סיקור מקיף

רמת המורכבות של מערכת החיסון לא בהכרח עלתה לאורך האבולוציה

פרופ' יהוא מורן מהאוניברסיטה העברית, ממובילי המחקר: "שושנות ים חיות ומשגשגות ב-600 מיליון השנים האחרונות למרות הנוכחות של ווירוסים רבים, אז כנראה שמערכת החיסון שלהם אפקטיבית. חיסרון אפשרי שאני יכול להציע הוא שלמערכות מורכבות יש מחיר מטבולי (אנרגטי) משמעותי". וגם: מה אפשר ללמוד מכך על המערכת החיסונית האנושית?

שושנת הים הכוכבנית Nematostella vectensis. צילום:  shutterstock
שושנת הים הכוכבנית Nematostella vectensis. צילום: shutterstock

נגיפים הם טפילים מוחלטים. הם חיים בתוכנו, המאכסנים שלהם, ומתרבים בתוך תאינו, כשהם מבזבזים את משאבינו ואף עלולים להרוג אותנו. למעשה, אין באפשרותם להתרבות מחוץ לגופנו או מחוץ לגופם של בעלי חיים כלשהם, משושנת ים ועד בן אדם. כך מתקיים לו מרוץ חימוש אבולוציוני, בין הנגיפים לבין המאכסנים שלהם, ובעטיו מערכות חיסון אנטי-ויראליות משתנות במהירות גבוהה. כתוצאה מכך, מערכת החיסון של חולייתנים כדוגמת דגים, עכברים ובני אדם, שונה מאוד מזו של תולעים וחרקים לדוגמה. במעבדתו של פרופ' יהוא מורן מהמחלקה לאקולוגיה, אבולוציה והתנהגות שבאוניברסיטה העברית, בדקו החוקרות והחוקרים את השוני בין מערכת החיסון האנטי-ויראליות של החולייתנים, לבין זו של שושנת הים הכוכבנית Nematostella vectensis, בעל חיים השייך לקבוצה קדומה, שזמן הפיצול האבולוציוני שלה מחולייתנים קדום בהרבה מזה של התולעים והחרקים. שושנה זו היא מין של צורבן הניתן לגידול במעבדה וחוקרים יכולים להנדס אותו גנטית.

בעשור וחצי האחרונים, ריצופם של גנומים של בעלי חיים המייצגים קבוצות עתיקות של בעלי חיים כגון הצורבנים (שושנות ים, מדוזות, אלמוגים ועוד) חשף ממצא מפתיע – למרות שזמן הפיצול של הקבוצה מן החולייתנים קדום מזה של החרקים, הגנומים שלהם מציגים לעתים נקודות דמיון בלתי צפויות לגנומים של חולייתנים שאינן משותפות לחרקים ותולעים.

מורן יהוא | המכון למדעי החיים ע"ש אלכסנדר סילברמןפרופ' מורן ואנשי מעבדתו התמקדו במערכות הקיימות בתוך תאי השושנה ומאפשרות לתא הבודד להבחין בכך שהודבק בווירוס ולהגיב להדבקה. מערכות אלה עוצבו במהלך האבולוציה כך שיזהו מאפיינים של וירוס אשר אינם קיימים בתא בריא של המאכסן. מכיוון שמערכות אלה פועלות בצורה שונה ומשתמשות ברכיבים שונים בחולייתנים מול חסרי חוליות, ההנחה הייתה שבחיות פשוטות כמו שושנות ים המערכת תפעל כמו בתולעים או בזבובים. באופן בלתי צפוי, הראה מחקר חדש שהתפרסם בכתב העת המדעי Molecular Biology and Evolution של החברה לביולוגיה ואבולוציה מולקולרית, בהובלת קבוצת המחקר של פרופ' מורן, כי המערכת האנטי-ויראלית בשושנות ים מורכבת ביותר וכוללת גם רכיבים שקיימים בתולעים, אבל גם רכיבים שנחשבו עד עתה ייחודיים לחולייתנים, כשההנחה הרווחת הייתה שהם הופיעו רק בשלב מאוחר של האבולוציה.

