יום רביעי, 18 בדצמבר 1996

הדברה : שיעור בביולוגיה משולבת - מיכל וסרמן-גולן

 

חומרי ההדברה הכימיים המסורתיים שוב אינם התשובה המוחצת למזיקים בחקלאות. רבים מהחרקים מצליחים לפתח עמידות לרעלים. הפיתרון: מימשק הדברה משולב, המטיל למערכה שתי פצצות חכמות - אוייבים טבעיים וחיידקים מפיצי מחלות


החקלאות, יציר כפיו ועמלו של האדם, איפשרה לו לרתום את החי והצומח לסיפוק צרכי אוכלוסיית כדור הארץ, המתרבה בקצב קדחתני. החקלאות הקונבנציונלית נועדה לספק כמויות מזון גדולות. החקלאות המודרנית, שעשתה הסבה מהשיטה הפוליקולטורית (גידולים שונים זה בצד זה) למונוקולטורית (שטחים נרחבים של גידול יחיד), הגבירה את חשיפתו של הגידול לפגעים שונים והביאה להתפרצות של מחלות ומזיקים.



השיטה המונוקולטורית יוצרת תנאים מלאכותיים, תוך הפרה חמורה של האיזון האקולוגי הקיים בטבע. כדי לשמור על הגידולים ולהפיק כמות מירבית של תוצר, מרססים את השדות בחומרים כימיים שונים, הקוטלים את החרקים גורמי המחלות.

חומרי הדברה כימיים בדרך כלל, אינם מיועדים לחרק מסויים, ויתרונם בכך שניתן באמצעות תכשיר אחד, לקטול מזיקים שונים. חסרונם בכך שהם פוגעים גם באוכלוסיית האוייבים הטבעיים של המזיק, טורפים וטפילים שתוקפים את המזיק, ומונעים את התרבותו. כיוון שמערכת ההדברה הטבעית בשדות המרוססים יצאה מכלל פעולה, נאלץ החקלאי להיעזר בהדברה הכימית באופן מתמיד ובכמויות גדולות, כדי למנוע התפרצות מגיפות של מזיקים.

זנים מסויימים של מזיקים מפתחים עם הזמן עמידות לחומרי הדברה. כתוצאה מכך החקלאי חייב להשתמש בכמויות מוגדלות של חומרי הדברה, דבר המייקר את השימוש בהם, לעיתים עד כדי חוסר רווחיות של הגידול. יתירה מכך, חומרי ההדברה הינם גורמים משמעותיים ביותר בזיהום הסביבתי. רבים מהתכשירים הנם שאריתיים. כלומר, כאלה שאינם מתפרקים בקלות ובמהירות, אלא גורמים זיהום קרקע ומקורות מים, חודרים לשרשרת המזון ופוגעים בדגה, בעופות וביונקים. נזק נוסף נגרם לאדם כאשר הוא ניזון מתוצרת חקלאית, הספוגה בשאריות חומרי הדברה. רבים אינם מקפידים על שטיפה יסודית של פירות וירקות. אך הבעיה חמורה יותר כשמדובר בחומרי הדברה, המגיעים למי ההשקיה, נספגים ברקמות הצמח ובכל מה שניתן לאכילה. במקרה זה, כמובן, שטיפה חיצונית של הפרי לא תועיל הרבה.


הפגיעים ביותר לחומרי ההדברה הם פועלי הייצור, המרססים והחקלאים. הרעל עלול לחדור דרך העור, מערכת הנשימה ומערכת העיכול. הנזק מתבטא בפגיעה במערכת העצבים (הגורמת שיתוק), בפוריות, ובמקרים קשים, גם בחומר התורשתי (DNA) ואכן, חלק מחומרי ההדברה ידועים כמסרטנים.

 

המידע זורם מהשדה

עם גבור המודעות הציבורית לנושאי בריאות ולשמירת איכות הסביבה, התחזקה ההכרה בכך שהפרה חמורה באיזון האקולוגי כרוכה במחיר כבד, מחיר שהדור הבא לא יהיה מסוגל ולא ירצה לשלם.

על רקע זה באה לעולם גישה חדשה, "חקלאות ברת-קיימא", המבוססת על התאמת המערכת החקלאית לסביבה. הרעיון המרכזי: לשלב בצורה היעילה ביותר הדברה ביולוגית, כימית פיסיקלית, תוך שמירה על כל מרכיבי הסביבה - אדמה, מים, אקלים, חי וצומח.

המדענים ואן-דן בוש ופלינט הגדירו כבר בשנת 1981 את המושג "מימשק הדברה משולב" (IPM), כאסטרטגיה המבוססת על מחזור החיים של המזיק, התנאים הדרושים למחייתו, המזיקים הטבעיים התוקפים אותו, ורגישותו לחומרי הדברה שונים.

מרכיב חשוב ביותר במערך זה הינו זרימת מידע מהשדה למרכז ההדרכה. המידע המצטבר מעובד על-ידי מומחים, אשר מנחים את החקלאים כיצד לנהוג בפועל בנושא ההדברה. השימוש בחומרי הדברה כימיים נעשה רק בלית ברירה, והדגש הוא על הקטנת המינונים והפחתת מספר הריסוסים העונתיים.

הריסוס נעשה רק כשאוכלוסיית המזיק מגיעה לסף הכלכלי (רמה הגורמת נזק שערכו עולה על הערך הכספי של ההדברה) בשיטה זו מושם דגש על הגברת השימוש בהדברה ביולוגית ומיקרוביאלית. תנאי הכרחי להצלחת השיטה הוא קיום שירותי הדרכה יעילים, שיהוו צינור להעברה שוטפת של ידע מהאקדמיה לחקלאי.

בישראל הגיעו להישגים נאים הודות לשירותי ההדרכה המעולים ולנכונות החקלאים ללמוד וליישם שיטות חדשות. הרקע האקולוגי להדברה הביולוגית, מבוסס על תיאוריית שיווי המשקל הדינמי של אוכלוסיות. צפיפות אוכלוסיה מסויימת בבית-הגידול, נקבעת על-ידי מספר גורמים, חלקם מנוגדים. מצד אחד, הפוטנציאל הביוטי (החיוני) של המין, השואף לריבוי אינסופי. מצד שני, 'התנגדות' הסביבה להתרבותו של מין אחד, הכוללת גורמים שמפחיתים את הילודה, מגבילים את מספר הצאצאים השורדים כמו תנאי אקלים קשים, תחרות על כמות מוגבלת של מזון, או התפתחות אוכלוסיית אוייבים טבעיים. מערכת דינמית זו מורכבת מרצף של תנודות ושינויים בלתי-פוסקים.

החקלאי צריך להיות קשוב לכל הפרה במצב שיווי המשקל, שהיא מעל 'הסף הכלכלי' ודורשת תיקון מהיר. ככל שיקדים לבצע את התיקון, כך יקטן הנזק. המידע לטיפול במערכת המשולבת צריך להיות זמין כל העת, דבר המחייב שיטות ניטור מתקדמות, מערכת תקשורת ממוחשבת ומאגרי מידע נרחבים. כאמור, הדברה כימית מפעילה כוחות אבולוציוניים אדירים, הגורמים לחלק מהחרקים לפתח עמידות לחומרי ההדברה, כתנאי להישרדותם. לעומתה, מימשק IPM הרבה פחות אגרסיבי. הוא אינו מכחיד את אוכלוסיית המזיקים עד האחרון, אלא שומר על יציבותה ויציבות אוכלוסיית האוייבים הטבעיים ברמת סף מסויים, כך שאם אוכלוסיית המזיק תפתח זנים עמידים לחומר ההדברה, יקרה הדבר בקצב מאוד איטי. מערכת כזו יכולה להתקיים באופן רווחי לטווח ארוך, מבלי לזהם את הסביבה בחומרי ההדברה.


מחוללי מחלה 'ידידותיים'

קיימות שתי מגמות עיקריות בהדברה ביולוגית של חרקים מזיקים. הראשונה מתבססת על שימוש בחרקים הטורפים את החרק המזיק (ומכאן כינויים 'אוייבים טבעיים'). החקלאי נדרש להתערב במקומות בהם אוכלוסיית האוייבים הטבעיים דלילה מידי או שאינה קיימת, ויש צורך לתגברה באמצעים מלאכותיים.

המגמה השנייה מבוססת על שימוש בגורמי מחלה, כגון חיידקים, נגיפים ופטריות הזורעים מחלות ומוות באוכלוסיית המזיק. גורמים אלה נמצאים באופן טבעי באוכלוסיית המזיק, אך לעיתים יש צורך לתגבר אותם באופן מלאכותי, בתנאי מעבדה. גורמי מחלות אלה מתמקדים במזיק ואינם פוגעים באוייבים טבעיים ובבעלי-חיים אחרים. מאידך, תכונה זו גורמת לכך שכל מין של מזיק מצריך טיפול פרטני והתאמה של גורם המחלה ותנאי הפצתה.

מחוללי המחלה מוגדרים "ידידותיים לסביבה". הם עצמם מתים או מתפרקים תוך זמן קצר בשדה על-ידי גורמים כמו טמפרטורה וקרינה על-סגולה של השמש, אינם מזהמים את הסביבה ולא חודרים לשרשרת המזון. בנוסף, גידולם בתנאי מעבדה הינו לרוב זול ויעיל, וניתן ליצרם באופן מסחרי ולאחסנם לפרקי-זמן ממושכים עד לשימוש.

ניתן לרססם בשדה בצורה פשוטה, באותן שיטות המשמשות להדברה כימית, אך חשוב להקפיד שהריסוס ייעשה בתנאי מזג אוויר כאלה, שיאפשרו לחיידק או לנגיף לשרוד. כמו כן, יש לפזרם בשדה רק כאשר מזיק היעד יהיה 'בשל' למיתקפה. לדוגמא, אם גורם המחלה תוקף רק את זחלי המזיק, צריך לתאם את מועד הריסוס לתקופה בה מרבית אוכלוסיית המזיק מצוייה בשלב הזחל.

שתי בעיות עיקריות כרוכות בשימוש בגורמי מחלה. האחת קשורה לעובדה שמיקרואוגניזמים, כגון נגיפים, אינם קוטלים את המזיק בו-במקום, אלא רק לאחר תקופת דגירה בגופו. בין לבין, אוכלוסיית המזיק ממשיכה לגדול ולחבל בגידולים החקלאיים.

מחקרים בתחום הביולוגיה המולקולרית בודקים את האפשרות לשנות תכונות מסויימות במיבנה הגנטי של הנגיף, כך שיוכל לקטול את החרק תוך זמן קצר יותר ובאופן יותר יעיל.

הבעיה השנייה היא חוסר היציבות של רבים מהמיקרואורגניזמים בתנאי שמש. כאשר מרססים אותם בשדה, הם מתים במהירות עוד לפני שהספיקו לתקוף את המזיק המיועד.

לאחרונה נעשו בארץ ניסיונות להשתמש בחומרי צבע בולעי קרינה. הדבר איפשר ייצוב הרעלן החלבוני של החיידק Bacillus thutgiensiensis, כך שיהיה עמיד לקרינת השמש. רעלן חלבוני זה קוטל מיגוון חרקים מזיקים מסידרת הפרפריים, הזבוביים והחיפושיות. בשיטה דומה יוצבו נגיפים קוטלי מזיקים חשובים כמו הפרודניה.

בארץ ובעולם משקיעים משאבים רבים בחקר חומרי ההדברה, תוך שמירה על איכות הסביבה. הידע הולך ומתרחב וחלקו מיושם לייצור תעשייתי בקנה-מידה נרחב. עם זאת, התהליך נמצא בראשיתו והדרך עוד רבה.


הנס האינדונזי - יותר אורז, פחות כסף

אחת ההצלחות המרשימות של "ממשק ההדברה המשולב (IPM) היתה באינדונזיה. בתחילת שנות ה־80 החליטה ממשלת אינדונזיה להגדיל את שטחי גידול האורז במדינה, מתוך כוונה להגיע לאספקה עצמית של כל הצריכה המקומית. אך בתוך זמן קצר ביותר התרבו גם המזיקים. שיעור הנזקים היה כה גבוה, עד שעל אף העלייה בשטחי הגידול, תלה ירידה ביבולים. הנזק נאמד במיליארד דולר, סכום שווה־ערך למנת האורז השנתית של שלושה מיליון איש. בדיקות שנערכו חשפו את הסיבה: שפע חומרי ההדברה חיסל את אוייביו הטבעיים של מזיק האורז, ובמקביל, פיתח האחרון עמידות לחומרי ההדברה.

בעקבות אסון טבע זה אימצה ממשלת אינדונזיה, בתמיכת האו״ם, את שיטת ההדברה המשולבת. האסטרטגיה היתה כפולה: היא הוציאה אל מחוץ לחוק לא פחות מ־57 חומרי הדברה שונים ובמקביל, שלחה 200 אלף חקלאים לקורס מזורז בבתי־ספר שדה, בנושא חשיבות ההדברה המשולבת ויישומה.

התוצאות לא איחרו לבוא. תוך שנתיים ירד היקף השימוש בחומרי הדברה כימיים בכמחצית. המשמעות הכלכלית המיידית היתה חיסכון של 50% בהשקעה הכספית שנדרשה לגידול האורז. מעבר לכך, בחוות שעברו להדברה משולבת, היתה עלייה של כ־15% ביבולים, לעומת חוות שהמשיכו בריסוס הכימי.

