הצצה מפורטת ראשונה למבנה התלת-מימדי של דופן-תא חיידקי

דופן-התא החיידקי, המהווה מטרה לחומרי-אנטיביוטיקה אפשריים, כגון פניצילין, מורכב למעשה מחד-שכבה דקיקה של שרשראות סוכרים (פחמימות) הקשורות יחדיו ע”י חלבונים, ועוטפת בכך את החיידק כמו חגורה מסביב למותניים

דופן-התא החיידקי, המהווה מטרה לחומרי-אנטיביוטיקה אפשריים, כגון פניצילין, מורכב למעשה מחד-שכבה דקיקה של שרשראות סוכרים (פחמימות) הקשורות יחדיו ע”י חלבונים, ועוטפת בכך את החיידק כמו חגורה מסביב למותניים.

כך עולה ממחקר שנערך ע”י קבוצת מדענים מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה (California Institute of Technology ידוע גם בכינוי Caltech). ההצצה הראשונה מעולם במבנה התלת-מימדי של דופן-התא התאפשרה בעזרת שיטות מיקרוסקופיות מתקדמות חדישות שסיפקו למדענים את היכולת לחזות במבנים ביולוגיים אלו ברמות ננומטריות. “זוהי התקדמות הן טכנולוגית והן ביולוגית,” אומר המדען Grant Jensen, פרופסור לביולוגיה במכון והחוקר הראשי של המחקר.

“תאי חיידקים נסמכים על רשת דמוית-כלוב המקיפה אותם ושומרת על שלמותם,” מסביר החוקר. “ללא קיומו של שקיק מולקולארי זה – החיידק לא היה שורד; רוב הסיכויים שהוא היה מתפרק.”

שקיק זה, המכונה שלפוחית (sacculus), מורכב מפפטידוגליקן – רשת של פולימרים המורכבים משרשרות ארוכות של רב סוכרים הקשורות ביניהן באמצעות פפטידים קצרים. פפטידוגליקן הוא המרכיב המבני העיקרי בדופן התא של חיידקים, והוא המקנה לו את צורתו ואת חוזקו.

תרופות אנטיביוטיות רבות, כגון פניצילין, מפריעות לבניית הפפטידוגליקן, ובמיוחד לפעולתו של טרנספפטידאז, האנזים הבונה אותו, ובכך פוגעות בדופן תא החיידק. מוטציות הגורמות לשינויים בטרנספפטידאז, ובעקבות זאת מפריעות לאינטראקציות בינו לבין התרופה האנטיביוטית, הן גורם משמעותי לפיתוח עמידות בפני אנטיביוטיקה.

משחר-הימים החוקרים התענינו בהבנת המבנה המפורט והמדויק של שלפוחית זו. במיוחד, החוקר ועמיתיו תהו האם שרשראות הסוכרים – הקשורות ע”י הפפטידים הקצרים – אכן עוטפות את התא כעין חגורה או שהן בולטות מחוץ למעטפת התא כמו דשא מעל הקרקע. המענה למחלוקת זו התחמק מהמדענים, כיוון שהניסיון לחזות בפרטים ביולוגיים כה זעירים היה מעבר להישג-ידם הטכנולוגי. עד כה.

“לפני שש שנים, מענק מקרן ששמה Moore Foundation אפשר לנו לרכוש את מה שניתן לכנות כמיקרוסקופ הקריוגני האלקטרוני הטוב בעולם,” אומר החוקר. “ציוד זה אפשר לנו לקבל סוג אחר של תצלומי פרטים ביולוגיים קטנטנים שלא היה קיים לפני. תצלומים אלו הינם תמונות תלת-ממדיות בכושר-הפרדה מולקולארי – אתה ממש יכול להתחיל ולחזות בתרכובות ביולוגיות פרטניות. באמצעותו יכולנו לצפות ברשת זו של שרשראות הסוכרים. זה היה פשוט מדהים.”

ע”י צימוד התצלום המיקרוסקופי לשיטת טיהור המורכבת מהסרת מעטפות השלפוחית והשטחתן בשכבה דקיקה של מים, החוקר Lu Gan, הכותב הראשון של המאמר, הצליח לחזות במבנה התלת-מימדי המפורט של הרשת הפפטידוגליקנית ולערוך מעין “סיור” מרחבי מדומה בשלפוחית החיידק.

“מה שראינו היה צינוריות זעירות ארוכות שעטפו את השלפוחית כמו הצלעות של האדם או חגורה מסביב למותניים,” אומר החוקר הראשי. “כמו-כן ראינו שהשלפוחית מורכבת מחד-שכבה דקיקה.”

“זוהי תשובה ברורה לשאלה קדומה זו,” מוסיף החוקר. “היום אנו יודעים מהם הפרטים המדויקים של התרכובת הבסיסית ביותר המשפיעה על המבנה המרחבי. היום אנו יודעים מהי התשובה הנכונה אל מול קשת רחבה של תשובות אחרות, מקצתן שגויות לחלוטין.”

הבנת הרכבו המדויק של דופן התא חשובה ביותר, אומר החוקר, כיוון שהמדענים היו במשך זמן רב מאוד בעלטה לגביי ההיבטים הפיסיקליים והמכאניים הבסיסיים ביותר של חיי החיידק, בכללם מדוע הם בנויים בצורתם זו. “קשה להבין כראוי כיצד בניין מורכב אלא אם כן אתה מסוגל לראות את אבני-הבניין עצמם,” הוא מסביר. “עכשיו שאנו מסוגלים לראות את אבני-הבניין – הפרטים הבסיסיים ביותר במבנה השלפוחית – אנו קרובים יותר להבנה כיצד החיידקים מסוגלים לשלוט בגדילתם וכיצד תרופות המונעות זאת יוכלו לפעול.”

הידיעה המקורית של מכון המחקר