סדק במבצר החיידקים / קארל צימר

ביולוגים אבולוציוניים מנסים להילחם בחיידקים בדרך חדשה: הרס חיי החברה שלהם 

רולף קומרלי חוקר תרופות חדשות שיטפלו בזיהומים קטלניים. הוא מבלה את ימיו במעבדה עמוסה בצלחות פטרי ובבקבוקי חיידקים – בדיוק המקום שבו הייתם מצפים למצוא אותו. אבל קומרלי הגיע למעבדה הזאת באוניברסיטת ציריך בדרך מוזרה. כסטודנט לדוקטורט הוא בילה שנים במסעות באלפים השוויצריים כדי לחקור את חיי החברה של נמלים. רק לאחר שקיבל את תואר הדוקטור בביולוגיה אבולוציונית הוא הפנה את תשומת לבו לחיידקים.
המסלול מנמלים לאנטיביוטיקה אינו כה פתלתול כפי שאפשר לחשוב. במרוצת עשרות שנים חקרו מדענים כיצד התפתחה התנהגות שיתופית בחברות בעלי חיים כמו מושבות נמלים, שבהן פועלות עקרות מגדלות את ביצי מלכתן. ענף חדש במדע, המכונה לעתים “סוציומיקרוביולוגיה”, מעלה שחלק מן העקרונות השולטים בהתנהגות נמלים יכול להסביר הופעת חברות חיידקיות. כמו נמלים, גם חיידקים חיים בקהילות מורכבות, שבהן הם מתקשרים זה עם זה כדי לשתף פעולה לטובת הכלל. תובנה זו על האבולוציה החברתית של החיידקים מרמזת על אסטרטגיה חדשה להילחם בזיהומים: במקום לתקוף חיידקים יחידים, כפי שעושה האנטיביוטיקה המסורתית, מדענים בודקים את האפשרות לתקוף אוכלוסיות חיידקים שלמות.
ויש צורך כעת באסטרטגיות חדשות. חיידקים פיתחו עמידות נרחבת לאנטיביוטיקה, והרפואה נתונה במשבר. לדוגמה, המרכזים האמריקניים לבקרת מחלות ולמניעתן (CDC) מעריכים ש-23,000 אנשים מתים בארה”ב בכל שנה מזיהומים עמידים לאנטיביוטיקה. יש זנים של שחפת ומחוללי מחלה אחרים עמידים כמעט לכל תרופה. “זאת בעיה גדולה,” אומר אנתוני ס’ פַאוצ’י, מנהל המכון האמריקני לאלרגיה ולמחלות מידבקות. “ויש כל סיבה להאמין שהמצב רק יחמיר.”
התגובה הנפוצה על המשבר הייתה להאט את האבולוציה של העמידות ולמצוא תרופות חדשות כדי להחליף את הישנות שנחלשו. חיידקים מפתחים עמידות ללא הפוגה וימשיכו לעשות כן, אלא אם כן נמצא דרך שונה להילחם בהם. “בכל פעם שאנו מפתחים תרופה חדשה היא נכשלת,” אומר ג’ון פֶּפֶּר, ביולוג תיאורטי במכון האמריקני לסרטן. “וכך הפתרון הוא, ‘מהר! נפתח עוד אנטיביוטיקה!’ זה יעיל לכמה חודשים, אבל זה כבר לא טוב די הצורך.”

יכולתם של רבים מזני החיידקים המידבקים לגרום לנו לחלות תלויה בהתנהגות הכלל. סוציומיקרוביולוגים תרים אחר הזדמנויות להרוס את החברה החיידקית, למשל באמצעות פגיעה בתקשורת או חסימת המאמצים המשותפים של החיידקים לאסוף חומרי מזון. על פי התיאוריה האבולוציונית, ההתנהגות הקולקטיבית של החיידקים אמורה להיות מטרה משובחת לתרופות. התקפה על חיי החברה אינה, מן הסתם, חסינה לגמרי מפני האבולוציה. אך לכל הפחות היא עשויה להאט התפתחות עמידות במידה ניכרת.

סוציומיקרוביולוגים צריכים להתגבר על ספקנות רבה. אף שהם הציגו טיעונים תיאורטיים מפורטים וכמה תוצאות ניסוייות מבטיחות, יש חוקרים המפקפקים ביכולתן של תרופות שפותחו בהשראת האבולוציה לעצור את התפתחות העמידות. וחברות התרופות, שמתרחקות מפיתוח אנטיביוטיקה באופן כללי, עדיין אינן מוכנות לקדם תרופות כאלה לאורך כל תהליך האישור והשיווק.

