הפטרייה הלוחמת

01.09.2003
פרופ' אילן חת. ד"ר עדה ויטרבו. יושבת: ד"ר מיכל שורש. הגנה ביולוגית
 
 
רוב מחלות הצמחים נגרמות על-ידי חיידקים ופטריות שונים. אפשר, כמובן, להילחם בגורמי המחלות הללו באמצעות חומרי הדברה, אלא שחומרים אלה, הנשטפים ומחלחלים בקרקע, מסוכנים לסביבה (על הסכנה שבחדירת מזהמים אורגניים למאגרי מי התהום, ראו כתבה בעמוד 81 בגיליון זה). מדענים שחיפשו דרך להשמיד את גורמי המחלות מבלי להזיק לסביבה, גילו שהם יכולים לגייס לקרב גדודים של פטריות אשר יגנו על הצמח מפני הפטריות האחרות, המתקיפות אותו. כמו סמוראים זעירים, הפטריות הלוחמות האלה נושאות כלי נשק אישיים - כימיים וביולוגיים - שמאפשרים להן לפגוע ביעילות ובדייקנות בפטריות התוקפות. כך הפכה הפעלתן של הפטריות הלוחמות לאסטרטגיה המועדפת בתחום המלחמה הביולוגית במחלות הצמחים.
 
הפטרייה הלוחמת, הקרויה טריכודרמה, אינה זן נדיר. למעשה, אפשר למצוא זנים שונים שלה בשכבות העליונות של הקרקע בכל העולם. טקטיקת המלחמה שלה בגורמי המחלות משלבת כמה ערוצי פעולה. ראשית, היא חוטפת חומרים מזינים לפני שמישהו אחר יכול להגיע אליהם. שנית, היא נצמדת לפטריות מזיקות המתקיפות את הצמח והורסת אותן. בעזרת כלים מיוחדים, הטריכודרמה מתפתלת סביב גופה של הפטרייה הפולשת ומפרישה כמה אנזימים (ובהם גם אנזימים מסוג כיטינאזות) המבקיעים חורים בדופן התא שלה. בשלב זה היא מחדירה שלוחות לתוך גוף הפטרייה הפולשת ו"שודדת" את תכולתה, דבר שגורם למותה.
 
פרופ' אילן חת מהמחלקה לכימיה ביולוגית, המכהן כנשיא מכון ויצמן למדע, חוקר זה שנים רבות את תכונותיה של הפטרייה הלוחמת, טריכודרמה. יחד עם החוקרת הבתר-דוקטוריאלית ד"ר עדה ויטרבו מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון, ובשיתוף עם פרופ' אביה זילברשטיין מאוניברסיטת תל-אביב ומדענים נוספים מהפקולטה לחקלאות של האוניברסיטה העברית, הצליח באחרונה פרופ' חת לבדד ולפענח את הרצף הגנטי של אחד הגנים האחראים להפקת אנזים חשוב מקבוצת הכיטינאזות, בתאיה של הפטרייה הלוחמת. למעשה, פטרייה זו מייצרת בתאיה לא פחות מחמש גרסאות של אנזימי כיטינאז (שניים מהם התגלו על-ידי פרופ' חת וחברי קבוצת המחקר שלו בשנים שבהן עבד באוניברסיטה העברית). כל אחד מחמשת סוגי הכיטינאז מקודד בגן אחר, וכל גן מופעל בתגובה לאותות כימיים אחרים.
 
פרופ' חת ושותפיו למחקר בחרו גן המקודד סוג מסוים של כיטינאז, שלא היה ידוע קודם, והחלו לברר מה "מפעיל" אותו - כלומר, מה גורם לו להתחיל לייצר את האנזים. הם מצאו שהגירוי החזק ביותר הגורם לייצור אותו סוג של אנזים כיטינאז, הוא נוכחות החומר הנקרא כיטין בדופן תאי הפטרייה המזיקה. כך, למעשה, קרבתה של הפטרייה התוקפת, שבדפנות תאיה מצוי כיטין, היא המפעילה את מערך ייצורו של האנזים כיטינאז בתאיה של הפטרייה המגינה. כמו שמראה הטרף מפעיל את בלוטות הרוק של הטורף, כך קרבת הפטרייה התוקפת מעוררת את ייצור נשק-הנגד של הפטרייה המגינה. מתברר, שהמידע על קרבתה של הפטרייה המזיקה מגיע בדרך כלשהי - כנראה באמצעות מולקולות מסוימות שהפטרייה המזיקה משחררת לסביבה - אל הפטרייה המגינה. פרופ' חת החל את סדרת הניסויים הזאת עוד בעת שעבד באוניברסיטה העברית, ובשנתיים האחרונות הוא ממשיך את המחקר במעבדתו שבמכון ויצמן למדע.
 
