מתחת לפני הים, נגיף אחד משתלט על האורגניזם הנפוץ ביותר בעולם

מדענים מאוניברסיטת רייס חוקרים את תפקידם של חלבונים מסוג FERREDOXIN שנוצרים בזמן שנגיפים שתוקפים חיידקים מפריעים להעברת האלקטרונים בחיידקים ימיים פוטוסינתטיים שמייצרים חמצן ומקבעים פחמן. כאשר הנגיף פוגע בחיידק, הוא יוצר חלבון FERREDOXIN שנקשר למבנה החשמלי הקיים של החיידק ומשנה את חילוף החומרים שלו.

מאת אוניברסיטת רייס: תרגום חנה רוזנפלדר

מתחת לפני הים, נגיף אחד משתלט על האורגניזם הנפוץ ביותר בעולם. זה עשוי לעניין אותנו, כמי שחיים ונושמים חמצן מעל פני הים. מדענים מאוניברסיטת רייס חקרו את תפקיד חלבוני FERREDOXIN שנוצרו כאשר נגיפים תוקפניים משנים את היכולת של חיידקי PROCHLOROCOCCUS MARINUS לקבע פחמן ולמגר את אפקט החממה שעולה משימוש בצריכת דלק פוסילי (דלק מאובנים).
P MARINU הוא מיקרו-אורגניזם יוצר חמצן, פוטוסנתטי, שנמצא לרוב באזורים טרופיים ותת-טרופיים, שם כאוקטיליון (10 בחזקת 27) מהם משתמשים באור השמש ליצור חמצן ולקיבוע של כ-4 ג’יגטון של פחמן בשנה. חלק מפחמן זה מזין מיקרו-אורגניזמים ימיים אחרים.

אבל הנגיפים התוקפניים הללו אינם ידידותייים. הנגיף משתמש באנרגיה שהחיידק יוצר מאור השמש, באמצעות תיכנות מחדש של גנום החיידק שגורם לשינוי בדרך בה הוא מעביר אלקטרונים.
“P MARINUS ומגנגוניו לקיבוע פחמן רגישים לטמפרטורה, וכך כדאי לעקוב אחרי השינויים בעקבות ההתחממות הגלובלית, שיגדילו את מרחב המחיה שלו”, אומר איאן קמבל, חוקר פוסט-דוקטורט באוניברסיטת רייס ומחבר ראשי של המחקר, שהתפרסם בכתב העת JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY.
“הגידול במרחב של המיקרו-אורגניזם בים יכול להגדיל את סך הפחמן המקובע על ידי חיידקים אלו”, אמר. לחילופין, הנגיפים שתוקפים חיידקים אלו עלולים לשנות את יכולת קיבוע הפחמן שלהם ועלולים למנוע את הוצאת ג’יגטונים של פחמן מן האוויר כל שנה, לפי הערכה חדשה.

קמבל אמר שמטרת המחקר היתה לבחון את מגוון הדרכים שבהן נגיפים מקיימים יחסי גומלין עם מארחיהם. תוך כדי המחקר, המדענים גילו שהנגיף התוקפני נוטל מן החיידק את השליטה על מעבר האלקטרונים, ומתוך כך מחווטים מחדש את חילוף החומרים של החיידק המארח. “כאשר הנגיף מדביק ת החיידק, הוא מפסיק את ייצור חלבוני החיידק ומחליף אותו בגרסאות משלו,” הוא אמר. “אני משווה את זה להתקנת מערכת הפעלה חדשה במחשב.”

החוקרים השתמשו בטכניקות של ביולוגיה סינתטית כדי לשלב בין נגיפים וחלבונים יוצרי חמצן וללמוד מכך כיצד הם פועלים בהדדיות. חלק מן המחקר, שהוביל ביוכימאי מאוניברסיטת רייס, ג’ורג’ פיליפס, קבע בפעם הראשונה את המבנה של החלבון FERREDOXIN העיקרי.

“נגיף קטלני בדרך כלל נכנס לתא והורג את הכול,” אמר הביולוג הסינתטי ג’ונתן סילברג, המדען הראשי של המחקר ומנהל תוכנית “ביולוגיה מערכתית, סינתטית ופיזית” באוניברסיטה. “אבל התוצאות של איאן מרמזות שנגיפים קטלניים אלו מייצרים מנגנון שליטה מורכב,” אמר. “לא הייתי אומר שהם הפכו את המארחים שלהם לזומבים, מאחר שהם מאפשרים לתאים לנהל את משק הבית שלהם. אבל הם מחברים את חלבוני ה-FEEREDOXIN שלהם, כמו כבלי כוח, כדי להסיט את זרם האלקטרונים.”

במקום לעבוד ישירות עם נגיפים תוקפניים וחיידק P. MARINUS, קמבל וצוותו השתמשו בכלי ביולוגיה סינתטית כדי לתכנת תאי E. Coli גדולים ומוכרים יותר כדי לבטא גנים שמחקים יחסי גומלין בין השניים.
“נטילת נגיף תוקפני וחיידק יוצר חמצן מן הים, וניסיון לחקור את הביולוגיה, במיוחד את מעבר האלקטרונים, הן משימות מורכבות מאוד לביצוע באמצעות ביו-כימיה קלאסית,” אמר סילברג. “איאן לקח צמדים, הן מהנגיף והן מהמארח, חיבר אותם על ידי השתלת ה-DNA שלהם במערכת תאית אחרת, וגם יצר תוצאות מעניינות באופן מהיר.

“זה יישום מעניין של ביולוגיה סינתטית כדי להבין דברים מורכבים שהיה קשה למדוד בדרכים אחרות” אמר.

החוקרים משערים שהחלבון שאותו ייצרו בתאי ה-E. Coli, שנקרא Prochlorococcus P-SSM2 phage ferredoxin, אינו יצור חדש. “אנשים ידעו שנגיפים משתילים דברים שונים שמשתלטים על העברת אלקטרונים, אבל לא ידעו כיצד לחבר את הכבלים בין התוקף למארח,” אמר סילברג. הם גם לא ידעו הרבה על אבולוציית הנגיף התוקף. השלב הזה יכול להיות קשור לחלבונים קדומים המעורבים בפוטוסינתזה.”

למאמר המדעי
להודעה של החוקרים