המלחמה הקרה- מתחת לפני האוקיינוס השקט מתרחש מאבק איתנים בין חיידקים ונגיפים

קבוצת המחקר של פרופ’ דבי לינדל מהפקולטה לביולוגיה בטכניון יצאה לשלושה מסעות מהוואי צפונה ומיפתה את השינויים הדרמטיים החלים ביחסי נגיף-חיידק במרחבי האוקיינוס. עוד גילתה הקבוצה את ה”הוט ספוט” – מרחב השליטה הבלתי מעורער של הנגיפים התת-ימיים

השנתיים האחרונות הגבירו את המודעות האנושית לנזקיהם של נגיפים. ועדיין, לא רבים יודעים כי יש נגיפים שקורבנותיהם הם… חיידקים.

מחקר שערכו חוקרי הטכניון באוקיינוס השקט התמקד בחיידקי ציאנובקטריה ובנגיפים הימיים התוקפים אותם – ציאנופאג’ים. את המחקר הובילו חוקרי הפקולטה לביולוגיה פרופ’ דבי לינדל והפוסט-דוקטורנט ד”ר מייקל קרלסון.

לדברי פרופ’ לינדל, “נגיפים הם מרכיב חשוב בביוספרה של כדור הארץ והם מעצבים את שכיחות המיקרואורגניזמים, תפוצתם, שונותם והתפתחותם. לכן חשוב להבין את השפעתם של תנאי סביבה שונים הן על אוכלוסיות האורגניזמים והן על אוכלוסיות הנגיפים התוקפות אותם.” 

ציאנובקטריה הם חיידקים ימיים המבצעים פוטוסינתזה – בדומה לצמחים. חיידקים אלה יודעים לרתום את קרינת השמש לייצור חומרים אורגניים מהפחמן הדו-חמצני (CO₂) הזמין להם ללא הגבלה מתחת למים. פעילותם של חיידקים אלה משפיעה עלינו בהיבטים שונים, ואלה שניים מהם: ראשית, תוצר הלוואי של תהליך הפוטוסינתזה הוא חמצן, וחיידקים קדומים אלה מספקים לאטמוספרה חלק משמעותי מהחמצן המאפשר חיים על כדור הארץ. שנית, ציאנובקטריה הם חלק חשוב בתחתיתה של שרשרת המזון – הם נטרפים על ידי יצורים גדולים יותר וכך, בעקיפין, מזינים את שאר בעלי החיים הימיים, שמחלקם ניזון גם האדם.

אולם חיידקי הציאנובקטריה אינם מאוימים רק על ידי טורפים אלא גם על ידי ציאנופאג’ים – נגיפים ימיים המדביקים אותם ומביאים למותם. מנקודת הראות של הציאנובקטריה, ציאנופאג’ים הם אויבים מרושעים ומזיקים, אולם מנקודת ראות אקולוגית רחבה, לנגיפים אלה יש תפקיד חשוב בוויסות אוכלוסיית הציאנובקטריה.

וכעת – למחקר שנערך בטכניון. המחקר האמור, שהתפרסם כעת ב-Nature Microbiology, מבוסס על שיטות מולקולריות מקוריות שפיתחו חוקרי הטכניון – שיטות המאפשרות כימות של הציאנופאג’ים ואומדן של שיעור ההדבקה של חיידקים ימיים שונים על ידם. אלה הכלים שבאמצעותם מיפו החוקרים את תפוצתם של נגיפים וחיידקים אלה באזור הנתון באוקיינוס השקט.

כדי לאסוף את הנתונים ערכה קבוצת המחקר, בשלוש שנים רצופות, שלוש הפלגות מהוואי צפונה על פני שלושה אזורים:Subpolar gyre , Subtropical gyre ואזור החיץ שביניהם – בסך הכל 2,200 קילומטרים בצפון הים השקט. “ככל שמצפינים,” מסבירה פרופ’ לינדל, “נעשים המים קרים יותר, מלוחים פחות ועשירים יותר בניוטריינטים – חומרי תזונה – מה שמשפיע הן על הציאנובקטריה והן על הציאנופאג’ים. המחקר שלנו נועד לבדוק את השפעתם של שינויים מרחביים אלה על שני סוגים של ציאנובקרטיה – פרולורוקוקוס (להלן פ”ק), הנפוץ יותר בקרבת הוואי, וסינקוקוקוס (להלן ס”ק), הנפוץ יותר בצפון – ועל הציאנופאג’ים התוקפים אותם.”

