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.