תוצאות דומות נצפו במספר ארצות נוספות במזרח הרחוק, שאימצו את שיטות ההדברה המשולבת. צריכת חומרי ההדברה ירדה בשיעור של 25% עד 80% ואילו היבולים עלו בשיעור של עד 23% . 


פורסם בירוק כחול לבן : ביטאון פורום המשק והכלכלה למען איכות הסביבה, 11, דצמבר 1996. 


יום שישי, 13 בדצמבר 1996

אסטרטגית השרדות חיידקית - מרית סלוין


עמידותם ההולכת וגוברת של החיידקים לאנטיביוטיקה היא נושא מוכר שאינו יורד מסדר היום הרפואי. הארסנל האנטיביוטי הולך ומתרוקן, והחיידקים ממשיכים ומכים. "אנו עדים למרוץ חימוש אבולוציוני בין החיידקים לבין האדם; אנחנו מנסים לפתח תרופות יעילות יותר שיקנו לנו יתרון במאבק נגד המחלות החיידקיות, ואילו החיידקים מפתחים ללא הרף אמצעים שיאפשרו להם להתגונן מפני החומרים התרופתיים שאנו מפתחים", אומר ד"ר איתן ביבי מהמחלקה לביוכימיה במכון וייצמן למדע. 

ביבי, עם תלמידת המחקר רותם אתגר, חשפו אסטרטגיית עמידות משופרת שפיתחו חיידקים כנגד תרופות אנטיביוטיות. אמנם יכולת עמידות כזו כבר התגלתה בעבר, אך מדעני המכון מצאו כי חיידקים יכולים להשתמש בה כדי להגן על עצמם מפני מגוון רחב יותר של תרופות.

תרשים של תא חיידק. בקרום התא ממוקמים שלושה סוגי "משאבות" המסוגלים לסלק מהתא חומרי רעל.
בהגדלה: החלבון MdfA מעוגן בתוך קרום התא. האזורים הצבועים ירוק הם חלקי החלבון החוצים את הקרום מצד לצד

מה טיבה של העמידות לאנטיביוטיקה? מתברר כי חיידקים משתמשים באסטרטגיות הישרדות שונות בתגובה להתקפתם בידי חומרים אנטיביוטיים. חלקם מפתח מנגנוני פירוק, למשל אנזימים שמפרקים את החומרים האנטיביוטיים - כך למשל נרכשת עמידות לפניצילין.

מנגנון אחר גורם לשינויים באתרי הפעולה של החומרים האנטיביוטיים, ומונע בכך את התוצאה ההרסנית הנובעת מהתקשרות זו. במקרים אחרים החיידק מסוגל לחסום את הקרום החיצוני שלו, ובכך למנוע מהחומרים האנטיביוטיים לחדור לתוכו. 

"נשק המגן" שגילו חוקרי המכון הוא חלבון הממוקם בקרום תא החיידק, שמסלק מהתא את התרופות האנטיביוטיות. החוקרים חשפו תהליכי עמידות לתרופות המתחוללים בחיידקי Escherichia coli. חיידקים אלו מצויים באופן רגיל במעי הגס של האדם, שם הם מסייעים בתהליכי עיכול; אך כשזנים מסוימים שלהם חודרים לאיברים אחרים בגוף (למשל לדרכי השתן), הם עלולים לגרום למחלות.

מזה שנים אחדות ידוע כי בקרום תא החיידק ממוקמים חלבונים המתפקדים כמעין "משאבות" המסלקות מהתא החיידקי חומרים שעלולים להזיק לו. מבחינת החיידק, תרופה אנטיביוטית שעלולה להמיתו היא חומר מזיק שראוי להרחיקו במידת האפשר. יכולתן של המשאבות המולקולריות הללו לזהות חומרים לא רצויים לחיידק מבוססת ככל הנראה על זיהוי תכונות פיזיקליות וכימיות, כמו למשל המטען החשמלי, המבנה של החומרים או יכולת התקשרותם לקרום התא.

חוקרי המכון גילו חלבון חדש שמעוגן בדופן התא של חיידקים מסוימים, המסוגל לסלק מגוון רחב של חומרים שאין ביניהם כל דמיון. בדרך כלל "משאבה" מולקולרית כזו מסוגלת לזהות חומר מזיק אחד, או לכל היותר כמה חומרים בעלי מאפיינים דומים. למעשה התברר כי חלבון זה, המכונה MdfA, הוא "משאבה" מולקולרית המסוגלת לזהות ולהרחיק את המגוון הגדול ביותר של חומרים מזיקים לחיידק. החוקרים גם מצאו שככל שהחיידק מייצר יותר חלבון, הוא נעשה עמיד יותר לתרופות. המנגנון המאפשר יכולת כזו, המכונה "תנגודת רב-תרופתית", אינו מובן לחוקרים.

"העובדות מונחות לפנינו, אך סימני השאלה רבים", אומר ד"ר איתן ביבי. "לא ברור לנו כיצד מצליח החלבון להכיר תרופות אנטיביוטיות כה רבות, ואיך הוא מסלק אותן מהתא". ברור לחוקרים כי החלבון אינו ממוקם בדופן תא החיידק על מנת לסלק מתוכו חומרים אנטיביוטיים, אך את מהות תפקידו הפיזיולוגי הם רק משערים. "יתכן שתפקידו לסלק מתא החיידק תוצרים רעילים שמתקבלים במהלך חילוף החומרים שלו, ובמשך הזמן 'התאים' את עצמו לסלק את התרופות למיניהן", אומר ביבי, ומוסיף כי מנגנון דומה קיים גם בתאים סרטניים שרוכשים עמידות לתרופות כימותרפיות.

גילויו של החלבון MdfA בחיידקים ממין אחד עשוי לרמוז על מציאות מולקולות דומות בחיידקים ממינים אחרים. החלבון החדש ישמש את המדענים ללימוד תופעות התנגודת הרב-תרופתית אשר הבנתה חיונית לשם תכנון תרופות שיפגעו במערך ההגנה שפיתחו  החיידקים, ובכך ייחשפו החיידקים שוב להשפעתן של תרופות אנטיביוטיות קיימות.

ההתמודדות עם עמידותם המתוחכמת של החיידקים לאנטיביוטיקה דורשת נקיטת גישות שונות לחלוטין, ובמהירות. אחת הגישות החדשניות היא השיטה הגנומית. בשיטה זו סורקים את הגנום (החומר הגנטי) של החיידקים גורמי המחלות ומחפשים בו אתרים חיוניים למהלך חייהם, כמו למשל אנזימים האחראים לשכפול ה-DNA, או חלבונים הבונים את קרום התא וכדומה. נגד אתרים אלו מנסים לפתח תרופות שיפגעו בהם, ובדרך זו יביאו לחיסול החיידקים. טכניקות אלו מיושמות היום בחיפוש תרופות לנגיף האיידס. במקביל מחפשים החוקרים אחר רצפים של DNA שמקודדים לחלבונים גורמי אלימות בחיידק. לאחר שיימצאו החלבונים הללו ינסו החוקרים ליצור חלבון או אנזים שיעכב או יסתור את גורם האלימות. אנטיביוטיקות המבוססות על הגישה הגנומית מצויות היום בשלבי מחקר ראשוניים.


הטבע אף הוא משמש כר מחקר לחיפוש מקורות אנטיביוטיים חדשים. החומרים האנטיביוטיים שמשמשים עד היום מקורם בפטריות או בחיידקים. עתה חברות התרופות מנסות למצוא פעילות אנטיביוטית ביצורים חיים עילאיים יותר, כמו דבורים וחגבים, וגם בצמחים ובאצות. למשל, נמצא כי קיבת הכריש מכילה חומר המכונה סקוולמין, המגלה פעילות אנטיביוטית.

בתקווה למצוא מוצא מהסבך מנסים מדענים לפתח תרופות שאינן אנטיביוטיות. אחת מהן מכונה "נוגדנים דו-ייחודיים". אלה הן מולקולות מורכבות שבהן אזור אחד מכיר את החיידק, ואזור שני מכיר תאים בולעניים ממערכת החיסון. מולקולות אלו משגרות את החיידקים האלימים ישירות ללוע התאים הבולעניים. אך עד שתרופות חדשות ייכנסו לשימוש נראה כי הדרך היחידה להתמודד עם המצב היא להשתמש בתרופות האנטיביוטיות בצורה נכונה במקרי הצורך.


פורסם ב"גליליאו" 19, נובמבר/דצמבר 1996

יום שבת, 7 בדצמבר 1996

כרוניקה של מוות ידוע מראש - מרית סלוין


אלטרואיזם בחברות שנקלעות לתנאי מצוקה היא התנהגות מוכרת. מסתבר שמצבים כאלה אינם מוגבלים לחברה אנושית או לבעלי חיים עילאיים, אלא מצויים גם באוכלוסיות של יצורים ירודים דוגמת חיידקים. מושבת חיידקים שמצויה במצוקה תזונתית מתחילה להצטמק - מקצת הפרטים בה מתים, ובמותם מצווים את החיים לזולתם.


בספרות המדעית לא תוארה עד כה מערכת כזו, והראשונים שתיארו אותה ומפרסמים אותה לראשונה הם הפרופסורים חנה אנגלברג-קולקה מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית בביה"ס לרפואה של האוניברסיטה העברית והדסה ועמיתה גד גלזר מהמחלקה לביוכימיה של התא. (על התאבדות באצות חד-תאיות ובעובש ראו: גליליאו 18 עמ' 5; על התאבדות בתאים של יצורים עילאיים ראו: גליליאו 17 עמ' 10).


Figure 1
תרשים מולקולרי של המערכת
PLOSgenetics

"בתוך כל תא בעל גרעין מצויה פצצת זמן שקובעת מתי התא ימות", אומרת פרופ' אנגלברג-קולקה. "אלה הם גנים מיוחדים המכילים 'מרשם' להתאבדות, שמופעלים בשלב מסוים של חיי התא. אפשר לומר שתהליך ההתאבדות העצמית, המכונה בפי המדענים אפופטוזיס, מלווה את התא לאורך כל חייו, ועל כך מדובר רבות בשנים האחרונות".

אנגלברג-קולקה וגלזר, שעובדים במערכות חיידקים (שהם תאים חסרי גרעין), חשדו בקיומה של מערכת כזאת גם בחיידקים, שפועלת בתנאים של מצוקה תזונתית. "ידוע מזמן כי בתנאי רעב נוצרת בחיידקים מולקולת סיגנל מיוחדת שפועלת על קבוצת גנים כמו מפסק - מפעילה גנים או משתקת אותם", אומר פרופ' גלזר. מולקולת הסיגנל היא תוצר של גן שאותו חוקר פרופ' גלזר זה שנים רבות. גלזר מצא כי גן זה משתייך לקבוצה שלמה של גנים, שביניהם יש כאלה המקודדים לשני חלבונים קטנים שמהותם לא הייתה ברורה, ולכן הוא כינה אותם "מה זה", וכך הם מכונים עד היום בספרות המדעית - mazE ו- mazF.

שני הפרופסורים הראו, בעבודה משותפת, כי שני הגנים האלה אחראים למוות מתוכנת של חיידקים. "התברר לנו כי תוצר הגן mazF הוא חלבון רעיל לתא - הוא הורג את התאים וממיס אותם, ומשך חייו ארוכים. לעומתו החלבון השני mazE מבטל את הרעילות והוא קצר חיים. לכן, בכדי לשמור את התא בחיים, צריך להיווצר באופן מתמיד החלבון קצר החיים", אומרת פרופ' אנגלברג-קולקה. בתנאי רעב נוצרת מולקולת הסיגנל שמעכבת את ייצורם של שני החלבונים. החלבון הרעיל, בשל היותו ארוך חיים, נשאר בתא, אולם חברו קצר החיים נעלם במהירות, ולכן אינו מבטל את הרעילות והתא מת. "זוהי מערכת של התמכרות", אומרת פרופ' אנגלברג-קולקה, "התאים 'מכורים' ליצירת החלבון קצר החיים, כי בכך נעוצה מהות קיומם".

על סמך מערכת זו הציעו החוקרים מודל של מוות מתוכנת בתנאי מצוקה, שבמרכזו יש הסתכלות על מושבת החיידקים לא כאוסף של יצורים אינדיבידואלים אלא כאוכלוסיה מעורבת עם יחסי גומלין בין חבריה. בשעת מצוקה מקצת מהאוכלוסיה סובלת יותר, רמת מולקולת הסיגנל בתוכו גבוהה, המפסק מופעל והתאים מתים בגלל התהליך המתוכנת. "אלה שמתים מקריבים את עצמם למען קיומם של השאר, זהו אלטרואיזם במלוא מובן המילה", אומר פרופ' גלזר. "התאים המתים מתמוססים ומשחררים חומרי מזון לסביבה, ובכך מספקים במותם מזון לחבריהם שנותרו חיים. שחרור חומרי המזון עשוי גם לשמש אות התראה על התקרבות תנאי מצוקה".


