לנו יש מים וסבון, ולצמחים יש סאפונינים - חומרים מקציפים דמויי סבון המסייעים להם כנראה להילחם במזיקים באמצעות המסת הקרומים השומניים שלהם. סאפונינים ממקור צמחי משמשים בתעשייה למטרות שונות - מייצור מסורתי של שמפו וסבון ועד ייצור מודרני של תרופות, חיסונים ואפילו ממתיק דל קלוריות מתוק יותר פי 1,000 מאשר סוכר רגיל.
2 צפייה בגלריה
תא של Nicotiana benthamiana תחת מיקרוסקופ. משמאל: הרשתית התוך-פלזמית (מסומנת בירוק), במרכז: האנזים SOAP5 (מסומן באדום) ומימין – תמונה משולבת החושפת כי SOAP5 מצוי למרבה ההפתעה בתוך הרשתית התוך-פלזמית
(צילום: מתוך מסע הקסם המדעי - מכון ויצמן)
על-אף השימוש הרב בחומרים אלה, לא היה ידוע עד כה כיצד הם נוצרים. במחקר חדש חשפו מדעני מכון ויצמן למדע את שרשרת התגובות הביוכימיות האחראית לייצור סאפונינים בצמחים, וגילו שהיא כוללת מקרה מפתיע של "חטיפה" מולקולרית. המדענים אף רשמו הישג בתחום הביולוגיה הסינתטית: הם שחזרו את השרשרת בשלמותה באמצעות הנדסה גנטית ויצרו סאפונינים בצמח דמוי טבק ובשמרים. ממצאים אלה פותחים את הדלת בפני ייצור ביוכימי של סאפונינים יעילים לשימוש בתעשייה ובחקלאות.
החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר אדם ג'וזוויאק וחברים נוספים בקבוצתו של פרופ' אסף אהרוני מהמחלקה למדעי הצמח והסביבה יצאו לברר כיצד נוצרים סאפונינים בתרד, שהתגלה כעשיר בהם במיוחד. המדענים הפרידו בין סוגים שונים של סאפונינים והשתמשו בספקטרומטריית מאסות כדי למדוד את המאסה שלהם ולשער כיצד הם בנויים. בהמשך, בודדו המדענים חלק מהסאפונינים וחקרו את המבנה שלהם באמצעות תהודה מגנטית גרעינית, ובמקביל חקרו את דפוסי ביטוי הגנים המעורבים בייצורם.
הבדיקות העלו כי ייצור הסאפונינים מתרחש בעשרה שלבים עיקריים, שכל אחד מהם נשלט על-ידי אנזים אחר. המדענים כינו את משפחת האנזימים SOAP ומספרו אותם מ-1 עד 10. הם זיהו די מהר תשעה מבין העשרה, אך אנזים אחד, SOAP5, שתפקידו להצמיד למולקולת הסאפונין תג סוכר הקרוי חומצה גלוקורונית, נשאר זמן רב בגדר תעלומה. על-אף שתפקיד זה מבוצע בדרך כלל על-ידי משפחת אנזימים ספציפית, שום אנזים ממשפחה זו לא נשא בנטל בתרד.
פרופ' אהרוני שיער כי SOAP5 המסתורי עשוי להיות אנזים מסוג אחר לגמרי, והצביע על "חשוד" אפשרי השייך למשפחת אנזימים המעורבת בדרך כלל בייצור תאית ונמצאת לרוב בדופן התא, ולא ברשתית התוך-פלזמית - האברון שבו נוצרים הסאפונינים. השערה זו התבררה כנכונה, והמדענים אישרו את הממצא המפתיע לא רק בתרד, אלא גם בכמה צמחים נוספים המייצרים כמויות גדולות של סאפונינים, ובהם סויה, אלפלפה, ליקוריץ, סלק וקינואה.
2 צפייה בגלריה
מימין: ד״ר טלי שרף, פרופ׳ אסף אהרוני, ד״ר אדם ג'וזוויאק, ד״ר שאנטאן פנדה וד״ר פראשנט סונאוואן. מפריחים בועות
(צילום: מתוך מסע הקסם המדעי - מכון ויצמן)
"הופתענו מאוד לגלות כי בייצור סאפונינים מעורב אנזים השייך למשפחה ה'לא נכונה'", אומר ד"ר ג'וזוויאק וממחיש את גודל ההפתעה: "זה כמו לראות נגר דופק מסמר באמצעות מפתח שבדי". פרופ' אהרוני משער כי שימוש "חריג" זה באנזים מייצג מקרה של "חטיפה" מולקולרית: "כנראה במהלך האבולוציה של הצמחים, אנזים חיוני זה 'נחטף' כדי לתרום להפקת חומרים המגינים על הצמח".
"הממצאים שלנו עשויים לאפשר לראשונה ייצור תעשייתי בר-קיימא של סאפונינים סינתטיים – במקום להפיק אותם מצמחים ולדלדל את משאבי הטבע", מסכם ד"ר ג'וזוויאק. למעשה, מדעני המכון כבר הדגימו ייצור סאפונינים: הם הכניסו את כל עשרת הגנים האחראיים על הייצור לצמח דמוי טבק (Nicotiana benthamiana) וגרמו לו לייצר את אחד הסאפונינים של התרד, וכן גרמו לשמרים לייצר את מולקולת הסאפונין המשמשת תחליף סוכר מתוק במיוחד.
ממצאי המחקר עשויים לאפשר לא רק לייצר סאפונינים – אלא גם לבלום את ייצורם באמצעות נטרול הגן של אנזים אחד בלבד: SOAP5. בלימת ייצור הסאפונינים עשויה לסייע בסילוק הטעם המר המאפיין אותם – מרירות המחייבת שטיפה של הצמחים, כפי שיודע כל מי שבישל קינואה.
במחקר השתתפו ד"ר פראשנט סונאוואן, ד"ר שאנטאן פנדה ואפרת אלמקיס זיגל מהמחלקה למדעי הצמח והסביבה; ד"ר חסן מסאלחה מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא; ד"ר טלי שרף מהמחלקה לתשתיות למחקר כימי; ד"ר קונסטנטין גראגוניס ופרופ' קליופה פאפדופולו מאוניברסיטת תסאלי בלריסה שביוון וד"ר בקלה אבייבה.
