חוליה בשרשרת האלימות - מרית סלוין

אחת המטרות העיקריות של חקר האיידס בשנים האחרונות היא לחשוף את הסיבה למעברו של נגיף האיידס בגוף ממצב רדום למצב פעיל. מעבר זה הוא המפריד בין תקופת הנשאות, שבה מנהלים נשאי הנגיף אורח חיים תקין כמעט לחלוטין, לבין התפרצות המחלה. חוקרים המתמקדים בתחום זה מנסים לברר את התהליכים הביוכימיים בגוף המובילים ל״התעוררות״ הנגיף. 

נגיף ה-AIDS מנץ מהתא של מערכת החיסון, בו התרבה
המקור: NIH

קבוצה ממכון וייצמן למדע, בראשותו של פרופי דוד ולך מהמחלקה לביופיזיקה ולחקר ממברנות, חוקרת גם היא את התהליכים האלה. הצוות גילה גן שממלא תפקיד מרכזי בהתחוללות דלקות, בהפעלת המערכת החיסונית ובתהליך ה״הבשלה״ של נגיף האיידס. בתוך תאי הגוף מצוי חלבון ״מפעיל גנים״ המכונה ״NF קאפה B׳׳. החלבון חודר לגרעין התא, נצמד אל גנים מסוימים ומעורר אותם לפעולה. ידוע כי חלבון זה אחראי להפעלתם של כמה גנים הממלאים תפקיד מרכזי בהפעלת המערכת החיסונית. אך בנוסף לכך התברר שהוא מפעיל גם את הגן של נגיף האיידס, האחראי ל״הבשלת״ הנגיף ולהפעלתו. 

מתי ובאילו תנאים החלבון מפעיל את המערכת החיסונית, ומדוע נדרש זמן כה רב להפעלת תהליך ה״הבשלה״ של נגיף האיידס, תהליך שיכול להימשך 10 שנים ויותר? מתברר שאל החלבון המפעיל צמוד חלבון שבולם אותו ומעכב את פעולתו. רק כאשר החלבון המעכב מפורק, משתחרר החלבון המפעיל ויוצא לפעולה. תהליך המפתח הוא, אפוא, התהליך האחראי לפירוקו של החלבון המעכב ולשחרורו של החלבון המפעיל. השלב הראשון בתהליך זה הוא התקשרותו של חומר ״שליח״ לאחד הקולטנים המוצגים על קרומו החיצוני של התא. את ה״שליחים״ האלה משגרים התאים, והם מעבירים מסר מתא לתא. בדרך כלל מדובר במסר שמהותו קריאה לעזרה או המרצה לפעילות כלשהי. התקשרות ה״שליח״ לקולטן פותחת שרשרת של תהליכים שבח מולקולה מפעילה מולקולה, וזו מפעילה מולקולה שלישית וכך הלאה - בדומה לנפילה של שורת לבני דומינו - זו אחר זו. בסופה של השרשרת ״מסומן״ החלבון המעכב כמטרה לפירוק, ואת הפירוק עושה מערכת ביוכימית אחרת. עם חיסול החלבון המעכב משתחרר החלבון המפעיל, והוא מעורר לפעולה את הגנים המווסתים את פעולת מערכת החיסון, וגם את נגיף האיידס.

ראשיתה של שרשרת התהליכים הביוכימיים האלה ידועה, והיא כאמור מאופיינת בהתקשרות בין החומר ה״שליח״ לקולטן. גס סופה של השרשרת ידוע - פירוק החלבון המעכב. אבל רוב השלבים האחרים עדיין לוט בערפל. לפני זמן לא רב התגלה השלב השני בשרשרת, ובו מולקולה נצמדת לצדו התוך־תאי של הקולטן לאחר שהחומר ה״שליח״ התקשר לצדו החוץ־תאי. 

פרופ׳ ולך גילה את החוליה השלישית - מולקולת החלבון הראשונה בשרשרת, המבצעת את פעולת ״סימון המטרה״. צוות המחקר גילה את הגן האחראי לייצור החלבון המכונה NIK, שיבט אותו וגרם - בשיטות של הנדסה גנטית - לייצור החלבון בתאים. בהמשך הניסוי התברר שבתאים שבהם יוצר החלבון שהתגלה, אכן חוסל החלבון המעכב, והחלבון המפעיל שוחרר לפעולה.

ממצאי המחקר עשויים להוביל לפיתוח דרכים לעיכוב תהליכי ה״הבשלה״ של נגיף האיידס, ולהארכת תקופת הנשאות. בנוסף, המחקר עשוי לקדם את המאמץ לפיתוח דרכים שיווסתו את פעולתה של מערכת החיסון, ולטיפול במחלות רבות, למשל מחלות אוטו־אימוניות (מחלות שבהן מערכת החיסון מתקיפה את מרכיבי הגוף) כגון סוכרת נעורים ודלקת פרקים שיגרונית.

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

פענוח גנום השמר - איתי בן-פורת

אחד ההישגים החשובים ביותר בתחום הביולוגיה של התא בשנים האחרונות הושג במהלך שנת 1996: השלמת קביעתו של רצף ה־DNA המלא של שמרי האפייה. שמרי האפייה (השם המדעי:Saccharomyces cereviciae) מוכרים לרובנו בעיקר מן המטבח, אולם הם משמשים כנושא למחקר באלפי מעבדות ברחבי העולם. השמרים הם פטרייה חד־תאית, המתרבה על ידי חלוקה. הסיבה שבגללה זכה יצור פשוט זה לכבוד כה רב נעוצה בכך שהוא נבחר להיות אחד מ״יצורי המודל״ המשמשים בחקר הביולוגיה של התא והגנטיקה. 