האם האלטרואיזם מקרי או מכוון? מי ימות ומי ישרוד? אלו עדיין שאלות פתוחות שאותן חוקרים עתה שני הפרופסורים. בטווח הארוך, אם יתברר כי ההתאבדות העצמית ניתנת להכוונה, ניתן יהיה להשתמש בה לצורכי ריפוי במקום תרופות אנטיביוטיות. אמנם, מנקודת המבט של הפרט והאוכלוסיה, תהליך ההתאבדות העצמית אינו משתלם, אבל אם מסתכלים על התהליכים מנקודת מבט אבולוציונית, הרי שבסוף התהליך שורדים הטובים ביותר - אלה שעמידים לתהליך ההתאבדות.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 19, נובמבר/דצמבר 1996.

יום שישי, 6 בדצמבר 1996

חיידקים ההופכים פסולת נייר לדלק - רפאל איקן


בעולם וגם בארץ גוברת המודעות לאגירת פסולת נייר וקרטון במכלים המיועדים לכך ומחזורה מחדש לנייר. אולם יש לנייר גם "ייעוד" נוסף: בעשור האחרון פותחו תהליכי תסיסה ההופכים נייר לכוהל אתילי (אתנול) - מוצר היכול לשמש תוסף לדלק מכוניות, הכוהל האתילי מסייע לבערה יעילה ונקייה של הדלק, ובכך תורם להפחתת הזיהום הסביבתי.



עד כה נהגו להפוך נייר משומש לכוהל אתילי באמצעות שמרים וכמה אנזימים נוספים, שעלותם גבוהה. עתה מצאו חוקרים כי גנים המעורבים בתהליך זה מצויים בחיידק Zynomones mobilis. במקסיקו , חיידק זה משמש להתססת צמח האגבה, לצורך הפקת משקה כוהלי קל, הדומה לטקילה. בחיידק מיוחד זה יש אנזימים הדומים לאלו המצויים בשמרים והקשורים בהפיכת סוכרים לכוהל. הואיל והחיידק אינו מסוגל להתקיים בסביבה של פסולת נייר, הושתלו הגנים שלו (המפקחים על ייצור האנזימים ליצירת הכוהל האתילי), בחיידק עמיד יותר, המכונה Klebsiella oxytoca p2. זן זה שלחיידק מצוי לרוב בשפכים של מפעלים להפקת נייר, והשימוש בו הפך פסולת נייר לכוהל אתילי בניצולת גבוהה.

תחילה מכינים מהנייר עיסה, בעזרת חומצות מהולות, שממיסות את התאית, המצויה בדפנות של תאי העצים וכמובן בנייר. הוספת אנזימים מסוג הצלולאזות הופכת חומרים פולימריים אלו לסוכרים. לאחר מכן, מוסיפים את החיידק היוצר כוהל אתילי. העלות של שיטה זו היא כ-8 סנט לליטר של כוהל אתילי, ואילו העלות של שימוש באנזימי שמרים היא כ-30 סנט לליטר. כשמוסיפים כוהל אתילי לדלק מכוניות, עושים זאת בריכוז של כ-15%. בארה"ב לבדה מוסיפים לדלק מכוניות כ-4 מיליארד ליטר כוהל אתילי בשנה.

פורסם ב"כמעט 2000" 11, עמ' 45, קיץ 1996.


יום שבת, 23 בנובמבר 1996

שיא (C) הבריאות ואי (E) חולי - צבי עצמון


במשך שנים הצטברו והלכו עדויות לכך שלחלקיקים מחמצנים קצרי־קיום - רדיקלים חופשיים - תפקיד מפתח בתהליכי הזדקנות של רקמות ובהתפתחות של מחלות כלי דם. מאחר שהם קצרי קיום, קשה היה ״לתפוס על חם״ רדיקלים חופשיים מחמצנים ולעקוב אחריהם באופן כמותי. והנה, ב־1990 זוהתה קבוצת חומרים יציבים, המכונים איזופרוסטנים, שהם תוצרים ייחודיים של חמצון שומנים בגוף. מבדיקות ריכוזי האיזופרוסטנים ניתן ללמוד על כמות המחמצנים קצרי הקיום והחמקמקים - הרדיקלים החופשיים, הנוצרים בגוף. 

בשנת 1995 הוכח כי האיזופרוסטנים מרובים יותר בגופם של מעשנים מאשר הלא־מעשנים; ואכן, ידוע כי העישון ״תורם״ לגוף כמויות גדולות של חלקיקים מחמצנים. גארט פיצ׳גרלד (FitzGerald). ועמיתיו מאוניברסיטת פנסילבניה בפילדלפיה בדקו את ריכוז אחד האיזופרוסטנים בשתן של מעשנים. התברר כי בעקבות התנזרות בת שלושה שבועות מעישון, תוך ״פיצוי״ הנבדק במדבקות ניקוטין ירד הריכוז ברבע, אך עדיין נותר גבוה במידה ניכרת משל לא מעשנים. ירידה דומה נתקבלה בקבוצה אחרת של מעשנים "כבדים" שלא התנזרו מעישון, אך הקפידו ליטול מדי יום שני גרם של חומצה אסקורבית, הידועה יותר בשם ויטמין C. ויטמין זה הוא חומר מחזר (מונע חמצון) ידוע. ירידה בכמות תוצרי חמצון בשתן נתגלתה גם בקבוצה אחרת של מעשנים, שנטלו תערובת של ויטמין C וטוקופרול (ויטמין E), שגם הוא חומר מחזר. מתברר כי הוויטמינים מונעי החמצון עשויים להיות לתועלת לא רק למעשנים כבדים אלא גם ללא־מעשנים. באלז פריי (Frei) ממכון הלב וכלי הדם של אוניברסיטת בוסטון מצא ירידה בכמות האיזופרוסטנים באנשים לא־מעשנים שנטלו ויטמין E. 

ויטמינים
Oregon state university

לאחרונה התברר כי נטילת ויטמין C משפרת במידה ניכרת את תגובת כלי הדם לתרופות המרחיבות כלי־דם; בכך יש משום תרומה לשיפור בהספקת הדם.

אז אם טרם חדלת מן העישון, חשוב מאוד להקפיד, לפחות, על נטילה של כמות מספקת של הוויטמינים המחזרים C ו-E.

ועוד: מחקרים מעידים על כי נטילת ויטמין E, בכמויות העולות על אלו הכלולות בגלולות רב־ויטמינים מקובלות, מקטינה בגיל המבוגר את הסיכוי להתקף לב, להופעת סרטן ואף להתפתחות ירוד (קטראקט); ובכלל - מגדילה את תוחלת החיים. ממצא אחרון זה הוכח במחקר שערכו חוקרים מהמכון הלאומי האמריקני לחקר ההזדקנות, שבראשם עמדה קתלין לוזונצי
(Losonczy). החוקרים עקבו במשך שש שנים אחר מצב בריאותם של 11 אלף בני אדם שגילם נע בין 67 ל־105 שנים. התברר כי מי שנהג ליטול קופסיות (קפסולות) של ויטמין E סיכוייו למות במהלך תקופת המעקב מהתקף לב היו רק מחצית מאלה של מי שלא נטל קפסולות של ויטמין E. ולבו של מי שנטל ויטמין E תקופה ממושכת היה בריא אף יותר.

סיכוייו של אדם כזה למות מסרטן במהלך אותה תקופה, 40 אחוזים בלבד מסיכויו של מי שכלל לא נטל קפסולות ויטמין E.

האם לא הגיע זמן לקבוע לוויטמין E את השם העברי ויטמין אי־חולי?


פורסם ב"גליליאו" 19, נובמבר/דצמבר 1996

יום שבת, 9 בנובמבר 1996

הנגיף והדיכאון - צבי עצמון


במשך מאות שנים ייחסו בני אדם את מחלות ההתנהגות (״מחלות הנפש״) לעונשים שנגזרו משמים, או לפעולות נקם מרושעות של שדים ומכשפות. בימי פרויד ופריחת הפסיכואנליזה הופנתה אצבע מאשימה להדחקות של טראומות קשות מן העבר. מאוחר יותר הושם דגש על הפרעות ביוכימיות ומבניות של תאי המוח. 

דיכאון
Sander van der Wel, wikimedia commons

והנה, קבוצה של חוקרים מחזקת עתה חשד שלפיו סוגים מסוימים של מחלות התנהגות נגרמים - או לפחות מתפרצים מן הכוח אל הפועל - בעקבות זיהום נגיפי. חוקרים ממכון קוך בברלין, בראשות ליב בודה (Bode), בודדו נגיף בורנה (Borna) מגופם של אנשים הלוקים בהפרעות מצב־רוח קשות: תסמונת הדיכאון הקשה ועייפות כרונית, המחלה הדו־קוטבית (מניה־דפרסיה) וכן - התנהגות דיבוקית־כפייתית (אובססיבית־קומפולסיבית). 

נגיפי הבורנה הם נגיפי RNA חד־גדילי (בכך הם דומים לנגיפי הנזלת). זנים שונים של נגיפי בורנה פוגעים בכבשים ובפרות, וכן בסוסים ובחתולים. סוס שנדבק בנגיף הבורנה הסוסי עלול לאבד את מרצו להפוך אפתי וישנוני.  מאחר שהנגיפים מזוהים במוח, משערים כי התופעות אינן סתם ביטוי לתחושה כללית רעה המאפיינת כל מחלה, אלא פגיעה ספציפית בתפקוד תאי מוח, הקשורים למצבי ערנות ופעילות. חתולים שנפגעו בנגיף בורנה חתולי מאבדים שיווי משקל, והופכים מדוכאים ואפתיים. 

בתגובה למאמרם של חוקרי מכון קוך שהתפרסם בכתב העת לפסיכיאטריה מולקולרית (יולי 96׳) מביעים חוקרים אחדים ספקנות רבה. לעומתם, אחרים מציינים דווקא כי מחקר זה מוסיף נדבך נוסף לרשימה של עדויות הקושרות נגיפים למחלות התנהגות: יש הקושרים סכיזופרניה לחשיפת העובר, בעודו ברחם, לנגיף השפעת; בכ־20 אחוזים מקרב הנגועים בנגיף האיידס (HIV) מתרחשת הידרדרות נפשית עד כדי שיטיון (דמנטיה).

חוקרי מכון קוך משערים כי נגיפי הבורנה המועברים בקרב אוכלוסיית האדם מעוררים התקפי דיכאון ופגיעות התנהגותיות אחרות רק בקרב מי שהם רגישים מלכתחילה, למשל - עקב מערך גנים מסוים. 

אין עדיין הערכות בדבר האפשרות של מעבר זני בורנה מבעלי־חיים לאדם, ומנגנוני מעבר של נגיפי בורנה מאדם לאדם. אך זיהוי הנגיפים באנשים חולים ופענוח מבנה ה-RNA הספציפי להם עשוי לתרום לבירור שאלות אלו, וגם לסייע בעתיד באבחון ואולי אף לשיפור מצב התברואה ופיתוח של שיטות ריפוי. 

פורסם ב"גליליאו" 19, נובמבר/דצמבר 1996

יום חמישי, 24 באוקטובר 1996

״הפרה המשוגעת״ ־ קוף אחרי בן-אדם - צבי עצמון


מספר חולים חריגים שאובחנו בשנה־שנתיים האחרונות בבריטניה כלוקים במחלת המוח הספוגי על־שם קרויצפלד־יעקב, הגבירו במידה רבה את החשש מפני התפרצות המחלה לממדים של מגפה. תהליך זה עשוי לקרות בגלל מעבר של גורם המחלה - חלקיק הפריון (ראו: ״חידת הפריונים״, גליליאו 15, עמי 17), מפרות שלקו במחלת מוח הבקר הספוגי (״הפרה המשוגעת״) לבני־אדם. מחלת הפרה המשוגעת נתגלתה בבריטניה ב־1986; באותה שנה אובחנו 12 מקרים. המספר עלה בצורה תלולה, ובשנת 1992 - שנת השיא — אובחנו כ־43,000 (!) מקרים. מאז חלה ירידה.

פרה חולה במחלת הפרה המשוגעת - סימן אופייני, חוסר יכולת לעמוד.
המקור: משרד החקלאות של ארצות הברית - מוויקיפדיה


מספר החולים החדשים בבריטניה איננו חריג כשלעצמו - המחלה פוגעת בערך באדם אחד מכל מיליון איש בשנה ואולם הגיל הצעיר יחסית של הנפגעים, וקצב התפתחות המחלה ומהלכה, הס שמייחדים את הנפגעים החדשים באנגליה כ״חריגים״, והם שהגבירו את החשש שמא מדובר בהדבקה שמקורה בבקר חולה. אם אכן מדובר בגורם פתוגני שעבר מן הפרות אל בני האדם, הרי שמספר החולים עלול לעלות בצורה תלולה בשנים הקרובות, במקביל (תוך פיגור של שנות הדגירה של המחלה) לעלייה התלולה בתחלואת הבקר בתחילת שנות התשעים. יש לציין כי אף לא אחד מן החולים היה חשוף להדבקה מאדם נגוע - אף לא אחד מהם נותח במוח או בעצבים, באף לא אחד מהם נעשתה השתלה ואף לא עירוי דם. לעומת זאת כולם אכלו בשר בקר, פרט לאחד שהיה צמחוני במהלך 5 השנים שלפני התגלות סימני המחלה, אלא שקודם לכן אכל בשר (זמן הדגירה של המחלה נמדד בשנים רבות). 

