וירוסים ופרזיטים במי שתייה - סקר ספרותי - אורלי סרוסי־זוהר

 

וירוסים במים

בעבר, היה קיים ספק לגבי הסכנה ממים כגורם להפצת מגיפות נגיפיות, ספק שנבע ממחסור בשיטות רגישות לזיהוי ובידוד הווירוסים מהמים. כיום ישנן עדויות לכך שהמים יכולים לשמש כווקטור להעברת וירוסים, עדויות שנאספו הודות להתפתחות שיטות וטכניקות רגישות המסוגלות לבודד וירוסים מהמים.

העברת מחלות ויראליות על ידי מים מזוהמים, תלויה בהישרדות גורמי המחלה(הווירוסים) במים למשך תקופה מספיקה ובריכוז שיאפשר הדבקה, MID - Minimum Infectious Dose.

המוביל הארצי ליד קדרים בגליל העליון

Hanay, wikimedia commons

מלבד הווירוסים קיימים במים מזוהמים פתוגנים נוספים שזיהוי כל אחד מהם דורש זמן וכסף רב. לפיכך, נבחרה קבוצת אורגניזמים אינדיקטורים לזיהוי זיהום פקלי, הקוליפורמים.

מחקרים רבים הראו שהקוליפורמים אינם אינדיקטורים אידיאליים לווירוסים ממספר סיבות:

1. הקוליפורם הוא חיידק חד תאי לעומת הווירוסים שאינם תאיים, ולפיכך מושפעים פחות משינויים סביבתיים. הווירוסים נוטים לשרוד זמן רב יותר בסביבה המימית, יחסית לחיידקים.

2. קיים שוני בגודל ובמאפיינים המורפולוגיים בין חיידקים ו-וירוסים: הווירוסים מתנהגים כקולואידים במים, בעלי מטען על־פני המעטפת ונספחים למוצקים מרחפים, היספחות המעניקה להם הגנה מפני תהליכי האינאקטיבציה.

3. היבט נוסף הוא שמספר מחקרים הראו שמי שתייה שהוכרזו כמים הראויים לשתייה הכילו וירוסים. כלומר עמידות המים בתקנות הבקטריאליות אינה מבטיחה את אי-זיהומם על ידי וירוסים.

מאחר והקוליפורמים אינם מתאימים לשמש כאינדיקטורים לווירוסים, נעשים נסיונות לבחור זן מסוים של וירוס שישמש כאינדיקטור להימצאות וירוסים פתוגניים במים. וירוס אינדיקטורי זה צריך להתאים למספר פרמטרים והם:

1. שיהיה קיים יחס ידוע בין ריכוז האינדיקטור וריכוז הווירוסים כך שריכוז האינדיקטור יהיה תמיד גבוה יותר.

2. שהאינדיקטור ימצא תמיד, היכן שנמצאים הווירוסים.

3. שהאינדיקטור לא יהיה פתוגני.

4. משך הזמן הדרוש לזיהויו צריך להיות מהיר.

5. שהשיטות לזיהוי האינדיקטור תהינה רגישות, אמינות ושמחירן לא יהיה יקר ממחיר בדיקה בקטריאלית.

לא נמצא, עדיין, וירוס המתאים לכל הפרמטרים המצוינים, לפיכך, יש צורך למצוא אינדיקטור מתאים אחר לוירוסים.

חוקרים רבים בודקים את התאמת הבקטריופאג׳ים לשמש כאינדיקטורים לוירוסים.

הבקטריופאג׳ים הם וירוסים שלצורך התרבותם הם חודרים לתא החיידק ה״מארח״ במספר שלבים, כאשר בשלב האחרון הם גורמים לליזיס של תא החיידק ה״מארח״ ולשיחרור הפאג׳ים.

במחקרים שבדקו את התאמת הבקטריופאג׳ים לשמש באינדיקטורים לנוכחות וירוסים במים ובשפכים, נימצאו עדויות תומכות אך גם הוכחות המחלישות את התאמת הבקטריופאגיים לשמש כאינדיקטורים.

ניתן להניח ששתי קבוצות הווירוסים יתנהגו באופן דומה בסביבה המימית, עם-זאת נמצא כי לא תמיד כאשר בודדו בקטריופאג׳ים ממקור מים מסוים, מקור המים הכיל גם וירוסים, לכן יש צורך בהמשך מחקר.

מקור הווירוסים מדליפות בצנרת הביוב, מיכלי אגירה, שטחי יבוש, השקיה בקולחים. תנועת הווירוסים בקרקע תלויה במספר פקטורים כמו מבנה הקרקע וסוג הווירוסים.

הווירוסים בתנועתם, יכולים להגיע לעומקים של עשרות מטרים ובתנועה אופקית למרחקים של מאות מטרים ויותר. מי הגשמים חודרים דרך אבן הגיר, ממיסים אותה ויוצרים בורות המהווים את הקשר שבין הקרקע והזרימה התת קרקעית, לפיכך, מים מזוהמים המגיעים לבורות יכולים להגיע בסופו של דבר למי-התהום.

קיים קשר ישיר בין צנרות מים ישנים, לחץ מיס נמוך ומערכת ביוב ישנה לשכיחות וירוסים גבוהה במים.

נפח דגימת המים לזיהוי וירוסים הוא 1 ליטר.

