התפתחות עמידות לאנטיביוטיקה בחיידקים, המחוללים מחלות בבני אדם, בבעלי חיים ובצמחים מהווה אתגר גדול ברפואה, המצריך מחקר ופיתוח של אסטרטגיות חדשות לטיפול בחיידקים. עם השנים וההתפתחות האבולוציונית של החיידקים, הופך האתגר לקשה יותר ויותר. החיידקים מפתחים עמידות, כך שיעילות האנטיביוטיקה הולכת ונחלשת. בנוסף לכך, בחלק מהמדינות השימוש באנטיביוטיקה לצורך התמודדות עם מחלות בחקלאות נאסר והמרוץ אחר פתרונות חלופיים נמצא בעיצומו.
מחקר חדש, שיוצג השבוע בכנס מחקרי הגליל שיתקיים במכללה האקדמית תל-חי, מתמקד בגישה חדשנית, המבוססת על אנזימים מהונדסים אשר מצליחים לשבש את התקשורת הבין תאית בחיידקים ובכך למעשה מעכבים את התפתחות המחלה. בראש קבוצת מחקר זו, העוסקת בשימוש באבולוציה של אנזימים למטרות ביוטכנולוגיות וסביבתיות, במכון המחקר מיגל, עומדת ד"ר ליבנת אפריאט-ג'ורנו, המשמשת גם כמרצה בפקולטה למדעים במכללה האקדמית תל-חי.
"לאור הבעיה של התפתחות חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה, גובר הצורך במציאת פתרונות חדשים, ביניהם כאלו שלא מבוססים על מולקולות קטנות שהורגות חיידקים, כמו שאנטיביוטיקה הורגת", מסבירה ד"ר אפריאט–ג'ורנו. "אחד הפתרונות שאנו בוחנים בשנים האחרונות, מבוסס על שיבוש התקשורת הבין תאית שיש לחיידקים, מפני שמערכת זו מבקרת את יכולתם לגרום למחלה.
"ידוע שחיידקים חיים לרוב כאוכלוסיות ולא כפריטים בודדים. הם בעלי יכולת לזהות ולספור פריטים זהים באוכלוסייה ואף פריטים ממינים שונים, על ידי הפרשה וקליטה של מולקולות ספציפיות שנותנות מידע על צפיפות האוכלוסייה. ברגע שהאוכלוסייה הגיעה לסף מסוים, החיידקים מזהים זאת בזכות אותן מולקולות סיגנל, דבר המוביל לביטוי גנים, למשל כאלו המעורבים בגרימת מחלה לאדם או לצמח. המשמעות היא שחיידק מסוים לא ייצא ל'התקפה' אם יש מעט מדי פריטים ממנו, אלא רק אם הוא מזהה שיש לו אוכלוסיית חיידקים מספיק גדולה. מטרת המחקר הייתה להנדס אנזימים יציבים לתנאי סביבה שיודעים בצורה יעילה וממוקדת לפרק את מולקולות התקשורת המופרשות על ידי חיידקים, ובכך לשבש את התקשורת ביניהם כדי שלא יוכלו לספור את עצמם ולחולל את המחלה".
לדברי החוקרים אחת המחלות, שבה הפיתוח החדשני של האנזימים המהונדסים התגלה כיעיל במיוחד, היא מחלת החירכון הנגרמת על ידי חיידק בשם Erwinia amylovora. מחלה זו הינה המחלה הקשה ביותר בגידול האגס, ועשויה לתקוף גם עצי פרי אחרים כגון תפוח, שסק, עוזרר, ואגס בר. המחלה הגיעה לישראל ב-1985, כאשר בחלק מהשנים הנגיעות בחירכון הייתה זניחה, אך בשנים אחרות המחלה גרמה לנזקים משמעותיים עד כדי תמותת מטעים שלמים.