ואכן, דיווח של שני החוקרים, קוריו לסמסאז וג׳ון־פיליפ דסלי (Lasmeszas, Desly) באחד מגליונות Nature האחרונים רחוק מלהרגיע. בשנת 1991 החדירו שני החוקרים מעט רקמת מוח שמקורה בפרות חולות למוחות של קופי רזוס. כעבור שלוש שנים התגלו בקופים סימני מחלה מובהקים, דומים לאלה של חולי קרויצפלד־יעקב. לאחר מותם נבדקו מוחות הקופים, ואכן נתגלו בהם מוקדי הרס דומים מאד לאלה שנתגלו בחולים הבריטים. מסקנה בלתי נמנעת היא כי המחלה עלולה לעבור ממוח של פרה נגועה למוח של פרימאט (פרימאטים — הקבוצה הזואולוגית הכוללת קופים ובני־אדם) — במקרה זה קופי רזוס, ומכאן החשש הכבד כי המחלה אכן עלולה לעבור מן הבקר הנגוע אל האדם.

 פורסם ב"גליליאו" 18, ספטמבר/אוקטובר 1996

יום שלישי, 22 באוקטובר 1996

מיקסובקטריה - ביולוגיה מולקולתית וקבלת החלטות - אבשלום פלק



קבוצת ה-myxobacteria הינה קבוצה של מתגים גרם-שליליים החיים בקרקע ובעלי מחזור חיים ייחודי. החיידקים ניזונים מחומצות אמינו, המהוות עבורם מקור בלעדי של פחמן, חנקן ואנרגיה. את חומצות האמינו הם משיגים ע"י עיכול הידרוליטי של חלבונים, בעיקר חלבוני חיידקים, באמצעות פרוטיאזות חוץ-תאיות. החיידקים בעלי כושר תנועת גלישה (gliding) ומופיעים כנחילים (swarms). כאשר מקורות המזון בסביבתם מדלדלים, עוברים החיידקים תהליך התפתחותי, ששלביו הם התקבצות (aggregation) ויצירת "גופי פרי", בתוכם עובר חלק מהחיידקים תהליך התמיינות לנבגים. הנבגים רדומים פיסיולוגית ועמידים להשפעות סביבה מזיקות. כך הם "מעבירים" את ה"זמנים הקשים", כשהם מקובצים בגוף הפרי, עד שמתקיימים תנאים לנביטה ותחילת מופע וגטטיבי חדש (1).


נחשפתי לראשונה לקבוצת חיידקים מרתקת זו כסטודנט צעיר למיקרוביולוגיה. החיידקים סקרנו אותי מבחינת מדעית וכן היה בהם להלהיב את הדמיון - היה לנו סרט בו הוצגו נחילי מיקסובקטריה טורפי חיידקים באור אלים במיוחד. אורח החיים שלהם מהווה מודל לתהליכי התפתחות והתמיינות, אולם המיוחד והמעניין הוא התפקיד החשוב של החיים בחברותא, ויחסי הגומלים הבין- תאיים, לא רק במופע הוגטטיבי אלא גם ב"קבלת ההחלטות" הנוגעת לתהליך ההתפתחותי.

החיידק Myxococcus xanthus הינו הנציג הנחקר ביותר בהיבטים הפיסיולוגיים, הגנטיים והמולקולריים של מחזור החיים בקבוצה זו. בקרת ההתפתחות נחקרה בעיקר ע"י Dale Kaiser וקבוצתו (2,1). בחינה גנטית ומולקולתית של מוטנטים רבים, בהם התהליך ההתפתחותי פגום, הראתה שבקרת התהליך והפעלתו דורשים ביטוי של גנים רבים ברצף, כשאחדים מהם זוהו כבקרים של התהליך. עיקרי הממצאים, הדנים בבקרת ההתפתחות בחיידק ע"י צפיפות והרעבה, מוצגים בסקירה שפורסמה לאחרונה ע"י Heidi Kaplan ו-Lynda Plamann (מקור 2) שהחלו במחקר במעבדתו של קייזר והמשיכו בכך במעבדותיהן שלהן. התוצאות, אותן אפרט להלן, מתכנסות למודל לוגי המכליל את התגובה לשני הגורמים הללו.



מחקרים פיסיולוגיים הראו שה"החלטה" על התפתחות מותנית בצירוף של דלדול קרקע המזון וצפיפות מוגדרת של התאים בנחיל. קיום רק אחד מתנאים אילו אינו מספיק לתהליך ההתפתחות: במצב של הרעבה וצפיפות נמוכה, ימשיכו התאים בגידול איטי עד שצפיפותם תגיע לרמת הסף הדרושה להתפתחות. הקריטיות של הצפיפות נובעת מדפוס התזונה של החיידק: התאים הוגטטיביים ניזונים מעיכול חלבונים ע"י פרוטיאזות חוץ-תאיות, שריכוזן במצע הגידול ביחס ישר לצפיפות החיידקים המפרישים אותן. השמרות הנבגים בגופי פרי מוודאת שעם הנביטה יווצרו אוכלוסיות צפופות במידה שתאפשר תזונה יעילה (1).



המוטנטים הפגומים בבקרת ההתפתחות ע"י יחסי גומלין בין תאים,שלא יצרו גופי פרי אלא בנוכחות חיידקים נורמליים או נושאי מוטציות בגנים אחרים, נחלקו לחמש קבוצות: asg, bsg, csg, dsg ו-esg. באמצעות המוטנטים מקבוצה asg, שלא יצרו גופי פרי אלא בנוכחות חיידקים נורמליים ומוטנטים כנ"ל או בהוספת נוזל תרבית "משומש" מחיידקים שייצרו גופי פרי, הוכח קיומו של פקטור חוץ- תאי, שכונה A-signal. הפקטור זוהה כמורכב מפרוטיאזות, המופרשות ע"י החיידקים, וחומצות אמינו, שמציאות כ"א מהן בריכוז מינימום של 0.01mM הכרחית להתפתחות. החוקרים הציעו שהפקטור, המופרש ע"י החיידקים בהרעבה, מהווה "סמן" בין-תאי לצפיפות תאים מתאימה ליצירת גופי פרי.




המוטנטים מקבוצת asg נחלקו לשלושה סוגים - asgA, asgB, asgC. הגנים המתאימים שובטו ואופיינו כאשר asgA זוהה על פי רצף הבסיסים שלו כגן לחלבון המעביר אותות במערכת תרגום אותות מטיפוס two-component system, דגם תרגום והעברת אותות נפוץ בעולם החיידקים. הגן asgB זוהה כגן לחלבון הנקשר ל-DNA ומשתתף בבקרת שיעתוק של גנים. הגן asgC זוהה כגן המקודד פקטור SIGMA, אף הוא חלבון המשתתף בשיעתוק. מבין הסמנים לביטוי גנים במהלך ההתפתחות, נבחר כמודל סמן אחד, 4521, המתבטא תוך 1-2 שעות מתחילת ההתפתחות בתאים נורמליים. ביטוי סמן זה, (שנוצר ע"י איחוי עם גן ל-ביתא גלקטוסידאז שהוחדר ע"י הטרנספוזון Tn5-lac), מותנה בקיום הרעבה ו-A-signal.

ע"י מוטנטים בהם נעקפת הדרישה לפקטור A בבקרת ההתפתחות בחיידקים נורמליים ומוטנטים הדורשים אותו, זוהו שני גנים שבמצב נורמלי מקודדים דכאנים של תהליך ההתפתחות. גנים אילו כונו sasB ו-sasA. הגן 4521, אותו הזכרנו קודם, מופעל גם כאשר מצטבר בתאים הנוקליאוטיד ppGpp הן בעקבות הרעבה לחומצות אמינו או באופן מלאכותי בגזעים בהם נעשה הטיפול הגנטי המתאים.

נוקליאוטיד זה מופיע בתאי חיידקים במצב של הרעבה לחומצות אמינו, ומזוהה כבקר של סינתיזת RNA בהרעבה ( stringent response) וכנראה גם של תגובות נוספות להרעבה. יש לציין שהגן המייצג 4521 מבוקר ע"י ppGpp באופן ישיר, בנוסף לבקרה ע"י A (מקורות 3,2).

התופעות והממצאים שתוארו נכללים במודל הבא:
במצב של גידול רגיל, הגנים הקשורים לתהליך ההתפתחות מדוכאים במנגנון בו מעורבים תוצרי הגנים sas. עם הידלדלות מצע הגידול, הנוקליאוטיד ppGpp משרה סדרת תגובות להרעבה, ביניהן יצור והפרשת הפרוטיאזות של סמן A (בתווך הגנים ממשפחת asg), המפרקות חלבונים של החיידק ומייצרות את חומצות האמינו שריכוזן מהווה מדד לצפיפות. חומצות האמינו בריכוז מתאים, מנטרלות את הפעולה המדכאה של תוצרי הגנים ממשפחת sas ומאפשרות לתגובה ההתפתחותית להרעבה "לרוץ".


המנגנון המוצע לבקרת יצורו של הסמן A ע"י תוצרי הגנים מקבוצת asg הינו פוספורילציה עצמית של החלבון AsgA המהווה סנסור להרעבה, ומעביר את האות המולקולרי לפקטורי שיעתוק (AsgB ואחרים) הגורמים להפעלת הגנים הדרושים ליצירת הפרוטיאזות והפרשתן.

לסיכום - בקרת הסמן הגנטי 4521 ע"י תגובת ההרעבה מחד וסמן הצפיפות מאידך מראה כיצד החיידק "בוחן" את תנאי הסביבה ומגיב רק כאשר מתקיימים שני התנאים הדרושים. אם נרצה - זהו מנגנון חישובי בו מתבצעת הפעולה הלוגית "AND". כאן ברצוני לציין שהמודל שהוצג כאן אינו שלם ופרטים רבים עודם טעונים בירור. תהליך ההתפתחות החיידק הנדון מורכב ומבוקר ע"י מנגנוני ויסות נוספים לאילו שתוארו כאן.

גנים המבוקרים ע"י צפיפות האוכלוסיה אינה תופעה יחודית למיקסובקטריה. בעולם החיידקים ידועים מקרים נוספים בהם תפקודים הקשורים בסינארגיזם מבוקרים ע"י צפיפות, באמצעות פקטורים המופרשים ע"י החיידקים עצמם, כמו מערכת ההארה בחיידקים מאירים סימביונטים, טוקסינים של Pseudomonas ועוד (4). המיוחד במיקסובקטריה הוא השילוב של צפיפות והרעבה.

השוואה בלתי נמנעת היא ל"עובש" .Dictyostelium disciodeum זהו מיקרואורגניזם איקריוטי, שמחזור חייו, הכולל שלב וגטטיבי בצורת אמבות חד-תאיות, והתקבצות, בעת הרעבה לחומצות אמינו ל- slug רב-תאי שסופו גוף-פרי המכיל נבגים. מחזור החיים דומה מאוד למחזור החיים של M. xanthus. אולם - המנגנונים המולקולתיים הקולטים אותות חיצוניים ומתרגמים אותם לביטוי גנים הם "איקריוטיים" ודומים לאילו שבתאי בעלי חיים (5), בעוד שהמנגנונים המקבילים ב-M. xanthus הם מהדגם החיידקי: לפנינו דגמי פתרון מולקולתיים שונים לאותה בעייה ביולוגית. במלים אחרות - יישום "חישובי" שונה לאותה בעייה לוגית, תוך שימוש במנגנוני תרגום אותות טיפוסיים לכל ממלכה.

רשימת ספרות
  1. Kim,S.K.,Kaiser,D.,and Kuspa,A, 1992. Control of cell density and intercellular signaling in Myxococcus developmnet. Ann. Rev. Microbiol., 117-139.
  2. Kaplan,H.B., and L. Plamann, 1996. A Myxococcus xanthus cell density sensing system required for multicellular development. FEMS Microbiol. Letters,139,89-95. (Reprinted in FEMS Microbiology Alert, no. 40).
  3. Singer,M and Kaiser,D, 1995. Ectopic production of guanosine penta-and tetraphosphate can initiate early developmental gene expression in Myxococcus xanthus. Genes & Dev., 9, 1633-1644.
  4. Fuqua,W.C.,Winans,S.C.,and Greenberg,E.P., 1994. Quorum sensing in bacteria:the LuxR-LuxI family of cell density-responsive transcriptional regulators. J.Bacteriol., 176, 269 - 275.
  5. Gross,J.D., 1994. Developmental decisions in Dictyostelium discoideum. Microbiol. Rev., 58, 330-351.

פורסם ב"חדשות ISM" - בטאון האגודה הישראלית למיקרוביולוגיה, 22, אוקטובר 1996.


יום חמישי, 17 באוקטובר 1996

יריה באפלה - ג'ון כהן


האם תרכיב חיסון לאיידס מוכן לשימוש בעולם הרחב? תשובת ממשלת ארה״ב: לא. אבל בתאילנד, שם המצב נואש, יתחיל בקרוב הניסוי הראשון רחב הממדים.


