החוקרים פיתחו שיטה יעילה להחדרת DNA לחיידקים, ובכללם חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה ואלימים. הפיתוח החדש ייעל את המאבק בחיידקים מחוללי מחלות ואף עשוי לעצב מחדש אוכלוסיות חיידקים המצויות בטבע ובגוף האדם.
חוקרים באוניברסיטת תל אביב פיתחו טכנולוגיה פורצת דרך להרחבת טווח פעולתם של בקטריופאג’ים – נגיפים המשמשים כלי עיקרי להחדרת DNA חדש לתוך חיידקים מחוללי מחלות, במטרה לנטרל את פעילותם האלימה. הפיתוח החדש מאפשר למדענים להתאים סוג אחד של בקטריופאג’ למגוון רחב של חיידקים. בכך הוא עשוי לייעל ולהאיץ משמעותית תהליכי פיתוח של תרופות פוטנציאליות המתבססות על הזרקת DNA לחיידקים.
את המחקר הובילו החוקרים: ד”ר עידו יוסף, ד”ר מורן גורן, רע גלובוס, שחר מולצ’נסקי, ופרופ’ אודי קימרון מאוניברסיטת תל אביב. המחקר התפרסם בכתב העת המדעי היוקרתי Molecular Cell ביוני 2017 ואף הוצג בדף השער שלו.
“בשנים האחרונות מגייס המדע את יכולות ההנדסה הגנטית כדי להילחם בחיידקים מחוללי מחלות, ביניהם חיידקים שפיתחו עמידות לאנטיביוטיקה, וחזרו להיות אלימים ומסוכנים,” מסביר מוביל המחקר, פרופ’ אודי קימרון מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת תל אביב.
“אחת השיטות העיקריות שאנו מפתחים היא שינוי תכונות החיידקים על ידי שינוי ה-DNA שלהם. בדרך זו אנחנו יכולים להעניק לחיידק תכונות שנבחרו על ידנו, ולנטרל תכונות שמזיקות לאדם – כמו יצירת רעלנים, גרימת מחלות, ועמידות לאנטיביוטיקה.”
כדי להחדיר DNA חדש לתוך החיידקים נעזרים החוקרים לעתים קרובות באויביהם הטבעיים של החיידקים – נגיפים הקרויים בקטריופאג’ים, בעלי ‘ניסיון’ של מיליארדי שנות אבולוציה בחדירה לחיידקים. אך לדברי פרופ’ קימרון, “ההליך נתקל עד היום בחסם משמעותי: כל בקטריופאג’ תוקף באופן ייחודי מספר מצומצם מאוד של סוגי חיידקים. במילים אחרות: כדי להחדיר DNA לחיידק מסוים חייבים החוקרים להשתמש בבקטריופאג’ המסוים המותאם לו, דבר המקשה על המחקר, ומצמצם במידה רבה את האפשרויות. אנחנו פיתחנו דרך להרחיב משמעותית את טווח החיידקים המארחים, שהבקטריופאג’ יכול להזריק להם את ה-DNA הרצוי.”
סלקציה אבולוציונית
בשלב הראשון הנדסו החוקרים בקטריופאג’ים שהתאימו למטרותיהם. “כל בקטריופאג’ מורכב מראש וזנב,” מסביר פרופ’ קימרון. “הראש מכיל חומר גנטי, והזנב מתביית ומתחבר אל חיידק היעד, ומזריק לתוכו את החומר הגנטי. באמצעים של הנדסה גנטית הצלחנו לשנות את הבקטריופאג’ים מראש ועד זנב. החדרנו לראש את ה-DNA הרצוי לנו – לדוגמה DNA שיגביר את רגישותו של החיידק לאנטיביוטיקה; וחיברנו לכל ראש את הזנב הנכון, שמתחבר לחיידק הנכון.” כהוכחה לפוטנציאל הגלום בהליך החדשני, הכלאות אלה, יצרו החוקרים בקטריופאג’ שמסוגל להזריק את ה-DNA הנבחר לעשרה מינים שונים של חיידקים.
בחלקו השני של המחקר ביקשו החוקרים להעצים את יכולתם של בקטריופאג’ים להעביר DNA לחיידק הנבחר. “נקטנו בשיטה של אבולוציה מואצת בתנאי מעבדה,” אומר פרופ’ קימרון. “התמקדנו בבקטריופאג’ים שאמנם מעבירים DNA לחיידק, אך ביעילות נמוכה מאוד. במבחנה הפגשנו בין החיידק לבין מיליארדי בקטריופאג’ים בעלי זנבות שונים, ורק אלה שזנבם התאים לחיידק הצליחו להחדיר את ה-DNA. כך נוצרה סלקציה אבולוציונית לטובת הזנבות הללו. כעבור מספר רב של מחזורי סלקציה, יכולנו לייצר בקטריופאג’ים בעלי זנבות שמזריקים DNA לאותו חיידק ביעילות גבוהה.”
מסכם פרופ’ קימרון: “שינוי ה- DNAשל חיידקים מחוללי מחלות בעזרת בקטריופאג’ים הוא טכנולוגיה מבטיחה במאבק המתמשך למיגורן של מחלות רבות. בין היתר עשויה הטכנולוגיה לסייע בהשבת הרגישות לאנטיביוטיקה בחיידקים שפיתחו עמידות לתרופות נפוצות. אנחנו מאמינים שהפיתוח שלנו יתרום תרומה משמעותית להתקדמות המחקר בכיוון זה, ועשוי בעתיד לשמש בסיס לתרופות חדשניות.”
המחקר ממומן על ידי קרן מומנטום של חברת רמות, חברת המסחור של אוניברסיטת תל אביב, שהוקמה לצורך מימון מחקרים פורצי דרך. הפרויקט אותר לפני כשנתיים בשלב ראשוני וקיבל מימון בהיקף של כ-700 אלף דולר עד כה. מימון זה, שהינו נדיר בהיקפו באקלים האקדמי, איפשר את פיתוח המחקר לשלבים מתקדמים אלו.