שמרי אפייה במיקרוסקופ אלקטרונים
Mogana Das Murtey and Patchamuthu Ramasamy, wikimedia commons

תא השמר הוא בעל גרעין (תא איקריוטי), הדומה במבנהו לתאי בעלי החיים והצמחים ושונה מן התאים חסרי הגרעין המאפיינים חיידקים (פרוקריוטים). השמרים נחקרים אם־כן כ״יצור מודל״ לתא בעל הגרעין הפשוט ביותר. הם ניחנים בתכונות ההופכות אותם ל׳׳חיית מעבדה״ מעולה: קל לגדלם במעבדה ומחזור חייהם קצר; ניתן לשלוט באופן מדויק בהרכב מצעי המזון שעליהם הם גדלים; קל לערוך ניסויים מכוונים בגנים שלהם וקל יחסית לחקור ולהבין את תוצאות הביולוגיות של שינויים אלה.

בהיותם תאים פשוטים בעלי גרעין, צפוי היה למצוא נקודות דמיון בינם לבין תאים מפותחים יותר כמו תאי אדם. אחד הממצאים המדהימים שעלו מהמחקר הגנטי בשמרים היה עד כמה גדול דמיון זה. התברר כי רוב המנגנונים הביולוגיים הקיימים בשמרים נשמרו במהלך האבולוציה וקיימים גם בתאי אדם, ומידת דמיון זו גבוהה עד כדי כך שלעתים קרובות ניתן להחליף את הגן המצוי בשמרים בגן המקביל באדם, וזה פועל באופן תקין בתא השמרים. כך ניתן להפיק מן המחקר בשמרים מידע רב על תפקוד תאי האדם, כולל מידע על מחלות באדם. ואכן, ליותר ממחצית הגנים שנתגלו כמעורבים במחלות אנושיות יש גנים מקבילים בשמרים, בכללם גנים המעורבים במחלת הסרטן, שאת תפקודם לעתים קל יותר לברר בשמרים.

בשנים האחרונות נעשה מאמץ מרוכז לקבוע את הרצף הגנטי המלא של תא השמר. זהו פרויקט בעל היקף עצום, הוא נמשך חמש שנים והשתתפו בו כ־600 מדענים מאירופה, מאמריקה ומיפן. בתא השמר 16 כרומוזומים, המכילים בסך הכול כמות DNA שאורכה כ־12 מיליון ״אותיות״. פענוח רצף ה-DNA משמעותו קביעת הרצף המדויק של האותיות. נמצא כי לשמרים יש 5,885 גנים, מתוכם היו מוכרים כמה מאות בלבד לפני הפרויקט (לצורך ההשוואה: באדם מעריכים את מספר הגנים בכ־100,000). גנים אלה יוצרים את המערכת השלמה הדרושה לחייו של תא פשוט בעל גרעין. על־פי רצף הגנים ניתן להעריך מהו אופן התפקוד של כמחצית מהם. מניתוח זה עולה כי כ־14% מן הגנים אחראים למטבוליזם ולאגירת אנרגיה, 3% אחראים להכפלת ה־DNA ותיקונו, 20% ליצירת RNA וחלבונים והובלתם בתא, ו־4% אחראים ליצירת מבנים של התא. 

אחת המטרות הראשונות במחקרים בשנים הקרובות תהיה להבין את תפקידם של אלפי הגנים החדשים אשר נתגלו; כיצד מאורגנים הגנים על־פני הכרומוזומים; אילו אלמנטים נוספים קיימים בכרומוזום ומהו תפקודם. השמרים הם היצור הראשון בעל הגרעין שבו נקבע הרצף הגנטי המלא, וההצלחה בו מחזקת את התחושה כי ניתן יהיה לעמוד בתאריך היעד לסיום פרויקט הגנום האנושי - שנת 2005.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 20, ינואר 1997.

חיסול הארנבות באוסטרליה - איתי בן-פורת

ממשלת אוסטרליה נמצאת בימים אלו בעיצומו של מבצע רחב היקף שמטרתו לחסל את אוכלוסיית הארנבות ביבשת באמצעות נגיף קטלני. ב־1840 הובאו ליבשת אוסטרליה כ־12 ארנבות מאירופה, וב־1995 הוערך מספרן ב־300 מיליון. 

ארנבת אירופית  בטסמניה, אוסטרליה
צילום:  JJ Harrison, Wikimedia commons

הארנבות מהוות בעיה אקולוגית ראשונה במעלה באוסטרליה: הן פוגעות מאוד בצמחייה באזורים רבים ודוחקות את רגליהם של יצורים אחרים, מאכלסיה הטבעיים של היבשת. רשויות הרפואה חיפשו נגיף קטלני הפוגע אך ורק בארנבות, כדי לחסל אוכלוסייה זו או להקטין אותה באופן ניכר. הנגיף שהתאים למטרה זו היה נגיף ה-RHD (ר"ת של Rabbit  Hemorrhagic Disease virus).