ערב אחד בספטמבר האחרון התכנסו שלושה תריסרים של מומחי איידס בחדר הישיבות של מלון פאנג־סואן־קיו בעיר צ׳אנג מאי שבצפון תאילנד. בחון השתוללה סופת רעמים, ובחדר הישיבות החלו המומחים להכין את התשתית לאחד המהלכים הרפואיים המשמעותיים ביותר בזמננו: ניסוי אנושי רחב היקף בחיסון למחלת האיידס. אף שבמהלך עשר השנים האחרונות הוזרקו יותר מ־36 חיסוני איידס שונים ל־2000 בני אדם, אף אחד מהם לא עבר עדיין את שלבי הניסוי שיכולים להעיד אם החיסון אכן מועיל. עתה עומדים החוקרים להתחיל בניסויים אלה (המכונים ניסויים קליניים) בתחילת 1997. הם יעשו זאת בתאילנד, אחת המדינות שנפגעו קשה בהתפרצות העולמית של האיידס.

שני חיסונים שנבחנו לשם ביצוע הניסוי ויוצרו על ידי חברות הביוטכנולוגיה הקליפורניות גננטק (Genentech) וביוסין(Biocine), לא אושרו לניסוי בבני אדם בארצות הברית לפני כ־15 חודשים. מכון הבריאות הלאומי(NIH) קבע כי שני חיסונים אלה מעוררים ספקות גדולים מדי, ולפיכך אין הצדקה שהממשל האמריקני ישקיע מיליוני דולרים כדי לנסותם על אזרחים אמריקנים. אבל כאן, בחדר בצ׳אנג מאי, אף איש מהמשתתפים לא ראה לנכון לגעת בנקודה זו. כולם הבינו כי תאילנד, הנאבקת ומתמודדת עם מגיפת איידס אנושה, חייבת בדחיפות לעשות דבר מה - אפילו אם סיכויי הצלחתו נמוכים. כמיליון מבין 60 מיליון תושבי תאילנד כבר נגועים באיידס וכל מי שמטייל ברחבי המדינה בימים אלה, יכול לראות את הצלקות העמוקות שמותירה המחלה - לא רק בשל שיעור התמותה החודשי הקבוע, אלא בגלל חורבן החיים.

חולה במרפאות האיידס בסן־פאסונג ובתאילנד. על גבו כתובת קעקע שנועדה למשוך נשים


וכך, כשהגשם יורד והרוח נושבת באפלה מחוץ למלון בצ׳אנג מאי, נציגת ביוסין שנאמה לפני הקבוצה לא נתקלה בשאלות עוינות. ויותר מכך, כל הנציגים הרשמיים — מהממשל התאילנדי, מארגון הבריאות העולמי(WHO) ומצבא ארה״ב — הקשיבי בתשומת לב רבה כשהיא מתארת את פרטי הניסויים רחבי ההיקף בחיסון לאיידס שיבוצעו בתאילנד. לנוכחים בחדר נשמעה תוכניתה הגיונית. לפתע, נשמע רעם מתגלגל והחדר החשיך. ״המשיכו לדבר״, אמר מישהו בחשכה. והם עשו זאת - מומחי חיסון האיידס המשיכו לדבר באפלה. בימים אלה, החשכה היא מצב שאליו רגיל כל מי שמעורב בחיסוני איידס.

מהרגע שבו הראו חוקרים לראשונה, באפריל 1984, שהנגיף הנקרא נגיף הכשל החיסוני באדם (H1V) גורם לאיידס, התחיל החיפוש אחר חיסון. גננטק הייתה בין הראשונות שנענו לאתגר. חברה ביוטכנולוגית נוספת, כירון (Chiron) מסן פרנסיסקו, הקצתה גם היא קבוצת מדענים לפתרון הבעיה. בשנת 1987 התאחדה כירון עם ענק התרופות השווייצי סיבה־גייגי(Ciba-Geigy) והן יצרו יחד את חברת ביוסין. שנה אחר כך כבר הוזרק החיסון כנגד נגיף האיידס לכמה עשרות מתנדבים שווייצים. בהתאם למסורת פיתוח החיסונים, הניסויים הראשונים נועדו רק לזהות האם החיסון בטוח ואם הוא מעורר תגובות חיסוניות בסיסיות, כמו יצירת נוגדנים. ניסויים בהיקף מצומצם מסוג זה נערכו גם בחיסון של גננטק החל משנת 1991.

שתי החברות השתמשו בהנדסה גנטית להכנת החיסון. בדרך כלל, יצירת חיסון כוללת שימוש בגרסה לא מזיקה של הנגיף. חיסון הפוליו, שנוצר בידי ג׳ונאס סאלק (Salk), לדוגמה, הכיל נגיפי פוליו מומתים או נגיפים לא פעילים, בעוד שהחיסון הנפוץ יותר של אלברט סייבין (Sabin) מכיל זנים חיים מוחלשים של הנגיף. בכל אחת מהשיטות צפונות סכנות. קיימת אפשרות שכשמנסים להכין חיסון המורכב מנגיפים לא פעילים ״יתגנבו״ גם כמה נגיפים פעילים לתרכיב. אסון כזה אירע פעם עם מצבור מוקדם של חיסון סאלק, שגרם לשיתוקם של יותר מ־100 ילדים. טעות מעין זו בחיסון המורכב מנגיפי איידס לא פעילים עשויה לגרום למות אנשים רבים.

זקנות כמו אלה המשרתות בבר בצאנג־מאי, יהיו אחת הקבוצות שישתתפו, ככל הנראה, בניסוי החיסון.

תרכיב חיסון המכיל נגיפים מוחלשים יכול להיות אפילו יותר מסוכן. ראשית, קיימת אפשרות שהחוקרים יטעו בהערכה, ונגיף האיידס המוחלש יוכל לגרום נזק, שעלול להתבטא עשר שנים לאחר ההדבקה. וזו אינה הסכנה היחידה. אפילו נגיף מוחלש כיאות עדיין יכול להיות מסוכן. נגיף האיידס שייך לקבוצת נגיפים שמחדירים את החומר הגנטי שלהם ל־DNA של המאכסן, ויש עדויות המצביעות על כך ש-DNA זר החודר לתא עלול לגרום לסרטן. לבסוף, תמיד קיימת האפשרות שכאשר יוזרק הנגיף המוחלש לגוף האדם, הוא יתחיל לשכפל את עצמו ובמקרים מסוימים יעבור מוטציות שיגרמו להופעת זני נגיפים חזקים ואלימים יותר.

ביוסין וגננטק משתמשות בהכנת החיסונים באותה אסטרטגיה בסיסית, כדי למנוע סכנות אלה: השימוש נעשה רק בחלק מהנגיף ולא בכולו. נגיף האיידס נראה ככדור שבו משובצות גבשושיות קטנות, הנראות כראשים של מוט הילוכים. לגבשושיות אלה, המורכבות מחלבון ששמו gp120, נצמד הנגיף במהלך חדירתו לתוך הלימפוציטים - תאי הדם הלבנים. ביוסין וגננטק יצרו גרסאות מהונדסות של gpl20 והשתמשו בהן בלבד בחיסון שאותו ייצרו. חיסון כזה אינו יכול ליצור הדבקה בנגיף, אבל הוא יכול, כך מקוות החברות, להפעיל את מערכת החיסון בגוף יליצור נוגדנים ל-gpl20. תאורטית, אם נגיף האיידס מדביק אדם מחוסן מערכת החיסון שלו או שלה תתקוף את גבשושיות ה־gpl20 ותשלול מהנגיף את יכולתו לחדור לתאים, וכך תנטרל אותו. כל זה, כאמור, בתאוריה.

ב-1988, כאשר המתנדב השווייצי הראשון קיבל את זריקת החיסון של ביוסין, תאילנד רק החלה לגלות שיש לה בעיית איידס. במשך שלוש שנים ביצעה המדינה בדיקות נשאות לנגיף לכל מי שביקש אשרת כניסה למדינה. אף נערכו בדיקות לקבוצות סיכון כמו צרכני סמים, זונות ממין זכר ונקבה, מקבלי עירויי דם וגברים שביקרו במרפאות לטיפול במחלות מין. ב־1987 נמצאו פחות מ־100 נגועים מבין מאתיים אלף נבדקים. לעומת זאת, ב־1988 המספרים החלו להשתנות. בקליניקה למניעת התמכרות לסמים, לדוגמה, קפץ שיעור הנגועים בנגיף מאחוז אחד בתחילת השנה ליותר משלושים ושניים אחוזים בספטמבר. ב־1990 היו 44% ממזריקי הסמים בבנגקוק נגועים בנגיף.

ב־1989 החל גל שני של הדבקה: שיעור ההדבקה בקרב זונות ממין נקבה עלה מאחוז אחד ליותר מ־40 אחוזים בכמה מקומות. באוכלוסיית הגברים ההטרוסקסואלים שביקרו במרפאות למחלות מין היכה גל שלישי: שיעור ההדבקה נע משתי עשיריות האחוז בשנת 1988 ל־5% בשנת 1991, שיעור גבוה פי־50 מאשר בקרב גברים הטרוסקסואלים בארצות הברית.

כשהתבוננו בנתונים הבחינו החוקרים במשהו מוזר. בקרב צרכני הסמים שיעור ההדבקה היה אחיד למדי בכל רחבי תאילנד. אבל בקרב זונות ממין נקבה וגברים הטרוסקסואלים, ההתפרצות הייתה חמורה יותר בצפון, בערים כמו צ׳אנג מאי, מאשר בדרום, בערים כמו בנגקוק. לדוגמה, מבין בני 21 שגויסו לשרת בצבא המלכותי של תאילנד, 10% מאלה שהגיעו מהמחוזות שסביב ציאנג מאי, היו נגועים בנגיף בהשוואה ל־3 אחוזים שהגיעו ממקומות אחרים במדינה.

באותה תקופה, החלו מומחי איידס ברחבי העולם להתעניין בשיעורי המגפה בתאילנד. ביניהם היו חוקרים רבים הקשורים לצבא ארצות הברית. לצבא ארה״ב יש מסורת ארוכה של מחקר חיסונים, מתוך מטרה להגן על החיילים הפרוסים ברחבי העולם ממחלות מקומיות. אבל קיים גם מניע נוסף למחקר כזה: הצבא מאמין שקיימת אפשרות שאיידס יהרוג מספר כה רב של אנשים במדינות המתפתחות עד שיהפכו לבלתי יציבות, וארצות הברית תצטרך בסופו של דבר להיגרר למלחמות שיבואו בעקבות אי יציבות זו.

אתר השרפה של קורבנות האיידס בסן-פטונג שבצפון תאילנד.

בדצמבר 1990, קולונל דונלד ברק (Burke), ראש תכנית מחקר האיידס בצבא ארה׳׳ב, כינס פגישת מחקר בנושא האיידס במהלך אחד מביקוריו בתאילנד, ושמע דיווחים על דפוס ההתפשטות המוזר של הנגיף בתאילנד. ״מה שנראה כמגפה הטרוסקסואלית רחבת היקף בצפון לא ברור לחלוטין׳׳, אומר ברק. ״מדוע מכל המקומות דוקא צ׳אנג מאיי״ האם הפעילות המינית בצפון הייתה שונה! האם נגיף האיידס התפשט בצפון בקלות־יתר בגלל גורמים נוספים שתומכים בתפוצתו כמו מחלות מין אחרות, שמעלות את שיעור ההידבקות? או אולי הנגיף שהדביק את ההטרוסקסואלים בצפון שונה מזה שמדביק את צרכני הסמים? ״זו יכולה להיות כל אחת מהסיבות הללו״, אומר ברק.

ברק גילה במהרה כי שיעור מחלות המין בצפון לא היה גבוה מאשר בדרום. ממצא זה הוריד את ההשערה הראשונה ואף הפריך את התפיסה הרווחת, שגברים בצפון תאילנד מקיימים יחסי מין עם זונות בתדירות גבוהה יותר מאשר גברים בדרום. כך נותר ברק עם הסבר שנראה יותר הגיוני אך בה בעת היה גם יותר מטריד: ההבדל בין צפון ודרום תאילנד הוא לא התנהגות ההטרוסקסואלים הנגועים בנגיף האיידס אלא התנהגות הנגיף עצמו.

נגיף האיידס רוכש במהירות מוטציות. בשל תכונה זו נוצרו כמה זנים של הנגיף שהתפזרו ברחבי העולם. ״נגיף האיידס הוא כמו תאו״, אומרת סומבון סופראסרט (Suprasert), אחות העובדת עם חולי איידס בצ׳אנג מאי. ״לתאו מתאילנד, הודו, בנגלדש ובורמה יש תכונות ומנהגים שונים, אבל כל אחד מהם הוא עדיין תאו״. ב־1990 כשברק עקב אחר התפשטות המגפה בתאילנד, היו ידועים ארבעה זנים של הנגיף: D-A. בארצות הברית ואירופה הרוב המכריע של קורבנות האיידס היה נגוע בנגיף מזן B.

כדי לגלות מה מתרחש בתאילנד, ברק אסף ובדק 20 דגימות דם מחולי איידס ששוכנו בבית החולים קאווילה בבסיס הצבא התאילנדי בצ׳אנג מאי. הוא גילה במהרה שלעומת צרכני הסם בתאילנד, שנשאו את הנגיף מזן B, ההטרוסקסואלים בצפון היו נגועים בזן של נגיף שטרם נראה. כיום נקרא הזן E (הנגיף האחרון שהתגלה עד היום נקרא זן I).

מאז זיהוי הזן החדש התגלו מספר רמזים לאלימותו של זן E בהטרוסקסואלים. מחקרי מעבדה שבוצעו בראשותו של מאקס אסקס (Essex) מאוניברסיטת הרווארד, גילו כי נגיפים מזן E הדביקו בקלות רבה יותר תאים מדופן הנרתיק (ואגינה) לעומת נגיפים מזן B. בלי קשר למנגנון ההדבקה, המגפה ההטרוסקסואלית הזו של זן E העניקה למגיפת האיידס בתאילנד אופי שונה מזו שבארצות הברית ואירופה, שם פוגע הנגיף באופן הקשה ביותר בעיקר בהומוסקסואלים ובצרכני סמים. 90% מהתאילנדים הנגועים בנגיף הם הטרוסקסואלים. בבית החולים קאווילה, מחלקות ארוכות וחשוכות מלאות במאות חיילים השוכבים במיטות מתכת נוקשות וקמלים מאיידס. כאן בתאילנד, מסביר קולונל סאקול יומטרקול (Eiumtrakul) מנהל בית החולים, ״מחלת האיידס היא בעיה של המשפחה. בכל משפחה יכול להיות נשא, אם גבר קיים יחסי מין עם זונה שנגועה בנגיף״. מחקרים שנעשו לאחרונה מחזקים את טענתו: 96.5% מהתאילנדים הנגועים בנגיף, אשר משרתים בצבא בצפון, אמרו שקיימו יחסי מין עם זונה, ו־38% מן הזונות באותו אזור נגועות בנגיף. אך פניה האמיתיות של המחלה כאן אינן מתגלות מהמספרים היבשים לבדם.

פראטום טאג׳ורן (Thajorn) היא אחות ועובדת סוציאלית בסאן פאטונג, מחוז הנמצא במרחק של 20 קילומטרים מצ׳אנג מאי. כמה מחוקרי האיידס מאמינים כי זה האזור בעל השיעור הגבוה ביותר של נגועי איידס בכל תאילנד. כשהיא נוסעת מכפר לכפר בגשם השוטף, היא נוכחת בעובדה הקשה כי נגיף האיידס מכה את המשפחה התאילנדית מכלי הכיוונים.

פראטום מתחילה מביקור בביתו של דנג בוניארט, גבר בן 68 שעבד כרועה תאואים ונפטר מאיידס יומיים לפני ביקורה. ״לא היה לו כסף לזונות״, מסבירה פראטום. דנג נדבק במחלה מקבלת עירוי דם. פראטום יושבת על גבי שטיח ארוג בבקתת העץ, נורה חשופה מיטלטלת מן התקרה ופוסטרים של ארמונות בנופים פסטורליים דבוקים לקיר. ככל שהתקדמה מחלתו, היא אומרת, הוא נאלץ למכור את חיות הבית שלו כדי לקבל טיפול רפואי.

דנג מת מרושש, ומשפחתו, שנותרה עם פחות משבעה דולרים, לא יכלה לחנוט את גופתו ולקיים הלוויה מסורתית הכוללת ארוחת אבלים. בעוד שגופתו של דנג נעטפה והונחה בקרח כדי למנוע ריקבון, תושבי הכפר תרמו למשפחה כמעט 800 דולרים, וכך יכלה המשפחה להאכיל כ־300 איש בהלווייתו. פראטום אף היא עוזרת - עובדת סוציאלית נוספת שהביאה עמה מעניקה למשפחה מעטפה מלאה בכסף.

פראטום נוהגת לאורך דרכים בוציות ושדות אורז ירוקים בכדי להגיע לקבוצה נוספת של בקתות עץ. הגבר בן ה־68 שכאן אינו נגוע באיידס, הוא משגיח על בתו בת ה־30 ובנו בן ה־25 ששניהם נגועים בנגיף. גפיהם רזות ופניהם שקועות כמו כל האנשים שהאיידס מכרסם בהם. האב, שגופו מכוסה אבעבועות, רמז למאבק האישי שלו בשחפת, מסביר כי שני ילדיו עברו לגור איתו מאחר ובני זוגם נפטרו מאיידס. הבן, שהוא עצמו אב לילד בן 5, נפגע גם במוחו, והוא משוטט ללא מטרה בחוצות הכפר הקטן. הבת אומרת כי אף שבנה בן ה־10 אינו נגוע, לאיידס יש השפעה קשה עליו. ״הוא אינו רוצה להינשא, מאחר שהוא ראה גם את דודו וגם את אביו הופכים חולים באיידס״, היא מסבירה.

בצד השני של צ׳אנג מאי, נזיר בודהיסטי ששמו פונגטפ דמאגרוקה מציע צורה אחרת של השגחה וטיפול בחולי איידס. הנזיר פונגטפ מנהל את ההוספיס היחיד באזור לחולי איידס סופניים הנמצאים בשלביםהאחרונים של המחלה. רבים מהם נדחו במשפחתם ואיו להם מקום אחר לגור בו. אף שהגלימה המסורתית הצהובה שלו וראשו המגולח למשעי מעניקים לו מראה השייך לכאורה לתקופה אחרת, פונגטפ הוא נזיר של סוף המאה ה־20. הוא משתמש בכל אמצעי שיש בידיו במלחמה כנגד המחלה - כולל הספקת תרופות למחלות הזיהומיות הנלוות לאיידס.

הנזיר הבודהיסטי פונגטפ מנהל בית־חולים לחולי איידס סופניים בצ׳אנג־מאי

תאילנד נכנסה למירוץ החיסון נגד האיידס בשנת 1991. בסתיו אותה שנה הודיע ארגון הבריאות העולמי כי הוא בחר בתאילנד יחד עם רואנדה, ברזיל, אוגנדה וזאיר כמועמדות הסופיות לניסוי החיסון רחב ההיקף. בה בעת פרסם צבא ארצות הברית, שגם לו פרויקט חיסון עצמאי, ותאילנד נבחרה הראשונה לביצוע הניסוי. בינתיים, המכון הלאומי לאלרגיה ומחלות מדבקות (NIAID), הכלול במכון הבריאות הלאומי והמממן הגדול ביותר של קרנות לחקר חיסוני איידס, התרכז בזאיר ובארצות הברית.

דרך ארוכה עוברת בין ההחלטה להתכונן לניסויים הבודקים יעילות תרופה (efficacy trials), ובין תחילת הניסויים בפועל. המדינות המשתתפות בניסוי צריכות להכין את כל המרכיבים הנכללים בקטגוריה המעורפלת ״תשתית״, הכוללת מעבדות, קווי טלפון ודרכים סלולות. יש להכשיר צוות עובדים מיומן, ואפידמיולוגים וחוקרי מדעי ההתנהגות צריכים לזהות את קבוצות האוכלוסייה שיהוו את המתנדבים הטובים ביותר. גם האקלים הפוליטי של המדינה חייב להישאר יציב יחסית (חוסר שקט ברואנדה וזאיר הוציא אותן מחוץ לתחרות). ובנוסף, אפילו אם נערכו ניסויים ראשוניים של החיסונים בהיקף מצומצם בארצות הברית ובאירופה, מבצעי הניסוי רחב ההיקף חייבים לחזור על אותם ניסויים כדי לוודא שהחיסונים בטוחים לתושבי המדינה שבה נערך הניסוי, ויוצרים אותה תגובה חיסונית.

באפריל 1994 ארצות הברית התקדמה יותר מכל מדינה אחרת לכוון ניסויי יעילות. באותו חודש נפגשה קבוצה מובילה של מדענים העוסקים בחיפוש חיסון לאיידס, והחליטה שהממשל האמריקני צריך לבדוק האם חיסוני גננטק וביוסין פועלים. עריכת ניסויים באוכלוסיית ארצות הברית תהיה, ללא ספק קשה. בין הבעיות ניתן לציין את העובדה כי שיעורי ההדבקות החדשים היו נמוכים יחסית בהשוואה לשיעורי ההדבקה בקבוצות דומות בארצות כמו תאילנד. כך, ייתכן שאפילו ניסוי בן שנתיים או שלוש שנים, שיהיו מעורבים בו אלפי בני אדם, יניב תוצאות מעטות, שלא יענו באופן מובהק על השאלה האם החיסון עובד.

יתרה מזאת, הנתונים הקיימים על חיסונים כנגד המרכיב gpl20 שבדופן התא לא נראו מלהיבים. אף שהחיסונים מנעו הדבקה בנגיף אצל שימפנזים, הניסיונות כללו קבוצה קטנה מאוד של בעלי־חיים, והם נערכו בתנאים רחוקים מלהיות אמיתיים. המצב מסובך אף יותר, משום ששימפנזים אינם נחשבים חיית ניסוי אמינה לחקר איידס. שימפנזים אמנם נדבקים בנגיף האנושי, אך כמעט שאינם לוקים באיידס לאחר ההדבקה. במהלך 10 שנות ניסוי, רק שימפנזה אחד מת. לעומת זאת קופים מפתחים איידס מנגיף קרוב לנגיף האנושי, שנקרא ״נגיף האיידס של הקופים״ (SIV), אך החוקרים היו מצוידים במעט עדויות משכנעות לגבי הצלחת חיסונים המבוססים על חלבון פני השטח של נגיף הקופים.

המחקרים בבעלי חיים הציגו תמונה קודרת, אך מחקרי המעבדה הפכו את המצב למבלבל עוד יותר. החוקרים השיגו תוצאות מעודדות כאשר לקחו נוגדנים שנוצרו אצל בני אדם לאחר קבלת החיסון והוסיפו אותם לתרביות של נגיפי איידס. הנוגדנים נטרלו את הנגיף. אך כאשר ערבבו אותם נוגדנים עם נגיף איידס שמוצה מגופם של חולים, לנוגדנים הייתה השפעה מעטה בלבד. הנגיף בגוף שונה, אפוא, מן הנגיף אשר במבחנה.

למרות זאת, למעט מספר השגות, הקבוצה מהמכון הלאומי לאלרגיה ומחלות מדבקות הייתה כמעט מאוחדת בהמלצתה שיש לעבור לניסויי יעילות כדי לקבוע את ערכם האמיתי של החיסונים. ההחלטה הסופית עמדה בידיו של מנהל המכון אנטוני פאוצ׳י.

חודש אחר כך, במאי, נפגעו סיכוייו של החיסון להיבדק כשהתקשורת בארצות הברית הקימה מהומה רבה סביב קבוצה קטנה מאוד של מקבלי חיסון gpl20 שנדבקו בנגיף. העובדה שמקרים אלו כללו בני אדם שלא השלימו את כל מנות החיסון שלהם, או שהניסויים היו בקנה מידה קטן מכדי לאמוד את התועלת של החיסון, לא השפיעה על עמדת המבקרים. בעקבות התעוררות הציבור וההמולה התקשורתית העלה פאוצ׳י מחדש את השאלה האם לבצע את ניסויי היעילות, במהלך פגישה שנערכה ביוני הפעם הדיון משך אליו עשרות עיתונאים.

לנוכח זמזום מצלמות טלוויזיה, שטחו מדענים מחברות גננטק וביוסין את טיעוניהם למען עריכת הניסויים. נציגים של קבוצות איידס אקטיביסטיות הציגו לקהל את דאגתם מהניסויים, לאור ההשפעות הלא ברורות של החיסונים. ההמלצה מאפריל נבחנה בדקדקנות על כל פרטיה. בסוף אותו יום הוחלט לדחות, ללא תאריך יעד, את ניסויי היעילות עד שיופיעו חיסונים מבטיחים יותר. פאוצ׳י הודיע במהרה שהוא מסכים לכך.

מדוע דחה פאוצ׳י את המלצת אפריל? המבקרים טוענים שהוא פחד מן התוצאות הפוליטיות של בזבוז מיליוני דולרים על ניסויים שנמצאים במרכז תשומת הלב הציבורית ויכולים להיכשל. התומכים טוענים כי קול ההיגיון ניצח. לא משנה מה הן הסיבות, ההחלטה הכעיסה חוקרים הבודקים חיסונים זמן רב. ״חשבתי שזה מרושע ואכזרי״, אומר האפידמיולוג קנרד נלסון (Nelson) מאוניברסיטת ג׳ון הופקינס. ״הדרך היחידה להגדיר ולבדוק אם חיסון פועל היא לנסות אותו. אין כל אפשרות לקבוע מהנתונים שהיו בידיהם האם החיסון יעבוד״.

גם המדענים התאילנדים היו מבוהלים. לפני הפגישה ביוני עם פאוצ׳י, הם שלחו לו מכתב המבטא את דאגתם אם יחליט לקיים את ניסויי היעילות בארצות הברית, ואת החשש כי ביוסין וגננטק יפחיתו את מאמציהם בארצות המתפתחות. הם גם רצו שחברי הוועדה ידגישו בפני העולם נקודה אחת: ״לאור האופי החמור של התפרצות המגפה בתאילנד. אנו חשים שהשיקולים לגבי קיום או אי קיום ניסויי חיסון, כולל הערכת יעילות, שונים כאן בתאילנד״.

טיפול בגופתו של קרבן איידס בצ׳אנג־מאי. בשנת 2000, כ־100,000 תאילנדים ימותו מאיידס מדי שנה.

