חיידקים זוהרים בשימוש האדם
חיידקים שפולטים אור שוכנים במי האוקיינוסים אך לא רק שם: הם גם מקיימים סימביוזה וחיים בחרקים, באיברי הארה בדגים וביצורים ימיים אחרים. איך וכיצד מנצל אותם האדם?
חרקים זוהרים
לפני למעלה מ-400 שנה דיווח הבוטנאי וחוקר הטבע אוליס אלדרובנדי (Aldrovandi 1522-1605) על חרקים מאירים שאינם גחליליות (שבהן ההארה היא תוצר הפעילות המטבולית של הגחלילית עצמה). אך רק בשנות השבעים של המאה הקודמת גילה ג'ורג' פוינר (Poinar) שמדובר במערכת משולשת – חרק, תולעת טפילה קטלנית, וחיידקים זוהרים שמכונים היום Photorhabdus luminescens.
הסוג Photorhabdus, ממשפחת ה-Enterobacteriaceae, כולל מספר מינים של חיידקי מעיים סימביונטים בתולעי אדמה (soil nematodes), אך הם אינם מתרבים בהן. התולעים מדביקות חרקים במהלך מחזור חייהן כאשר הן חודרות למערכת העיכול של החרק דרך הפה. ממערכת העיכול חודרות התולעים למערכת ההמולימפה של החרק, אז מופרשים החיידקים, ועמם ביצי התולעת והרעלנים של החיידק (הקוטלים את החרק בתוך יום או יומיים) ושם, במערכת ההמולימפה, הם מתרבים.
התולעים אינן יכולות להשלים את מחזור חייהן ללא החיידקים, מכיוון שהאחרונים מעכבים גידול של חיידקים אחרים ומספקים לצאצאי התולעת מזון וגורמי גידול חיוניים (בעיקר על-ידי מניעת הרקבון של החרק ופירוקו למרכיביו). חיידקי P. luminescens זוהרים לאחר כ-20 שעות במערכת הלימפה של החרק, במשך כארבע שעות. כל צאצאי התולעת יוצאים מהחרק כשהם מאוכלסים בחיידקים.
כאשר החיידקים חודרים לפצעים של בני אדם, לרוב מאדמה שהיו בה פגרי חרקים, זוהרים הפצעים בחשכה עקב התרבות החיידקים גם שם. התרבות חיידקים אלה בפצע אינה בעייתית, והיא אף מזרזת את החלמת הפצע עקב הפרשת החומרים האנטיביוטיים. הדיווחים הראשונים הידועים לנו על הפצעים הזוהרים מוכרים ממלחמת האזרחים האמריקנית. לא ברור מה היתרון הביולוגי שהזהירה מקנה לחיידקים ו/או למאכסניהם. חיידקים מאירים יבשתיים אחרים נמצאים בפגרים של בעלי חיים שונים ובחומר צמחי נרקב.
איברי הארה בדגים ובדיונונים
כל מי שביקר במצפה התת-ימי באילת ונכנס לחדר החשוך, ראה נקודות של אור המתרוצצות באקווריומים: "נקודות אור" אלה אינן אלא דגים ויצורים ימיים אחרים שלהם איברי הארה. באיברי הארה אלה נמצאים חיידקים זוהרים, לרוב מהמין Vibrio (Photobacterium) fischeri והם שפולטים את האור.
כיצד מגיעים החיידקים אל איברי הארה אלה? מכיסי הארה אלה מופרשים, לקראת ערוב היום, חומרי משיכה לחיידקים הנמצאים במי הים. החיידקים, הנמצאים במהלך היום במי הים ואינם מאירים, נעים בהתאם למפל הריכוזים של החומר המושך, תהליך המכונה כֵמוֹטַקסיס, ונכנסים לאיבר ההארה, שם הם מצטברים ומתרבים.
בשנת 1970 גילו קנת נילסן (Nealson) וג'ון הסטינגס (Hastings) מאוניברסיטת הרווארד, שחיידקים שבודדו מאיברי הארה אלה אינם זוהרים בקביעות. בתחילת הגידול של החיידקים במבחנה (ובאיבר ההארה) הם לא זהרו כלל, ורק כשהצטברה כמות מספיקה של חיידקים, הם החלו להאיר בבת אחת.
כיצד "חשים" החיידקים שהם נמצאים בכמות מספקת? מתברר שפועלת כאן מערכת בקרה פשוטה אך מתוחכמת: כל חיידק מפריש בקביעות לסביבה מַשרָן עצמי (autoinducer: במקרה של החיידקים המאירים מדובר בנגזרת של החומצה האמינית סרין). כל עוד החיידקים מועטים נמהל המשרן העצמי בסביבה. אך בחלל סגור (כמו בכיס ההארה או במבחנה) וכשמספר החיידקים עולה – עולה ריכוז המשרן העצמי בתמיסה עד שהוא חודר אל חיידקים, מתחבר לחלבון המפעיל (activator) הלא פעיל של מערכת ההארה, מפעיל אותו וזה גורם להפעלתה של מערכת ההארה.
עצם ההפעלה של מערכת ההארה כוללת גם הפרשה ביתר של המשרן העצמי, כך שריכוזו ממשיך ועולה וההארה מתגברת. תופעה זו מכונה חישת הצפיפות או חישת הקוורום (quorum sensing). חישת הצפיפות באמצעות משרן עצמי אופיינה אמנם לראשונה בחיידקים זוהרים אלה, אך בעקבותיה באו עוד תגליות בחיידקים רבים אחרים, שאחריהן "הוכרזו" החיידקים, בניגוד למה שהיה מקובל עד אז, כיצורים רב תאיים.
בבעלי החיים הימיים אפשר למצוא יתרונות ממשיים לשילוב של המאכסן והחיידקים. למשל, לדיונון Euprymna scolopes, שהוא טורף לילי, האיבר הזוהר "מסווה" אותו מהטרף הפוטנציאלי שלו הנמצא מתחתיו, והחיידקים מרוויחים מקום מוגן וחומרי הזנה המסופקים על-ידי הדיונון. חיידקים זוהרים ימיים אחרים שוחים בחופשיות ופולטים אור ללא קשר לבעלי חיים גדולים יותר.
חיידקים זוהרים באיבר ההארה של הדיונון בהסתכלות דרך מיקרוסקופ
(באדיבות ד"ר מרגרט מקפול-נגי, המחלקה למיקרוביולוגיה רפואית, אוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון)
שימושים של מערכת ההארה
מערכות ההארה של Vibrio fischeri וחיידקים אחרים הוכנסו ל-Escherichia coli, לחיידקים אחרים ואף לתאי שמרים וליצורים איקריוטיים גבוהים יותר. חיידקים אלה פולטים אור ברציפות כל עוד יש חמצן וחומרי הגלם של מערכת ההארה. באמצעות חיידקים מהונדסים כאלה אפשר לבדוק הימצאות של חומרים מזהמים במי שתייה על-ידי השוואת מידת ההארה בתמיסה נקייה לעומת התמיסה הנבדקת. ירידה בעוצמת ההארה היא מדד לזיהום הפוגע באספקת החמצן ו/או בחיוניות של החיידקים. אפשרות אחרת, הפוכה, תגרום לחיידקים מהונדסים, שבהם מערכת ההארה מותאמת לכך, לפלוט אור בגלל נוכחות רעלים ומזהמים במים.
לסיכום, תופעת החיידקים הזוהרים מעלה שאלות ביולוגיות מעניינות ויש לה גם שימוש מעשי במעבדות מחקר וכן באיתור זיהומים.
ד"ר דרור בר-ניר מלמד מיקרוביולוגיה וביולוגיה של התא באוניברסיטה הפתוחה. הכתבה התפרסמה בגיליון ינואר של המגזין "גליליאו"
לפנייה לכתב/ת 
