה בשני חיידקים גורמי מחלות – ליסטריה ואנטרוקוקוס. חיידקים אלה פיתחו דרך לפליטת  האנטיביוטיקה אל מחוץ לתא, ובאמצעות ניטרולה בדרך זו הם שורדים למרות הטיפול.

השאלה שעמדה בפני המדענים – כיצד יודעים החיידקים מתי להפעיל את גני ההתנגדות – והמדענים גילו כי הגנים המאפשרים עמידות בפני אנטיביוטיקה הופעלו באמצעות מתגי אר-אן-אי ייחודיים אשר מזהים אנטיביוטיקה ומגיבים אליה. למעשה, המדענים הבחינו בכך שלמתגי אר-אן-אי מסוימים יש מבנה "מופעל" ומבנה "כבוי". המבנה ה"כבוי" מונע ייצור של "משאבות" החלבון אשר מסלקות את האנטיביוטיקה מן התא, והמבנה ה"מופעל", אשר מופיע בנוכחות אנטיביוטיקה, מאפשר את ייצור המשאבות הללו.

מחקר נוסף העלה, כי היעד העיקרי של האנטיביוטיקה – הריבוזום – הוא זה ש"מחליט" מתי "להזיז את המתג". כאשר אנטיביוטיקה נקשרת לריבוזום, היא "נתקעת" על מתג האר-אן-אי, מאלצת את המתג להפוך את עצמו למבנה "מופעל", והדבר מפעיל את גן ההתנגדות. במילים אחרות, חיידקים מזהים נוכחות של אנטיביוטיקה באמצעות ניטור היעד שלה, ודבר זה מאפשר להם להתאושש במהירות, ולהיפטר מן האיום עליהם.

אך כאן עלתה שאלה נוספת: האם חיידקים אחרים משתמשים במנגנוני מיתוג דומים כדי להפעיל התנגדות לאנטיביוטיקה? הצוות החליט לחקור את השאלה הזאת בחיידקים שונים. לשם כך פנו למקור קרוב – שיניהם ("תופתע לגלות כמה חיידקים מצטברים על השיניים שלך אם רק תדלג על צחצוח שיניים במשך יום אחד", אומר פרופ' שורק). לאחר איסוף החיידקים מהשיניים של שלושה חברי צוות, חזרו המדענים לשיטה שפיתחו, גילו מספר מתגים מולקולריים בחיידקים שונים, והוכיחו כי אפילו חיידקים שנחשבים ידידותיים מכילים מיגוון רחב של גנים המאפשרים עמידות לאנטיביוטיקה.

"בעוד גנים לעמידות-לאנטיביוטיקה לובשים צורות רבות, מתגי אר-אן-אי השולטים בהם מתנהגים למעשה באותו אופן, ואלו נמצאים רק בתאים חיידקיים", אומר פרופ' שורק. "משום כך, הם יוכלו, בעתיד, לשמש מטרות פוטנציאליות לתרופות".

עוד השתתפו במחקר: מאיה שמיר מהמעבדה של פרופ' שורק, ד"ר נועם שטרן-גינוסר מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, ופרופ' פסקל קוסר ממכון פסטר, צרפת.