גירוי נוסף הגורם לייצורו של האנזים הזה בתאי פטריית הטריכודרמה הוא מחסור מסוים בחומרי מזון בסביבה. פטרייה זו ניזונה מחומרי פירוק אורגניים, וכשהחומרים הללו אינם זמינים, הפטרייה פשוט מייצרת אותם לעצמה באמצעות האנזים שמאכל חומרים אחרים המצויים בסביבה והופך אותם למזון זמין. גם תנאים קיצוניים של חום וקור עשויים לשמש גירוי שמוביל לייצור האנזים כיטינאז בתאי הטריכודרמה.
 
המדענים הראו שאנזימים מקבוצת הכיטינאזות עשויים לפעול כל אחד בנפרד, אבל הם מסוגלים גם לשתף פעולה ולפעול יחד, כשבמקרה זה עוצמת הפעולה המשותפת היא סינרגית. במילים אחרות, שיתוף הפעולה בין האנזימים מעמיד לרשות הפטרייה המגינה נשק שעוצמתו גדולה בהשוואה לעוצמה שהייתה מושגת אילו כל האנזימים היו פועלים באותו זמן, אך כל אחד היה פועל את פעולתו בנפרד.
 
 

מערכת התראה

במחקר נוסף שביצע פרופ' חת במכון ויצמן, יחד עם החוקרות הבתר-דוקטוריאליות ד"ר מיכל שורש וד"ר איריס ידידיה, הצליחו החוקרים להבין את היחס המורכב שבין הפטרייה לצמח: מתברר שפטרייה זו לא רק מגינה על הצמחים מפני פטריות מזיקות; נוכחותה בקרבת הצמחים משפיעה עליהם בדומה לתוספת דישון. מדעני המכון הצליחו לגלות את שורשיה של התופעה הזאת. הם גילו, שפטריית הטריכודרמה חודרת לשכבות החיצוניות של שורש הצמח ונשארת שם מבלי להזיק לצמח. אך פעולת החדירה כשלעצמה גורמת להפעלת מרכיבים שונים ב"מערכת החיסונית" של הצמח, דבר שמעצים את יכולתו להתגונן מפני מזיקים, ומעודד את התפתחותו. המדענים הדביקו את שורשי הצמח בפטריית טריכודרמה, ובעקבות זאת גילו כמה שינויים כימיים בעלים, כלומר, האותות שיוצרת הפטרייה בעת חדירתה לשורש מועברים כלפי מעלה ויוצרים שרשרת מתוזמנת של תגובות. המדענים ניתחו את דפוס השינויים הכימיים האלה, ועל פי התוצאות קבעו שבצמח מופעל מנגנון הגנה מסוים הידוע כ- ENDUCED SYSTEMIC RESISTANCE
 
פרופ' חת: "נראה שחדירת הטריכודרמה לשורש הצמח פועלת כמערכת התראה המכניסה את הצמח למצב של כוננות גבוהה, דבר שמשפר את נכונותו ואת יכולתו להתמודד עם ההתקפה האמיתית - לכשתגיע. צמחים שפטריית טריכודרמה חדרה לשורשיהם ו'עוררה אותם' הגיבו חזק יותר ובהצלחה גדולה יותר למתקפות של חיידקים מזיקים. צמחים אלה, המוכנים יותר לחיסול מזיקים תוקפים, מסוגלים להקדיש יותר אנרגיה לצמיחה ולגדילה".
 
