מדענים מאוניברסיטת תל אביב מפצחים את סוד התקשרות בין חיידקים ומקווים להשתמש בו כדי לשסות אותם בבני מינם
מאת מיכל בן יעקב
במלחמה הניטשת זה כמאה שנה בינינו ובין החיידקים, המהלכים נהירים למדי: אנו משקיעים שנים ומיליונים ומפתחים תרופה אנטיביוטית חדשה ומצוינת, והם, בתגובה, מפשפשים במאגרי המידע שלהם, מעוררים או מפתחים גנים מתאימים, נעשים עמידים ורצים לשתף את החבר’ה. כך נהייתה בעיית הזיהומים מחיידקים עמידים לאחת מבעיות הבריאות הקשות שלנו. אך מחקר חדש מאוניברסיטת תל אביב עשוי לסייע למפתחי התרופות להנחית על החיידקים מכה ניצחת.
המפתח הוא ההתנהגות ה”קניבלית” של החיידקים במושבותיהם – התנהגות המסייעת למושבות להתמודד עם מצבי עקה. “המחקר שלנו מתווה דרך חדשה להילחם בחיידקים,” אומר פרופסור אשל בן-יעקב מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב. “אם נחשוף את המושבה כולה לכימיקלים שהחיידקים מפרישים כדי לגרום לשכניהם להרוג זה את זה, הם יעשו את העבודה בשבילנו. זוהי אסטרטגיה מבטיחה, כי לא סביר שחיידקים יפתחו עמידות לחומר שהם עצמם מייצרים.”
קניבליזם בקרב חיידקים, מסביר בן-יעקב, הוא התנהגות שיתופית מרתקת שמפעילה המושבה במצבי עקה, כגון מיעוט מזון, חום עז או כימיקלים מזיקים. בתגובה לעקה, המושבה מקטינה את מניין אוכלוסיה באמצעות מנגנון מתוחכם, המשסה חיידק ברעהו וגורם לו לתקוף אותו בנשק כימי קטלני. “כמו יצור רב תאי המפחית את מספר התאים בגופו בעת רעב,” אומר בן-יעקב. “החיידקים במושבה מקיימים ביניהם דיאלוג כימי דק-משמעויות המבטיח שחלק מן התאים ייקטלו כדי להבטיח את המשך הקיום של המושבה.”
המחקר על אופן הפעולה של דיאלוג זה, שהתפרסם החודש ב”רשימות האקדמיה הלאומית למדעים”, נערך בשיתוף פעולה עם קבוצתו של פרופ’ הארי סוויני מאוניברסיטת טקסס ובייחוד עם ד”ר אברהם באר הישראלי השוהה שם בהשתלמות פוסט-דוקטורית. בן יעקב מאמין שהתגליות פותחות פתח למלחמה יעילה בזיהומים חיידקיים, ובכללם חיידקים העמידים לכל סוגי האנטיביוטיקה המוכרים.
במחקר הנוכחי, בדקו החוקרים מה קורה כשמגדלים שתי מושבות אחיות של פניבצילוס דנדריטיפורמיס (זן חיידקים מיוחד המאופיין בהתנהגות חברתית מתוחכמת שגילה בן-יעקב לפני שנים) זו לצד זו, על מצע קשה ודל במזון. להפתעתם, מצאו ששתי המושבות, לא זו בלבד שמנעו זו מזו לגדול אל תוך אזור הגבול שבין שתיהן, אלא אף גרמו למותם של כל התאים הסמוכים לגבול במושבה השכנה. מסקנה אחרונה זו עלתה מכך שהרג התאים מעבר לגבול חדל כשנחסמה העברת מסרים כימיים בין שתי המושבות. “נראה שאות שמגיע ממושבה אחת מחולל באחרת התנהגות עקה: היא מתחילה לדלדל את אוכלוסייתה שלה. כך, כל מושבה גדלה לכיוון אחר והמפגש ביניהן נמנע,” אומר בן-יעקב.
