פרנקלין שטאל ושכפול ה-DNA - אסף לוי

 

אחד הדברים שמאפיינים את כל צורות החיים (מלבד כמה וירוסים) היא נוכחות DNA כחומר תורשתי. ה-DNA אוגר את המידע התורשתי (גנים לתכונות), משוכפל בדיוק ועובר עם מעט מאד מוטציות בין דורות. כך בכל היצורים. לפני כמה חודשים נפטר אחד מהאחראים לאחד הניסויים הקלאסיים בביולוגיה מולקולרית: פרנקלין שטאל (Stahl). 

בשנת 1958 הוא ומתיו מסלסון (Meselson - עדיין בחיים, בן 95) בדקו באיזו צורה ה-DNA הדו-גדילי משתכפל. היו להם שלושה מודלים אפשריים: מודל שמרני, חצי-שמרני ואקראי. לפי המודל השמרני הגדיל הכפול מועתק כולו בבת אחת לגדיל כפול אחר, לפי המודל החצי שמרני הגדיל הכפול נפתח לשני גדילים אשר מהווים תבנית ליצירת הגדיל השני. 

התמונה מסבירה טובה את שלושת המודלים. ווטסון (Watson) וקריק (Crick), מפענחי מבנה ה-DNA, חזו קודם לכן שהמודל החצי-שמרני הוא כנראה הנכון. כדי לבחון איזה מודל הוא הנכון שטאל ומסלסון השתמשו באיזוטופים שונים של של חנקן אשר מרכיב את ה-DNA, חנקן 14 (הנפוץ בטבע) וחנקן 15. 

המקור: ויקיפדיה

הם גידלו חיידקי E. coli על מצע שהכיל רק חנקן 15 כך שהוא נכנס ל-DNA ואז ביצעו ניסוי מבוקר שבו הם אפשרו לחיידקים לשכפל את ה-DNA, לקלוט חנקן 14 אל תוך ה-DNA ולמדוד את היחס בין חנקן 14 ל-15. אחרי שני סבבי חלוקת DNA בלבד היה ברור שהמודל החצי שמרני הוא הנכון ובחלוקה כל גדיל משמש כתבנית עליה מועתק הגדיל השני. 

המקור: ויקיפדיה

הניסוי מוסבר טוב בוויקיפדיה למי שרוצה מעט להתעמק.

היום אנו מבינים את תהליך שכפול ה-DNA לעומק, על כל מרכיביו. 

באופן מוזר פרנקלין שטאל נפטר כבר באפריל והודיעו על מותו רק לפני כמה ימים.

אגב, ג'ים ווטסון עדיין בחיים. בן 97, טיפוס די גזען.

ד"ר אסף לוי - המחלקה למחלות צמחים ומיקרוביולוגיה, הפקולטה לחקלאות, האוניברסיטה העברית

פורסם בטוויטר (X) של המחבר - יולי 2025

המיקרוביום - על קצה המזלג - בתיה כהן

 

מה זה בעצם Microbiome?

המיקרוביום האנושי הוא אוסף הגנומים של כלל המיקרואורגניזמים שחיים בגוף האדם, בעיקר במעי, אך גם בעור, בריאות, בפה ובמערכת המין.

זהו אחד מגורמי ההשפעה הביולוגיים הגדולים ביותר על הבריאות.

המיקרוביום כולל בעיקר:

🔹 חיידקים (Bacteria)

🔹 פטריות (Fungi)

🔹 נגיפים (Virome)

🔹 ארכאונים (Archaea)

בממוצע, לאדם בריא יש פי 10 תאי מיקרואורגניזמים מאשר תאי גוף וכ-3.3 מיליון גנים מיקרוביאליים לעומת ~20,000 גנים אנושיים.

 המוקד המחקרי המרכזי כיום: Gut Microbiome, מיקרוביום המעי.

למה דווקא שם? כי שם נמצאים כ-95% מהמיקרואורגניזמים בגוף, והם מקיימים קשרי גומלין ישירים עם מערכת החיסון, מערכת העצבים, המערכת האנדוקרינית והכבד.