החוקרים הוסיפו כי במהלך השנים נראו שתי מגפות חירכון ארציות. הראשונה בין 1994 ל-1996 והשנייה ב-2010. בשני המקרים היה חשש אמיתי להמשך קיומו של ענף האגסים, וממשק המשלב שימוש באנטיביוטיקה (סטרנר) על פי מערכת תומכת החלטה, שפותחה על ידי פרופ' דני שטינברג ממכון וולקני, בשילוב עם תכשירי נחושת נתן את המענה להתמודדות מוצלחת עם המחלה. בשנה שעבר, הדגישו החוקרים, פסק הייצור העולמי של התכשיר סטרנר, מה שהשאיר את החקלאים עם סל תכשירים מצומצם המבוסס בעיקר על תכשירי נחושת. ההגנה מפני חדירת החיידק מתבצעת בעיקר בתקופת הפריחה, כאשר תכשירי נחושת ניתנים בתדירות יחסית גבוהה יותר על מנת להגן מפני אירועי הדבקה (כאשר הטמפרטורה והלחות מתאימים להתרבות החיידק). בדומה לתכשירים אנטיביוטיים, גם כנגד תכשירי נחושת ידועה התפתחות עמידות בחיידקים שונים, ועל כן מציאת טיפול חדשני כנגד המחלה קריטי להמשך ההתמודדות עימה.
ד"ר אפריאט-ג'ורנו וצוות מעבדתה החלו לבחון את השימוש באנזימים נגד מחלה במחקר זה שמומן על ידי קרן יק"א ומשרד החקלאות. צוות המעבדה אפיין אנזימים פעילים עם מולקולת התקשורת שהחיידק מפריש ולאחר מכן הנדס, על ידי שיטה שנקראת אבולוציה מכוונת במבחנה, אנזימים ספציפיים המשופרים ביכולת שלהם לשמור על פעילות גם בטמפרטורה גבוהה. מהאנזימים הללו יצרו החוקרים תמיסה אותה ריססו על התפרחת של האגס ובחנו את רמת ההגנה של האנזימים המהונדסים במטע בשיתוף עם ד"ר מרי דפני ילין ממו"פ צפון במיגל, שתציג אף היא את ממצאי המחקר בכנס מחקרי הגליל.
כמו כן בשיתוף עם ד"ר ליהי אדלר-אברמוביץ מאוניברסיטת תל אביב הוכנסו אנזימים אלו לננו-מבניים מבוססי פפטידים שהובילו להארכת חיי המדף של האנזימים, דבר מהותי לקראת יישום הפיתוח. במהלך המחקר נערכו שלושה ניסויים: בניסוי הראשון תמיסת האנזימים רוססה לפני ההדבקה המלאכותית בחיידק הגורם מחלה, בניסוי השני רוססה התמיסה יחד עם החיידק ובניסוי השלישי לאחר ההדבקה עם החיידק. החוקרים אמרו כי תוצאות המחקר גילו כי הטיפול האפקטיבי ביותר מתקבל כאשר הטיפול נעשה לפני ההדבקה בחיידק. נמצא כי רמת ההגנה עומדת על 70% בדומה לטיפול באנטיביוטיקה באותו ניסוי. על הפיתוח החדשני נרשמו שני פטנטים והמחקר פורסם בכתב העת המדעי: "American Chemical Society- Applied Materials and Interfaces".
לאחרונה, הוביל צוות המעבדה מחקר נוסף, בשיתוף פרופ' דב פרוסקי ושלומית דור, שמצאו כי אותו אנזים מהונדס, מסוגל גם לעכב התפתחות מחלה פטרייתית - פנצליום אקספנסום (Penicillium expansum), הגורמת לריקבון לאחר קטיף בתפוחים. הפטרייה גורמת לריקבון (העובש הכחול), ומהווה את אחד הגורמים המגבילים אחסון של פירות נשירים לאחר קטיף. האנזים המהונדס הצליח לעכב את התפתחות המחלה בכ-40% . מחקר זה פורסם לאחרונה בעיתון Journal of Fungi.