לכל אורך הדרך במלחמתו בחיידקים, אומר בן-יעקב, איננו מעריכים כראוי את האויב. בתהליך הפיתוח של תרופות, רוב החוקרים אינם מודעים כלל לחשיבותן של ההתנהגות השיתופית והאינטליגנציה החברתית של החיידקים. בזכותן, המושבה יכולה ללמוד מניסיון העבר כיצד לפתור בעיות בהווה ולהפיץ את הפתרונות החדשים בקרב חבריה ובמושבות אחרות. ובינתיים, חולים מוסיפים לדרוש אנטיביוטיקה לכל כאב גרון, ורופאים מוסיפים לרשום אנטיביוטיקה לכל דורש.
חיידקים יודעים להפיק מידע מן הסביבה, לדבר זה עם זה, לחלק תפקידים ולייצר זיכרון קבוצתי. באמצעות שפה כימית רבת-משמעויות, החיידקים יכולים להפוך את המושבה שלהם לכעין “מוח” ענקי שבכוחו לעבד מידע ולהסיק מסקנות. “בעיני, זוהי אינטליגנציה חברתית,” אומר בן-יעקב.
“אם ברצוננו לנצח את החיידקים, עלינו להכיר תחילה בכך שאינם יצורים פשוטים, חסרי בינה ודלי יכולת, כפי שנתפסו עד לאחרונה על ידי המדענים,” מסכם פרופ’ בן-יעקב. הוא ועמיתיו כבר ממשיכים במרץ במחקרם כדי למצוא יישומים מעשיים לתגליות אלה.
12 תגובות
אור:
מוטציה מתרחשת בפרט ולא בקבוצה.
לכן – ברגע שיש חיידק שאינו מתאבד כתגובה להוראה – הוא זוכה ליתרון.
יתרון מסוג זה גורם לכך שאחוזו באוכלוסיה גדל עד שהוראת ההתאבדות מפסיקה להשפיע.
אז למה אנחנו מוצאים בטבע חיידקים שמצייתים להוראת ההתאבדות?
כנראה מפני שהוראה זו חקוקה בגנום באופן שמאד קשה לשנות.
כנראה גם שחיידקים שהפסיקו לציית להוראה באמת התגברו על אחיהם אבל גם הזיקו לפונדקאי שלהם והמיתו אותו מהר מדי מבלי שהספיק להדביק אחרים ובכך כרתו את הענף עליו ישבו.
צריך להבין שמוטציה של תגובה לחומר אחר היא בעלת הסתברות מאד נמוכה וזאת ממספר סיבות:
האחת היא שצריך "ללמוד" לפחות שני דברים כדי שתעבוד – גם לייצר את החומר בתנאי עקה וגם ללמוד להגיב לו בהתאבדות.
זה מאד לא סביר בפני עצמו.
השנייה היא שמדובר כאן במוטציה של תקשורת – כזו שאינה משפיעה כאשר היא חלה בפרט בודד כיוון שהפרטים מסביבו לא יגיבו לאות שהוא משדר.
זה לא בלתי אפשרי כיוון שחיידק בודד שאינו במצב עקה יוצר סביבו "משפחה" של חיידקים הנושאים את המוטציה החדשה ובמצב עקה יכול להיות שהמשפחה שיצר תהיה גדולה מספיק כדי לתפקד אבל זה בכל זאת עוד גורם שמוריד את סבירותה של התפתחות זו.
1. ברור שכל אנטיביוטיקה חדשה יכולה להועיל בקרב.
2. מה שרע בלא להתאבד הוא הנזק למושבה, כפי שמתואר בכתבה. עכשיו יהיה יתרון להתעלם מהחומר, או לחילופין להתאבד בתגובה לחומר אחר. בכתבה טוענים שלא סביר שהחיידקים יעברו אבולוציה שתחסן אותם מפני אנטיביוטיקה זו בשל הטבעיות שלה – מה לטבעיות ולעמידות? מה שאולי נטען לטעון הוא שבסביבה שאינה רוויה בחומר הזה יש חסרון למי שלא מגיב אליו ולא יתרון, אך אנטיביוטיקות עלולות להגיע לסביבה דרך שפכים ולכן החיידקים עלולים להתחסן אליה בין כה וכה.