בסתיו 1995 נערך ניסוי מבוקר בשחרור הנגיף באי לא מיושב בדרומה של אוסטרליה, אך הניסוי השתבש: הנגיפים הצליחו ׳׳לברוח״ מן האי, כנראה באמצעות זבובים או יתושים, ולהתפשט באזור החוף הדרומי של היבשת. ״תקלה״ זו מדגימה עד כמה קשה לצפות התנהגות של נגיפים ולהשתלט עליהם. למרבה המזל, החששות שהנגיף ידביק מינים אחרים של בעלי חיים, ואולי אף בני אדם, נתבדו. 

מסוף שנת 1995 הוחל בשחרור מבוקר של הנגיף בכל רחבי אוסטרליה, במבצע שהוא אחד הניסויים האקולוגיים הגדולים ביותר שנערכו אי פעם. עד כה נרשמה ירידה של עד 95% במספר הארנבות באזורים שונים, ועדיין לא דווח על מקרה שבו הנגיף הדביק יצור אחר. מה קורה כאשר מסלקים מן הסביבה בבת אחת יצור אשר נוכחותו הייתה כה ניכרת? מידע ראשוני מראה כי כבר עתה מתחילה התאוששות בצמחייה הטבעית של היבשת וגם באוכלוסיית בעלי חיים. אוכלוסיית הקנגורו המערבי האפור, למשל, מתחילה לגדול. ברור לחוקרים כי אי אפשר לצפות מראש את כל התוצאות הכרוכות בשחרור הנגיף. 

למרות ביטחונם של המדענים, עדיין קיים חשש כי הנגיף ימצא דרך להדביק יצורים אחרים, תסריט שיכול להיגמר בשואה אקולוגית או בפגיעה גדולה בבריאות ביבשת. כמו כן, חיסול הארנבות משפיע כבר עתה באופן בלתי צפוי על אוכלוסיות של בעלי חיים אחרים: מספרם של חתולי הבר ביבשת ירד בכ־90%, כנראה בשל היעלמות טרפם - הארנבות. האקולוגים מקווים כי החתולים יתרגלו למצב החדש וימצאו להם מקורות מזון אחרים. עדיין קיימת אפשרות כי בסופו של דבר יתגברו הארנבות על הנגיף ואוכלוסייתן תתאושש. אירוע דומה התרחש בשנות ה־50, אז פגעו בארנבות, באורח זמני, באמצעות נגיף אחר. 

אנשי רשויות הסביבה באוסטרליה מתכננים לבצע בשנים הקרובות מעקב ושחרור מבוקר של הנגיף, בשילוב עם אמצעים אחרים, כדי לנסות למנוע התאוששות של אוכלוסיית הארנבות.

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

חדר צר, שני חוקרים, שפע הפתעות - צבי עצמון

פרס נובל בפיסיולוגיה וברפואה 1996

החיים, כך אומרים, מלאי הפתעות. מתברר שכך גם לפעמים מדעי־החיים וביוגרפיות החוקרים.

על פיטר דוהרטי (Duherty) בן אוסטרליה, אפשר לומר שהלך לרפא אתונות (וחיות אחרות, שכן במקצועו היה וטרינר) ומצא מלוכה, בשוודיה; על רולף זינקרנגל (Zinkenagel) אפשר לספר כי התכונן להיות מנתח וחובב מוזיקה, נסע משווייץ לאוסטרליה, אלא שמסעו יסתיים בשטוקהולם, כמנצח: דוהרטי וזינקרנגל זכו בפרס נובל לרפואה לשנת 1996 בזכות תרומתם לחקר תורת החיסון (אימונולוגיה), בעבור גילוייהם בתחום ההגנה החיסונית התאית.

אך ההפתעות אינן מתמצות רק בסיפוריהם האישיים אלא גם במושאי מחקרם המשותף, שנערך בשנים 1973־1975, והתמקד בתאי לימפוציטים מסוג T ובחלבוני תואם־רקמות. חלבונים אלה מבצבצים מקרומיות תאי הגוף ופועלים כאנטיגנים, כלומר, הם מסוגלים לעורר את הגוף לייצר כלפיהם נוגדנים. הרבו לחקור אנטיגנים אלה בקשר לדחיית שתלים: המערכת החיסונית מזהה שתלים כאיברים זרים לגוף על־פי האנטיגנים של תואם־הרקמות (histocompetability antigens). גם זוהתה קבוצת הגנים העיקריים המקודדים יצירת אנטיגנים אלה - קבוצת גנים, המכונה MHC ושוכנת בכרומוזום 6 של האדם.

ואולם, אף שהגנטיקה שלהם פוענחה ושמעורבותם בדחיית שתלים נחקרה היטב, לא היה ברור מהי הפונקציה שממלאים האנטיגנים של תואם־הרקמות בגוף; קיום של גנים המקודדים יצירת אנטיגנים שאין להם תפקיד מלבד הפרעה לפעולה מלאכותית ונדירה של שתילת איברים - יש בכך כדי לגרום אי־נחת לחוקרי האבולוציה, המתאמצים לזהות יתרון הישרדותי לכל מבנה ומנגנון, המתקיים ביצורים חיים.