המיקרוביום משתתף ב:

✅ פירוק ופירוטוקסיפיקציה של תרופות (pharmacomicrobiomics)

✅ סינתזת ויטמינים כמו B12 ו-K

✅ וויסות חיסוני (Tregs, Th17)

✅ ייצור מטבוליטים (כמו SCFAs – חומצות שומן קצרות שרשרת)

✅ השפעה על ה-BBB (מחסום דם-מוח)

התגליות הגדולות של העשור האחרון:

 צירי תקשורת ביולוגיים בין המעי לאיברים אחרים. כולל:

🧠 ציר מוח-מעי (Gut–Brain Axis)

🧬 ציר מיקרוביום–זרע (Gut–Germline Axis)

🫁 ציר מעי–ריאה (Gut–Lung Axis)

כל אלו כוללים העברת אותות נוירואנדוקריניים, אימוניים ומטבוליים.

הפרעות במיקרוביום (Dysbiosis) נקשרו ל:

🔸 השמנה ועמידות לאינסולין

🔸 מחלות אוטואימוניות (קרוהן, טרשת נפוצה)

🔸 דיכאון וחרדה

🔸 סרטן (בעיקר מעי גס, לבלב, כבד)

🔸 בעיות פריון גבריות ותחלואה נוירו-התפתחותית בצאצאים

מחקרים חדשניים הראו:

✔ העברת מיקרוביום מעכברים אוטיסטיים לעכברים בריאים גרמה להתנהגות דמוית אוטיזם

✔ השתלת מיקרוביום ממטופלים עם דיכאון גרמה להתנהגות דיכאונית בעכברים

✔ תזונה עשירה בסיבים שינתה את המיקרוביום ובלמה דלקת כרונית

גישה טיפולית חדשה:  

השתלת מיקרוביום מצואה (FMT). מאושרת קלינית לטיפול בזיהום חמור של Clostridioides difficile, ונבדקת גם בטיפול בדיכאון, סוכרת, קרוהן ועוד. 

⚠️ דורש בחירה מדויקת של תורם וסטריליות קפדנית.

אז איך שומרים על מיקרוביום בריא?

🔹 תזונה עשירה בפרה-ביוטיקה (סיבים, פוליפנולים)

🔹 הימנעות מאנטיביוטיקה שלא לצורך

🔹 לידה וגינלית והנקה (להרכבת מיקרוביום תקינה בתינוקות)

🔹 שמירה על גיוון תזונתי, פעילות גופנית, וניהול סטרס

לסיכום:

המיקרוביום הוא לא "תוספת" לגוף האדם, אלא מערכת ביולוגית שלמה שמקיימת קשרי סימביוזה הדוקים עם המארח.

מדובר באחד התחומים החמים ביותר ברפואה המודרנית, עם פוטנציאל לאבחון, מניעה וטיפול ברמות פרסונליות.

ד"ר (Ph.D.) בתיה כהן, ביולוגית מולקולרית,  חוקרת סרטן וכלי דם. 

פורסם בטוויטר (X) של המחברת, יולי 2025. 

ירי טילים בין חיידקים - האסקפיזם לו חיכיתם - אסף לוי

 

חיידקים חיים בסביבות שלעתים קרובות צפופות בחיידקים המתחרים על משאבים מוגבלים. למשל בקרקע או במעי שלנו. לשם כך הם פיתחו במהלך האבולוציה מגוון כלי נשק מיקרוסקופיים לחיסול מתחרים. את חלקם אנו מכירים בתור אנטיביוטיקות. 

קבוצה אחרת היא של חלבונים המרעילים את החיידק השכן, למשל על ידי פירוק דופן התא שלו או ה-DNA שלו. אבל יש שתי בעיות בכך:
1. איך אני כחיידק תוקף אעביר את הרעלן לתא המטרה?
2. איך אני לא אהרוג את עצמי בתהליך?

את הבעיה הראשונה פתרו על ידי ייצור מערכות שיגור רעלנים, נקראים בתחום גם מערכות הפרשה. אלו מבני חלבונים גדולים שמשגרים רעלן מתא אחד לתא אחר. אחת המגניבות שבהן נקראת T6SS והיא די נפוצה בחיידקים. זו מערכת שיגור שנבנית בחיידק התוקף עם מעין טיל חלבוני שבקצהו יש רעלנים. היא עוברת כיווץ כמו מזרק ומעבירה כך את הטיל עם הרעלן לתא שכן. כדי שהטיל יחדור לחיידק המטרה הוא מסתיים בחלבון חד שמשמש כשפיץ שידקור את דופן התא של חיידק המטרה. כדי להתגבר על עמידות כנגד רעלנים שונים אצל חיידק המטרה פותח ארסנל גדול של רעלנים אפשריים שתוקפים מגוון מטרות כך שהחיידק המותקף יתקשה לפתח חסינות כנגדם.