״בתאילנד אוהבים קונסנזוס — הם לא אוהבים ללכת נגד הזרם״, אומר חוזה אספרצה (Esparza), אשר הנהיג עד לאחרונה את פיתוח חיסון האיידס בארגון הבריאות העולמי. ״למדינה קטנה כמו תאילנד לא קל לנקוט עמדה שונה מאשר ארצות הברית. ה□ מעריצים את המדע בארצות הברית ואינם יכולים פשוט להתעלם ממנו״. לפיכך, נדהמו התאילנדים מהחלטתו של פאוצ׳י. ״האויב נמצא מסביב ואתה נותן לי אקדח״, אומר פרסרט טונגצ׳רואן (Thongcharoen). מומחה איידס באוניברסיטת מיידול בבנגקוק. ״יום אחד אתה אומר לי אל תירה באקדח. הוא יתפוצץ ויפגע בך״. גם פראיורה קונאסול (Kunasol) שעמד בזמנו בראש המחלקה לבדיקת מחלות מדבקות בתאילנד, לא היה שלם עם ההחלטה. ״לא הרגשתי שמח עם ההחלטה״, הוא אומר, ״היא מצביעה על אנוכיות״.

אבל לבסוף, התאילנדים, שלהם עצמם מסורת ארוכה של פיתוח חיסונים, החליטו להמשיך בעצמם. ״אנחנו בני העם התאילנדי חייבים לעשות למען בני עמנו״, אומר פראיורה, ״אנו צריכים להיות עצמאיים״.

באוקטובר 1994 ניסה ארגון הבריאות העולמי להקל על התאילנדים באמצעות כינוס קבוצת מומחים והצגת השאלה האם יש ערך ניסיוני לחיסונים כמו אלו המיוצרים ע״י גננטק וביוסין בארצות מתפתחות המוכות קשה באיידס. התשובה הייתה כן, אף שהמומחים הזהירו כי על מפתחי החיסון להביא בחשבון את הזנים השונים של הנגיף באוכלוסיות הניסוי. החלבון gpl20 משתנה בין הזנים השונים ואיש לא ידע האם חיסון כנגד זן אחד יכול לעזור לאדם שנחשף לזן אחר.

תאילנד לא מימשה את הנחיות המומחים. כאשר טורפדו ניסויי החיסון בארצות הברית, גננטק נתקעה עם מלאי של 300,000 מנות חיסון במקררים שלה - 300,000 מנות חיסון שהוכנו עבור נגיף מזן B הנפוץ ושולט בארצות הברית. עד לשלב זה החברה עבדה יחד עם תאילנד על הכנת ניסוי חיסון כנגד נגיף מזן הנפוץ בקרב הטרוסקסואלים. לאחר הדחייה של פאוצ׳י, החליטה גננטק באופן פתאומי לשנות את גישתה ולהשתמש בחיסונים כנגד זן B בקרב צרכני סמים תאילנדים (שדווחו כנגועים בנגיף מזן B). בפברואר 1995 התחילה גננטק ניסוי ב־31 נגמלי סמים בבנגקוק. אם החיסון יתגלה כבטוח ויעורר את התגובות החיסוניות באוכלוסייה זו, כפי שקרה ב־561 מקרים בארצות הברית, מקווים החוקרים להתחיל ניסויי יעילות ב־2500 צרכני סמים תאילנדים כבר בסוף השנה.

אבל, בזמן שגננטק והתאילנדים הכינו את הניסוי שלהם, השתנה אופייה של המגפה. בספטמבר האחרון דיווחו חוקרים אמריקנים ותאילנדים שלעומת שנת 1989, שבה 97% מצרכני הסמים היו נגועים בנגיף מזן B, בשנת 1993 רק 56% היו נגועים בנגיף זה. השאר נשאו את זן E אשר מתפשט עתה במהירות עצומה בין צרכני הסמים, בדיוק כפי שהתפשט בקרב האוכלוסיה ההטרוסקסואלית.

 כאשר דנג בוניארט (בתמונה הממוסגרת) מת מאיידס, למשפחתו לא היו אמצעים לטפל בקבורתו.

האם קיים סיכוי כלשהו שחיסון המתוכנן כנגד זן אחד יעבוד כנגד זן אחר? ג׳ון מור (Moore), חוקר במרכז לחקר הסרטן על שם אהרון דיאמונד בניו יורק, ערך לאחרונה מחקר בנושא. הוא ועמיתיו בחנו דוגמאות של חמישה זנים של נגיף האיידס, וחמישה סוגי נוגדנים שיצרו אנשים אשר נחשפו לאחד מהזנים. הם ערבבו כל זן של הנגיף עם כל קבוצת נוגדנים, וחיכו לראות האם לקומבינציות שונות של נוגדנים יש יכולת נטרול גבוהה או נמוכה יותר של הנגיפים. הם לא גילו שום דפוס ברור.

התומכים בחיסונים מסתכלים בנתונים של מור וטוענים שחשיפה לחיסון כנגד נגיף מזן אחת יכולה להכין את מערכת החיסון בצורה טובה כנגד כל נגיף מזן אחר. מור שידוע בביקורת הקודרת שלו כנגד חיסוני ביוסין וגננטק חושב אחרת: ״אם תהיה קבוצת נוגדנים אחד שמנטרלת חזק כמה זנים שונים של הנגיף, היה הטיעון הזה תקף״, הוא טוען. ״אבל לא רק מאנשים נגועים לא מצליחים: נוגדנים מחיסונים הם הרבה פחות יעילים, אפילו נוגדנים כנגד אותו זן נגיף שכנגדו נוצרו. כך שאם החיסונים פועלים בצורה גרועה כנגד זן הנגיף שכנגדו נוצרו, מדוע שיתנהגו טוב יותר כנגד זנים אחרים?

מחקר החיסון של ביוסין יכול, אפוא, להעמיד את הנושא לוויכוח. בעת שהחברה מתחילה בביצוע ניסיונות בהיקף מצומצם עם הגרסה הסינתטית של החלבון gpl20 של נגיף מזן B, היא החלה לאחרונה לפתח גם גרסת חיסון לנגיף מזן E, שאמורה להיות מוכנה לניסוי בסתיו הקרוב. ביוסין מקווה לערבב את שני החיסונים בחיסון אחד, ואם הכול ילך כשורה היא תתחיל בניסויי יעילות של קוקטייל זה בסוף 1997.

למבקרים דוגמת מור, לא נראה שניסוי כזה יצליח. מור מצביע על מחקר שערך לאחרונה, ובו בדק מתנדבים שנדבקו במחלה והשתתפו בניסויים המוקדמים שנערכו בארצות הברית עם החלבון gpl20. תריסר מהם קיבלו שלוש או ארבע מנות חיסון ולכולם, פרט לאחד, היו רמות גבוהות של נוגדנים ל־gpl20. ״כל מה שאני יודע על הדור החדש של החיסונים המבוססים על תת היחידה gpl20 מחזק את אמונתי כי טוני פאוצ׳י החליט החלטה נכונה כשלא אישר עשיית ניסויי יעילות בארצות הברית״, מצהיר מור.

למרות כל אומרי הלאו, נראה שבסופו של דבר יבצעו התאילנדים ניסיונות בלפחות אחד החיסונים. ״התאילנדים עומדים לבצע בעצמם ניסויי יעילות, והם לא מושפעים מעמדתו של ג׳ון מור", אומר אספרצה. אך גם אם ניסויי היעילות של חיסוני ביוסין או גננטק יקבלו אור ירוק, הם לא יהיו קלים לביצוע. כדי להתחיל יש צורך למצוא את האנשים המתאימים ביותר להשתתף בניסוי וזהו, בלשון המעטה, אתגר לא פשוט. חוקי האתיקה דורשים כי ייאמר למתנדבים כיצד להימנע ממגע עם הנגיף, אך אם כולם ישמעו להוראות, שיעור ההדבקה עלול להיות נמוך מדי מכדי להוכיח אם החיסון אפקטיבי. בו זמנית, המתנדבים צריכים להיות אמינים ולהופיע לקבלת כל סדרת הזריקות, ובהמשך לבוא לביקורות עוקבות, אשר בקלות יכולות להימשך שלוש שנים. מציאת כמה אלפי אנשים שיענו על קריטריונים אלה היא משימה לא קלה.

ואפילו אם הכול יפעל כמתוכנן, עדיין נשארת השאלה מי יממן את הניסוי, אשר יכול לעלות כ־10 מיליון דולר. שתי החברות אומרות כי ישתתפו במימון, אבל אין הן מוכנות לממן הכול. ארגון הבריאות העולמי והממשל התאילנדי התחייבו לעזור במימון הניסויים, אבל אף מדינה או קרן אחרת לא הציעה עזרה, אף שניסויי החיסון התאילנדים הם הניסויים היחידים בתחום זה. מאז החלטתו של פאוצ׳י ביוני 94׳, פיתוח חיסונים חדשים הואט למספר קטן של נוסחאות חדשות הנמצאות בשלבי ניסוי ראשונים על כמה עשרות בני אדם.

ניסויי החיסון יזדקקו לא רק לכסף רב, אלא גם לזמן, ובתאילנד עובד שעון החול. רק עתה המדינה מתחילה לראות את השפעת מגפת האיידס על החברה: עד כה מתו מהמחלה רק 6,000 איש, אבל בשנת 2000 צפוי כי כ־100,000 איש ימותו מדי שנה, והקצב ימשיך לעלות. גם אם הניסויים יתחילו בהקדם, רק בעוד כמה שנים ניתן יהיה לראות האם החיסונים עובדים. כפי שאומר זאת קולונל סאקול, מההיסטוריה של המחלות המידבקות הקשות אנו יודעים שהמדענים מנצחים, אבל זה אורך זמן רב. כעת אנו עושים את הצעד הראשון״.

תרגום: עדנה רובין.

ג׳ון כהן (Jon Cohen) כותב בנושא איידס בכתב העת המדעי ״Discover״, עתה כותב ספר על המחקר למציאת תרכיב חיסון לאיידס.


המאמר המקורי, Discover, יוני 1996

פורסם ב"גליליאו" 18, ספטמבר/אוקטובר 1996


יום רביעי, 16 באוקטובר 1996

התאבדות ביצורים חד־תאיים - איתי בן־פורת


מזה זמן רב מוכרת ביצורים רב־תאיים התופעה של ״התאבדות״ תאים, או בשמה המדעי ״מוות תאים מתוכנת״ (programmed cell death).

אצות חד תאיות - Chlamydomanas reinhardtiiDartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College

המנגנון של מוות תאים מתוכנת שונה באופיו מן המנגנון ה״רגיל״ בו תאים מתים מזקנה או בשל נזק חיצוני. תהליך מוות זה כולל מספר מאפיינים ייחודיים, המופיעים לאחר שהתא מקבל הוראה פנימית או חיצונית להפעלת מנגנון ההתאבדות. בין מאפיינים אלה: יצירת בועות בקרום התא, והריסת גרעין התא כתוצאה מדחיסת הכרומוזומים וחיתוכם לחתיכות בעלות גודל קבוע. מוות מתוכנת של תאים ממלא תפקיד חשוב ביותר בהתפתחות היצור הרב־תאי, שכן כל התפתחות נורמלית דורשת כי תאים שאינם נחוצים, יסולקו. כך, למשל, אצבעות כפות הידיים והרגליים נוצרות לא על ידי ״צמיחה״ של אצבעות, אלא כתוצאה של מוות מתוכנת של התאים הנמצאים בין האצבעות. 

מוות התאים המתוכנת משמש, בין השאר, לסילוק תאי דם המייצרים נוגדנים עצמיים, העלולים להגיב עם הגוף, והוא ממלא אף תפקיד מרכזי בהתפתחות מערכת העצבים. מנגנון המוות המתוכנת מופעל גם כאשר תא נמצא במצב בו לא רצוי כי ימשיך לגדול, למשל כאשר ה־DNA בתא ניזוק קשה. במצב כזה ״יעדיף״ התא להתאבד מאשר להמשיך להתחלק כאשר הוא פגוע. 

חשיבותו של מנגנון זה ביצור רב־תאי מובנת, אך האם הוא צפוי להימצא גם ביצורים חד־תאיים, דוגמת חיידקים ופטריות? ההגיון האבולוציוני הפשוט טוען כי אין כל יתרון ברירני בכך שיצור מתאבד - חד־תא שיתאבד לא יעמיד צאצאים ויאבד מן העולם, ולכן, לא צפוי למצוא מנגנון כזה בחד־תאים. על־אף זאת, נמצא לאחרונה. כי מנגנון מוות התאים המתוכנת קיים ביצורים חד־תאיים, והוא תואר עד כה בכמה יצורים אאוקריוטים (בעלי גרעין) ממשפחות שונות של אצות חד־תאיות ועובש. המאפיינים הייחודיים של מוות התאים המתוכנת מופיעים גם ביצורים אלה, ומכאן עולה כי התופעה המוכרת ביצורים רב־תאיים היא גלגול של מנגנון שהיה קיים באב קדמון חד־תאי. 

מהו אם־כן היתרון האבולוציוני של מנגנון זה שדאג לשימורו מיצורים פשוטים אלה ועד ליצורים המורכבים ביותר? את התשובה לשאלה ניתן לספק אם מדמים מושבה של יצורים חד־תאיים ליצור רב־תאי. המשך גדילתה של המושבה דורש לעתים סילוק תאים שמפריעים לכך והתאמת מספר התאים לתנאי הסביבה. התאבדות של תא פגוע נותנת יתרון לשכניו שכן תא זה לא יתחרה עימם על המשאבים, וכך מבטיחה המושבה כי רק התאים הכשירים ביותר ימשיכו לחיות. אצל יצורים פרזיטיים, בקרה כזאת דרושה, ככל הנראה, לשם ״כינון יחסים״ עם היצור המארח. החוקרים סבורים כי ייתכן שמנגנון ההתאבדות הוא למעשה חלק בלתי נפרד ממערכת כללית של בקרת חלוקת התא וגילה האבולוציוני הוא כגיל מערכת זו.


פורסם ב"גליליאו" 18, ספטמבר/אוקטובר 1996


יום שישי, 11 באוקטובר 1996

חיידקים מאירים בבדיקות איכות מים ושפכים - שמשון בלקין

 

יצורים בעלי יכולת הארה ביולוגית (Bioluminescence) מסוגלים, באמצעות מערכת אנזימטית מורכבת, לשחרר לסביבה פוטונים. לרבים מוכרת התופעה כפי שהיא באה לידי ביטוי בגחליליות או חרקים אחרים, אך היא נפוצה גם בעולם החיידקים. חיידקים מאירים שכיחים בעיקר בסביבה הימית, שם קל למוצאם חופשיים במי הים או ביחסי סימביוזה עם דגים או יצורים אחרים. מלבד ההנאה האסתטית הכרוכה בעיסוק במערכות הארה ביולוגית, נמצאו להן במשך השנים גם יישומים רבים; סקירה זו עוסקת בכמה משימושים אלה, הנוגעים לבדיקות איכות מים.


החיידק המאיר כחיישן במבחני איכות מים, כמו גם בבדיקות סביבתיות רבות אחרות, שמור מקום נכבד למבחנים בהם מעורבים יצורים חיים (Bioassays). בבדיקות כאלה משמשת תגובתו של יצור המבחן כאינדיקטור לאופי הדוגמא אליה נחשף. התגובה יכולה להיות שלילית (כמו, למשל, תמותה בתגובה לרעילות הדוגמא) או חיובית (הגברת קצבי גידול או פעילות כתגובה לעודפי מזון). בשנים האחרונות הולך וגובר השימוש בחיידקים כ"חיות מבחן", כתחליף ליצורים מפותחים יותר. לשימוש בחיידקים יתרונות רבים, ביניהם עלות נמוכה, זמני תגובה קצרים, ואוכלוסיות מבחן גדולות והומוגניות הזמינות לשימוש בהתראה קצרה. כמו כן, חיידקים ניתנים לשימור בדרכים שונות; שיווקם ואכסונם דומים לאלה של כימיקל רגיל, וקל לכן באמצעותם להגיע לתנאי מבחן אחידים בכל מעבדה שהיא. לחיידקים המאירים מעמד מיוחד בהקשר זה, שכן בנוסף לכל היתרונות לעיל הם גם נחונים ביכולת להאיר; הואיל וקל מאוד למדוד ולכמת את עצמת ומשך ההארה, יכולה ההארה המיקרוביאלית לשמש בזמן אמיתי כמדד לתגובת התא החי לתנאים אליהם נחשף.

בדיקות רעילות ללא ספק, מבחני הרעילות מהווים את התחום בו השימוש ה"סביבתי" בחיידקים מאירים הוא הנפוץ ביותר. בדיקות אלה מבוססות על כך שההארה הביולוגית זקוקה למערכת פיזיולוגית/ביוכימית תאית תקינה. לפיכך תאים מתים אינם מאירים כלל, ובתאים פגועים ההארה נחלשת יחסית למידת הפגיעה. מידת הרעילות ניתנת לחישוב על סמך הירידה בעצמת ההארה בנוכחות ריכוזים שונים של הדוגמא הנבחנת, בהשוואה לתאי ביקורת שלא נחשפו לדוגמא. לצורך המבחן דרושה דוגמת מים בנפח מזערי (בד"כ לא יותר מ-1 מ"ל), ומשכו הוא כ-5 עד 30 דקות בלבד. המידע על רעילות הדוגמא זמין, אפוא, תוך מחצית השעה מרגע הדיגום, בהשוואה למבחני הרעילות המקובלים (בהם דגיגים או סרטנים זעירים משמשים כיצורי מבחן) שמשכם הוא לפחות יומיים. הערך המחושב כמדד לרעילות מתוך הירידה בעצמת ההארה מוכר כ-EC50, והוא מבטא את ריכוז הדוגמא הגורם לירידה של 50% בעצמת האור. בתמונה 1 מתוארת עצמת ההארה של תרבית של החיידק המאיר Photobacterium phosphoreum כתלות בריכוז 4-ניטרופנול במים; בתמונה A1; מוצגת הפגיעה בהארה (15 דקות חשיפה) יחסית לביקורת, ובתמונה B1 מוצגים אותם נתונים כערכי "גמה", Γ = (lc-ls) / ls,  כאשר ls מבטא את הארת הדוגמא ו-lc את הארת מערכת הביקורת. ריכוז הדוגמא בו Γ=1 הוא ה-EC50. התוצאות המוצגות כאן הושגו באמצעות ערכה המשווקת מסחרית תחת השם Microtox™, שפותחה על-ידי תאגיד Microbics בארה"ב. השימוש התקני במערכת זו מקובל היום במקומות רבים בעולם, שכן במקרים רבים הוצגו מתאמים טובים של התוצאות שהושגו בעזרתה לכאלה שנאספו ממבחני רעילות מקובלים דוגמת מבחן הדגים. חשוב לציין, יחד עם זאת, שאין להשליך מתוצאות מבחני רעילות מיקרוביאליים על השפעות אפשריות על בריאות האדם; במיוחד, כמובן, אין לקבל תוצאה שלילית במבחן Microtox כהכשר תברואתי כל שהוא לשימוש במים.

תמונה 1: קביעת רעילות 4-ניטרופנול כדוגמא לשימוש במבחן הרעילות Microtox.(A) השפעת הריכוז על עצמת האור;(B) חישוב הרעילות על סמך הנתונים שב-A.


בדיקות גנוטוקסיות לא פחות חשובה מרעילות הדוגמא היא מידת הנזק הגנוטוקסי הפוטנציאלי שעלול להיות טמון בה. האפקטים הגנוטוקסיים יכולים להיות קרצינוגניים (מסרטנים), טרטוגניים (גורמי נזק לעוברים) או מוטגניים (מחוללי מוטציות); המשותף לכולם הוא פגיעה בחומר הגנטי, ה-DNA. קיימים מבחנים רבים לכימות מידת הגנוטוקסיות. המבחן המיקרוביאלי התקני הנפוץ ביותר קרוי על שם מפתחו, מבחן Ames. העיקרון בבדיקה זו פשוט ביותר: חושפים לריכוזים שונים של הדוגמא הנבדקת מספר זני חיידקים מוטנטים, וקובעים את תדירות ההיפוך חזרה ל"גזע הבר", דהיינו תדירות איבוד המוטציה. תדירות זו נמצאת ביחס ישר למידת המוטגניות של החומר הנבדק. בשנים האחרונות פותח על-ידי פרופ' ש' אוליצור מהטכניון מבחן חלופי למבחן Ames, הבנוי על עיקרון דומה והמבוסס על שימוש במוטנט "חשוך" של החיידק המאיר Vibrio fischeri. יתרונו הגדול של מבחן זה הוא בנוחות ביצועו: כל אשר על הבודק לעשות, לאחר הדגרת חיידקי המבחן עם הדוגמא משך כ-24 שעות, הוא לבדוק את עוצמת ההארה שלהם: תרבית הביקורת תישאר כמעט חשוכה, בעוד שחיידקים שנחשפו להשפעות מוטגניות יגבירו בצורה ניכרת את הארתם. ערכות לקביעת גנוטוקסיות המבוססות על מבחן זה מיוצרות ומשווקות על-ידי חב' Microbics תחת השם המסחרי Mutatox™.

קביעת פוטנציאל הגידול מחדש של חיידקים כדי שחיידקים מאירים יוכלו להאיר במלוא הפוטנציאל הטמון בהם הם זקוקים לתנאים סביבתיים הולמים; אחד התנאים החשובים הוא קיומו של מקור פחמן זמין, בלעדיו לא יוכל החיידק לקיים מטבוליזם מאוזן ולהאיר. עובדה זו נוצלה לפיתוחו של מבחן חדשני לקביעת פוטנציאל הגידול מחדש של חיידקים במי שתייה. למבחן זה חשיבות רבה בקביעת יכולתם של חיידקים לצמוח מחדש לאחר העלמות ההשפעות השאריתיות של החיטוי אותו עברו המים. השיטות המקובלות לקביעת יכולת זו מבוססות על זריעת חיידקים בדוגמת המים הנבחנת ומעקב אחר גידולם משך תקופה בת לפחות כשבוע ימים. בשיטת החיידקים המאירים, המפותחת במעבדתו של ש' אוליצור מהטכניון בשיתוף מחבר מאמר זה, נחשפים לדוגמא חיידקים מאירים בני המין Vibrio fischeri או Photobacterium leiognathi. ההארה בתום כשעתיים עד ארבע שעות נמצאת ביחס ישר לכמות הפחמן האורגני הזמין בדוגמא. בתמונה 2 מוצג המתאם הגבוה בין תוצאות ראשוניות של השיטה המתוארת כאן לבין אחת השיטות התקניות.

תמונה 2: מיתאם בין תוצאות מבחן החיידקים המאירים (Vibrio Fischeri, 4 שעות חשיפה) לתוצאות המבחן הסטנדרטי (7 ימים) לקביעת ריכוזי פחמן אורגני זמין בקבוצת דוגמאות מי המוביל הארצי. מעבודתה של רונית שומר-בן אברהם, הטכניון.


שימושים במערכת הגנטית של ההארה ליתרונות הרבים של השימוש בחיידקים כיצורי מבחן ניתן להוסיף תכונה רבת חשיבות נוספת: היותם זמינים למניפולציה גנטית. ההתקדמות העצומה שחלה בביולוגיה המולקולרית מאפשרת לנו כיום, באמצעים פשוטים יחסית, להפוך חיידקים "רגילים" לחיידקים מאירים. יתרה מזו, ביכולתנו "להנדס" חיידקים כך שיגיבו בדרך שנרצה לגירויים מוגדרים מראש. אחת הדרכים הנפוצות לשם כך היא להשתמש בגן "מדווח": אלו גנים בעלי פעילות מוכרת ונוחה לכימות, הניתנים להפרדה מהחיידק המקורי ולהצמדה מלאכותית לגנים אחרים שאחרי פעילותם אנו מעוניינים לעקוב. באופן זה, ברגע שמשופעל גן המטרה, נכנס לפעולה גם הגן המדווח. הגנים האחראים להארה מיקרוביאלית (lux) מקובלים מאוד לשימוש כגנים מדווחים, בגלל הנוחות הרבה שבמעקב אחר האור הנפלט. החיידקים המיוצרים בדרך זו מאירים באופן רציף, או "מתוכנתים" כך שיאירו רק בתגובה לגירויים מסוימים.

בשנים האחרונות מנוצלת עובדה זו לפיתוח מספר מערכות בדיקה לאיכות מים ושפכים, שיוזכרו בקיצור להלן. למרות יתרונותיהם הבולטים, בשלב זה השימוש בחיידקים המהונדסים מוגבל ביותר, בעיקר בגלל חששות מפני סכנות אפשריות הטמונות בשחרורם לסביבה. אין ספק שלאור הפוטנציאל העצום הגלום בשיטות אלה תימצא בעתיד הדרך להביא את יתרונות ההנדסה הגנטית גם לבדיקות איכות מים. בין הפיתוחים שפורסמו לשימושים בחיידקים מאירים מהונדסים ניתן למצוא:
  • זיהוי מהיר (תוך שעות ספורות!) של חומרים מוטגניים.
  • בדיקות רעילות המצביעות לא רק על קיום רעילות אלא גם על סוג הרעלן.
  • זיהוי מהיר ורגיש של מתכות כבדות מסוימות.
  • זיהוי של חומרים אורגניים ספציפיים.
  • זיהוי חיידקים מזהמים (Escherichia coli, Salmonella), על-ידי שימוש בפאג'ים (וירוסים התוקפים חיידקים) ספציפיים הגורמים לחיידקי המטרה להאיר.
  • מעקב בזמן אמיתי אחר יעילות הטיפול בשפכים תעשייתיים.
  • מעקב אחר פיזור וחיוניות חיידקים מזהמים בסביבות טבעיות.

סיכום הארה ביולוגית בכלל והארה מיקרוביאלית בפרט מהווים מכשיר פוטנציאלי רב עוצמה לבדיקות מסוגים שונים, ופיתוח כלים ביולוגיים מתאימים לניצול תופעה זו לשימושים סביבתיים רבים נמצא בתנופה. לא מן הנמנע, אפוא, שבעתיד הלא רחוק חיידקים מאירים ומנגנון ההארה שלהם ימלאו תפקידים רבי חשיבות במערכות לביקורת וניטור איכות מים ושפכים.

פרופ' שמשון בלקין -  מהמחלקה למיקרוביולוגיה סביבתית, המכון לחקר המדבר, אוניברסיטת בן גוריון.


פורסם ב"בריאות מהשטח" 4, עמ' 7-6, 1996.