קשה לומר כי עניין זה הציק במיוחד לדוהרטי ולזינקרנגל. לא־כי, הם אמנם פתרו בעיה זו, אך מבלי להתכוון לכך מלכתחילה. אכן, יש הפתעות בחקר החיים. דוהרטי החליט לפרוש מהווטרינריה, ועבר לעבוד במחקר באוניברסיטת קנברה, אוסטרליה. ב־1973 הגיע לקנברה זינקרנגל, לאחר שסיים לימודי רפואה בבזל. מפאת מחסור בחדרי מעבדה, ומאחר שהעדפותיו המוזיקליות לא היו פופולריות ביותר בין החוקרים שבקבוצה (זינקרנגל חובב אופרות מושבע), התמקם לבסוף בחדרו של דוהרטי, ומבלי שתכננו זאת מראש החלו לשתף פעולה. הם ביקשו לברר מה גורם להרס המוח בעכברים שנדבקו בנגיף דלקת קרום המוח של עכברים. נראה היה להם כי לא הנגיפים עצמם ממיתים את התאים הנגועים, אלא שעושים זאת תאי T הורגים (המכונים גם תאי T ציטוטוקסים).

כאן המקום להזכיר כי מערכת החיסון היא מערכת מורכבת ומתוחכמת מעין כמותה. בתגובה לפלישת גורם זר לגוף היא נכנסת לפעולה נמרצת. ההתקפה על הפולש נעשית כרגיל משני אגפים: התקפה באמצעות הפרשת חומרים כימיים, כמו למשל נוגדנים, ותגובה של תאים - זו האחרונה מכונה ״התגובה התאית״. חלק נכבד מהתגובה התאית מוטל על תאים המכונים ״לימפוציטים מסוג T״ ובקיצור - תאי T. מדובר בקבוצה רבגונית של תאים, עמה נמנים, בין השאר, תאי T הורגים.

דרכו של תא T להרוג תא גוף נגוע בנגיפים. התא ההורג מצויד בקולטן (רצפטור) מיוחד המזהה, בה־בעת,
אנטיגן שמקורו בנגיף ואנטיגנים עצמיים של תואם־רקמות.

כדי לבחון את התאוריה שלהם, הפרידו דוהרטי וזינקרנגל תאי T ממוח של עכבר חולה וערבבו אותם עם תאי עכבר בן אותו זן שהודבק בנגיף. ואכן, התברר כי תאי T, ולא הנגיפים, הם ההורגים את התאים הנגועים. עתה שאלו את עצמם: מה יקרה אם תאי T יילקחו מעכבר בן זן אחד בעוד שהתאים הנגועים הם של עכבר הנמנה עם זן אחר? - שאלה מוזרה, לכאורה, בהתחשב בכך שהתפיסה המקובלת הייתה שתאי T משמידים תאים נגועים בעקבות זיהוי של מרכיבים נגיפיים המבצבצים מקרומיות התאים; התפיסה הייתה כי מרכיבי הנגיף הם - ורק הם - מהווים את האות להתקפת תאי T על התא הנגוע. 

שאלות מוזרות מתקבלות בסלחנות יחסית כשהן נשמעות מפיהם של מתלמדים חסרי ניסיון. ואמנם, זינקרנגל, וגם דוהרטי, היו בבחינת טירונים בתחום האימונולוגיה בכלל, ותאי T בפרט - T-רונים. ואולם, למרות חוסר ניסיונם לא הייתה זו סתם ירייה באפלה: הם ידעו כי זני עכברים הנבדלים ביניהם באנטיגנים של תואם־הרקמות מגלים מידה שונה של רגישות לנגיף. ועוד: הם קראו מחקר שפורסם על־ידי האימונולוג היו מקדיוויט (McDevitt) ועמיתיו, ובו נמצא קשר בין התגובה החיסונית לבין גנים הנמנים על MHC.

הלכו, אפוא, וניסו. ואכן, התברר כי תאי T משמידים תאים נגועים בנגיפים רק אם יש התאמה כאנטיגנים של תואם־הרקמות בין תא T התוקף לבין התא הנגוע! פרק חדש נפתח באימונולוגיה, ונדמה שאפשר היה גם לשמוע אנחת רווחה מפי חוקרי האבולוציה - סוף־סוף נמצא תפקיד חיוני וטבעי לאנטיגנים של תואם־הרקמות.

על־פי המודל שהציעו צמד החוקרים, תא T תוקף תא נגוע לאחר שזיהה בו צמד אותות: אנטיגנים של תואם רקמות המתאימים לו, ומרכיבי הנגיף שתא T ספציפי להם. מדובר, אם כן, בזיהוי כפול, בה בעת, הן של מרכיב פולש והן של מרכיב עצמי. האימונולוגים נרעשו בעקבות הממצאים והמודל שפרסמו ב־1974 שני החוקרים האנונימיים. בעקבות ההפתעה בא מבול של מחקרי המשך. הוכח, בין השאר, כי בגוף שורדים רק תאי T, המזהים כ״עצמי״ את האנטיגנים של תואם־הרקמות של תאי הגוף; הניסוי שערכו דוהרטי וזינקרנגל במוחות עכברים הצביע, אם כן, על פתרון לחידה כיצד מבחינים תאי מערכת החיסון בין ה״עצמי״ לבין ה׳׳זר״. וכפי שנאמר בהנמקות של ועדת פרס נובל: המחקר של שני חתני הפרס שינה באורח מהותי את הבנתנו בדבר התפתחותה של המערכת החיסונית ותפקודה התקין. 

