החיידקים – אלופי היעילות

ד"ר צבי טלוסטי ותלמיד המחקר ארבל תדמור מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע פיתחו מודל מתמטי שמתאר את מערך הייצור של החיידק ובוחן את מידת יעילותו. המודל, שתואר באחרונה במאמר שפירסמו המדענים בכתב-העת המקוון PloS Computational Biology, מצליח לתאר את המיקרו-מפעל המורכב הזה באמצעות חמש משוואות מתמטיות פשוטות להפליא. הראשונה בוחנת את התהליך שבו החיידק מייצר ריבוזומים, האברונים התוך-תאיים שבאמצעותם התא מייצר חלבונים (שלא כמו רוב המפעלים של בני-האדם, המפעל החיידקי מייצר את מכונותיו ומכשיריו בעצמו). באופן טבעי, המשוואה השנייה מתארת כיצד הריבוזומים האלו מייצרים את יתר החלבונים המרכיבים את התא. המשוואה השלישית מתמקדת בתהליך הייצור של האנזים שבאמצעותו התא מתרגם את המידע הגנטי הצפון בדי-אן-אי, ומייצר על-פיו מולקולות חד-גדיליות של אר-אן-אי שליח, הנושאות את המידע הגנטי מגרעין התא אל הריבוזום. במובן מסוים אפשר לראות את האנזים הזה (הקרוי אר-אן-אי פולימרז), כמעין "מנהל ייצור" שמשתמש בתוכנית הייצור הנשמרת בדי-אן-אי כדי לנהל את ייצור החלבונים בכמויות הנחוצות ובקצב הרצוי. חלק מהאר-אן-אי שהפולימרז מייצר משמש לבניין הריבוזומים, כך שמנהל הייצור הוא עצמו, בעצם, מעין מכונה. המשוואות הרביעית והחמישית מתארות כיצד החיידק מחלק בחוכמה את הריבוזומים ("המכונות") והפולימרזים ("מנהלי הייצור") בין המשימות השונות של ייצור חלבונים, ייצור ריבוזומים וייצור פולימרזים. חמש המשוואות הפשוטות האלה מאפשרות לחשב ולחזות את קצב ההתרבות של החיידק – "השורה התחתונה" שלפיה נמדדת יעילותו.