יש לציין שה־MID אינו ברור ולפיכך מספר וירוסים מינימלי במים יכול לגרום למחלות בקבוצות אנשים רגישות יותר, בעיקר מדובר על

* אנשים בעלי מערכת חיסונית חלשה

* אנשים מבוגרים

* ילדים

וירוס Hepatitis A Virus - HAV

HAV שיך למשפחת ה-Enteric Viruses. הווירוסים המשתייכים למשפחה זו גורמים למחלות מעיים, לצהבת ולשיתוק. וירוסים אלה מופרשים בכמויות גדולות בצואה וידוע כי הם:

א. מסוגלים לשרוד במים ימים עד חודשים

ב. עמידים בפני תהליכי אינאקטיבציה

כיום מדווח שכ-8% מסה״כ התפרצויות הנובעות מ-HAV, מקורם במים מזוהמים (בעשור הקודם דווח על כ-12%).

משך הזמן הממוצע, העובר מההדבקה ועד הופעת הסימפטומים הוא כ־29 יום.

הסימפטומים הם: כאבי בטן, שילשולים, בחילות, הקאות, כאבי פרקים, תשישות וחום.

מחקרים הראו ש-HAV עמיד יחסית (לחיידקים) בפני כלורינציה, דווח כי בעוד החיטוי מוריד מאוכלוסית החידקים ב-6 סידרי גודל, מאוכלוסיית הווירוסים החיטוי מוריד 4-5 סידרי גודל. עם־זאת, צוין שככל שתהליך הטיהור טוב יותר (כולל גם סינון) אינאקטיבצית הווירוסים תהיה יעילה יותר.

מתוך עבודתם של ד״ר יהודית אלקנה, אתי בורלא, שי עבר-הדני ושנטל צדיק: ״מערכת מידע גאוגרפי כמכשיר לבדיקת הקשר בין מחלות המועברות על ידי מים לבין זיהום מיקרוביאלי של מי-שתייה״, ניתן לראות:

א. אחוז זיהומי המים גבוהים מאוד בישובים מסוימים בצפון (בעיה הידועה במחוז).

ב. קימת חפיפה חלקית בין שיעור דלקת כבד ואחוז זיהום המים עפ״י ישובים.

לסיכום ההמלצות הן:

* לבדוק נוכחות HAV בביוב (כדי להכיר את תפוצת הנשאים באזורנו)

* לבדוק נגיפים גם במי שתייה באזורים בהם קיים זיהום בקטריאלי גבוה

בקבוצה זו יכולים להיכלל:

* קידוחים בהם רדיוסי המגן אינם נשמרים

* ישובים שלא התחברו לרשת ביוב מרכזית

* ישובים בהם מערכת הביוב ישנה

* קידוחים החשופים לזרימות ממאגרי קולחים.

פרזיטים במים: Cryptosporidium and Giardia

1. קריפטוספורידיום:

פרזיט פרוטוזואי היכול לחיות ברקמות אנשים ובעלי חיים.

ידועים מינים רבים של קריפטוספורידיום, כאשר רק אחד מתוכם הינו פתוגני לאדם: Cryptosporidium Parvum.

ניתן למוצאו: במים עיליים (נחלים, אגמים, נהרות); בצואת בע״ח ובצואת אדם נגועים.

אופן ההעברה:

א. פקאלי - אוראלי

ב. דרך מים מזוהמים

הסימפטומים:

שלשולים. בחילות, הקאות, חום, כאבי ראש ואיבוד התיאבון.

תקופת הדגירה הממוצעת כ-9 ימים.

קבוצות הסיכון: 

תינוקות 

ילדים במעונות 

בעלי מערכת חיסונית חלשה 

קירבה לאדם חולה

הטיפול: לא ידועות תרופות לטיפול במחלה הניגרמת על ידי הקריפטוספורידיום. לעיתים יש צורך להשתמש באינפוזית נוזלים.

המים כווקטור להפצת הפרזיט:

בישראל החלו לאחרונה לבדוק נוכחות הפרזיטים במים עיליים בצפון (בעיקר בכינרת). התוצאות מצביעות על הימצאות הפרזיטים במים העיליים.

בארה"ב דווח כי 65-97% מהמים העיליים נגועים בנבגים של קריפטוספורידיום. נימצא כי קיימת קורלציה גבוהה בין מספר הנבגים במים לבין רמת העכירות, לפיכך החמירו ברמת העכירות המותרת במי-שתייה לרמה של 1NTU בכדי להגיע לרמת עכירות זו יש צורך להעביר את המים סינון. יש לציין כי גם לאחר הורדת רמת העכירות המותרת ל-1NTU נימצאו מספר נבגים נמוך במים.

ההנחה היא כי הרמה המינימלית לגרימת מחלות היא 10-30 ציסטות ב-100 מ"ל מים, אבל יש לציין כי עדין לא ברורה המנה הקריטית וכיצד היא משתנה בין בעלי מערכת חיסון תקינה לעומת בעלי מערכת חיסון חלשה (כמו-כן קימת תלות בגיל הנחשף למים ובאלימות הפרזיט).

דווח כי כאשר הפרזיט מצוי במים ולא גורם להתפרצויות, לא ניתן להסיק מכך כי אין סכנה. מחלות אנדמיות יכולות להיות בסביבה בנסיבות שלא יגרמו להתפרצויות.

בגלל הספקות, נקבע בארה״ב כי אם ימצאו נבגים של קריפטוספורידיום במים - הציבור יתבקש להרתיח את המים.

