חוקרים מדווחים כי חיידק אדמה, המשתמש בלוחמה כימית כנגד המתחרים שלו, מפעיל מסלול כימי נדיר להפקת כלי-הנשק שלו –שימוש באנזים ייחודי המבצע מטלה שאף אנזים אחר לא מסוגל לה: השבירה של קשר פחמן-פחמן לא משופעל בשלב יחיד
חוקרים מדווחים כי חיידק אדמה, המשתמש בלוחמה כימית כנגד המתחרים שלו, מפעיל מסלול כימי נדיר להפקת כלי-הנשק שלו –שימוש באנזים ייחודי המבצע מטלה שאף אנזים אחר לא מסוגל לה: השבירה של קשר פחמן-פחמן לא משופעל בשלב יחיד. המחקר שלהם, המופיע החודש בכתב-העת המדעי Nature, מציג את המבנה התלת-מימדי הראשון של האנזים הידרוקסיאתילפוספונאט דיאוקסיגנאז (hydroxyethylphosphonate dioxygenase, HEPD) ומציע מנגנון לפעילותו.
חוקרים מאוניברסיטת אילינוי פרסמו לראשונה את קיומו של האנזים בשנת 2007 בכתב-העת Nature Chemical Biology, אומר Wilfred van der Donk, הכותב של שני המאמרים, יחדיו עם המיקרוביולוג William Metcalf.
“הצוות שלנו גילה את התגובה הכימית הבלתי-רגילה הזו,” אומר החוקר הראשי. “וככל שהמשכנו לחקור אותה כך היא הפכה לבלתי-רגילה יותר ויותר. האנזים הזה נדיר מאחר והוא מפרק קשר פחמן-פחמן ללא צורך בגורמים נוספים, למעט חמצן.”
המחקר חשוב מכיוון שאנזים זה מזרז שלב חיוני במסלול הכימי המייצר phosphinothricin (PT) – חומר ממקור חיידקי הנפוץ בחקלאות כקוטל-צמחים. תרכובת זו, המהווה את החומר הפעיל בשני קוטלי-העשבים הנמכרים ביותר בעולם כיום (Liberty ו- Basta), יעילה כאשר היא משולבת ביבולים טרנסגנים (שהונדסו גנטית) שאליהם הוכנס גן העמיד לחומר זה לתוככי הד.נ.א. שלהם. גן זה מגיע גם הוא מהחיידק המייצר את החומר הפעיל. הוא מאפשר לחיידק (השייך למשפחת ה- Streptomyces) לשחרר את החומר האנטיביוטי לשם קטילת המתחרים שלו מבלי לפגוע בעצמו. באופן דומה, תירס ויבולים נוספים המכילים את הגן העמיד לחומר זה מסוגלים לשרוד קוטלי-צמחים המכילים אותו ואשר מחסלים את העשבים השוטים בסביבתם.
הממצאים החדשים הינם חלק ממחקר מתמשך המבוצע באוניברסיטת אילינוי שנושאו פרודות טבעיות המכילות קשרי פחמן-זרחן. למרות מיעוט המידע לגביהם, פוספונאטים (המכילים את הקשר C-P) ופוספינאטים (המכילים את הקשר C-P-C) נפוצים כבר כיום בתחומי החקלאות והרפואה. קבוצת תרכובות אלו מכילה את קוטל הצמחייה glyphosate, את התרופה למחלת דלדול העצם alendronat, את התרופה כנגד מלריה fosmidomycin ואת חומרי האנטיביוטיקה fosfomycin, dehydrophos ו- plumbemycin.
אם כטבעיים ואם כסינתטיים, פוספונאטים ופוספינאטים דומים מבנית לתרכובות אחרות המשמשות את האנזימים בטבע. לעיתים הם נקשרים לאותם האנזימים ומשום כך הם מסוגלים להפעיל תהליכים תאיים רגילים בחיידקים ובאורגניזמים נוספים. עובדות אלו הופכות אותם למועמדים טובים לפיתוחם של חומרי-אנטיביוטיקה חדישים, אמר החוקר הראשי. הבנת הפקתם של חומרים אלו ע”י החיידקים תוכל לסייע לחוקרים גם בחיזוי המסלולים שבהם חיידקים מפתחים עמידות לתרופות חדשות, הוא מוסיף.
“ידיעת תהליך הייצור המדויק של תרכובת בחיידק, או באורגניזם אחר, מאפשרת לחוקר להכין חומרים מקבילים המסוגלים לעיתים להתגבר על עמידות זו,” מסביר החוקר הראשי. “זהו המאבק שהיה מול הפניצילין בארבעים השנים האחרונות. בכל נקודת זמן שבה זן חיידקי הופך לעמיד בפני סוג מסוים של פניצילין, החוקרים משנים את המבנה שלו כך שהחיידק הופך לרגיש שוב.”
החוקרים מקווים כי הממצאים החדשים שלהם גם ימריצו את הפיתוח של זרזים מלאכותיים יעילים יותר, קטנים יותר וזולים יותר לשם שבירת קשרי פחמן-פחמן בשלב יחיד.
“כל גילוי חדש בטבע מהווה השראה לחיקוי הפעילות החיובית שלו לפרודות קטנות,” מסביר החוקר.