הממצאים והמודל של דוהרטי וזינקרנגל תורמים להבנת הזיקה שבין רגישות למחלות מסוימות לבין סוגים מסוימים של אנטיגנים של תואם־רקמות, ותורמים בין השאר למאמץ לפתח תרכיבי חיסון יעילים יותר ולסייע למערכת החיסונית להתמודד באופן יעיל יותר בזיהומים, כולל בנגיף האיידס, ולהשמיד תאים סרטניים וגרורות. ומצד שני - הם עומדים בבסיס המחקרים המבקשים למצוא דרך כיצד לרסן את מערכת החיסון ולשכך את העוינות שלה כלפי רקמות עצמיות במקרים של מחלות אוטואימוניות, כגון מחלות שיגרון ודלקת פרקים, טרשת נפוצה וסוכרת נעורים, בהן היא תוקפת את מרכיבי הגוף העצמיים.

כיום משמש דוהרטי ראש המחלקה לאימונולוגיה בבית־החולים המחקרי לילדים בממפיס, טנסי; זינקרנגל הוא ראש המכון לאימונולוגיה ניסויית בציריך. שנים רבות מפריד ביניהם האוקיאנוס, אך את פרק הזמן הקצר־יחסית בחייהם בו היו שותפים באוסטרליה לחדר צר־מידות לא ישכחו בוודאי, ובוודאי ייזכרו בו בשטוקהולם. ואיתם כל עולם הרפואה ומדעי־החיים.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 20, ינואר/פברואר 1997.

כוחו של ארגון - איתי בן-פורת

לפני 3 שנים תקף זיהום חיידקי מסתורי מאות חולי קצרת (אסתמה) בארה"ב, ומאה בני אדם נפטרו מן המחלה. המכנה המשותף לחולים - כולם השתמשו במשאף מתוצרת מסוימת, שהעלה את החשד כי היה זיהום חיידקי במכל הייצור של חומר השאיפה. אך אף שמכלים אלה טופלו לפי דרישות התקן, הזיהום לא נמנע, וגם הטיפול האנטיביוטי בחולים לא נשא תוצאות. התביעות המשפטיות בעקבות המקרה הולידו בדיקה מקיפה ובה נמצא כי במכלים היה חיידק מסוג Pseudomonas aeroginosa, אשר גורם לדלקת ריאות. חיידק זה ידוע ביכולתו להופיע בצברים מוקפים בריר, המכונים קרומים (biofilms), שעמידים בפני חומרים מחטאים, בפני אנטיביוטיקה ובפני מערכת החיסון.

חיידקי Pseudomonas aeruginosa במיקרוסקופ אלקטרונים
CDC / Janice Haney Carr

מקרה זה ומקרים נוספים סימנו פער בין המחקר המיקרוביולוגי ובין המתרחש בטבע. עד לאחרונה עסקו רוב המחקרים בחיידקים אשר צפים במצע גידול נוזלי כיחידים, או גדלים כמושבות בצלחות פטרי; אולם בטבע רוב החיידקים מופיעים בקרומים, ובצורת חיים זו התנהגותם שונה: כאשר החיידק עובר ממצב ציפה חופשית להיצמדות לקרום מופעל בו מסלול שינויים צורניים (מורפולוגיים) ומטבוליים. 

קרומי חיידקים מעורבים בנזקים בתחומים רבים: הם גורמים להרס שיניים (הפלאק הידוע לשמצה), סותמים צינורות מים או קודחים בהם חורים, ויש כאלה המזהמים אבזרים רפואיים שונים, כגון עדשות מגע, לבבות מלאכותיים והתקנים תוך-רחמיים. קיומם של הקרומים על גבי מתקנים המוחדרים לגוף מסוכנת ביותר, בשל עמידותם הן בפני טיפול אנטיביוטי והן בפני מערכת החיסון. קרומי חיידקים מופיעים גם על גבי שבבי מחשב, וכיוון שהם מוליכים זרם חשמלי הם משבשים את פעולת השבב - בעיה חמורה בפסי הייצור של שבבים. 

כיצד מאורגן הקרום והחיידקים שבו? מתברר כי החיידקים נקשרים זה לזה באמצעות סיבים רב-סוכריים (פוליסכרידיים), היוצרים רשת צפופה, שבתוכה זורמים מים המספקים חומרי מזון ומסלקים פסולת. צירוף זני חיידקים שונים בתוך הקרום מאפשר ניצול תוצרי חיידק אחד כמזון לחיידק אחר ונוצרת שרשרת מזון יעילה. רשת הסיבים גם משמשת "חומת מגן" לחיידקים בפני סכנות חיצוניות. 

הקהילה המיקרוביולוגית נמצאת עתה בשלבים ראשונים של פיתוח אמצעי התמודדות עם קרומי חיידקים באמצעות חומרים אנטיביוטיים או באמצעות הלם חשמלי שיפר את הקשרים בין החיידקים.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 20, ינואר 1997.

אריות במצוקה - נדב לוי

בכמה שמורות טבע בקניה ובטנזניה נמצאים אריות תחת איום של נגיף קטלני.  האם זו הדרך שבחר הטבע לוויסות מספר הטורפים שאין להם אויבים?

אריות בשמורת המסאי מרה
Benh LIEU SONG, Wikimedia Commons

באפריל 1995 נתקלתי לראשונה בשמורת המסאי־מארה בקניה בלביאה חולה שכמעט נדרסה בשוגג על ידי רכב הספארי שלנו. הלביאה לא שלטה על שריריה, התקשתה לעמוד על רגליה ורעדה. היא הייתה חסרת אונים לחלוטין ונראתה נפחדת. נראה היה שאיבדה כמעט לחלוטין את הקשר לסביבתה הטבעית. ניסינו לברר מה קרה לה, אך לבסוף הנחנו לה לנפשה. למחרת בבוקר מצאנו שאבדו עקבותיה. ולא היה לי צל של ספק שלא עברה את הלילה לאור מספרם הרב של הצבועים המנומרים ששוטטו בסביבה.