החוקרים גילו רצועה ברוחב 550 קילומטרים שבין שני האזורים (gyres), המאופיינת בשכיחות גבוהה במיוחד של ציאנופאג’ים ליחידת נפח – לעתים עד פי 10 מבאזור הדרומי, הסובטרופי. לכן חיידקי הציאנובקטריה משגשגים דווקא באזורים דלי נוטריינטים. בנוסף גילו החוקרים כי ברצועה זו שאותה הם מכנים “הוט ספוט”, גוברת ההדבקה של ציאנובקטריה על ידי ציאנופאג’ים. רצועה זו יוצרת גבול ביולוגי בין אותם אזורים.

להפתעתם גילו החוקרים כי בשנת 2017 חל שינוי דרמטי בתפוצת הציאנובקטריה והציאנופאג’ים בהוט ספוט באוקיינוס השקט. חיידקי פ”ק, שהיוו בשנים קודמות כ-29% מסך הבקטריה באזור הזה, הידלדלו ל-5% בשנת 2017 ותפוצתם קטנה. חיידקי ס”ק, לעומת זאת, שגשגו ושכיחותם ותפוצתם גדלה יחסית לשנים הקודמות. “זה הפתיע אותנו וכמובן רצינו להבין את סיבת השינוי – הרי הטמפרטורה נשארה סבירה עבור שני הסוגים, לא נצפה מחסור בנוטריינטים וגם ריכוז העופרת, העשוי ברמה מסוימת להיות רעיל עבורם, לא הגיע לרמה כזו. ההשערה שלנו הייתה היא שגורם התמותה העיקרי באותו שנה היה ההדבקה הנגיפית – כלומר פעילות ציאנופאג’ית – שפגעה כמעט רק בסוג הראשון של החיידקים.”

החוקרים מצאו כי ב-2017 נרשמה ברצועת ההוט ספוט עליה משמעותית של כ-25% בשכיחות הציאנופאג’ים  – עלייה של חצי מיליון נגיפים למיליליטר, יחסית לשנים הקודמות – והם הדביקו הרבה יותר ציאנובקטריה. “זאת בהחלט הייתה שנה רעה לאוכלוסיית הפ”ק. להערכתנו, באותה תקופה חיסלו הנגיפים עשרות אחוזים מאוכלוסייה זו; עם זאת, מאחר שהסוג השני, ס”ק, גדל ומתחלק מהר יותר, הוא נפגע פחות מהנגיפים ולכן הצליח לשרוד טוב יותר, ואת הפגיעה העיקרית ספגה אוכלוסיית הפ”ק.” 

המחקר מראה אפוא כי ציאנופאג’ים עשויים לחולל שינוי דרמטי בגודל אוכלוסיית הציאנובקטריה ולתפוצתה הגיאוגרפית – שינוי שיש לו השלכות משמעותיות על האקוסיסטמה הימית.

המחקר נערך בהובלת פרופ’ לינדל וד”ר קרלסון עם חוקרים מאוניברסיטת וושינגטון ומאוניברסיטת הוואי. הוא נתמך על ידי מענק ERC (לפרופ’ לינדל) ומלגת קרן פולברייט (לד”ר קרלסון) וההפלגות התקיימו במסגרת SCOPE  ומומנו על ידיSimons Foundation .

למאמר בכתב העת  Nature Microbiology לחצו כאן

לתמונות לחצו כאן

1. פרופ’ דבי לינדל
2. ד”ר מייקל קרלסון
3. פרופ’ לינדל במעבדה באניה
4. מיכלי הדגימה
5. מיכלי הדגימה עולים מהמים
6. תרשים מדעי – שכיחות הציאנופאג’ים בצפון האוקיינוס השקט כפי שמופתה על ידי חוקרי הטכניון. הקו השחור מציג את מסלול השיט בשנים 2017-2016. השכיחות הגבוהה ביותר מיוצגת בצהוב (ההוט-ספוט) ואחריה בסדר יורד ירוק, סגול וכחול. 

כיתוב:

קרדיט: דוברות הטכניון