עכשיו בעיה 2: איך התוקפן מתגונן מרעלן?

לרוב על ידי חלבון אנטי-רעלן אשר מנטרל את הרעלן. כך מונעים גם מצב שבו אני יורה בטעות על חיידק שהוא קרוב משפחה. אם יהיה לו את האנטי-רעלן הוא מוגן.

ועכשיו לכמה מאמרים בתחום:

1. לפני 12 שנה תואר מנגנון שכונה דו-קרב של חיידקים. החוקרים מהרווארד מצאו כי חיידק מסויים החמוש ב-T6SS יכול להגיב באלימות אם יורים עליו באותה מערכת. הוא חש פגיעה בממברנה שלו ובונה מערכת שיגור T6SS שיורה בדיוק באותו כיוון של הפגיעה וכך מחסלת בצורת עין-תחת-עין את מי שפתח במלחמה. החוקרים אפילו עשו ניסוי מגניב שבו הם ערבבו מספר חיידקים תוקפניים מאותו הסוג עם החיידק הנוקם. לחלק מהתוקפנים לא היתה מערכת תקיפה פעילה (היו מוטנטים) ולחלקם הייתה את היכולת לתקוף. 

החוקרים גילו שהחיידק הנוקם יורה רק על מי שירה עליו ונשאר בשלום עם מי שלא היה אגרסיבי.

הנה פרופ' ג'ון מקלנוס (Mekalanos) מדבר על הניסוי הזה:

2. במאמר אחר תיארו החוקרים איך חיידקי מעיים נשארים אדישים לכל החיידקים האלימים מסביבם שיכולים לתקוף אותם עם T6SS בכל רגע נתון. הם מצאו שבתוך הגנום שלהם יש מערך גדול של גנים לחלבונים אנטי-רעלנים עם מנגנון לקליטת גנים נוספים כאלו. כך החיידק מוגן ממגוון רעלנים שישוגרו אליו. 

המאמר 

3. בקבוצה שלי פיתחנו שיטה חישובית חדשה לאתר המון גנים של רעלנים בשימוש חיידקים, חלקם משוגרים על ידי T6SS וחלקם על ידי מערכות שיגור אחרות. הרעלנים מחסלים תאים במגוון שיטות ולהפתעתנו חלקם נועדו לחיסול פטריות. 

המאמר

לפעמים אפשר לראות במיקרוסקופ את החיידקים בונים את הטיל הגדול לקראת שיגור, כמו בצילום הזה:

כחלק ממלחמת החימוש ישנם חיידקים שרכשו כמה מערכות שיגור כאשר כל אחת נועדה לצורך אחר (למשל לתקיפת תאי אדם או תאי חיידקים) וחמושה במגוון רעלנים. ההפעלה שלהן יקרה יחסית באנרגיה ולכן חיידקים מווסתים את הפעילות שלהן רק לתנאים שבהן מערכות המלחמה האלו תהיינה דרושות. 

אה! ונזכרתי בעוד מאמר ממש מגניב שבו הראו ממש מנגנון של "הרצחת וגם ירשת": 

החיידק הגורם לכולירה הורג חיידקים ואז מפעיל מנגנונים לגנוב את ה_DNA מה'פגרים' שלהם וכך לאפשר לקלוט DNA זר לגנום שלו ולקבל גנים שימושיים חדשים מהקורבן.

המאמר

הלוואי שנמשיך להתעסק רק במלחמות חיידקים.

ד"ר אסף לוי - המחלקה למחלות צמחים ומיקרוביולוגיה, הפקולטה לחקלאות, האוניברסיטה העברית

פורסם בטוויטר (X) של המחבר - יולי 2025

מחקר פורץ דרך: המיקרוביום של המעיים עשוי לחולל מהפכה בסריקת סרטן המעי הגס! - בתיה כהן

 

חדשות מרגשות מהעולם הרפואי, חוקרים גילו שניתן להשתמש במיקרוביום המעיים ככלי לאיתור מוקדם של סרטן המעי הגס, עם דיוק מרשים!