ועדיין, סוציומיקרוביולוגים זוכים לתשומת לב. המכונים האמריקניים לבריאות (NIH) ניסחו תכניות למחקר של עמידות לאנטיביוטיקה, וחוקרים מעמידים את חיי החברה החיידקיים בעדיפות עליונה. אם התקוות יתגשמו, מחקרים אלו יצליחו להפוך את היחס בין רפואה ובין אבולוציה. האבולוציה, שבאופן מסורתי היא אויבת במלחמה כנגד חיידקים, תהפוך לידידה.

האבולוציה של עמידות לתרופות

משבר העמידות לאנטיביוטיקה התפתח זמן רב. כמה שנים אחרי שהתרופות האנטיביוטיות הראשונות נכנסו לשוק, באמצע המאה ה-20, כבר גילו רופאים כמה חיידקים שהיו עמידים להן. באותה העת לא היה ברור לגמרי מה קורה. היום, כמובן, מדענים יכולים לחקור את האבולוציה של עמידות על כל מרכיביה המולקולריים.
פניצילין, לדוגמה, הורג חיידקים באמצעות היקשרותו לחלבון שעוזר לחיידקים לבנות את דופן התא שלהם. ללא חלבון זה החיידקים דולפים ומתים. בכל אוכלוסיית חיידקים יש כמה המסוגלים להגן על עצמם מפני הפניצילין בזכות מוטציה שעברו. לדוגמה, לחיידקים יש משאבות השואבות כימיקלים רעילים אל מחוץ לחיידק. מוטציה עשויה להעניק לחיידק יכולת לייצר יותר משאבות וכך להיפטר מן הפניצילין במהירות ולאפשר לחלבונים שלו לייצר את דופן התא.
במצב רגיל מוטציות כאלה אינן מספקות יתרון אבולוציוני לחיידקים. אבל אם מטופל נוטל מנה של פניצילין כדי להילחם בזיהום, לפתע המשאבות הנוספות עשויות לספק יתרון אדיר. חיידקים ללא המשאבות העודפות מתים, ואילו אלה שעברו את המוטציה הזאת משיכים לשרוד. השורדים מתרבים ומגדילים את שיעורם באוכלוסייה. בדורות הבאים צאצאיהם, הנושאים את המוטציה המקורית, עשויים לפתח הגנות טובות אף יותר, לעתים באמצעות מעבר גנים מזני חיידקים אחרים.
במרוצת עשרות שנים פותחו תרופות חדשות בקצב מהיר דיו כדי להחליף את התרופות הישנות שכשלו. אבל כעת מתרוקנת צנרת התרופות. הוצאות הפיתוח של תרופות אנטיביוטיות חדשות נוגסות ברווחים, וחברות תרופות רבות נמלטו מעסקי האנטיביוטיקה והחלו להשקיע בתרופות רווחיות יותר לסרטן או לצהבת.
ככל שהמשבר העמיק, מדענים השתוקקו לאנטיביוטיקה שלא תתיישן. ולפעמים הם אכן גילו מה שנדמה היה כתרופה חסינת אבולוציה. ב-1987, למשל, גילה מיכאל זסלוף, אז ב-NIH, שבעורן של צפרדעים רפואיות יש רעל רב-עצמה כנגד חיידקים. זסלוף וחוקרים אחרים גילו עד מהרה שדו-חיים אינם יצרני הרעל היחידים. כמעט כל חיה שהם בחנו ייצרה חלבונים קטנים בעלי מטען חשמלי חיובי שיכולים להרוג חיידקים. קבוצת חלבונים זו כונתה בסופו של דבר פפטידים אנטי-מיקרוביאליים.
במאמרי סקירה ובחדשות טען זסלוף שאין זה סביר שחיידקים יפתחו עמידות כנגד התרופות. בעלי החיים, הוא אמר, משתמשים בפפטידים האנטי-מיקרוביאליים מאות מיליוני שנים, והחיידקים של ימינו עדיין רגישים להם. ב-2003 חזה גרהם בֶּל, ביולוג אבולוציוני באוניברסיטת מקגיל, שזסלוף יתבדה. פניצילין ותרופות רבות אחרות גם הן התגלו בטבע, אך הרפואה המודרנית מספקת אותן לחולים בריכוזים אדירים, ולכן היא יוצרת לחץ אבולוציוני חזק שגורם לעליית המוטציות לעמידות. מרגע שרופאים יחלו לתת לחולים כדורים עמוסים בפפטידים אנטי-מיקרוביאליים, ההיסטוריה תחזור על עצמה.
זסלוף הציב לבֶּל אתגר, לבחון אם חיידקים יפתחו עמידות לפֶּקסיגַנַן, אחד הפפטידים הנחקרים ביותר שלו. בֶּל וגבּריאל פֶּרוֹן, שהיה אז סטודנט שלו לדוקטורט, גידלו חיידקי אי קולי וחשפו אותם למינון נמוך של פֶּקסיגַנַן. אחר כך הם לקחו כמה מן החיידקים ששרדו, התחילו בעזרתם מושבה חדשה וחשפו אותה למינון גבוה יותר של התרופה. הם הגדילו את המינון במשך כמה שבועות וראו כיצד מתפתחים חיידקים עמידים לגמרי לפֶּקסיגַנַן, בדיוק כפי שחזה בֶּל.
זסלוף הודה מיד שבֶּל צדק. הניסוי גרם לו להיות זהיר הרבה יותר לגבי הפפטידים האנטי-מיקרוביאליים. “אם משהו כזה יכול להתרחש במבחנה, סביר מאוד שהוא יקרה גם בעולם האמיתי,” אמר זסלוף לכתב העת נייצ’ר.
כיום איננו יודעים בוודאות אם אכן הדבר נכון ולא נדע, אלא אם כן פפטידים אנטי-מיקרוביאליים יאושרו לבסוף לשימוש. כרגע חברות התרופות עורכות כמה ניסויים קליניים, אבל 28 שנים אחרי שהתגלו אף לא פפטיד אנטי-מיקרוביאלי אחד אושר לטיפול בזיהומים. הם קרבנות של צנרת תרופות אטית.

