חיידקים, חיידקים, בואו לאכול

01.11.2001
 
ד"ר אורי אלון. תיאור מלא של מנגנוני התא
 
 
תאי הגוף, יצורים חד-תאיים פשוטים, נתונים לשינויים מתמידים. הם קולטים גירויים מהסביבה וצריכים להחליט איך להגיב אליהם: אילו מערכות להפעיל כדי להתאים את עצמם למצב החדש. לד"ר אורי אלון מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא ומהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, יש שאיפה צנועה: לגלות איך הם עושים את זה, איך תאים חושבים.
 
"חיידק מהמין אשריכיה קולי, הידוע יותר בשם הקיצור שלו e-coli , מתחלק מדי חצי שעה - כשיש מספיק מזון בסביבתו הקרובה", אומר ד"ר אלון, "וכשהמזון נגמר הוא עוזב. כדי לעזוב, החיידק מצמיח לעצמו מנועים מופלאים, המחוברים לשוטונים, ומחשב פנימי שבוחן שינויים בריכוז המזון, ועל פיהם מתווה לחיידק מסלול שיוביל אותו למקום שבו אספקת המזון טובה ועשירה יותר, וטמפרטורת הסביבה ידידותית יותר. השינוי מחיידק נייח ומתחלק לחיידק נווד עשוי להימשך שלושה דורות. הסבא מייצר את החלקים הראשונים של המנוע, כדי שהנכדים יוכלו לסיים את הבנייה רגע לפני שהמזון בסביבה יאזל לחלוטין.
 
"כדי לחולל את השינוי הזה, משקיע החיידק שני אחוזים מהחומר שמרכיב אותו. השקעה גדולה. 50 חלבונים המשתייכים ל-14 קבוצות מעורבים בתהליך, כשהם מופעלים בתהליך שמזכיר סרט נע תעשייתי: בהתחלה מיוצרים חלקי הבסיס על קרום החיידק, אחר כך מרכיבים הממוקמים בתוך דופן התא, ורק בסוף התהליך נוצר השוטון, שממוקם מצדו החיצוני של הקרום. המנוע החשמלי עצמו, המסתובב במהירות של כמאה סיבובים לשנייה, מופעל באנרגיה שמקורה בפרוטונים שחודרים לתא. כיוון הסיבוב של המנוע קובע את כיוון תנועתו של החיידק".
 
המערכת הזאת ממקדת אליה את תשומת לבם של ד"ר אלון ושל חברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה, בהשתתפותם של החוקרת הבתר-דוקטוריאלית ד"ר מיכל רונן ותלמידת המחקר שירז קליר. "מטרתנו במעבדה היא למפות את מסלולי התקשורת הביוכימית הפנימית של התא, האחראיים על תהליך קבלת ההחלטות שלו", אומר ד"ר אלון. "המטרה הרחוקה יותר היא לקבל תיאור מלא של התא שיקשר בין גירויים חיצוניים לתגובות - לרבות הרכיבים התוך- תאיים ומעגלי המשוב הגנטיים המעורבים בתהליך".
 
המשמעות של השגת התובנות האלה חורגת בהרבה מעולמם המיקרוסקופי של החיידקים. מיפוי מדויק של תגובת תאי אדם לגירויים יספק לרופאים ידע מוקדם על התהליכים שיושפעו כתוצאה ממתן תרופה כלשהי למטופל, דבר שיאפשר להפחית במידה ניכרת את השפעות הלוואי. "כדי לתכנן אסטרטגיית טיפול מתאימה למחלה, צריך לדעת מהם הרכיבים החשובים בתא המעורבים במחלה, ומי משפיע על מי", מוסיף אלון. "המהנדסים מכירים את מעגלי המחשב, הם יכולים להסתכל על תרשים ולדעת איזה רכיב אלקטרוני צריך לשנות כדי לקבל תגובה רצויה. לרופאים ולמדענים, לעומת זאת, עדיין אין תרשים כללי של התא.אנחנו מקווים לבנות את הבסיס לתיאור רשתות של תקשורת ותפעול בתא, וליצור את הכלים הבסיסיים למיפוי שלהן".
 
החזון הכמעט אוטופי הזה יתאפשר אולי באמצעות השיטה החדשה והמהירה שפיתח ד"ר אלון. בהשתמשם בטכניקות של הנדסה גנטית יצרו אלון וחברי קבוצת המחקר שלו זנים רבים של חיידקים, הנבדלים זה מזה בכך שבכל אחד מהם סומן גן אחר, כך שהוא משנה את צבעו לירוק ככל שרמת הביטוי שלו גבוהה יותר (ביטוי של גן משמעו יצירת החלבון שהמידע לייצורו מקודד מאותו גן). זני החיידקים השונים מגודלים במקביל, דבר שמאפשר השוואה מדויקת של ביטוי הגנים המתחולל בהם, בזמן אמיתי.
 
"כדי להוכיח שהשיטה עובדת התחלנו ממעגל התקשורת המעורב בבניית השוטונים.זהו אחד מהמעגלים הממופים, הידועים והמוכרים ביותר", אומר אלון. "בתהליך הפעולה של המעגל הזה מופעלות 14 קבוצות הגנים בשלושה שלבים. בשלב הראשון נעשית אינטגרציה של המידע, בשלב השני מיוצרים ומתחברים רכיבי המנוע, ובשלב השלישי מורכבים השוטון והמחשב הפנימי. שיטת הפעולה הזאת התגלתה במהלך שנים רבות של מחקר בגנטיקה מולקולרית. הטכניקה שלנו איפשרה לנו לשחזר את עיקרי המבנה של המערכת בתוך שבועות ספורים.
 
"כדי לעשות זאת, מדדנו את עוצמת ביטוי הגנים כתלות בזמן. ביתר פירוט, יצרנו אלגוריתמים ממוחשבים שסידרו את כל אירועי ביטוי הגנים על ציר הזמן. כך הצלחנו לקבל מפה שמשחזרת את המעגל הידוע, אבל גילינו גם משהו חדש: גם בתוך כל שלב בתהליך הזה יש סדר מדויק של פעולות. בשלב השני, למשל, פועלות שבע קבוצות גנים, שמתחילות לפעול בדיוק בסדר שבו המנוע נבנה, והגן האחרון מפעיל את השלב השלישי. מכאן אפשר להבין עד כמה הטבע שוקד על תכנון התזמון: אין טעם לייצר את הרכיב הבא לפני שקודמו מיוצר". ממצאי המחקר הזה התפרסמו באחרונה בכתב העת "סיינס". ההצלחה הראשונה הזאת הובילה את ד"ר אלון ואת חברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה להציב לעצמם מטרות חדשות. עכשיו הם מקווים לפענח את סודותיה של מערכת תיקון ה-DNA הקרויה SOS. גם המבנה של מעגל התקשורת התוך-תאית המפעיל את המערכת הזאת מוכר למדע במידה רבה, כך שאפשר יהיה לבדוק את ממצאי הניסויים החדשים כנגד ידע קיים.
 
"בסופו של דבר אנו שואפים למפות את כל קבוצות הגנים של החיידק ואת כל מעגלי התקשורת הפנימית שלו, כך שנקבל תרשים שמראה במדויק ובמפורט איך עובד בעל- החיים החד-תאי הזה", מסכם ד"ר אלון. כך, בפשטות, הוא מציב לעצמו מטרה שהשגתה תהיה ראויה להירשם כציון דרך בדברי ימי המדע העולמי.
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם