"חוקרים פרטיים": חיידקים כמשגרי טילים

חלבונים וחיידקים (ההסבר בהמשך הכתבה)

אני בהחלט בר-מזל על כך שאני עוסק בתחום המדע. לדעתי, אין הרבה מקצועות שמאפשרים לך כל יום ללמוד משהו חדש על העולם ולעתים אפילו להיות הראשון בעולם שמגלה משהו מהותי.

חוקרים פרטיים - לכתבות הקודמות 

הגעתי לתחום שלי, שנקרא ביולוגיה חישובית, בשנים שאחרי פענוח הגנום האנושי, כאשר החל להיווצר צורך באנשים שמבינים גם בביולוגיה וגם במחשבים. עולם המחשבים נראה לי טכני מדי ושמחתי להפעיל את הרקע שלי כדי להבין את מדעי החיים.

אני ועמיתיי מנתחים באופן חישובי מידע ביולוגי רב כדי להעלות השערות. לשמחתי יש לי גם מעבדה ביולוגית המאפשרת לי לבדוק את ההשערות על ידי ביצוע ניסויים. בעבר חקרתי את הגנום האנושי, אך בזמן הדוקטורט במכון וייצמן נדלקתי על עולם החיידקים. הסיבה לכך היא שהחיידקים היו כאן הרבה לפנינו ולכן יצרו מגוון גנטי עצום. הם חיים במקומות שאנו לא נצליח לשרוד בהם, ופיתחו דרכים ביולוגיות מדהימות כדי לפתור כל מיני אתגרים, כולל "גניבת גנים" מיצורים אחרים בסביבתם, כדי להאיץ את האבולוציה שלהם. בנוסף, אנו יודעים עליהם יחסית מעט.

אחד האתגרים הגדולים שלנו היום הוא למצוא אנטיביוטיקות חדשות, בעולם שיש בו יותר ויותר חיידקים עמידים לסוגי האנטיביוטיקה שכבר יש לנו. רוב האנטיביוטיקות נתגלו בטבע והן מיוצרות בעיקר בקרקע כחלק מתחרות בין מיקרואורגניזמים - כל אחד רוצה את המקום והמזון לעצמו.

חיידקים נגד חיידקים

במעבדה שלי באוניברסיטה העברית אנו חוקרים יחסי גומלין בין חיידקים למינים נוספים (צמחים, חרקים) ואת המנגנונים בעזרתם חיידקים נלחמים זה בזה. מנגנונים אלו יכולים להוביל לגילוי תחליפים לאנטיביוטיקות קיימות, כי אם נבין איך החיידקים הורגים אחד את השני נוכל להשתמש בנשק הזה בעצמנו.

אנו מתמקדים במבנה חלבוני שדומה בצורה מפתיעה (תחזיקו חזק!) למערכת שיגור טילים מזערית. חיידקים רבים משתמשים במערכת זו כנשק המשוגר כלפי חיידקים אחרים. המערכת משגרת טילים החמושים במעין ראשי נפץ שהם אנזימים שקוטלים חיידקים שכנים, למשל על ידי פירוק הדנ"א שלהם. כל הדבר המדהים הזה קורה ביצורים בגודל אלפית המילימטר. אנו סבורים שניתן לנצל חיידקים החמושים במערכת זו כתחליף לאנטיביוטיקה כנגד חיידקים שגורמים מחלות לאדם או לצמחים.

במעבדה שלי ניסינו לגלות "ראשי נפץ" חדשים באופן שיטתי כדי לגלות תחליפים לאנטיביוטיקה. לשם כך פיתחנו אלגוריתם ממוחשב בעזרתו סרקנו עשרות אלפי רצפי דנ"א של חיידקים כדי לחזות חלבונים שעשויים להתאים לראשי הנפץ. לאחר מכן הסטודנט שלי, אלכס גלר, בדק בניסוי אם ראשי הנפץ החלבוניים שחזינו אכן יכולים לחסל חיידקים. כך גילינו מספר משפחות חדשות של חלבונים אנטיביוטיים, המחסלות חיידקים. בתמונה ניתן לראות דוגמא לתוצאת הניסוי: בצלחת הפטרי יש מושבות חיידקי E. coli אליהן הוחדרו שלושה סוגי חלבונים (בתמונה בתחילת הכתבה):

חלבון ביקורת (1) שאינו קטלני הביא ליצירת משטח מלא חיידקים (אלפי מושבות מחוברות יחדיו לכתם) חלבון ראש נפץ חדש שזיהינו (2) מנע את התפתחות רוב המושבות ולכן על החלק הזה של הצלחת רואים רק נקודות קטנות ומועטות. חלבון ביקורת נוסף הינו "ראש נפץ" שכבר ידוע מקודם (3) אבל אפשר לראות שהוא פחות קטלני מהחלבון החדש שזיהינו. אפשר לראות שהפעילות של חלבון 3 הצליחה פחות למנוע את יצירת מושבות חיידקים על צלחת הפטרי.

ד"ר אסף לוי

עכשיו אנו מנסים להבין כיצד החלבונים הקטלניים שזיהינו הורגים את החיידקים. זו תחושה נהדרת להיות הראשון בעולם שמבין איך תהליך ביולוגי פועל, ועוד יותר משמח כשיש לו שימוש מועיל.

לעתים אני מקבל את הרעיונות הטובים שלי דווקא תוך כדי ריצה בטבע :)

לפרטים נוספים: http://departments.agri.huji.ac.il/plantpath/alevy/

לסרטים המדגימים את פעולת מערכת השיגור של החיידקים (נקראת בשם T6SS):

https://www.youtube.com/watch?v=Xk7rxv6HtKo

https://www.youtube.com/watch?v=aQIU5CvsIjw

https://www.youtube.com/watch?v=Ibybf1r8YTs

https://www.youtube.com/watch?v=GCw35RKBF70

חוקרים פרטיים הוא מדור שבועי בערוץ המדע של ynet, שבו מסבירים חוקרים מדוע החליטו לעסוק בתחום המחקר שלהם. המדור נעשה בסיוע "האקדמיה הצעירה הישראלית".