שיתוף פעולה בין חיידקים

צ’רלס דרווין לא היה יכול לדעת שחיידקים יהיו אחת הדוגמאות המוצלחות ביותר לתיאוריית הברירה הטבעית שלו. הוא ומדענים אחרים בני זמנו ידעו מעט מאוד על האופן שבו חיידקים גדלים. ב-1859, כשהציג את התיאוריה שלו בספרו “על מוצא המינים”, הוא לא כתב על חיידקים אלא על תכונות שהיו מוכרות בתקופה הוויקטוריאנית, כמו פרוות יונקים וצבעי נוצות.
דרווין כתב גם על מאפיינים טבעיים נפוצים שגרמו לו תחילה לחשוש שהרעיון שלו שגוי. אחד מהם היה שבמיני נמלים רבים הפועלות עקרות. על פי התיאוריה של דרווין, הברירה הטבעית נובעת מן התחרות בין פרטים על הישרדות ורבייה. אבל נמלים פועלות, שאינן מתרבות בעצמן, כאילו נשרו לגמרי מן התחרות. נראה שעצם קיומן, כתב דרווין, “קטלני עבור התיאוריה שלי כולה.”
דרווין חשד שהפתרון לפרדוקס הנמלים הפועלות טמון בקשרי משפחה. מושבת נמלים אינה אוסף אקראי של זרים. היא יותר כמו משפחה מורחבת. נמלים בעלות קשרים גנטיים יכולות ליצור יחדיו יותר צאצאים מאלו שהיו נוצרים מניסיונות של כל נמלה להתרבות בכוחות עצמה.
רעיונותיו של דרווין על שיתוף פעולה היו מקור השראה לדורות של ביולוגים אבולוציוניים שהמשיכו לחקור אותם. באופן זה התחיל קומרלי את דרכו המדעית. לדוגמה, הוא קבע את רצף הדנ”א של נמלים בקנים שונים כדי לראות איך הקרבה הגנטית משפיעה על התנהגותן זו כלפי זו. המחקר היה מרתק אבל אטי ובעל היקף מוגבל. כשקומרלי התקרב לסיום הדוקטורט שלו, הוא הכיר כמה ביולוגים אבולוציוניים שעברו ממחקר של חיות סוציאליות לחיידקים סוציאליים.
המילים “סוציאלי” ו”חיידק” אולי אינן כרוכות זו בזו במוחם של מרבית האנשים, אך מתברר שחיידקים חיים בקהילות אינטימיות הרוחשות תקשורת ושיתוף פעולה. קחו לדוגמה את החיידק פְּסוֹידוֹמוֹנַס אֶרוּגינוֹזה, זן שיכול לגרום לדלקת ריאות חמורה. כשחיידק אחד כזה פולש לפונדקאי, הוא משגר מולקולות איתות. בני מינו יכולים לקלוט אותות אלו בעזרת קולטנים מיוחדים. שיגור מולקולות אלו וקליטתן הם דרכם של החיידקים לומר, “אני פה. יש פה עוד מישהו כמוני?”
אם החיידקים חשים שיש סביבם די חברים, הם מתחילים לשתף פעולה בבניית מחסה. הם מרססים החוצה מולקולות דביקות שמייצרות מעין מחצלת שמשובצים בה החיידקים. משטח זה, המכונה ביו-פילם, יכול להידבק לדופנות הריאות או לאיברים אחרים. עמוק בתוך המשטח החיידקים מוגנים מפני מתקפה של תאי מערכת החיסון.
חיידקי פְּסוֹידוֹמוֹנַס גם משתפים פעולה באיסוף חומרי מזון. חיידקים אינם יכולים לגדול ללא ברזל, למשל, אבל בגוף האדם קשה למצוא ברזל חופשי, משום שהתאים חוטפים אותו ולוכדים אותו בתוך הֶמוֹגְלוֹבּין ומולקולות אחרות. כדי לקבל אספקת ברזל כל חיידק משחרר מולקולות הקרויות סידרופורים (siderophores) המסוגלות לחטוף אטומי ברזל מן המולקולות שלנו. “למעשה [החיידקים] גונבים ברזל,” אומר סם בראון, ביולוג אבולוציוני באוניברסיטת אדינבורו. כעת הם יכולים לספוג את הסידרופורים נושאי הברזל ולהשתמש בברזל כדי לגדול.
