במהלך האבולוציה פיתחו חיידקים מנגנוני הישרדות מרשימים, המאפשרים להם להתמודד עם איומים כמו חיידקים יריבים ונגיפים (פאג'ים) התוקפים אותם. בין הכלים שהחיידקים פיתחו ניתן למצוא מערכות הגנה מפני פאג'ים ואפילו מנגנוני התקפה הכוללים רעלנים המוזרקים לתוך חיידקים יריבים.
במחקר חדש, שפורסם בכתב העת Nature Microbiology, חוקרים מהמכללה האקדמית להנדסה בראודה בכרמיאל ומאוניברסיטת תל אביב חשפו מערכת גנטית ניידת בשם Gamma-Mobile-Trio (GMT). מערכת זו מכילה מידע גנטי שכולל מנגנוני הגנה והתקפה ויכולה לעבור בין חיידקים בסביבה.
3 צפייה בגלריה
חיידקי ויבריו גדלים על מצע סלקטיבי
חיידקי ויבריו גדלים על מצע סלקטיבי
חיידקי ויבריו גדלים על מצע סלקטיבי
(צילום: פרופ' דור סלומון)
מחברי המחקר, שנערך בהובלת ד"ר ערן בוסיס מהמחלקה להנדסת ביוטכנולוגיה במכללה האקדמית להנדסה בראודה בכרמיאל, פרופ' דור סלומון, פרופ' אודי קימרון, ד"ר טרידיב מהאטה וקטז'נה קנארק מהמחלקה למיקרוביולוגיה ואימונולוגיה קלינית בפקולטה למדעי הרפואה והבריאות באוניברסיטת תל אביב, גילו ארבע מערכות חדשות של הגנה מפני נגיפים בתוך מערכות ה-GMT שבדקו, בהן אחת שמכניסה את החיידק למצב "תרדמת" בעת התקפה נגיפית. בנוסף, הם אפיינו לראשונה מנגנונים המשלבים יכולות הגנה והתקפה, המספקים לחיידקים יתרון תחרותי מול יריביהם.
ההבנה כיצד מערכות אלה פועלות וכיצד הן נרכשות על ידי חיידקים בסביבה עשויה להוביל לפיתוח כלים חדשניים להתמודדות עם חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה, על ידי ניצול המנגנונים שלהם עצמם. אחד ההיבטים המעניינים שעלה במחקר הוא כיצד המידע הגנטי מועבר בין חיידקים - תהליך שמחזק את יכולותיהם לשרוד ולשגשג בתנאים עוינים.
"חיידקים רבים ידועים בכך שהם אוספים דנ"א מהסביבה, כשבתנאים מסוימים הדנ"א הזה משולב בגנום שלהם. לדוגמה, דנ"א יכול לעבור בין חיידקים באמצעות תהליך שקרוי 'קוניוגציה' - העברה אופקית של מידע גנטי במהלכה חיידק אחד מחדיר מולקולת דנ"א לחיידק שכן. מערכת GMT מנצלת את התהליך הזה כדי לעבור בין חיידקים ולשכפל את עצמה", מסביר ד"ר בוסיס, שבדק יחד עם עמיתיו למחקר את אופן ההפצה של המערכת הניידת בין חיידקים.
3 צפייה בגלריה
צוות המחקר (מימין לשמאל): פרופ' דור סלומון, הדוקטורנטית קטז'נה קנארק, ד"ר טרידיב מהאטה וד"ר ערן בוסיס
צוות המחקר (מימין לשמאל): פרופ' דור סלומון, הדוקטורנטית קטז'נה קנארק, ד"ר טרידיב מהאטה וד"ר ערן בוסיס
צוות המחקר (מימין לשמאל): פרופ' דור סלומון, הדוקטורנטית קטז'נה קנארק, ד"ר טרידיב מהאטה וד"ר ערן בוסיס
(צילום: שיר מאס)
פרופ' סלומון הוסיף: "גילינו שמערכות GMT נושאות בתוכן מטען גנטי ייחודי ומגוון שמעניק יתרון תחרותי לחיידקים שנושאים אותו, בהשוואה לחיידקים שלא נושאים את אותו מטען. זה נובע מכך שחיידקים שלא נושאים את המטען חסרים תכונות שיאפשרו להם להתגונן מפני התקפות פאג'ים אשר הורגים אותם, וחסרים כלים התקפיים שיאפשרו להם לנטרל חיידקים מתחרים".
ממצאי המחקר רלוונטיים במיוחד לאור התחממות האוקיינוסים, שמובילה לעלייה משמעותית בתפוצה ומספר בזיהומים שנגרמים על ידי חיידקים ממשפחת 'ויבריו' (Vibrio). החיידקים האלימים הללו, שכוללים כמה עשרות מינים (ביניהם חיידק ויבריו כולרה אשר גורם למחלת הכולרה בבני אדם, וחיידק ויבריו וולניפיקוס שנחשב לחיידק טורף) הנפוצים כעת במקומות חדשים נוכח ההתחממות הגלובלית (כמו למשל צפון ארה"ב, קנדה וצפון אירופה), חולקים מידע גנטי המסייע להם להתאים את עצמם לתנאי סביבה חדשים ולגרום למחלות בבני אדם.
3 צפייה בגלריה
מעקב אחר הכניסה של מערכת GMT לתוך הגנום של החיידק - הכניסה של מערכת GMT לתוך הגנום גורמת להיעלמות של הצבע הירוק שנובע מביטוי של חלבון פלואורסנטי
מעקב אחר הכניסה של מערכת GMT לתוך הגנום של החיידק - הכניסה של מערכת GMT לתוך הגנום גורמת להיעלמות של הצבע הירוק שנובע מביטוי של חלבון פלואורסנטי
מעקב אחר הכניסה של מערכת GMT לתוך הגנום של החיידק - הכניסה של מערכת GMT לתוך הגנום גורמת להיעלמות של הצבע הירוק שנובע מביטוי של חלבון פלואורסנטי
(צילום: פרופ' דור סלומון)
במחקר הנוכחי, התגלה כי מערכות GMT נפוצות בחיידקי ויבריו, ובמחקר מקביל שערכו החוקרים ועדיין לא פורסם נמצא כי מערכות אלו נפוצות אף בחיידקי ויבריו הנמצאים בחופי הארץ. "החיידקים הללו מצויים לרוב במי האוקיינוס המלוחים, כמו גם בכל חופי ישראל (בעיקר בחודשי הקיץ החמים), כך שכל מי שנכנס למי הים נחשף אליהם. הם עלולים לגרום למחלות לא רק בקרב יצורים ימיים - דוגמת אלמוגים - אלא גם בקרב בני אדם, בדמות זיהומים בעור, קלקולי קיבה ודלקות אוזניים", אומר פרופ' סלומון.
המחקר מדגיש את החשיבות של חקר מערכות גנטיות שמועברות בין חיידקים, כמו GMT, להבנת האופן שבו חיידקים מתמודדים עם אתגרי סביבתם, ומציע אפשרויות לרתום את המידע הזה לטובת רפואה מתקדמת ולחקר הפתוגנים בעידן של שינויי אקלים. "ככל ששינויי האקלים יחריפו ויובילו להתחממות האוקיינוסים, כך תגדל אוכלוסייתם של חיידקי ויבריו. הדבר עלול להוביל לתחלואה ולנזקים רבים יותר בקרב יצורים ימיים ובני אדם כאחד. אנו שואפים לרתום את הידע הזה לטובת פיתוח של טיפולים חדשניים ואנטיביוטיקות אלטרנטיביות", מסכם ד"ר בוסיס.