הטיפול האופטימלי להרחקת הקריפטוספורידיום: קואגולציה, שיקוע, חיטוי וסינון.

חשוב לציין שהסינון אינו יעיל תמיד בהרחקת הנבגים של הקריפטוספורידיום ממספר סיבות:

א. גודל הנבג - 6um־4 (לעיתים גודלו קטן מגודל הפורות במסנן).

ב. תכונת גמישות הנבגים מאפשרת את מעברם גם דרך ממברנות עם גודל פורות של 3um.

2.  ג׳יארדיה: Giardia Lamblia

שוטון פרוטוזואי בעל שתי צורות מופע: טרופוזואיד (בעל כושר תנועה) וציסטה. שתי הצורות יכולות להיות מופרשות מבע״ח. הציסטה עמידה יותר, לכן היא הצורה השלטת בסביבה והיא גם הצורה המדביקה.

המנה המדביקה: 10 ציסטות 

ניתן למוצאו: במים עיליים (נחלים, אגמים,נהרות)

בצואת בע״ח ובצואת אדם נגועים

אופן ההעברה:

א. פקאלי-אוראלי

ב. דרך מים מזוהמים

סימפטומים: שלשולים, איבוד משקל, עיכוב בגדילה (בילדים), חום, הקאות ובחילות.

הופעת הסימפטומים מראשית ההדבקה ועד לזיהוי ראשוני הוא 90 ימים. תקופת הדגירה נמשכת כ-1-2 שבועות, עם-זאת יש לציין שלא תמיד מופיעים הסימפטומים.

קבוצת הסיכון:

תינוקות

ילדים במעונות 

בעלי מערכת חיסונית חלשה 

קירבה לאדם חולה

טיפול: קימות תרופות המשמשות לטיפול במחלה הנגרמת על ידי הג׳יארדיה, אם-כי הטיפול אינו מושלם:

Nitroimidazole, Quinacrine, Furazolidon.

המים כווקטור להפצה: בע״ח נשאים המשוטטים ליד מקורות מים, מזהמים אותם. לפיכך המים חייבים לעבור תהליכי טיפול אופטימליים הכוללים: קואגולציה, חיטוי וסינון. (ידוע שגם מזון מזוהם יכול להעביר את המחלה).

במחקרים דווח כי תהליך הסינון יעיל יותר בהרחקת הציסטות של הג'יארדיה יחסית לאחוזי הרחקת נבגי הקריפטוספורידיום.

3. האמבות:

האמבות שייכות לקבוצת הפרוטוזואה האירוביות המתקיימות בקרקע ובסביבה המימית. ידוע כי האמבות השייכות לזנים Acanthamoeba and Naegleria הינן פתוגניות לאדם.

לפני כשלושה עשורים הובחן כי האמבות הינן אורגניזמים המסוגלים לגרום למחלות בבני-אדם:

1. דלקת קרום המוח (Meningoencephalitis) ראשונית או כרונית: הפתוגן מסוג Naegleria.

2. דלקת ריאות: הפתוגן מסוג Acanthamoeba.

עמידות האמבות תחת תנאים פיסיקליים/כימיים: טמפרטורה - ידוע כי האמבות הפתוגניות עמידות בטמפרטורות גבוהות כאשר הטמפרטורה האופטימלית להתרבותן היא 43-45°c אם-כי ניתן למוצאן גם בטמפרטורות גבוהות יותר (65°c) אבל משך זמן הישרדותן נמוך יותר.

עמידותן נמוכה בתנאים בהם הטמפרטורה והלחות נמוכים.

חיטוי - דווח כי בריכוזי כלור חופשי של 0.5-1.0 מג״ל, הטרופוזואיד מושמד. לעומתו דווח כי הציסטה עמידה בפני ריכוזים גבוהים של כלור. דווח כי 1.5ppm כלור לאחר זמן מגע של 30 דקות, ישמיד את הציסטה.

עובדות אלה מעידות על-כך כי האמבות עמידות לריכוזי הכלור בהם משתמשים לחיטוי מי השתייה מפני החיידקים. ואכן בחלק מהמחקרים דווח כי האמבות בודדו ממים שעברו טיפול ועמדו בתקן הבקטריאלי של מי־השתייה.

כאשר מוצאים, הטיפול היעיל ביותר להרחקת ציסטות של האמבות במים הוא באמצעות היפרכלורינציה.

אמבות בגופי מים: אמבות בודדו בבריכות שחיה, בריכות מים חמות טבעיות, בריכות סולריות ובאגמים.

באזורים שונים בעולם (כמו צפון קרולינה, צ׳כוסלובקיה, פלורידה) דווח על הקשר בין הימצאות הפתוגן במקור המים וגרימת מחלות (דלקת קרום המוח, בעיקר), באדם.

הערה: רוב המחקרים ציינו את הקשר שבין לגיונלה ואמבה. שני האורגניזמים חיים ומתרבים היטב בסביבה מימית עם טמפרטורות גבוהות. התברר שכאשר תנאי הסביבה מורעים האמבה עמידה יותר ומאפשרת ללגיונלה ׳׳להסתתר׳ בתוכה. דווח כי באמבה אחת יכולים ״להתארח״ כ-1,000 תאי לגיונלה.

אורלי סרוסי־זוהר - היחידה לתגבור הפעילות במי השתייה, מחוז הצפון.

פורסם ב"בריאות מהשטח" 6, יוני 1998

שמורת טבע - מטבע עובר לסוחר? - יהודית הרלבן

בחודש מארס השנה הוגשה תביעה נגד רשות הפארקים הלאומיים בארצות־הברית בעניין עסקה שנחתמה בין רשות הפארק הלאומי ילוסטון לבין חברת הביוטכנולוגיה דיוורסה. החברה מעוניינת בחיפוש ובניצול אנזימים מיוחדים הנמצאים בחיידקים החיים במעיינות החמים בשמורה. בעסקה שנחתמה סוכם שבתמורה לאיסוף דוגמאות במעיינות החמים במשך ארבע השנים הבאות תקבל השמורה תשלום חד־פעמי של 175 אלף דולר, וכן אחוז מסוים מרווחים עתידיים. 

לדעת המתנגדים ־ ומדובר בגופים לא מסחריים - עברו רשויות הפארק על כמה חוקים, כגון איסור על מסחר בשטחי הפארק; החמור מכול, לטענתם, הוא שלא היה הליך דמוקרטי פתוח בנוגע להחלטה אם לאפשר מסחר באוכלוסיית היצורים החיים במעיינות, ובעיקר - בלי מכרז פתוח. על ההסכם, שהוא הראשון מסוגו בארצות־הברית, הודיע סגן הנשיא אל גור בשנה שעברה.

ברקע התביעה עומדת תחושת החמצה צורבת על שלא השכילו להבטיח זכויות ראויות בקשר לניצול האנזים TAQ־פולימרז, שמקורו בחיידק החי במעיינות החמים. האנזים משמש ל״הגברת״ (כלומר - לשכפול) DNA בתהליך המכונה ״תגובת השרשרת של הפולימרז״ (PCR), תהליך מרכזי במחקר, כולל בזיהוי פיסות רקמה. הנהנית מאותה החמצה היא חברת התרופות השווייצית ״הופמן - לה רוש״ המחזיקה בפטנט והגורפת רווחים נאים. הרווחים הצפויים הם כמיליארד דולר בשנה, ומהם לא יגיע אף סנט אחד לממשלת ארצות־הברית.

הממשל ורשות הפארקים הלאומיים טוענים בתגובה על התביעה שהם פועלים תחת הסכם פדרלי המאפשר לגופים מסחריים לנצל אוצרות טבע תמורת תשלום, הסכם שהוא הרחבה לנוהל הקיים, המאפשר לגופים מדעיים ליטול דוגמאות סלע, מים, צמחים ובעלי־חיים.

יערות האמזונס - מבט מהאוויר
Vinícius Mendonça - Ascom/Ibama.

עניין דומה במקום שונה: בחודשים אלו מתנהל ויכוח סוער בסנט בברזיל בנוגע למגבלות שמבקש הסנט להטיל על החברות - בדרך כלל חברות זרות - המבצעות סקרים ביולוגיים ביערות האמזונס. הכוונה היא לחוקק חוקים המבטיחים את ״זכויות היוצרים" של ברזיל במקרה של פיתוח כלשהו המבוסס על אורגניזם שמוצאו מברזיל, והכוונה היא בעיקר לצמחים. גם כאן שורש העניין הוא היסטורי - התמוטטות ענף הגומי בברזיל בתחילת המאה, לאחר שזרעים שנלקחו מברזיל היוו את הבסיס למטעי הגומי המשגשגים של דרום־מזרח אסיה. 

את היוזמה לחקיקה העלה לפני שלוש שנים נציג אזור האמזונס בסנט, וכוונתו הייתה להבטיח את זכויות השבטים המקומיים על החי והצומח באזורם. הצעת החוק נתקלה במתנגדים, הטוענים שהבירוקרטיה בהשגת האישורים הרבים בכל רמות השלטון תרתיע חוקרים. בעיה נוספת היא שאפשר לחוקק חוק שיעגן את זכויות העם הברזילאי על הצמחים או בעלי־החיים האנדמיים לברזיל אך כיצד אפשר להחיל זאת בכל הקשור לידע על אודות שימושים? האם יש זכויות יוצרים על ״פולקלור״; נראה שגם כאן, כבסוגיות רבות, הגישה הנכונה היא איזון נכון. במידה שתושבי ברזיל יפיקו מאוצרותיהם הטבעיים רווח הוגן מתוך שמירה על הרווחיות של החברות הביוטכנולוגיות המשקיעות בפיתוח מוצרים חדשים, ייתכן שניסיון החקיקה הנוכחי יביא פריחה לשני הצדדים.

פורסם ב"גליליאו" 28, מאי-יוני 1998

נגיף בעל מעוף - אמיר עדן

שפעת העופות מהונג־קונג שעלתה לכותרות בראשית השנה גרמה למותם של שבעה בני־אדם עד תחילת ינואר, והביאה להשמדתם של מיליון וחצי עופות שגודלו על האי. עתה מתחילים מדענים להבין כיצד נוצר זן כה אלים של נגיף השפעת וכיצד הוא הצליח לעבור מעופות לבני־אדם. קבוצת חוקרים מהונג־קונג ומארצות־הברית השתמשה בנגיף אשר בודד מגופו של ילד בן שלוש שנפטר מהמחלה כדי לקבוע את הקוד הגנטי של כמה גנים שמקורם בנגיף האלים. השוואה לקוד הגנטי של נגיפי שפעת אחרים העלתה, כי הנגיף שבודד אינו דומה לזנים המוכרים מבני־אדם אלא דווקא לזן המצוי אצל עופות, זן שגרם למותן של אלפי תרנגולות בהונג־קונג בשנת 1997.

נגיפי שפעת מעופות אינם מסוגלים בדרך כלל להדביק בני־אדם כיוון שבמהלך ההדבקה צריך הנגיף להתקשר למרכיבים מסוימים בקרום התא המאכסן, ומרכיבים אלו שונים אצל עופות ובני־אדם. מקורם של רבים מזני השפעת האלימים הוא אמנם עופות, אך דרוש שלב ביניים כדי לאפשר יצירה של זן התוקף גם בני־אדם. שלב זה מתקיים בדרך כלל אצל חזירים. אלה יכולים להידבק בזני שפעת שמקורם באדם וגם בזנים שמקורם בעופות. כאשר חזיר נדבק בשפעת משני המקורות בעת ובעונה אחת, נוצרת הזדמנות לנגיפים להחליף ביניהם מידע גנטי, ומתקבלים זנים חדשים שחלקם עשוי להיות אלים (ראו: ״נגיף שפעת משוחזר״, גליליאו 23). אלא שהמקרה של הונג־קונג היה שונה. במקרה זה מדובר בנגיף של עופות שפיתח יכולת להדביק תאי אדם באופן ישיר, בלי שלב ביניים של ערבוב גנטי.

התגובה המהירה והחריפה של שלטונות הונג־קונג נבעה מכך שככל הידוע מדובר במקרה ראשון שבו זן שפעת עופות אלים תוקף בני־אדם. התעורר החשש שבני־האדם חסרים חיסון טבעי כנגד זן זה וכי המגפה תתפשט במהירות ובלא הפרעה.

מדוע הזן הייחודי הזה קטלני כל כך וכיצד קרה שנגיף מעופות הצליח להדביק בני־אדם? אחד הגנים של נגיף השפעת מקודד לחלבון המכונה המאגלוטינין (Hemaglutinine), שהוא חלק ממעטפת הנגיף. במהלך ההדבקה עובר חלבון זה חיתוך על ידי אנזימים יחודיים שמקורם במאכסן, וכך מתאפשרת חדירת הנגיף לתאים. כאשר פענחו החוקרים את הקוד הגנטי של הנגיף האלים מצאו, כאמור, שאכן מדובר בזן של שפעת עופות, אך עם הבדל קל: בגן המקודד להמאגלוטינין בזן האלים נמצאה תוספת קטנה בקרבת האתר שעובר חיתוך בעת ההדבקה.

החוקרים סבורים ששינוי זה איפשר לנגיף, שמדביק בדרך כלל תאים במערכות הנשימה והעיכול של עופות וגורם למחלה קלה וחולפת, להרחיב את מגוון הרקמות שבהן הוא פוגע ולהדביק גם תאים במוח, בלב ובכלי דם, וכך לגרום למחלה קטלנית. כיוון שחיתוך ההמאגלוטינין חיוני לצורך ההדבקה בנגיף, והואיל והאנזימים המבצעים את החיתוך מצויים במערכת הנשימה והעיכול של עופות בלבד, מוגבל הנגיף, באופן רגיל, לרקמות אלו. ואולם ככל הנראה השינוי באתר החיתוך מאפשר לאנזימים אחרים הקיימים ברקמות נוספות, ואולי אף לאנזימים מאדם, להכיר את חלבון ההמאגלוטינין של הנגיף ולחתוך אותו.

לטענת החוקרים פיתח הנגיף יכולת לעבור מעופות לבני־אדם אך לא יכולת לעבור באופן יעיל מאדם לאדם. מסקנתם היא כי השמדת העופות לא הייתה לשווא, שכן סביר להניח כי היא מנעה מגפה חמורה יותר.

למעלה: תא אדם ובו מספר נגיפי שפעת. גודלם של הנגיפים אינו עולה על אלפית המילימטר.
הזיזים על פני המעספת עשויים בעיקר מהמאגלוטינין. למטה - נגיפי שפעת.

פורסם ב"גליליאו" 28, מאי-יוני 1998

כלורופיל לריפוי סרטן - מרית סלוין

מדענים ממכון וייצמן פיתחו חומר כימי ייחודי לטיפול במחלת הסרטן. ייחודיותו של החומר מתבטאת בכך שהוא אינו רעיל, אך כאשר מוקרנת עליו אלומת קרני אור, הוא נעשה רעיל וגורם להרג התאים שבסביבתו, עד כה היה אפשר לטפל בדרך וו רק בגידולים שטוחים ודקים יחסית, כמו גידולים מסוימים של סרטן העור, או בגידולים מוצקים בשלביהם ההתחלתיים. החומר שפיתחו החוקרים עשוי לשמש להריסת גידולים סרטניים מוצקים וגדולים יותר, הנמצאים גם ברקמות עמוקות.

הטיפול בגידולים סרטניים באמצעות אור מבוסס על חומרים הנעשים רעילים רק כשהם נחשפים לאור. טיפול בחומרים כאלה המכונים ״חומרים פוטודינמיים״, אישרו לפני כשנתיים וחצי רשויות הבריאות בארצות־הברית. בטיפול כזה מזריקים בשלב הראשון את החומר ה״רעיל על תנאי״ למערכת הדם או ישירות לגידול, לאחר מכן חושפים בצורה מבוקרת את הגידול לקרינת אור — באופן ישיר או באמצעות סיבים אופטיים. לאחר שהחומר קלט את האור הוא נעשה רעיל, ומשמיד את תאי הגידול הסרטני. הטיפול מתבצע באזור הגידול בלבד וכך נמנעות תופעות לוואי. עד כה התאימה שיטת הטיפול הזאת לגידולים קטנים, מוקדמים או שטוחים בלבד.

פרופ׳ אביגדור שרץ מן המחלקה לביוכימיה ופרופ׳ יורם סלומון מן המחלקה לבקרה ביולוגית במכון וייצמן ניסו לפתח חומר כימי שישופעל ויהרוס באור גידולים מוצקים גדולים המצויים בעומק הגוף. לרוב הגידולים המצויים במצב זה הטיפולים המקובלים אינם נותנים מענה, וזאת בשל שלוש סיבות עיקריות. הסיבה הראשונה היא הקושי להגיע אל כל התאים: ככל שהגידול גדול יותר, יש בו תאים המרוחקים מנימי הדם, והחומרים הכימותרפיים, המועברים באמצעות הדם, אינם מגיעים אליהם. הסיבה השנייה היא יצירת עמידות של תאי הסרטן לחומרים הכימותרפיים. הקושי השלישי נעוץ בכך שהטיפולים הקרינתיים, הכימיים והפוטודינמיים המקובלים, מבוססים על נוכחות חמצן ברקמה, לכן אותם אזורים בגידול שמרוחקים מאספקת החמצן, אינם מגיבים לטיפולים.

פרופ׳ אביגדור שרץ (מימין) ופרופ׳ יורם סלומון במעבדתם המשותפת

שני החוקרים פיתחו חומר פוטודינמי המשופעל באמצעות אור שמבוסס על נגזרת של הפיגמנט כלורופיל שמקורו בחיידקים פוטוסינתטיים. החומר בולע את קרינת האור גם באורך הגל התת־אדום, שחודר לעומק הרקמה ומאפשר טיפול בגידולים הנמצאים בעומק הגוף. החומר פועל גם בלי נוכחות חמצן, וכך אפשר להגיע אל אותם חלקים בגידול שאינם מקבלים אספקת חמצן ואינם מגיבים, לפיכך, לטיפולים המקובלים. באמצעות מניפולציות כימיות הפכו החוקרים את החומר למסיס במים, כך שיוכל לפעול בנוזלי הגוף. לאחר מכן הם מצאו דרך להצמיד אליו נוגדנים או מולקולות אחרות שמשמשים ”נווטים׳׳ המובילים אותו לאתרים הנגועים בגוף. כך יצרו ״חומר רעיל על תנאי״, שאפשר להתאימו לפי הצורך לטיפולים רפואיים, כמו למשל לשגר אותו אל דופנות כלי הדם המזינים את הגידול הסרטני. בנוסף על כך, הם שתלו בתוך החומר אטומי מתכת, המאפשרים מעקב אחריו במכשיר הדמיה מגנטית.

הניסויים הראשונים נערכו בעכברי מעבדה נגועים במלנומה שחורה - גידול ממאיר של העור שאינו מגיב לרוב הטיפולים המקובלים. החוקרים הזריקו לעכברים את החומר שפיתחו, והקרינו על הגידול אור תת־אדום. הטיפול הצליח מעל המשוער - 85% מהחיות המטופלות החלימו לחלוטין.

בדיקה מיקרוסקופית של הרקמה העלתה כי צינורות הדם סביב הגידול נקרעו, ורקמת הגידול הוצפה בחומר המשופעל. לטיפול בגידולים עמוקים - האור משוגר לרקמה הנגועה באמצעות סיב אופטי.

דרך טיפול זו פותחת אפשרות להתגבר על גידולים מוצקים גדולים בלא התערבות כירורגית, כולל גידולים שמופיעים בכמה מוקדים. השיטה מאפשרת לחזור על הטיפול פעמים רבות ובנקודות שונות. בשל הפגיעה הייחודית בגידול, היא מתאימה גם לחיסול גידולים שכריתתם מסכנת את האיברים הסמוכים להם. בטיפול לא נרכשת עמידות ולא נוצרת עקה על הגוף - מה שקורה לרוב בטיפולים קרינתיים וכימותרפיים. תופעות הלוואי מוגבלות מאוד, מערכת החיסון אינה נפגעת, התהליך זול ואינו דורש אישפוז.

פורסם ב"גליליאו" 27, מרץ-אפריל 1998

בקצרה - האם יש חיים על המטאוריט ממאדים? - אמיר עדן

באפריל 1997 הודיעו חוקרים של סוכנות החלל האמריקנית NASA כי בעזרת מיקרוסקופ אלקטרוני חדיש זיהו שרידים של יצורים מיקרוסקופיים מאובנים במטאוריט שפגע בכדור הארץ ושמקורו במאדים. 

צוות מומחים נוסף שבדק בעת האחרונה את אותו מטאוריט, אכן מצא חלקיקים דמויי חיידקים, אך פסק כי מדובר במינרלים שמקורם בסלע שעליו היה מונח הטסאוריט, וכי המראה ה״חי" מתקבל בשל השיטה שבה הוכנו דגימות המטאוריט להתבוננות במיקרוסקופ. בבדיקותיהם לא מצאו החוקרים כל סימני חיים בסלע ממאדים.

למעלה: חיידקים מאובנים (לטענת NASA) כפי שצולמו במטאוריט ממאדים. למטה: מינרלים שצולמו באותו מטאוריט.

פורסם ב"גליליאו" 27, מרץ-אפריל 1998

ורוד זה יפה

מה משותף לדג הסלמון, השרימפ וחלמון הביצה?

 חוקרים במכון למדעי החיים ע"ש סילברמן גילה חיידק חדש בעל פוטנציאל ביוטכנולוגי ייחודי. החיידק החדש הוא מהסוג Paracoccus, וייחודו בכך שהוא מייצר את הצבע (הפיגמנט) הטבעי אסטקסנתין (astaxanthin) - חומר בעל שימושים רבים בתעשיות המזון, הקוסמטיקה והתרופות.

האסטקסנתין שייך לקבוצת חומרים הנקראים קרוטנואידים, משפחה של פיגמנטים טבעיים האחראים לגווני הצהוב, הכתום והאדום באורגניזמים רבים. לחומרים אלה יש תכונות של נוגדני חמצון (אנטי-אוקסידנטים) ועל-כן הם נחשבים כתוספי מזון בריאותיים. הידוע מביניהם הוא הבטא-קרוטן, שהוא המקור העיקרי לויטמין A.

האסטקסנתין הוא מרכיב חשוב בתזונה הטבעית של דגים רבים ובהם הסלמון, וכן של סרטני שרימפ ודגי נוי רבים, והוא שמקנה להם את הגוון הוורוד האופייני. בטבע מיוצר האסטקסנתין על ידי מיקרואורגניזמים ימיים שנאכלים על ידי בעלי חיים, ובסופו של דבר הוא מגיע בשרשרת המזון אל הדגים. רוב דגי הסלמון והפורל וסרטני השרימפ שמשווקים כיום בעולם גדלים באקווה קולטורה, שם הם ניזונים ממזון מרוכז. כדי להקנות להם את הצבע הוורוד האופייני יש להוסיף לדיאטה שלהם את האסטקסנתין.

בסקנדינביה, למשל, החלו להשתמש באסטקסנתין גם להזנת תרנגולות כדי לקבל ביצים שצבע חלמוניהן כתום כהה. לאסטקסנתין מייחסים תכונות פרוביוטיות היות ובניסויים נמצא שהוא מפחית את התדירות של התמרה סרטנית. כמו כן נמצא שהוא מגן מפני ניוון של מערכת הראייה בבני אדם.

אסטקסנתין טבעי מופק בכמות מוגבלת מצדפים או מאצות, אולם מחירו יקר ביותר. חברת הופמן לה-רוש משווייץ מייצרת אסטקסנתין סינתטי, שגם הוא יקר ביותר. יצרני הסלמון הנורווגים טוענים שכרבע ממחיר הייצור של הדג נזקף לטיפוח הצבע הוורוד שלו. אולם חסרונו העיקרי של הפיגמנט הסינתטי נובע מהמבנה המולקולרי שלו שאיננו טבעי. רק לאחרונה נאסר בשוודיה להאכיל בעלי חיים בחומרי צבע שאינם טבעיים.

החיידק החדש נתגלה במעבדתו של פרופ' יוסי הירשברג במחלקה לגנטיקה במכון למדעי החיים, והוא זוהה ואופיין בשיתוף עם פרופ' אהרן אורן מהמחלקה לאקולוגיה מיקרוביאלית. התברר שזהו מין חדש שלא היה מוכר לפני כן, והחוקרים קראו לו Paracoccus marcusii על שם פרופ' מנשה מרכוס (1937-1987) שהיה מנהל המחלקה לגנטיקה.

החיידק Paracoccus marcusii 

ד"ר מארק הארקר, מלגאי קרן גולדה מאיר העובד במעבדה של פרופ' הירשברג, חקר את תהליכי ייצור האסטקסנתין בחיידק, ומצא שהוא מצטבר בתגובה לתנאי עקה (Stress) סביבתיים. הגנים האחראים לייצור הפיגמנט שובטו וניתן היה להעביר אותם בשיטות של הנדסה גנטית לחיידק Escherichia coli כך שהאחרון החל לייצר אסטקסנתין.

אולם ההפתעה הגדול ביותר נכונה לחוקרים כאשר התברר שהאסטקסנתין שמיוצר על ידי P. marcusii מצטבר בתוך גופיפים קטנים שמופרשים אל מחוץ לתא של החיידק. זוהי תופעה ייחודית שלא נצפתה בעבר בחיידקים, ויש לה השלכות מרחיקות לכת על יכולת השימוש בחיידק על מנת לייצר אסטקסנתין. ניתן לגדל את החיידק, יצרן הפיגמנט, בתהליכי תסיסה בכמויות תעשייתיות. דרך מיצוי הפיגמנט פשוטה יחסית, שכן החיידק מפריש אותו למצע הגידול בצורת שלפוחיות שקל לאסוף אותן, וכך ניתן למצות את החומר בצורה טבעית וזולה מהחומר המסונתז. הוזלת החומר והפקתו בצורה הטבעית שלו תרחיב את השימוש בו ובעתיד יוכל לשמש גם בתעשיית הקוסמטיקה וכתוסף מזון. עם זאת מציינים החוקרים שתהליך הפיכת הממצא למוצר יישומי מחייבת עוד מחקר ופיתוח.

החוקרים סבורים שחיידק שמפריש חומרים ליפופיליים (שומניים) למצע הגידול בתוך חלקיקים "ארוזים" פותח פתח לשימושים ביוטכנולוגיים נוספים כדי לייצר חומרים יקרי ערך אחרים. מאמר על גילוי החיידק מתפרסם בימים אלה בכתב העת Journal of Bacteriological Systematics המפרסם גילוי חיידקים חדשים.

החיידק נשלח להפקדה באוסף חיידקים רשמי באירופה, על פי אמנת בודפשט המגבילה את השימוש המסחרי בחיידק למפקיד בלבד. חברת "יישום" - החברה לפיתוח המחקר של האוניברסיטה העברית - רשמה פטנט על תהליכי ייצור אסטקסנתין המבוססים על שימוש בחיידק החדש.

פרופ' יוסי הירשברג

פורסם ב"קו פנים" - ידיעון האוניברסיטה העברית בירושלים, אפריל 1998.

דולי שלב ב - צבי עצמון

הכבשה המפורסמת דולי, שעליה דווח בהרחבה (ראו: ״אני והתא נשמההה את העולם׳׳) נבחרה על ידי כתב העת המדעי Science כפריצת הדרך המדעית החשובה בשנת 1997. 

דולי היא המקרה הראשון, והיחיד לפי שעה, שבו הצליחו מדענים לשכפל יונק בוגר. פריצת הדרך במקרה זה הייתה היכולת לבחור כבשה בוגרת, לבודד ממנה תא, ולהשתמש בגרעין התא, המכיל את החומר הגנטי, ליצירת עובר של כבשה נוספת הזהה מבחינה גנטית לכבשה המקורית. דולי היא למעשה מעין תאומה זהה של אמה. 

הפוחלץ של דולי במוזיאון הסקוטי הלאומי באדינבורו
Mike Pennington, Wikimedia commons

בעקבות דולי התעורר דיון ציבורי סוער בנוגע לניסיונות השכפול של בעלי־חיים והשלכותיהם, וכל מיני גופים ברחבי העולם שוקדים על ניסוח חוקים וקווים מנחים לפיקוח על ניסויים מסוג זה.

בינתיים התקדמו החוקרים במכון רוזלין בסקוטלנד בראשותו של יאן וילמוט (Wilmut) צעד נוסף, ויצרו שש כבשים טרנסגניות, כלומר, כבשים המכילות חומר גנטי ממקור זר, במקרה זה ממקור אנושי. הפעם השתמשו החוקרים בתאים ממקור עוברי, שמהם קל יותר לקבל כבשה בוגרת. לתאים אלו הם החדירו מקטע DNA שהכיל גן אנושי. לאחר שווידאו שהגן האנושי עבר איחוי לכרומוזום של תא הכבשה ונותר תקין, השתמשו החוקרים בתאים הטרנסגניים ליצירת כבשים בוגרות בטכניקה זהה לזו שבה יוצרה דולי.

הגן שהוחדר לכבשים לא נבחר באופן מקרי: ברבות מן המחלות הגנטיות אצל בני־אדם סיבת המחלה היא חלבון מסוים שאינו מתפקד או חסר לחלוטין בגוף. יש מקרים שבהם אפשר להתגבר על הבעיה באמצעות הזרקת החלבון התקין לחולים, אך לשם כך יש צורך לייצר כמות מספקת של החלבון המבוקש. 

אחת הדוגמאות למחלה כזו היא המופיליה (דממת), שבה חסר חלבון המכונה ״גורם קרישה IX״ המשתתף בתהליך קרישת הדם. במקרים קשים של המחלה, פציעה קלה ביותר עלולה לגרום לדימום מתמשך ולסכנת מוות. כיום מטופלים החולים בעזרת חלבון המופק בתהליך יקר מתרומות דם, שהן כידוע מצרך יקר ערך. טיפול זה אף חושף אותם לזיהומים שמקורם במנות דם נגועות.

לכבשים הטרנסגניות הוחדר אפוא הגן האנושי המקודד את גורם הקרישה IX. החוקרים ״הנדסו״ את הגן, כך שהחלבון המיוצר יופרש לחלב הכבשים. כל שנותר הוא לטפח עדר של כבשים כאלה, לחלוב אותן ולבודד את החלבון מתוך החלב. באופן זה אפשר לקבל כמות בלתי מוגבלת של חלבון, בעלות נמוכה ובלא סכנת זיהום. 

באופן עקרוני, אפשר ליישם גישה זו לייצור חלבונים אחרים לטיפול במגוון מחלות נוספות. בניסיונות דומים שנערכו בעבר החומר הדרוש התקבל ביעילות נמוכה, ובמקרים רבים פסק הגן המוחדר מלהיות פעיל מסיבות לא ידועות. התהליך החדש יעיל יותר, ומאפשר לוודא את תקינות הגן בתאים עוד לפני ״יצירת״ הכבשה. החוקרים מציעים לברור את הכבשה שבה מתקבלת רמת החלבון המרבית, ולשכפל אותה. כמו כן, בכוונתם לפגוע בגנים המקודדים את חלבוני החלב המקוריים בכבשה, כדי שהחלב שיתקבל יכיל בעיקר את החלבון הזר. בדרך זו יהיה תהליך ניקוי החלבון המבוקש קצר, פשוט וזול.

מחקר זה ממחיש היטב את כוחן של שיטות השכפול וההנדסה הגנטית, שעתידן עומד להיות מוכרע בימים אלו בוועדות מקצועיות ואתיות ברחבי העולם.

פורסם ב"גליליאו" 27, מרץ-אפריל 1998