מדובר בשיתוף פעולה מעמיק, משום שכל סידרופור שסופג חיידק כלשהו הופק ככל הנראה בידי אחד ממיליוני שכניו. “תא אחד משלם מחיר לתועלת המושבה כולה, לא רק לתועלתו האישית,” אומר פפר מן המכון האמריקני לסרטן. תיאורטיקנים אבולוציוניים מכנים מולקולות כאלה בשם סחורה ציבורית מפני שהן מועילות לציבור הרחב, במקרה זה קהילת החיידקים. הן ההפך מסחורה פרטית, המספקת תועלת רק לחיידק המייצר אותה. סחורה ציבורית מייצגת פרדוקס דרוויני, משום שבאופן עקרוני הברירה הטבעית אמורה למחות אותה. חיידקים שמוטציה שיבשה את יכולתם לייצר בעצמם סחורה ציבורית יכולים להשתמש בזו שמייצרים אחרים. חוסר שוויון זה אמור לגרום ליתרון אבולוציוני לחיידקים הנצלנים. חיידק שאינו מייצר סידרופורים יכול לקבל ברזל בלי לשלם את עלות ייצורם. הוא אמור להתרבות מהר יותר מחיידקים שיתופיים ולהפוך לנפוץ יותר. ובכל זאת החיידקים השיתופיים הם הנפוצים בזנים כמו פ’ אֶרוּגינוֹזה, לא הנצלנים.
בעשור הראשון של שנות ה-2000 החלה קבוצה קטנה של ביולוגים אבולוציוניים לתת את הדעת על שאלות מסקרנות אלו בחיי החברה של החיידקים. אוניברסיטת אדינבורו התבלטה כמרכז מוביל לסוציומיקרוביולוגיה, ולכן קומרלי פנה לשם ב-2007. אבל הוא לא עסק מיד בניסויים. שנים של חקר נמלים לא הכינו אותו לעבודה הקשה הכרוכה במיקרוביולוגיה. קומרלי וסוציומיקרוביולוגים מתלמדים אחרים היו צריכים להשתלם בשיטות המיקרוביולוגיה. הם למדו איך לגדל חיידקים, איך למנוע מן התרביות להזדהם, איך לשנות את הגנים החיידקיים ואיך לנהל ניסויים. “הייתי זקוק לכמה שנים כדי ללמוד את כל השיטות,” אומר קומרלי. “ולפעמים המיקרוביולוגים הקלאסיים לא לקחו אותנו ברצינות.”
בסופו של דבר הם קיבלו תוצאות. הם החלו לחשוף תחבולות שבעזרתן החיידקים השיתופיים מונעים מן הנצלנים להתרבות. למשל, במחקר משותף עם בראון גילה קומרלי שחיידקי פְּסוֹידוֹמוֹנַס אינם מייצרים זרם רציף של סידרופורים, אלא משחררים אותם בפרץ פתאומי. מרגע שהחיידקים משחררים את הסידרופורים, הם יכולים למחזר את המולקולות. הם סופגים סידרופורים עמוסי ברזל, מסירים את אטומי הברזל ואז יורקים את הסידרופורים שוב החוצה. הודות לעמידות הסידרופורים, החיידקים אינם צריכים להשקיע אנרגיה רבה בייצור סידרופורים חדשים שיחליפו את הישנים. המִחזור מפחית את עלות השיתופיות. הוא גם מפחית את התועלת שבנצלנות.
ככל שהסוציומיקרוביולוגים למדו את האבולוציה החברתית של חיידקים, הם תהו אם יוכלו ליישם את התובנות שלהם באופן מעשי: מציאת תרופות חדשות כדי להילחם בזיהומים.

