חוקרים מהמכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה מצאו שחיידקים לא רק יוצרים מינים, אלא גם שומרים עליהם בתהליך ייחודי המזכיר רבייה מינית
כאשר קוסטאס קונסטנטינידיס הוכיח שמיקרובים רבים – כמו צמחים ובעלי חיים – מאורגנים במינים, הוא שינה תפיסה מדעית רווחת רבת שנים. עד אז, מדענים רבים האמינו כי חיידקים, בשל מנגנוני החליפין הגנטיים הייחודיים שלהם והגודל העצום של אוכלוסיותיהם העולמיות, אינם – ואף לא יכולים – ליצור מינים נפרדים.
מחקר חדש של קונסטנטינידיס ועמיתיו מטיל ספק עמוק יותר בהנחה הזו, ומציע שלא רק שחיידקים יוצרים מינים, אלא שהם גם משמרים את הלכידות של המינים שלהם בתהליך שדומה לרבייה "מינית".
"השאלה הבאה שהעסיקה אותנו הייתה כיצד מיקרובים בודדים מאותו מין מצליחים לשמור על הלכידות שלהם. במילים אחרות, כיצד חיידקים נותרים דומים זה לזה?", ציין קונסטנטינידיס, פרופסור בבית הספר להנדסה אזרחית וסביבתית בג'ורג'יה טק.
כיום, רווחת האמונה שחיידקים ומיקרובים אחרים מתפתחים בעיקר על ידי ביקוע בינארי – צורה של רבייה א-מינית – תוך שהם מקיימים גם חליפין גנטי נדיר. באמצעות שיטה ביואינפורמטית חדשנית לזיהוי העברת גנים, ובסיוע מאגר נתוני גנום חדשני, קונסטנטינידיס וצוות חוקרים בינלאומי בחנו כיצד מינים מיקרוביאליים מתפתחים ומשמרים את עצמם. ממצאיהם גילו שחיידקים יוצרים מינים ומתחזקים אותם באופן "מיני" יותר ממה שחשבו בעבר.
המחקר פורסם בכתב העת Nature Communications.
כדי לחקור כיצד מינים מיקרוביאליים שומרים על זהותם הייחודית, הצוות ניתח את הגנום המלא של מיקרובים משתי אוכלוסיות טבעיות. החוקרים ריצפו וניתחו למעלה מ-100 זנים של Salinibacter ruber – חיידק חובב מלח – שנאסף ממלחי השמש שבספרד. בהמשך, הם בחנו קבוצת גנומים של Escherichia coli (אי-קולי), שפורסמה בעבר ונאספה מחוות בעלי חיים בבריטניה.
החוקרים השוו את הגנומים של מיקרובים קרובים כדי לבחון כיצד מועברים גנים. הם מצאו שתהליך שנקרא "רקומבינציה הומולוגית" ממלא תפקיד מרכזי בשמירה על מיני חיידקים מלוכדים. רקומבינציה הומולוגית היא תהליך שבו מיקרובים מחליפים ביניהם DNA, ומשלבים את ה-DNA החדש בגנום שלהם על ידי החלפת DNA דומה משלהם. החוקרים הבחינו כי רקומבינציה מתרחשת לעיתים קרובות ובאופן אקראי בכל הגנום של המיקרואורגניזמים, ולא רק באזורים ספציפיים.
"אמנם תהליך זה שונה מהותית מרבייה מינית בבעלי חיים, צמחים, פטריות ואורגניזמים שאינם חיידקים, שבהם DNA מוחלף במהלך חלוקת התא, אך התוצאה מבחינת לכידות המינים דומה מאוד," הסביר קונסטנטינידיס. "ההחלפה המתמדת הזו של חומר גנטי פועלת ככוח מלכד, ושומרת על דמיון בין בני אותו מין".
בנוסף, נמצא כי בני אותו מין נוטים להחליף DNA זה עם זה יותר מאשר עם בני מינים אחרים, דבר שמסייע בשמירה על גבולות מינים ברורים.
"עבודה זו עוסקת בבעיה גדולה וארוכת שנים במיקרוביולוגיה, שרלוונטית לתחומי מחקר רבים," אמר קונסטנטינידיס. "היא נוגעת בשאלות של הגדרת מינים, כמו גם במנגנונים הבסיסיים לשימור לכידות מינים".
למחקר יש השלכות רחבות היקף על מגוון תחומים – ממדעי הסביבה והאבולוציה, ועד רפואה ובריאות הציבור. תובנות המחקר תורמות לזיהוי, מודלים ורגולציה של אורגניזמים בעלי חשיבות קלינית או סביבתית. כמו כן, המתודולוגיה שפותחה במסגרת המחקר מספקת ארגז כלים מולקולרי למחקרים אפידמיולוגיים ומיקרוביאליים עתידיים.
הערה: המחקר התאפשר הודות לשיתופי פעולה עם רמון רוסלו-מורה ממכון IMEDEA שבמיורקה, ספרד, ורודולף אמאן ממכון מקס פלאנק למיקרוביולוגיה ימית בגרמניה. שני החוקרים תרמו נתונים מאוכלוסיות חיידקים טבעיות וכן לניתוח הנתונים ולפרשנותם.
עוד בנושא באתר הידען:
