מה שטוב לחיידקים

חיידקי אי-קולי שהודבקו בפאג'ים. החיידקים עם המנגנון החיסוני (משמאל) התאבדו לפני שהפאג'ים הצליחו לשכפל עצמם ולסכן את שאר המושבה, בעוד באלה ללא המנגנון הפעיל (מימין) הפאג'ים שגשגו באין מפריע(צילום: מתוך מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

עוד כתבות באתר מסע הקסם המדעי של מכון ויצמן למדע:

מדענים חשפו כיצד פועלים חיסונים ניסיוניים נגד אבולה

ישחקו הדגים לפנינו: מציאות מדומה לדגים

חיידקים נאלצים להגן על עצמם ללא הרף מפני נגיפים התוקפים אותם, המכונים פאג'ים. המנגנון החיסוני המפורסם ביותר של חיידקים, ה-CRISPR, אשר מנטרל את הפאג'ים באמצעות עריכת הדי-אן-אי שלהם, משמש כיום במעבדות ביולוגיות לצורך עריכת גנים. ואולם קיימים עשרות מנגנוני הגנה נוספים - רבים מהם התגלו במעבדתו של פרופ' רותם שורק מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון.

במחקר הנוכחי התמקדו פרופ' שורק וצוות המחקר שלו במולקולה שהתגלתה בחיידקים רק בשנים האחרונות ומכונה cGAMP. הם ידעו שמולקולה זו המורכבת משני הנוקליאוטידים A ו-G, היא חלק ממנגנון חיסוני שקיים בכל תא מתאי גופנו: כאשר תא אנושי מזהה נוכחות של די-אן-אי נגיפי, הוא מייצר cGAMP המובילה להפעלת המולקולה אינטרפרון, אשר בתורה מזעיקה את המערכת החיסונית לעזרת התא הנגוע.

מימין: עדי מילמן, פרופ' רותם שורק, ד"ר יערה אופנהיימר-שאנן, שרה מלמד, דניאל כהן וד"ר גיל אמתי(צילום: מתוך מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

ואולם, בניגוד לתאי גופנו, חיידקים מתפקדים כיחידות עצמאיות ואינם יכולים לגייס לעזרתם תאים של המערכת החיסונית. לשם מה, אם כך, הם זקוקים ל-cGAMP? החוקרים שיערו כי גם בחיידקים יש למולקולה זו תפקיד הגנתי, והם מצאו לכך חיזוק כאשר איתרו את הגנים האחראים לייצור cGAMP ב"איי הגנה" – אזורים בגנום החיידקי שבהם נוטים להתקבץ יחד גנים הקשורים לפעילות חיסונית. על מנת לבדוק אם גנים אלה אכן קשורים בפעילות חיסונית, העבירו אותם החוקרים מחיידקים שבהם הם מופיעים באופן טבעי, לחיידקים נטולי מערכת זו (אי-קולי) והדביקו את החיידקים המהונדסים בפאג'ים. הם גילו שהמושבות של החיידקים המהונדסים צמחו היטב בצלחות המעבדה שלהם והפגינו עמידות בפני מגוון רחב של פאג'ים.

"גילינו כי, בדומה למנגנון חיסוני זה בבני אדם, המנגנון החיידקי חש בפלישת הנגיף, ואז מפעיל את ייצור ה-cGAMP", אומר פרופ' שורק. מנגנון זה מגן על החיידקים בכך שהוא גורם להם להתאבד לפני שהפאג'ים מצליחים לשכפל עצמם ולסכן את שאר המושבה. התאבדות אלטרואיסטית שכזאת נחשבה בעבר כנחלתם הבלעדית של יצורים רב-תאיים, אך כיום ידוע שהיא מופיעה גם ביצורים חד-תאיים רבים.

בעוד פרופ' שורק וצוותו חקרו מנגנון חיסוני קדום זה, קבוצת מחקר אחרת, באוניברסיטת הרווארד, גילתה שחיידקים יכולים לייצר מגוון מולקולות הדומות ל-cGAMP. כל המולקולות הללו מורכבות משילובים של נוקלאוטידים הקשורים זה לזה בתצורה מעגלית. קבוצת המחקר של פרופ' שורק מצאה כי גם מולקולות אלה הן חלק ממערכות אנטי-פאג'יות שפועלות באופן דומה ל-cGAMP.

החוקרים מיפו את הגרסאות השונות של מערכות נוקליאוטידים מעגליות(צילום: מתוך מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

"כל מערכות הנוקליאוטידים המעגליות הללו הן ככל הנראה מערכות הגנה חיסונית. נראה שההבדלים ביניהן טמונים בשיטת ההתאבדות המועדפת: מערכת ה-cGAMP מחוררת את קרום התא, בעוד אחרת מבקעת את הדי-אן-אי של החיידק וכן הלאה", אומר פרופ' שורק ומוסיף: "מקורם של מנגנוני החיסון האוטונומיים בתאים שלנו הוא בתקופה שבה כל היצורים היו חד-תאיים ונטולי גרעין. כלומר האיקריוט הראשון – האורגניזם שבו הופיע לראשונה גרעין תא – כבר היה מצויד במנגנון אנטי-נגיפי זה, שהתפתח למנגנון החיסוני שאנו מכירים כיום בבני-אדם".

ממצאים אלה עשויים להיות רלוונטיים גם לבריאות האדם. הגרסה האנושית של מנגנון חיסוני זה מעורבת במחלות אוטואימוניות. "אנו יודעים כי פאג'ים מסוימים מצליחים להתחמק ממנגנון חיסוני זה. אם נצליח ללמוד מהם כיצד להשבית את התגובה החיסונית, ייתכן שנוכל להשתמש בתובנה זו כדי לטפל במחלות שבהם המערכת החיסונית תוקפת את הגוף עצמו במקום פולשים חיצוניים", אומר פרופ' שורק.