התמונה - AI

המשמעות? שיטה לא פולשנית שיכולה לשפר את שיעורי הזיהוי המוקדם (כיום רק 30% מאדנומות מתגלות בקולונוסקופיה) ולסייע בזיהוי שינויים מיקרוביאליים כבר בשלבים הראשונים! 

מה דעתכם על עתיד שבו בדיקת צואה פשוטה תציל חיים?

המאמר ב-Nature Medicine

ד"ר (Ph.D.) בתיה כהן, ביולוגית מולקולרית,  חוקרת סרטן וכלי דם. 

פורסם בטוויטר (X) של המחברת, יוני 2025. 

קצת על אלכוהול, מיקרוביום המעי והמוח - בתיה כהן

 

הפרעת שימוש באלכוהול (AUD) משפיעה על מיליוני אנשים ברחבי העולם ויכולה להוביל לתוצאות פיזיות וחברתיות מזיקות. מחקרים אחרונים מדגישים את השפעת האלכוהול לא רק על מיקרוביום המעי, אלא גם את תפקיד המיקרוביום של המעי וציר המעי-מוח בהתפתחות ובתחזוקה של הפרעת שימוש באלכוהול. 

הקשר ההדדי בין צריכת אלכוהול למיקרוביום של המעי, כולל השפעות האלכוהול על הרכב המיקרוביום של המעי, שינויים במטבוליטים מיקרוביאליים של המעי בתגובה לצריכת אלכוהול, וכיצד מטבוליטים מיקרוביאליים של המעי עשויים לווסת את התנהגות השימוש באלכוהול.

היה והמיקרוביום שלכם חשוב לכם, הגבילו את צריכת האלכוהול ומנעו כניסה למעגל קסמים שמתחיל בשיבוש המיקרוביום במעיים, דלקת עצבית דרך ציר המעי-מוח, חשקים מוגברים, ומסתיים בדיכאון וחרדה.

המאמר ב-MDPI

ד"ר (Ph.D.) בתיה כהן, ביולוגית מולקולרית,  חוקרת סרטן וכלי דם. 

פורסם בטוויטר (X) של המחברת, יוני 2025. 

מכ"ם כימי בחיידקים מסייע להם לאתר ולהלחם באמבות הטורפות אותם - אסף לוי

 

מאמר מגניב מלפני כמה ימים ב Cell. כשחיידקים מנסים להתיישב באיזו נישה הם נאלצים להתמודד עם מי שנמצא כבר שם. זה יכול להיות חיידקים אחרים, וירוסים שמנסים לתקוף את החיידקים או יצורים שמנסים לטרוף אותם, כמו אמבות. 

במאמר מצאו החוקרים שחיידק מאד נחקר בהקשר של מחלות צמחים בשם Psudomonas syringae מייצר מולקולה מסויימת ומפריש אותה. המולקולה נקלטת על ידי אמבה ועוברת שינוי כימי ומשוגרת חזרה החוצה. כשהיא נקלטת על ידי קולטן אצל החיידק הוא "מבין" שיש בסביבה אמבה שמסכנת אותו והופך את המולקולה לכזו שקוטלת את האמבה.

החוקרים מצאו שהקולטן למולקולה על פני החיידק הוא קריטי להתיישבות על פני צמחים שמודבקים באמבות.

הנושא של חיידקים וטורפיהם הטבעיים (מלבד וירוסים) הוא יחסית לא נחקר היום ויכול להביא לפיתוח דרכים חדשות להתמודדות עם פתוגנים ודרכים חדשות להתמודד עם טפילים כמו אמבות.

המאמר

ד"ר אסף לוי - המחלקה למחלות צמחים ומיקרוביולוגיה, הפקולטה לחקלאות, האוניברסיטה העברית

פורסם בטוויטר (X) של המחבר - יולי 2025

על הקידה השעירה ויחסי גומלין עם המיקרוביום שלה - איגור ארמיאץ'

הקידה השעירה (Calicotome villosa) היא צמח ממשפחת הפרפרניים. מכך נוכל להסיק נכונה, כי היא נמצאת ביחסי הדדיות עם חיידקים מהסוג Rhizobium, הקושרים בשבילה חנקן - מה שמאפשר לייצר חומצות אמיניות גם כאשר צומחים בקרקע עניית חנקות. 

אבל אלה לא החיידקים היחידים החיים בשורשי הקידה, כפי שהדגים מחקר* שנערך לאחרונה בספרד. 

במחקר נעשתה השוואה של מיקרוביום השורשים בין קידות הגדלות בראש גבעה, לבין אחיותיהן הצומחות בערוץ למרגלותיה. מיני חיידקים רבים נמצאו בשורשי צמחים אלה. באופן לא מפתיע, שורשי אוכלוסיית הפסגה הכילו פחות מינים - וכולם עמידים לעקת מים. מלבד חיידקי הריזוביום, לא הייתה חפיפה במינים של שתי האוכלוסיות - כנראה עקב מגוון חיידקים שונה בבתי-הגידול השונים. 

וכאן בוודאי תשאלו - האם החיידקים מועילים או מזיקים לצמח?

זה מסובך. 

במחקר נמצא כי החיידקים השונים החיים בשורשי הקידה מפרישים מגוון חומרים, שהחשובים ביניהם הם חומצה אינדול-3-אצטית, וסידרופורים. הראשונה היא צורה נפוצה של ההורמון הצמחי אוקסין (auxin) והשניים מהווים קושרי ברזל יעילים, המסייעים לצמח בהפקת ברזל מסביבתו. על-פניו, יש כאן השפעה חיובית. רוב הניסויים בגידול נבטי קידה (ופרפרניים אחרים מאותו בית-גידול) הראו שנוכחות החיידקים משפיעה חיובית על מאסת החלק העל-קרקעי, ולפעמים גם על מאסת השורש. אבל היו גם מקרים בהם מאסת השורש הושפעה שלילית מנוכחות החיידקים. 

קידה שעירה - במדרון האוניברסיטה, תל-אביב, פברואר 2025 

כעת אזכיר כי הסימביוזה ההדדית עליה למדנו בבית-הספר אינה אלא פישוט של תהליך מורכב. כל האורגניזמים נמצאים, בעיקרון, בתחרות זה מול זה. קיום של שיתוף פעולה מועיל לא אומר שבני הברית לא מנסים למקסם את הרווחים שלהם. מבחינתם של החיידקים, הם מגדלים את הקידה לצרכיהם. יכול להיות שהחומרים שהם מפרישים לתוך השורשים עוזרים לצמח במצבים מסויימים ואף עוזרים לו לשרוד בבתי-גידול קשים כמו פסגת הגבעה החמה והיבשה. אבל בסופו של דבר, החיידקים משחקים במשחק משלהם, בו מטרת הצמח היא, קודם כל, לשרתם. 

אולי הם מכריחים את הקידה לגדול כאשר זה לא מועיל לה עוד, ממש כמו שהחיטה התרבותית נראית ענקית לעומת חיטת הבר, אבל בסופו של דבר כל תוספת המאסה הזאת היא למטרותינו, ולא למטרות הצמח. 

גם זה לא הכל, כי נוכל לצפות כי הקידה, מצדה, לא רק מנצלת את החיידקים לעצמה (כמובן), אלא גם מתאימה את עצמה למניפולציות שלהם, ומגיבה להן. בקיצור, אקולוגיה היא משחק מאוד מסובך. המסר איתו נוכל לסיים את הפוסט הזה, הוא שהצמח בשדה אינו רק תוצר של מאמצי אורגניזם אחד לגדול בסביבה האנאורגנית, אלא תוצאה של אינטראקציות רבות, בגלוי ו-"מאחורי הקלעים", עם שותפים שונים, שמניעיהם לא ברורים לנו עד הסוף, ושדרכי הפעולה שלהם מתחילות להתגלות לנו רק עכשיו.

המאמר

* הערה של Yoni Waits

התחלתי לקרוא את הפוסט שלך ואמרתי שבטח יש פה טעות (אך לא היא), כי הסימביונט של קידה שעירה הוא לא Rhizobium, אלא סוג אחר שהוא מאוד ספציפי - Bradyrhizobium. ריצפנו מאות דוגמאות של פקעיות מרחבי הארץ (כולל מגבעות הכורכר של נס ציונה) וגם בודדנו אותו במעבדה. הסוג הזה למעשה די ספציפי לכל השבט של genistae באגן הים התיכון.

ד"ר איגור ארמיאץ', השירותים להגנת הצומח ולביקורת, משרד החקלאות

פורסם בדף הפייסבוק "ארצות החמרה - שמירת טבע במישור החוף" -  בפברואר 2025