נקודת המפנה

מבחינתו של הביולוג האבולוציוני כל התרופות האנטיביוטיות המשמשות אותנו זהות. כולן תוקפות את הסחורה הפרטית של החיידקים. אם חיידק עובר מוטציה כדי להגן על הסחורה הפרטית שלו, הוא ינצח בתחרות מול החיידקים הרגילים. הסוציומיקרוביולוגיה מצביעה על מטרה אחרת לצורך עצירת זיהומים. “במקום לתקוף תאים יחידים, צריך לתקוף את הסחורה הציבורית שלהם,” אומר פפר. התיאוריה האבולוציונית חוזה שחיידקים יתקשו לפתח עמידות לתרופות התוקפות את הסחורה הציבורית. תארו לעצמכם, למשל, שחוקרים יפתחו תרופה התוקפת סידרופורים. התוצאה תהיה שחיידקים ירעבו לברזל.
כעת תארו לעצמכם שחיידק עובר מוטציה שמגנה על הסידרופורים שלו מן התרופה. לא יהיה לו שום יתרון. חיידקים משחררים את כל הסידרופורים שלהם באופן שיתופי אל תוך הפונדקאי, ובו המולקולות מתערבבות. כשחיידק סופג סידרופור נושא ברזל, רוב הסיכויים שהוא אינו הסידרופור שלו. לפיכך מוטנטים לא יוכלו להתרבות על חשבון חבריהם.
סוציומיקרוביולוגים פיתחו לראשונה את הטיעון הזה באופן מופשט בעזרת משוואות מתמטיות והדמיות מחשב. “אנחנו מפתחים את כל התיאוריות האלה ואומרים, תראו, זה אמור לעבוד אם רק ננסה את זה,” אומר פפר. “אבל כל המאמץ יהיה לשווא אם איש לא ינסה.” וניסויים כאלה אכן נערכים כעת. לאחרונה, למשל, בדקו קומרלי, בראון ועמיתיהם תרופה התוקפת סידרופורים. מחקרים קודמים העלו שסידרופורים המיוצרים בידי פְּסוֹידוֹמוֹנַס לוכדים את המתכת גַליוּם באותה קלות שבה הם לוכדים ברזל. החוקרים תהו אם אפשר להשתמש בגַליוּם כתרופה שתמנע מן החיידקים ברזל.
כדי לבדוק זאת הם ערכו ניסוי בזחלים. הם הדביקו את החרקים בפְּסוֹידוֹמוֹנַס. כמה מן הזחלים טופלו בגַליוּם ואחרים הושארו ללא טיפול כזה. כל הזחלים שטופלו בגַליוּם החלימו בניגוד לאחרים, שבהם הזיהום התפשט וקטל את כולם. לאחר שהראו שגַליוּם יכול לשמש תרופה אנטי-חיידקית, ערכו המדענים ניסוי נוסף כדי לבדוק אם החיידקים יכולים לפתח עמידות לתרופה. על פי השיקולים התיאורטיים, הם אינם אמורים לפתח עמידות. “היינו מודאגים כשערכנו את הניסוי האבולוציוני,” אומר קומרלי. הוא ועמיתיו ידעו היטב שתרופות מבטיחות אחרות נכנעו לכוחה של האבולוציה. “פשוט קיווינו שהאבולוציה לא תצוץ,” הוא מוסיף.
לצורך הניסוי החדש שלהם גידלו המדענים פְּסוֹידוֹמוֹנַס בנוזל תרבית שהכיל ברזל. אבל הברזל היה לכוד במולקולות שהחיידקים אינם יכולים לספוג. כדי לשרוד הם נזקקו לסידרופורים שלהם, שיחלצו את הברזל מן המולקולות. באחד הניסויים חשפו המדענים את החיידקים לאנטיביוטיקה רגילה. תחילה עיכבו התרופות את גדילת החיידקים, אבל לאחר 12 ימי חשיפה נעשו החיידקים עמידים לגמרי לאנטיביוטיקה.
אחרי כן הם ערכו שוב את הניסוי, והפעם חשפו את החיידקים לגַליוּם במקום לאנטיביוטיקה רגילה. הגַליוּם האט את גדילת החיידקים במידה ניכרת. לאחר 12 ימים היו החיידקים רגישים לגַליוּם בדיוק כבתחילה. הניסוי עמד בתחזיות של הסוציומיקרוביולוגים. תרופה המתמקדת בסחורה הציבורית מנעה מן החיידקים לפתח עמידות.
פפר, שלא היה מעורב בניסויים, סבור שניסוי הגַליוּם הוא הצלחה עקרונית לסוציומיקרוביולוגיה. “אני חושב שזה בדיוק מה שנדרש בתור הצעד הבא,” הוא אומר. “אני מקווה שזו תהיה נקודת מפנה בשבילנו.” קומרלי מקווה שמדענים אחרים יתחילו לבחון גַליוּם בעכברים ואולי, בעוד כמה שנים, בבני אדם. ניסויים כאלה יהיו קלים יחסית לביצוע כי גַליוּם כבר נבחן בבני אדם ביסודיות לצורך כמה טיפולים רפואיים.