הבנה טובה יותר של המנגנונים הקשורים לכלי הנשק של הפטרייה הלוחמת תאפשר שורה של יישומים חקלאיים. למשל, אפשר יהיה לשפר את השיטות הקיימות לחיסול מזיקים באמצעות הפטריות המגינות. החוקרים מקווים שבעתיד אפשר יהיה להשתמש בנשקן של הפטריות, מבלי להטריח אותן עצמן. לשם כך הם מנסים להעביר את הגן המקודד את נשק הכיטינאז למיקרואורגניזמים אחרים, כמו חיידקים שיוכלו לשמש לריסוס השדות. במחקר אחר מנסים להחדיר את הגן ישירות לצמחים שיוכלו, באמצעותו, לייצר בעצמם את אמצעי ההגנה - האנזים כיטינאז - כנגד הפטריות התוקפות. בדרכים אלה אפשר יהיה להפחית במידה דרמטית את כמות חומרי ההדברה שירוססו בשדות ויגיעו אל הקרקע ואל מי התהום.
 
 

חרוזים בקרקע

אחד הקשיים העומדים לפני מי שמבקש ליישם שיטות של הדברה ביולוגית, נובע מהעובדה שהחיידקים הידידותיים פגיעים במיוחד לקרינת השמש ולהתקפותיהם של חיידקים אחרים החיים בקרקע. כדי להתגבר על הקשיים האלה אפשר לנסות ולשחרר את החיידקים הידידותיים באופן אטי, הדרגתי ומבוקר, דבר שיאפשר תחלופה ונוכחות מתמדת של הגורמים שמגינים על הצמחים מפני גורמי המחלות. פרופ' חת, יחד עם פרופ' עמוס נוסינוביץ מהפקולטה לחקלאות של האוניברסיטה העברית, ותלמידת המחקר המשותפת שלהם, חינת זהר-פרץ, פיתחו באחרונה דרך שמאפשרת לבצע שחרור אטי כזה. השיטה מבוססת על יצירת חרוזים זעירים שגודל כל אחד מהם אינו עולה על מיקרונים בודדים, והם עשויים חומר פולימרי נקבובי. בתוך כל חרוז כזה כולאים המדענים כמיליארד חיידקים ידידותיים, נבגי פטריות וחומרי מזון המאפשרים להם להתקיים. כך יכולים החיידקים ונבגי הפטריות הכלואים להמשיך ולייצר אנזימים הפוגעים בגורמי המחלות השונים. האנזימים מפעפעים דרך הנקבוביות שבחומר שממנו עשוי החרוז, ופוגעים בגורמי המחלות, ובאותה עת, דפנות החרוז מגינות על החיידקים ונבגי הפטריות הכלואים בו, הן מקרינת השמש, והן מפגיעתם של חיידקי הקרקע. לאחר מכן, החרוז מתפרק בהדרגה והמיקרואורגניזמים משתחררים ממנו באיטיות. בניסוי שבו מוקמו שני חרוזים ליד כל זרע של גידול חקלאי, הושגה ירידה של 80% בהתפשטותם של גורמי מחלות שונים. כעת נבחנות אפשרויות שונות ליישם את השיטה באופן תעשייתי.
 
 

אפקט החממה

חממות הן מקום אידיאלי להתרבות של גורמי מחלות, לרבות פטריות. לחות גבוהה ותנאים אחרים בחממה תורמים לתופעה זו. במקרה זה מאוד לא רצוי להשתמש בחומרי הדברה כימיים, שכן הם מתפרקים לאט והעובדים בחממות עלולים להיחשף אליהם במשך זמן רב. לכן, שיטות ההדברה הביולוגיות, כמו זו העושה שימוש בפטריית הטריכודרמה, מקובלות במיוחד בשימוש בתחום החממות, שבהן מגדלים צמחים הרגישים במיוחד למחלות. ישראל, בין היתר בזכות מחקריו ארוכי השנים של פרופ' חת, נחשבת לאחת המדינות המובילות בעולם בתחום זה. למעשה, גם מחוץ לחממה גובר הביקוש לחומרי הדברה ביולוגיים בגלל המודעות ההולכת וגדלה לסכנות הטמונות בחומרי הדברה לבני-אדם ולסביבה. למשל, ייצור של חומר נפוץ אחד, מתיל ברומיד, המשמש להדברת פטריות באדמה, ייאסר בעולם כולו בשנת 2005 לפי תקנון ריו - מפני שהוא משתתף בפירוק שכבת האוזון שבאטמוספירה. האיסור על השימוש בחומרים מסוג זה מגדיל, כמובן, את החשיבות של פיתוח שיטות יעילות ומתקדמות יותר למלחמה ביולוגית בגורמים למחלות צמחים, ואת הביקוש להן.

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם