החיים במלח

צוות מדענים במכון ויצמן למדע חשף באחרונה את אחד מהגורמים שמאפשרים לאצות מיקרוסקופיות (צמחים פרימיטיביים) לחיות בנוחיות אפילו בתנאי המליחות הקיצונית של ים המלח

אבי בליזובסקי

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/weitzmabdeadsea130705.html

כיצד מצליחים יצורים חיים להתקיים בתנאי סביבה קשים ועוינים במיוחד? צוות מדענים במכון ויצמן למדע חשף באחרונה את אחד מהגורמים שמאפשרים לאצות מיקרוסקופיות (צמחים פרימיטיביים) לחיות בנוחיות אפילו בתנאי המליחות הקיצונית של ים המלח (שבמובן זה אינו מצדיק את כינויו הידוע – “ים המוות”). ממצאי מחקר זה משליכים במפתיע גם על הנעשה בכליות של בעלי-חיים שונים, לרבות בני-אדם.

מדעני המכון התמקדו בזיהוי ובהבנת השינויים במבני המולקולות של חומרים חיוניים בתא החי, במיוחד חלבונים, המאפשרים לחומרים אלה לפעול בתנאי מליחות קיצוניים. בשורת מחקרים שביצעו מדעני המכון בעבר, פוענח המבנה המרחבי של חלבונים אחדים שמקורם במיקרו-אורגניזמים שיכולים להתקיים אך ורק בריכוזי מלח גבוהים, כמו אלה השוררים בים המלח, ושלכן הם קרויים “אוהבי מלח”. פיענוח מבני החלבונים מאותם מיקר-אורגניזמים אוהבי המלח, איפשר למדענים להבין כיצד חלבונים אלו, לא זו בלבד שהם עמידים למלח, אלא שלמעשה הם נזקקים לו כדי לשמור על יציבותם ופעילותם.

השאלה המעניינת ביותר בתחום זה עולה מהתבוננות באורחות חייה של האצה דונליאלה סלינה (Dunaliella salina), שאינה אוהבת מלח ואינה שונאת אותו. היא יכולה לחיות ולשגשג גם במי ים המלח, וגם במים כמעט מתוקים. אצה זו נחקרת במכון ויצמן למדע במשך שנים רבות. מחקרים אלה הובילו, בין היתר, לפיתוח שיטות לגידול מסחרי של הדונליאלה, לצורך הפקת הקרוטן-בתא המצוי בה, והמשמש כתוסף מזון טבעי. אבל כיצד מצליחה האצה המיקרוסקופית להסתגל לחיים בריכוזי מלח שונים, גבוהים ונמוכים כאחד? התשובה המלאה לשאלה זו עדיין נותרה בגדר תעלומה.

מפתח אחד לפתרון התעלומה נמצא באחרונה כאשר מדעני מכון ויצמן למדע, פרופ' עדה זמיר וד”ר לקשמנן פרמקומר מהמחלקה לכימיה ביולוגית ופרופ' יואל זוסמן וד”ר הרי גרינבלט מהמחלקה לביולוגיה מבנית, חשפו את המבנה המרחבי של חלבון שמצוי בתאי הדונליאלה: האנזים אינהידרז פחמתי (קרבוניק אנהידרזה). בניגוד לאנזימים דומים המצויים בבעלי-חיים שונים לרבות בני-אדם, האינהידרז הפחמתי של הדונליאלה יוצא דופן ביכולתו לפעול ביעילות בריכוזי מלח גבוהים כבנמוכים. מבנהו של האנזים הזה מגלה מאפיינים ייחודיים שהבולט בהם הוא המטען החשמלי השלילי המכסה את פני מולקולת האנזים – אם כי בצפיפות פחותה מזו של המטענים השליליים שעל פני חלבונים “אוהבי מלח”. לעומת זאת, אנזימים דומים, שמצויים בבעלי-חיים אחרים, שאינם סובלניים למלח, מתאפיינים בפני שטח שמכוסים בפסיפס של אזורים נייטרליים ,חיוביים או שליליים.

במאמר שפורסם באחרונה בכתב העת המדעי “רשומות האקדמיה האמריקאית הלאומית למדעים”, PNAS, קובעים מדעני המכון כי תכונה זו, של מטען שלילי אחיד, אך חלש יחסית, היא המאפשרת לאנזים שמקורו בדונליאלה, להתקיים ולפעול בנוכחות טווח רחב של ריכוזי מלח, אבל מבלי לפתח תלות קיומית במלח. בהמשך הופתעו החוקרים לגלות שפני שטח הדומים במטענם החשמלי לזה של האנזים מדונליאלה מעניקים יכולת הסתגלות לתנאי מליחות משתנים גם לגירסה אחרת של אנהידרז פחמתי, המצוי בכלייה של עכבר. כך הוביל מחקר שהחל באנזים שמצוי באצה בעלת תכונות נדירות, לתובנות חדשות על דרכי פעולת הכליה ועל ההתפתחות של העמידות למלח בכלל. המדענים מקווים שהתובנות שהושגו במחקר זה עשויות להוביל לפיתוח ולעיצוב תרופות חדשות, שיתאפיינו ביכולת הבחנה בין סוגים שונים של אנהידרז פחמתי לפי מידת סובלנותם למלח.

ידען האבולוציה – בעלי חיים בסביבה הימית

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~212020367~~~152&SiteName=hayadan