חוץ מזה – מדובר בעוד משפחה של תרופות ואם תתפתח עמידות נצטרך לחשוב על משהו אחר (במקרה שהתפתחותה של כזאת עמידות לא תגרום לחיידקים להישמד מעצמם – הרי התפתחות מנגנון זה מראה שיש בו יתרון)
גם ללא המסות היה למי שלא התאבד בדיוק אותו יתרון.
הרי כשחומר זה מופרש – חלק מן החיידקים מתאבדים וחלק לא.
מה רע להיות בחלק שלא?
אבל עתה הכוונה להתקיף אותם בחומר זה באופן מאסיבי. כלומר, הולכים לשנות את תנאי הסביבה כך שיתקבל יתרון למי ש"מתעלם" מהאות להתאבד.
אור:
מפני שזה חומר שהם עצמם מפרישים כדי לעודד את בני מינם להתאבד.
התנהגות זו חשובה לשרידתם ולכן התפתחה.
כפי שאתה מבין מן הסיפור, החיידקים משתמשים ב"עידוד התאבדות" זה מזה עידן ועידנים ולכן כבר היו להם כל ההזדמנויות האפשריות לפתח עמידות ובכל זאת לא עשו זאת.
מדוע שהחיידקים לא יעברו אבולוציה שתחסן אותם מפני החומר החדש?
בקרוב הוא ימצא גם דרך לתקשר עם החיידקים והם ידרשו לדבר עם המנהיג… 🙂
מה שנקרא ניצחון בנקודות….
איפה דן חלוץ כשצריך אותו?
אריאל,
ל – א’: אותה בעיה צריכה להיות קיימת ממילא גם ללא הינדוס. החומר הכימי המופרש ע”י חיידקים גורם לחיידקים ‘אחרים’ להשמיד זה את זה. רעיון ההינדוס רק משכלל את התהליך.
ל – ב’:כשמדובר בארועים מוטציוניים – הכל אפשרי. אי אפשר לדבר כאן על נצחון ב’מלחמה’, אלא ב’קרבות’ שלעולם אולי לא יסתיימו. אבל גם נצחון בקרבות, כפי שאתה יודע זה חשוב, וכשאתה באמצע קרב – דיה לצרה בשעתה. בקרב הבא נמצא תחבולה השרדותית חדשה נגד האויב הדינמי. אם לא ננצח עכשיו בקרבות, נפסיד בודאות את המלחמה. הקרבות שומרים אותנו במצב של יתרון יחסי מתמיד,יתרון של שרידות עודפת, גם אם לא מזכים אותנו בנוק אאוט.
אדי, רעיון נהדר אך אם זאת יש מספר שאלות שאליך לברר:
(א) החומר שמפריש החיידק המהונדס שלך מאותת לחיידקים למות. מדוע שהחיידק המהונדס שלך ישרוד לאורך זמן וישגשג וימשיך להפריש את המסרים הכימיים הנכונים אם הם הורגים גם אותו?
(ב) מן הסתם לאורך דורות רבים יתרחשו מוטציות רבות ומשונות במידע הגנטי של החיידקים המהונדסים שלך. באחד מאירועים אלו, באקראי, יפסיק החיידק להפריש את החומרים הכימיים הנ"ל. החיידק הראשון הזה יהיה הבסיס למושבה שלמה של חיידקים שכבר לא יפרישו את החומר הנ"ל ואולי גם כבר לא יהיו רגישים בעצמם. כיצד אתה מוודא שהמידע שהנדסת לא "יכובה" לאורך האבולוציה של החיידקים?
לסיכום דעתי בעניין, אנחנו לא נלחמים ביצורים סטטיים שלא משתנים אלא ביצורים אבולוציוניים שכל העת מגששים לכל הכיוונים באקראי ומשתנים כל העת באקראי. היצורים המותאמים יותר לשרוד יצליחו להעביר את המידע התורשתי שלהם הלאה.
רעיון נהדר.
חשבתי על רעיון למחקר המשך: הינדוס גנטי של חיידקים כך שהם יפרישו את המסרים הכימיים’הנכונים’ בכל עת, בלי קשר למצבי עקה ובלי צורך בהתערבות חיצונית של פיזור החומר הכימי הנדרש.