יום חמישי, 3 באפריל 1997

הכפלה פי מיליארדים - נועה סידר ומירה אריאל


תגובת השרשרת של הפולימרז - PCR - מאפשרת להכפיל במידה עצומה קטע מוגדר של DNA. התהליך מבוסס על פעולתו של האנזים DNA־פולימרז (= אנזים משכפל DNA), המופק מחיידק שחי במעיינות חמים (Thermus aquaticus). האנזים המופק מחיידק זה, כמו החיידק כולו, עמיד בטמפרטורות גבוהות - שיא פעילותו בטמפרטורה של 72 מעלות. כידוע, ה-DNA בנוי כזוג גדילים (= זוג חוטים) מפותלים, במבנה המכונה "הסליל הכפול״. האנזים DNA־פולימרז מרכיב לכל אחד מגדילי ה-DNA גדיל משלים לו, כך שבעקבות פעולת האנזים מתקבלים מגדיל כפול שני גדילים כפולים. 

File:Thermus aquaticus.JPG
חיידקי Thermus aquaticusDiane Montpetit  - Food Research and Development Centre, Agriculture and Agri-Food Canada

כדי שהאנזים המשכפל DNA יוכל לפעול, יש צורך בשני קטעי־תחל (= פריימרים) אשר כל אחד מהם מהווה את תחילתו של הגדיל החדש הנבנה (ראו תמונה). מובן שלצורך התהליך יש לספק למערכת נוקליאוטידים חופשיים, אותם מצמיד האנזים זה לזה במהלך בניית גדיל ה-DNA החדש. כדי לקבל כמות גדולה של ה-DNA המבוקש חוזרים על התהליך פעמים רבות (״מחזורים״). כל מחזור בנוי מכמה שלבים: חימום לטמפרטורה גבוהה (95 מעלות) לשם הפרדת שני גדילי ה-DNA המקורי; קירור המערכת (60 מעלות) לשם חיבור בין הפריימרים לבין גדילי ה-DNA המקוריים; פעולת האנזים פולימרז - סינתזה של גדילי DNA חדשים (72 מעלות). בשלב זה מוכפל קטע ה-DNA, כך שבמקום מולקולת DNA דו־גדילית אחת מתקבלות שתי מולקולות DNA דו גדיליות. אז מתחילים במחזור נוסף ובסופו יהיו בידינו ארבע מולקולות DNA, וחוזר חלילה. אחרי 20 מחזורים מוכפל הקטע המבוקש פי מיליון, ואחרי 30 מחזורים תהיה הכמות גדולה פי מיליארד מכמות ה-DNA המקורית.



פורסם ב"גליליאו" גיליון 21, מרץ-אפריל 1997

יום רביעי, 2 באפריל 1997

חיידקים צוברי מוטציות - איתי בן-פורת


בשנה שעברה זעזע את רשויות הרפואה בשתי יבשות חיידק אלים במיוחד מזן E. coli O157:H7. ביפן תקף חיידק זה אלפי אנשים שאכלו נבטי צנון לא מבושלים, ובארצות-הברית הוא תקף עשרות אנשים ששתו מיץ תפוחים לא מפוסטר, וגרם למותו של ילד אחד. בבריטניה מתרחשת בימים אלו מתקפה דומה, והיא כבר גבתה 18 קרבנות. התפרצויות אלו, של זן שלא היה מוכר עד לעת האחרונה, הן תזכורת ליכולתם של חיידקים להגיב במהירות לתנאים משתנים, לסביבות שונות, ולתרופות אנטיביוטיות, ולהתאקלם.

חיידקי E. coli, מהזן קטלני , O157:H7. צילום: Janice Haney Carr,
CDC/ National EscherichiaShigellaVibrio Reference Unit at CDC


ממה נובעת יכולת התאקלמות מהירה זו של החיידקים? אצל נגיפים, למשל נגיף השפעת או נגיף האיידס, ידוע זה זמן מה כי מקורו של קצב ההשתנות וההתאקלמות המהיר הוא בצבירת מוטציות מהירה של הנגיף. מוטציות אלו מביאות לכן שנצברים שינויים קטנים במבנה הנגיף, והם מונעים מן המערכת החיסונית "להכיר" אותו. בחיידקים היה מוכר עד כה מנגנון שונה לצבירת שינויים: חיידקים יודעים "להתחבר" זה אל זה (חיבור המשול להזדווגות) ולהחליף ביניהם קטעי DNA. קטעים אלו יכולים לשאת תכונות, וצירוף מקטעים שונים יכול להביא היווצרות של תכונות חדשות, למשל עמידות בפני אנטיביוטיקה. כך, באמצעות החלפת קטעי מידע גנטי ביניהם, משתנות תכונותיהם של זני חיידקים.

החוקרים שיערו כי מנגנון זה ממלא תפקיד מסוים בהתפתחות זני חיידקים העמידים בפני תרופות אנטיביוטיות - בעיה המעסיקה היום חוקרים בכל העולם. קבוצת חוקרים בראשות תומס סבולה (Cebula) מהרשות למזון ולתרופות בארצות-הברית (FDA) זיהתה מנגנון חדש בחיידקים, מנגנון המאפשר להם להשתנות בקצב מהיר, וככל הנראה ממלא גם הוא תפקיד מרכזי בתהליך שבו חיידקים גורמי מחלות רוכשים עמידות בפני אנטיביוטיקה. החוקרים אספו זנים של חיידקים בהתפרצויות של מחלות זיהומיות בארצות-הברית, ריכזו אותם ובדקו במעבדה את קצב צבירת המוטציות שלהם. הם מצאו מספר גדול של זנים אשר קצב צבירת המוטציות שלהם היה גבוה במיוחד, עד פי 1000 ,מקצב צבירת המוטציות של חיידקים רגילים ! קצב מוטציות מהיר זה אפשר לחיידקים אלו לפתח במעבדה עמידות לאנטיביוטיקה באופן מהיר מאוד יחסית לזנים אחרים. הסיבה לכך, לדברי החוקרים, היא פגיעה במערכת מרכזית האחראית לתיקון שגיאות ב-DNA, אשר מונעת צבירה של מוטציות. החוקרים אף מצאו כי חיידקים כאלה נוטים יותר לקבל קטעי DNA מחיידקים אחרים, ולצבור תכונות חדשות גם בדרך זו.

ממצאים אלו מרמזים על כך שהחיידקים צוברי המוטציות הם העומדים ב"ראש החץ" של החיידקים האלימים בעולם - הם המשתנים במהירות הגבוהה ביותר והם המסתגלים במהירות לתגובת המערכת הרפואית. הבנת המנגנון שבו החיידקים צוברים שינויים מבהיר את הקושי שבהתמודדות עמם, אך גם פותח אפשרויות ללוחמה בהם, למשל בדרך של פיתוח חומרים אשר יפגעו באופן ייחודי בחיידקים הצוברים מוטציות במהירות.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 21,  מרץ-אפריל 1997.