הרכיבים ה"מודרניים" כוללים חלבונים רבים המשתתפים בתגובה התאית לאינטרפרון, מולקולה ייחודית לחולייתנים. האינטרפרון מופרש מן התא שהותקף על ידי הנגיף ומאותת למערכת החיסון על הפגיעה. כתוצאה מכך, תאים ייעודיים של מערכת החיסון נשלחים אל התא הפגוע על מנת לתקוף את הווירוס. למרות שלשושנת הים אין אינטרפרון, חלק מרכזי בתגובה האנטי-וויראלית שלה מזכיר את התגובה של חולייתנים למולקולה זו המנגנון המקביל אצל שושנת הים והחוקרים מאמינים שבעתיד הקרוב הם עשויים לגלות חלבון בשושנת הים המקביל לאינטרפרון מבחינת פעילות, וכנראה קדם לו באבולוציה.

החוקרים השתמשו בשיטות מתקדמות של ריצוף גנטי כדי לזהות איזה גנים מגיבים לסמנים הוויראליים, ובשיטות ביוכימיות על מנת לזהות קולטנים המשמשים את תאי השושנה בזיהוי וקשירת סמנים אלה. כמו כן, הם השתמשו בשיטות גנטיות על מנת למנוע את פעילות הקולטנים, דבר שהביא להפסקת התגובה האנטי-וויראלית והוכיח את מעורבות הקולטנים בזיהוי. תוצאות המחקר הצביעו על כך שבעלי חיים קדומים שחיו לפני 600 מיליון שנים, ושמהם התפתחו חסרי החוליות כגון שושנות הים, זבובים ותולעים וגם חולייתנים כמו הדגים והיונקים, השתמשו במערכת חיסון מורכבת. בנוסף לכך, המסקנה מהמחקר היא שכל אחת מקבוצות בעלי החיים, למעט הצורבנים, איבדה רכיבים שונים מהמערכת המורכבת הזו במהלך האבולוציה. זוהי דוגמא לכך שרמת המורכבות והתחכום של מערכת ביולוגית לא תמיד עולה לאורך האבולוציה, ולעיתים אובדן של רכיבים מתרחש עקב התמחות של המערכת באסטרטגיות הגנה אחרות המשתמשות ברכיבים אחרים.

מחיר אנרגטי גבוה

מהם החסרונות שנמצאו לגבי מערכת החיסון הקדומה הזאת? "שושנות ים חיות ומשגשגות בים ב-600 מיליון השנים האחרונות למרות הנוכחות של ווירוסים רבים, אז כנראה שמערכת החיסון שלהם אפקטיבית. חיסרון אפשרי שאני יכול להציע הוא שלמערכות מורכבות יש מחיר מטבולי (אנרגטי) משמעותי. כלומר תחזוקה של מערכת מורכבת עם הרבה רכיבים דורשת השקעה משמעותית של אנרגיה מבעל החיים. לעומת זאת כאשר מערכת 'מתמחה' ויש בה פחות רכיבים, היא 'זולה' יותר לתחזוקה. כלומר, דורשת השקעה של פחות אנרגיה" מסביר פרופ' מורן.

מעבר למחקר שהתפרסם, קבוצתו של פרופ' מורן מתכוונת להתחיל לחקור גם את הרכב המערכת האנטי-וויראלית של אלמוגים – בני דודים רחוקים של שושנת הים, שלהם חשיבות אקולוגית אדירה, ושבשנים האחרונות סובלים ממחלות קטלניות שמקורן פעמים רבות אינו ברור ועשוי להיות ווירוסים שעוד לא זוהו.

האם המחקר יכול להגיד משהו לגבי המערכת החיסונית האנושית? פרופ' מורן מדגיש כי מערכת החיסון של האדם איבדה רכיבים מסוימים שהיו קיימים באב הקדמון המשותף לנו ולשושנות הים. מצד שני, לבני האדם הייתה הרחבה והתמחות של חלקים מסוימים במערכת כמו האינטרפרון במערכת החיסונית (בני אדם הם יונקים ויונקים הם חלק מהחולייתנים). "אני מאמין כי מחקרי המשך יוכלו לעסוק בשאלת הקשר הזה, וללמד אותנו עוד על התפתחות המערכת החיסונית בבעלי חיים מהפרה-היסטוריה ועד היום", סיכם החוקר.

לפרסום המחקרי

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook
לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן