למערכת החיסונית של חיידקים יש לפחות יתרון אבולוציוני אחד על-פני זו שלנו – היא נלחמת בנגיפים כבר מאות מיליוני שנים. באחרונה גילו מדעני מכון ויצמן למדע מכרה זהב של חומרים קוטלי נגיפים המיוצרים בחיידקים, ועשויים להוביל לפיתוחן של תרופות יעילות יותר למחלות נגיפיות בבני-אדם. חומרים אלה מיוצרים על-ידי אנזימים נוגדי נגיפים המכונים וייפרינים (Viperins); אנזימים אלה היו מוכרים עד כה ביונקים בלבד, וכעת אותרו לראשונה גם בחיידקים. בימים אלה, נבחנת יכולתן של המולקולות המיוצרות על-ידי הווייפרינים החיידקיים להילחם בנגיפים הפוגעים בבני-אדם, ובהם נגיפי השפעת והקורונה. המחקר התפרסם בכתב-העת המדעי Nature.
2 צפייה בגלריה
בקטריופאג' (מימין למעלה) חודר לתא חיידק (במרכז התמונה). לחיידקים מערכות חיסוניות מתוחכמות ביותר הערוכות במיוחד למלחמה בנגיפים
(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע)
פרופ' רותם שורק וקבוצת המחקר שלו במחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון, לצד קבוצות מחקר נוספות בעולם, חשפו במחקריהם בעשור האחרון כי לחיידקים מערכות חיסוניות מתוחכמות ביותר הערוכות במיוחד למלחמה בנגיפים המדביקים חיידקים – בקטריופאג'ים או בקיצור פאג'ים. קבוצתו של פרופ' שורק גילתה בעבר שלחלק מהתגובות החיסוניות בחיידקים יש קשר אבולוציוני למערכת החיסונית האנושית. מחקרם הנוכחי מניב את ההוכחות החזקות ביותר לכך עד כה: החוקרים גילו כי הווייפרינים – שתפקידם במערכת החיסון האנושית הובן רק לפני כשנתיים – ממלאים תפקיד גם במערכת החיסונית של חיידקים.
פאג'ים שונים אמנם מנגיפים המדביקים בני-אדם בבחירת המטרות שלהם, אך בדומה לנגיפים אחרים גם הם מורכבים מחומר גנטי – די-אן-אי או אר-אן-אי – והם מפיצים עצמם באמצעות פלישה למארח והשתלטות על מכונות השכפול התאיות שלו. בבני-אדם, וייפרין הוא חלק מהמערכת החיסונית המולדת, החלק הקדום ביותר של המערכת החיסונית מבחינה אבולוציונית, והוא מיוצר כאשר חומר איתות המכונה אינטרפרון מתריע בפני המערכת החיסונית על נוכחותם של נגיפים מחוללי מחלה. לאחר ייצורו, הווייפרין משחרר מולקולה ייחודית, המסוגלת לפעול נגד מגוון רחב של נגיפים על-פי כלל אחד פשוט: המולקולה "מחקה" נוקליאוטידים – פיסות החומר הגנטי הדרושות לשכפול הגנום. אבל מולקולת הווייפרין מזויפת: חסרה בה חוליה חיונית, המאפשרת את חיבור הנוקליאוטיד הבא בתור לגדיל המתארך והולך. ברגע שמוחדרים נוקלאוטידים מזויפים אלה לגנום הנגיפי המשתכפל, השכפול נעצר – ועימו הנגיף.
פשטות המנגנון ורוחב היריעה של פעולתו נגד נגיפים רבים ושונים, עשוי לרמז שהווייפרנים נמצאים אתנו כבר זמן רב, אך האם ייתכן שהם קדומים עד כדי האב הקדמון המשותף לנו ולחיידקים? בהובלת ד"ר אוד ברנהיים, שהייתה חוקרת בתר-דוקטוריאלית בקבוצה של פרופ' שורק, יישמו חברי הקבוצה שיטות שפותחו במעבדתם כדי לאתר רצפי חיידקים המקודדים וייפרנים אפשריים. לאחר מכן, הראו כי וייפרינים אלה אכן מקנים הגנה לחיידקים מפני זיהום בפאג'ים. "בעוד שהווייפרין האנושי מייצר סוג אחד בלבד של מולקולה אנטי-ויראלית, החיידקים מייצרים מגוון מפתיע של מולקולות, שכל אחת מהן עשויה לשמש תרופה חדשה נגד נגיפים", אומר פרופ' שורק.
2 צפייה בגלריה
חיידקים. נלחמים בנגיפים כבר מאות מיליוני שנים
(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן למדע)
על סמך הרצפים הגנטיים, הצליחו פרופ' שורק וצוות המחקר להתחקות אחר ההיסטוריה האבולוציונית של הווייפרינים. "גילינו שמקורו של רכיב חשוב זה של המערכת החיסונית האנטי-ויראלית שלנו הוא במערכת ההגנה החיידקית", אומר פרופ' שורק.
אם הווייפרינים החיידקיים יתבררו כיעילים נגד נגיפים אנושיים, פרופ' שורק סבור שהדבר עשוי לסלול את הדרך לגילוי מולקולות נוספות המיוצרות על-ידי מערכות חיסוניות של חיידקים, ולאימוץ שלהן כתרופות אנטי-ויראליות למחלות אנושיות. "כפי שקרה לפני עשרות שנים עם אנטיביוטיקה – חומרים אנטיבקטריאליים שהתגלו לראשונה בפטריות ובחיידקים – אנו עשויים ללמוד כיצד לזהות ולאמץ את האסטרטגיות האנטי-ויראליות של אורגניזמים שנלחמים בזיהומים כבר מאות מיליוני שנים".
המחקר הנוכחי נערך בשיתוף פעולה עם חוקרים מחברת Pantheon Biosciences, שקיבלה רישיון מטעם חברת "ידע", זרוע מסחור הקניין הרוחני של מכון ויצמן למדע, לפיתוח תרופות אנטי-ויראליות על בסיס הממצאים. מחקרים נוספים מתנהלים כיום, במטרה לגלות אילו מבין הווייפרינים החיידקיים עשויים להתאים בצורה הטובה ביותר למלחמה בנגיפים אנושיים, ובהם נגיפי השפעת והקורונה.
במחקר השתתפו גם עדי מילמן, גל אופיר, גלעד מיטב, כרמל אברהם, שרה מלמד וד"ר גיל אמיתי.