הייתה זו הפעם הראשונה שבה נתקלתי בעדויות ממשיות על מגפת הכלביים שפקדה בסוף ינואר 1994 את אוכלוסיית האריות בפארק הסרנגטי שבטנזניה. מדיווחים ראשונים עלה כי בתוך זמן קצר מתו בעקבות המחלה כ־80% מלהקות האריות הגדולות הנחקרות בסרנגטי ובשמורת המסאי־מארה בקניה, שהיא המשכה הטבעי של המערכת האקולוגית המפורסמת בעולם.

התפרצויות אלימות של נגיפים בקרב חיות בר הוא נושא חדש יחסית במחקרים העוסקים בביולוגיה של שמירת־הטבע (Biology Conservation). נגיפים כאלה, כמו נגיפים התוקפים את משפחת הכלביים ידועים בקרב חיות בית ובקרב טורפים בני משפחה זו, אך פגיעתם באריות, הנמנים עם משפחת החתוליים, היא תופעה חדשה יחסית.

בראשית 1994 החלו לזרום ידיעות על מחלת עצבים קטלנית, שמאפייניה העיקריים היו דלקת המוח, דלדול בכמות הלימפוציטים בטחול ובעור ודלקת־ריאות, שפגעה באריות הסרנגטי. במהרה זיהו את גורם המגפה כנגיף התוקף את משפחת הכלביים. בתחילה עדיין סברו כי הנגיף פוגע רק בכלבים וזאבים, ולא במשפחת החתוליים, אך עד מהרה התברר כי המחלה התגלתה בעת ובעונה אחת בקרב אוכלוסיות אריות באפריקה המרוחקות זו מזו כאלף ק׳׳מ, ופגעה גם בצבועים מנומרים, בשועלים אזננים ובנמרים. למרבית המזל, לא כל האריות החולים מתו מהמחלה, ורבים מהם התגברו עליה באופן טבעי.

אחת ההשערות לאופן התפרצות המחלה הייתה הרעלה מכוונת, שכמוה התרחשה בפארק אמבוסלי שבקניה וגרמה שם להכחדת האריות. חשד זה ירד מהפרק משום שאוכלוסיית האריות בסרנגטי מרוחקת מבני שבט המסאי, שהיו יכולים להזיק להם. תסמיני המחלה דמו לתסמיניה של מחלה נגיפית שתקפה את הטורפים הנדירים בוויומינג בארצות הברית לפני כ־12 שנים, וגם למגפה שבעקבותיה מתו במפתיע לפני כארבע שנים בגני חיות בארצות הברית נמרים, אריות וטיגריסים. 

בתחילה חשבו כי מדובר באותו נגיף שעבר מוטציה והפך אלים, ובעקבות כך החל לתקוף את אוכלוסיית האריות בפארקים. החשש העיקרי הוא שהנגיף המסתורי עלול לחסל את אריות הסרנגטי, לעבור גם לאוכלוסייה המנותקת והחשובה של האריות במכתש הנגורונגורו, ובהמשך לעוות את שרשרת המזון במערכת האקולוגית השופעת חיות בר במזרח־אפריקה כולה.

מכתש הנגורונגורו בטנזניה הוא סוואנה מנותקת מסביבתה, המשתרעת על פני 300 קמ״ר בערך. מגלי המכתש הלבנים תיארוהו כ׳׳רוחש אריות נהדרים״, תיאור שגרר אחריו את טבח ״האריות הדשנים״, כפי שהם כונו. היום כל האריות במכתש מוגנים מציד בני שבט המסאי. לאחרונה נספרו בו כמאה אריות, מקצתם נוודים, והשאר חברים בשבע להקות. לכל אחת מהן טריטוריה משלה, אך בשל שטחו המוגבל של המכתש, יש בו צפיפות גבוהה, המולידה לעתים עימותים בקרב הלהקות עצמן ובין להקה לרעותה. להקות האריות במכתש ניזונות מחיות המכתש, כמו גנו וזברות. הלביאות, האמונות על הציד, מכירות היטב את השטח, ו״יודעות״ כי קשה לטרפם לברוח מתוך ״קערת הבשר״ הזו.

בשנת 1962 התקיפה את מכתש הנגורונגורו עננת זבובי שוקיים מוצצי דם, לאחר חודשים אחדים שהיו גשומים במיוחד. בעקבות התקפת הזבובים, סבלו האריות מזיהומי עור קשים, מקצתם מתו ומקצתם נדדו מהמכתש. בתוך כשישה חודשים בלבד נעלמו מפארק הנגורונגורו כשישים אריות ואז פסקה המגפה בפתאומיות, כשם שהחלה, והותירה אחריה אריות בודדים בלבד. בשל האוכלוסייה המדולדלת שנותרה במכתש, נמשכו במשך שנים זיווגי קרובים בין האריות שחיו שם בבידוד רב. "נישואי קרובים״ אלה היו בעוכרי אוכלוסיית המכתש. הבעיה העיקרית היא שרוב האריות היום הם צאצאי 15 אריות שנותרו במכתש לאחר ששככה המגפה, ומאז פוחתת פוריותם. עתידם לאורך זמן מוטל בספק, אלא אם כן יגיעו עוד אריות מהסרנגטי הסמוך לאחר שיגלו את "קערת הבשר״, או אם יוחלט לנסות להשיב למכתש אריות בעלי מוצא גנטי שונה.

אריות פארק הסרנגטי ומכתש הנגורונגורו בטנזניה נחקרים מאז שנות ה־60. מתוך כ־25,000 קמ״ר של מישורי עשב, רמות, חורש וגבעות, מתמקדים המחקרים בכ־200 קמ״ר, ובהם כמאתיים אריות.

עד אוגוסט 1994 חוסנו כ־85% מאריות הסרנגטי בתרכיב נגד הנגיף. במהלך 1995 התברר כי חלק מהאריות ששרדו פיתחו חיסון טבעי לנגיף, ומאז לא התגלו מקרים חדשים. בעקבות המלצותיה של קבוצת המחקר, החליטו בטנזניה ובקניה לחסן את כל אוכלוסיית הכלבים המבויתים כנגד הנגיף בתקווה לעצור את גל המגפה הנוכחי בטרם יתחדש. המסקנות מהמצב החדש תמכו בהפניית משאבים למחקרים בגנטיקה ובלימוד מערכת החיסון של אריות הסרנגטי. 

ויסות מספרם של בעלי החיים בטבע נעשה. בדרך כלל בידי אויביהם הטבעיים, וכאשר יורד מספרם של אלה, מתרבים הטורפים בקצב מהיר. החוקרים מניחים כי אוכלוסיית האריות בסרנגטי הגיעה לקצה גבול יכולת הישרדותה בהיעדר אויבים. זו בעיה אקולוגית ידועה של בעלי־חיים חזקים כמו טורפי־על. אף שמקצת להקות האריות פיתחו עמידות גנטית כנגד המגפה, עדיין שוררת דאגה שמגפות מעין אלו תתקופנה בעתיד אוכלוסיות טורפים נדירים אחרים באפריקה, המצויים בסכנת הכחדה או בתפוצה מוגבלת. דויד מקדונאלד (Macdonald), מחוקרי הטורפים הידועים בעולם, סבור, כי מגפת כלביים דומה היא זו שסתמה את הגולל על אוכלוסיית הבר של הזאבים הטלואים בפארק הסרנגטי בשנת 1992. ובאשר לאריות, העוסקים בשטח מודאגים שהמגפה תצליח לחסל כליל את ארבעים האריות הנדירים שנותרו במכתש הנגורונגורו הסמוך לסרנגטי, ועשויה אף לתקוף את שרידי האריות האסייאתיים שנותרו ביערות גיר שבהודו.

השאלות העיקריות הן מה ניתן לעשות והאם צריך. החוקרים סבורים כי ראשית יש לצמצם ככל האפשר את מספר היונקים המבויתים העשויים להידבק במחלה, באמצעות חיסון יונקי־בר ואוכלוסיות מבויתות של יונקים ממשפחת הפריים, שעלולים להיחשף למחלות שפגעו בהם בעבר. בימים אלה מתנהל מסע הסברה לחיסון אוכלוסיות הכלביים באזור הסרנגטי, הנגורונגורו והמסאי־מארה כנגד כלבת וכנגד הנגיף החדש. אך מספר הכלבים סביב הסרנגטי לבדו נאמד בכ־30,000 ורובם טרם חוסנו כנגד גורמי המחלה, לכן משערים כי התפרצות מחלה כזו צפויה בעתיד.

מי מעורב במחקר?

הראשונים במעלה בין חוקרי האריות בעולם, שתרמו לשימורם בסביבתם הטבעית, הם ללא ספק בני הזוג ג׳ורג וג׳וי אדמסון (Adamson). ג׳ורג' הגיע לקניה בשנות ה־30 כצייד, אך עד מהרה הצטרף למחלקת שמירת הטבע והיה הראשון שהגדיר את גבולותיה של שמורת סמבורו. החל משנות ה־70 הוא התמסר להשבת אריות לטבע בשמורת קורה. הוא תיעד לראשונה את אורח חייהם של אריות בפארק הסרנגטי. התפרסם בחיסולם של אריות שהתמחו בהרג בני־אדם, וכך מצא את שלושת הגורים שאחת מהן התפרסמה כלביאה אלזה. אדמסון נרצח בידי ציידים בלתי חוקיים בשנת 1989. אשתו ג׳וי, גידלה חתוליים עוד בשנות ה־50, ביניהם נמרה (פאני) וברדלסית (פיפה), והראתה כי ניתן לאלף גם חתוליים טורפים. ג׳וי נרצחה ב־1983 בהיותה בת 37. סיפוריה שהנציחו את הלביאה אלזה, ״לחופש נולדה״ (Born Free), ו״לחיות חופשיה לעולם" (For Ever Free), הוסרטו.

ג׳ורג שאלר (Schaller) היה המדען הראשון שחקר אריות בפארק הסרנגטי בשנים 1969-1966 במכתש הנגורונגורו, במקביל למחקריו של הנס קרוק (H. Kruck), על אקולוגיה וסוציוביולוגיה של האריות והצבועים המנומרים באפריקה. שאלר היה זה שגילה ותיעד לראשונה את אורח החיים החברתי יוצא הדופן של האריות, ומחקרו החלוצי באזור הסרנגטי נמשך מאז ללא הפסקה. בעקבותיו באו חוקרים נוספים לשמורת הסרנגטי, המסאי מארה, שמורת הנגורונגורו ושמורות טבע בדרום אפריקה.

אן פוסי וקרייג פאקר, הם זוג נשוי שחוקר שנים רבות את אוכלוסיית האריות בסרנגטי, הם למעשה, חוקרי האריות המובילים כיום בעולם.

לקריאה נוספת:

Morell, V. 1994 Serengeti's big cats going to the dogs, Canin distemper virus. Science 264: 1664. (June 17)

Macdonald, D.W. 1996 Dangerous Liaisons and disease.Conservation Biology Section Nature 379: 400-401. (Feb 1)

נדב לוי הוא זואולוג, מרצה ומדריך טיולים בעיקר באפריקה.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 20, ינואר/פברואר 1997.

נגיף לוחם בסרטן - איתי בן-פורת

אחד המאוויים של העוסקים בחיפוש אמצעי לוחמה בגידולים סרטניים הוא כי יימצא נגיף המסוגל להדביק תאים סרטניים ולהרוג אותם, מבלי לפגוע או לסכן את שאר תאי הגוף. עד לאחרונה נראה היה כי אפשרות כזו תישאר בגדר חלום בלבד, אולם באוקטובר השנה התפרסם מחקר המציג פריצת דרך בכיוון זה. קבוצת חוקרים בראשות פרנק מקורמיק (McCormick), העובדת בחברת התרופות אוניקס בקליפורניה הצליחה לפתח זן של נגיף ממשפחת האדנווירוסים (adenovirus), אשר ניחן ביכולת לתקוף אך ורק תאים ממאירים. נגיפים ממשפחה זו מדביקים תאים שנמצאים במצב מנוחה ומאלצים אותם להתחלק. כאשר התאים מתחלקים משעבד הנגיף את מערכות החלוקה של התא לצרכיו, הוא מתרבה, מחסל את התא ועובר להדביק תאים נוספים.

נגיפי אדנווירוס במיקרוסקופ אלקטרונים
GrahamColm, wikimedia commons

כיצד גורם הנגיף לתא להתחלק? מתברר כי הנגיף מנטרל כמה חלבונים בתא אשר מפקחים על תהליך החלוקה. בעקבות זאת מאבד התא את ה״בלמים״ ומתחיל להתחלק. אחד החלבונים שאותם מנטרל הנגיף מכונה p53, שהוא אחד החלבונים החשובים בתא - הוא מונע מתא שניזוק להמשיך להתחלק, ובכך מונע את מעבר הנזק לדורות הבאים. נזק כזה יכול להיגרם, למשל, אם נפגע ה־DNA בתא, או DNA זר, של נגיף למשל, חדר לתא. האדנווירוס שחודר לתא זקוק למערכת הרבייה התאית כדי להתקיים, ולכן מנטרל את p53. אם לא ינטרל אותו יורה p53 לתא להפסיק להתחלק. יופייה של השיטה שפיתחו מקורמיק ושותפיו היא בפשטותה: הם יצרו נגיף אשר אינו מסוגל לקשור את p53. נגיף שכזה לא יוכל לפגוע בתאים נורמליים שבהם p53 פועל, שכן תאים אלה לא יתחלקו והנגיף לא יוכל להתרבות. רק אם יפגוש תאים שבהם מסיבה כלשהי p53 איננו מתפקד יוכל הנגיף להתרבות. ל־p53 תפקיד חשוב במניעת התפתחות גידולים סרטניים - ב־60% מן הגידולים באדם p53 אינו קיים, לכן תאים אלה הם יעד מצויין עבור הנגיף. רק בתאי הגידולים האלה הנגיף יוכל להתרבות ללא יכולת התפשטות לתאים הבריאים שבסביבתם.

בניסויים הראשונים שערך מקורמיק התגשמו תחזיות אלו במדויק: כאשר מגדלים בתרבית תאים אשר מקורם בגידולים סרטניים, מתקיף הנגיף את התאים שבהם החלבון p53 אינו פעיל, ואינו פוגע בתאים בהם הוא קיים. מכאן עשה מקורמיק צעד נוסף: הוא בדק אם הנגיף מסוגל לפעול בגוף חי ולא רק בתרבית תאים. לשם כך הזריק לעכברי מעבדה תאים שמקורם בגידולים סרטניים באדם שבהם החלבון p53 אינו פעיל - תאים המתפתחים לגידול סרטני בעכבר לאחר שהתפתחו הגידולים בעכברים הזריקו החוקרים את הנגיף ישירות לתוך כל גידול. התוצאה: הגידולים קטנו בגודלם בשיעור של כ־85%, ומקצתם אף נעלמו לחלוטין. אלה הן תוצאות משמעותיות ביותר, אולם יש עדיין כמה סוגיות הדורשות פתרון לפני שניתן יהיה ליישמן באדם: האם אין הנגיף מהווה סכנה לרקמות הגוף? האם וכיצד תגיב מערכת החיסון בעקבות פלישת הנגיף? האם יש דרך לגרום לנגיף להגיע לגרורות הגידול? ושאלת השאלות — האם הסיפור אכן פשוט כפי שהוא נראה? 

בארה׳׳ב החלו ניסויים קליניים בחולים, וקבוצת חולים הסובלים מגידולים בצוואר ובראש קיבלו זריקות של הנגיף לתוך הגידולים. שלב ראשון של ניסויים אלה יסתיים בשנת 97׳ ותקוות רבות נתלות בהם.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 20,  ינואר 1997.