תרופות פוטנציאליות

סידרופורים הם רק דוגמה אחת לסחורה ציבורית העשויה לשמש יעד לתרופות. יש חיידקים, למשל, הגורמים לנו לחלות באמצעות שחרור רעלנים. אך הם עושים זאת רק כשהאוכלוסייה שלהם גדולה דיה כדי לשגר מנת רעל יעילה. אז הם משחררים רעלנים שגורמים לתאים שלנו להתפוצץ וניזונים מתכולתם. תרופות שיכולות לנטרל את הרעלנים עשויות להפוך את החיידקים לחסרי אונים אפילו בלי להשמיד אותם.
חוקרים אחרים בוחנים את האותות שחיידקים שולחים זה לזה. הם מגלים מולקולות שיכולות לפגוע בתקשורת במגוון דרכים, כמו למשל חסימת הקולטנים שבדרך כלל מגיבים על האותות המולקולריים. אם חיידקים לא יוכלו לתקשר זה עם זה, הם לא יוכלו לשתף פעולה.
לתרופות אנטי-חברתיות עשוי להיות יתרון נוסף על פני אנטיביוטיקה רגילה: במקום להרוג בבת אחת סוגים רבים של חיידקים, הן יוכלו, אולי, להתמקד יותר בחיידקי המטרה משום שסחורה ציבורית המיוצרת בידי זן אחד מועילה בדרך כלל רק לזן זה. על כן תרופות אנטי-חברתיות אינן אמורות להרוג את החיידקים הטובים עם הרעים.
ואולם, אף שגישה זו נראית מבטיחה, יש מדענים המפקפקים בכך שתרופות אנטי-חברתיות לא יעוררו עמידות. תומס ווד מאוניברסיטת פנסילבניה ועמיתיו חוקרים כמה מן התרכובות המבטיחות ביותר מסוג זה. והתוצאות שלהם גורמות להתפכחות. בניסוי של תרופה המפריעה לאיתות בין חיידקים, לדוגמה, הם גילו חיידקים שמוטציה אפשרה להם לגדול למרות התרופה. במילים אחרות, החיידקים פיתחו דרך לחיות ללא סחורה ציבורית. “אני לא מיואש,” אומר ווד. “אני פשוט חושב שקבוצת התרופות המסוימת הזאת אינה תרופת פלא.”
ייתכן שהתוצאות של ווד נובעות מכך שסחורות ציבוריות מסוימות אינן חיוניות באמת. על כן תרופות מבוססות אבולוציה יצטרכו להתמקד רק בחיוניות. גם אם תרופות אנטי-חברתיות רק יאטו את התפתחות העמידות, אומר פפר, הן יהיו התקדמות חשובה. “אנחנו מפסידים במרוץ, וחיים עומדים על כף המאזניים,” הוא מזהיר. “גם אם רק נשיג יתרון אל מול היריב, זה יציל נפשות רבות.”

