כלכלת מעיים

בכל פעם שאנחנו בולעים מזון מגבירים התאים ברירית המעיים, שהיו נתונים עד אז בחוסר מעש, את פעילותם בצורה פתאומית ודרמטית. במחקר חדש של חוקרי מכון ויצמן למדע, אשר פורסם באחרונה בכתב-העת המדעי Science, נמצא כי תאים אלה מתמודדים עם האתגר בעזרת אסטרטגיה המוכרת מעולם הכלכלה. בדומה למנהלים או למהנדסים, תאים אלה יכולים, בתיאוריה, לפעול בשתי דרכים: להשקיע את כל המשאבים בייצור מיידי של חלבונים הדרושים לעיכול, או לחלופין, להשקיע את כל המשאבים תחילה במכונות ובכלים הנחוצים לייצור מוגבר של חלבונים. בכלכלה ובהנדסה ידוע, כי בנסיבות מסוימות, הגישה השנייה היא יעילה יותר. ד"ר שלו איצקוביץ וקבוצתו, במחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא, גילו כי זו בדיוק הגישה הרווחת ברירית המעיים.

רירית המעיים עשויה משכבה בודדת של תאים מוארכים, אשר באים במגע עם המזון בצידם האחד ועם מחזור הדם בצידם השני – וכך מעבירים את החומרים המזינים מצד לצד, מחלל הבטן למחזור הדם. המדענים מצאו, כי מולקולות הקרויות אר-אן-אי שליח, אשר נושאות את הצופן הגנטי, מפוזרות באופן לא-שווה בין שני צדי התא: כ-30% מהגנים אשר מעורבים בפעילות המעיים מייצרים אר-אן-אי שליח הממוקם בצד זה או אחר, אך לא בשניהם. בנוסף, שני הצדדים של התא שונים מבחינת מספר הריבוזומים – המכונות המולקולריות לייצור חלבונים: בצידו של התא הפונה לחלל הבטן נתגלתה כמות כפולה של ריבוזומים בהשוואה לחלקו של התא הפונה אל מחזור הדם. כתוצאה מכך, הפקת חלבונים על סמך אר-אן-אי שליח יעילה הרבה יותר בצד הפונה למזון.

בהמשך גילו המדענים, כי כאשר נכנס מזון למעיים, התאים ברירית מגיבים מייד באמצעות  יצירה של "ציוד" חדש – כלומר ריבוזומים – במיוחד בחלקו של התא הפונה למזון. על מנת להבטיח ריכוז הולם של מכונות אלה, שולח התא לאיזור זה כמויות גדולות של אר-אן-אי שליח אשר נושא את הצופן הגנטי ליצירת הריבוזומים. כך הופך צד זה של התא למעין מפעל ייצור פעיל, המפיק בצורה מאסיבית את החלבונים הנחוצים לעיכול.

מסביר ד"ר איצקוביץ: "התאים ברירית המעיים יושבים בטלים ממעש רוב שעות היום והלילה, אך ברגע שמופיע אוכל, הם צריכים להתחיל לפעול מייד. אילו יִיצרו התאים הללו מולקולות אר-אן-אי שליח חדשות על מנת להפיק חלבונים רבים, הייתה נחוצה להם לשם כך כחצי שעה. אך הם עושים זאת בדרך המקצרת מאוד את התהליך: הם מגבירים את הפקתם של חלבונים מסוימים תוך מספר דקות, באמצעות שינוע של מולקולות אר-אן-אי שליח רלבנטיות לאיזור התא העשיר בריבוזומים. כך הם יכולים להתמודד עם בוא המזון במהירות וביעילות".

התאים ברירית המעיים יושבים בטלים ממעש רוב שעות היום והלילה, אך ברגע שמופיע אוכל, הם צריכים להתחיל לפעול מייד. אילו יִיצרו התאים הללו מולקולות אר-אן-אי שליח חדשות על מנת להפיק חלבונים רבים, הייתה נחוצה להם לשם כך כחצי שעה. אך הם עושים זאת בדרך המקצרת מאוד את התהליך"

המדענים החלו במחקר לאחר שראו כי מולקולות אר-אן-אי שליח מסוימות מצטברות ברירית המעיים בחלק של התא הפונה החוצה, בזמן שמולקולות אר-אן-אי שליח אחרות מצטברות בחלקו של התא הפונה פנימה. על מנת לברר את הסיבה לכך, הם השתמשו בשיטה המאפשרת לקבוע את מיקומן של מולקולות אר-אן-אי שליח בודדות, בשילוב עם שיטת לייזר לחיתוך מיקרוסקופי וללכידה (laser capture microdissection), המאפשרת לגזור חלקים של התא, ולסווג את החלבונים ואת מולקולות האר-אן-אי שליח המצויים בכל חלק. באמצעות שיטות אלה חקרו המדענים את פיזור מולקולות אר-אן-אי שליח בתאים שנלקחו מרירית המעיים של עכברים, בשני מצבים – לאחר צום, ומייד לאחר שאכלו. המדענים חיפשו גם "ציוד מולקולרי" אשר משנע את האר-אן-אי שליח מצידו האחד של התא לצידו השני. לשם כך הם גידלו בצלחת, מתאי גזע של המעיים, מבנים עגולים זעירים המחקים את רירית המעי, וכך איתרו חלבונים אשר משמשים כ"מיני-מנוע" לשינוע האר-אן-אי שליח לאורך שלד התא, עד למקום הרצוי.

מחקרים אלה מצביעים על כיוון חדש לחקר הבקרה על הפקת חלבונים ברקמות שונות – כליות, כבד ואיברים פנימיים אחרים. לממצאים אלה עשויות להיות גם השלכות על מחקר רפואי: הרירית מגינה על המעיים, וממלאת תפקיד חשוב בספיגת חומרים מזינים מן המזון. שיבושים בשכבה דקה זו עלולים לגרום מחלות רבות. ייתכן שבעקבות המחקר החדש אפשר יהיה לקבוע אם מחלות מעיים, כגון קרוהן או סרטן המעי, נגרמות בחלקן בשל שיבושים במיקומו של אר-אן-אי שליח.

במחקר השתתפו ד"ר אנדרס מור, מתן גולן, אפי מססה, ד"ר דורון למזה, תומר ויזמן, רום שנהב ושקד ביידץ מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא; אוראל מזרחי, רוני ווינקלר וד"ר נעם שטרן-גינוסר מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית; ועפרה גולני מהמחלקה לתשתיות מחקר מדעי החיים.

לקבלת מידע נוסף, תמונות ולתיאום ראיונות:
משרד הדובר - מכון ויצמן למדע
08-9343856 news@weizmann.ac.il