בקיצור
חוקרים בתחום חדש הקרוי סוציומיקרוביולוגיה סבורים שהם גילו גישה חדשה להילחם בעמידות של חיידקים מחוללי מחלות לאנטיביוטיקה. הם רוצים להפריע לתהליכים המאפשרים לחיידקים לתקשר ולשתף פעולה זה עם זה.
תיאוריית האבולוציה חוזה שיהיה קשה לחיידקים לפתח עמידות כנגד תרופות “אנטי-חברתיות” אלו. אך לא כולם משוכנעים שגישה חדשה זו לפיתוח אנטיביוטיקות תצליח.

על המחבר
קארל צימר (Zimmer) הוא בעל טור בניו יורק טיימס ומחברם של 13 ספרים, בהם “אבולוציה: להבין את החיים”. המאמר האחרון שלו בסיינטיפיק אמריקן התמקד בסלעים העתיקים ביותר על פני כדור הארץ.

סיפור מקרה

לקחי הביולוגיה האבולוציונית
חוקרים מקווים לפתח טיפולים אנטיביוטיים יעילים יותר באמצעות פגיעה בדרכים שבהן חיידקים שונים מתקשרים ומשתפים פעולה זה עם זה. באופן תיאורטי, גישה כזאת עשויה לעורר פחות עמידות, כי תאים יחידים לא ירוויחו משינוי דרך התגובה שלהם. למטה מתואר רעיון אחד, המתמקד במולקולה שחיידקי פְּסוֹידוֹמוֹנַס משתמשים בה כדי ללקט ברזל.

היעד: איסוף קבוצתי של חומרי מזון
חיידקי פְּסוֹידוֹמוֹנַס מייצרים מולקולות הקרויות סידרופוֹרים כדי לגנוב ברזל מן הפונדקאי שלהם, כפי שמתואר במסלול הכחול. כל סידרופור יכול להיות ממוחזר ולשמש חיידקים רבים, ובמובן זה הוא סחורה ציבורית ולא פרטית.

האסטרטגיה: לכלות את הסחורה המשותפת
המסלול הוורוד מתאר גישת טיפול בהשראת הסוציומיקרוביולוגיה: לפגוע בתועלת של הסחורה הציבורית. כאן גַליוּם חותר תחת יכולתם של הסידרופורים לספק ברזל לאוכלוסיית החיידקים. גם אם תא יחיד מפתח מוטציה מועילה בסידרופורים שלו הוא יגווע כי סביר להניח שישתמש בסידרופורים שייצרו חיידקים אחרים.

עוד בנושא
Hacking into Bacterial Biofilms: A New Therapeutic Challenge. Christophe Bordi and Sophie de Bentzmann in Annals of Intensive Care, Vol. 1, Article No. 19; June 13, 2011. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21906350
Gallium-Mediated Siderophore Quenching as an Evolutionarily Robust Antibacterial Treatment. Adin Ross-Gillespie et al. in Evolution, Medicine, and Public Health, Vol. 2014, No. 1, pages 18–29; 2014. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24480613

הכתבה התפרסמה באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל

עוד בנושא באתר הידען:

• חתן פרס נובל סידני אלטמן: “אפשר לחסל את עמידותם של חיידקים רבים לאנטיביוטיקה, חברות התרופות לא כל כך משתפות פעולה”
• המרכז לבקרה ומניעת מחלות בארה”ב: הגענו לסוף עידן האנטיביוטיקה
• פרופ’ עדה יונת: “חוסר הרצון של חברות התרופות לפתח אנטיביוטיות חדשות מסיבות כלכליות עלולה להחזיר אותנו עשרות שנים לאחור בכל הנוגע לתוחלת החיים”
• סוג חדש של אנטיביוטיקה יחסל חיידקים העמידים לתרופות הקיימות