תקווה ל״גלולת אינסולין״! - איתן ישראלי

 

פטרייה שנחקרה ע״י צוותים של חברת ״מרק״ תספק אולי פתרון לחולי סוכרת בצורת תרופה שנלקחת בדרך הפה. הפטריה שנקראת Pseudomassaria מייצרת מולקולה בת חמש טבעות ממשפחת הקווינונים.  

חומר זה ניתן לעכברים שסבלו מתסמונת זהה לסוכרת מבוגרים מטיפוס 2. התרופה פעלה בדומה לאינסולין, כנראה ע״י פעולה על קולטן של אינסולין. מאחר שתרופה זאת אינה חלבון, היא עומדת בפני האנזימים במערכת העיכול. חוקרי חברת ״מרק״ השתמשו למציאת החומר בקולטן של אינסולין שיוצר ע״י תאי שחלה מהונדסים של אוגר. לאחר שמצאו תגובה עם הקולטן בתמיסת הגידול של הפטריה שלחו את התמצית לבדיקה כימית. 

החומר שכונה 783,281-L חיקה את הפעילות המזרחנת של קולטן האינסולין בעוצמה פי 100 מזו של חומרים טבעיים אחרים שנוסו. כמו כן, פעילותו של החומר הייתה ייחודית, והוא לא שפעל למשל את הקולטן של פקטור הגידול האפידרמלי. 

המקור לנוסחה

כנראה, סוברים החוקרים, החומר נספג בקרום התא ונקשר ישירות לחלק בעל פעילות של קינאז בקולטן האינסולין, וכך משפעל אותו. ניסויים בזני עכברים חולי סכרת הראו שהתרופה הורידה את רמת הסוכר בדם למחצית, ובזן אחד הורידה גם את רמת האינסולין בדם. אכן, אולי יש תקווה לתרופה לסוכרת הניתנת דרך הפה.

המאמר -  Science 1999,284,886

 פורסם ב"תצפית" 6, יולי-אוגוסט 1999

תעלות בקרומים - איתן ישראלי

 

קרומים ביולוגיים יוצרים מחסומים המונעים דיפוזיה של יונים מהתאים. לעומת זאת, חלבונים מסוגלים לנוע דרך הקרום בצורה חופשית. 

כשנגיף בעל מעטפת מדביק תא, החומר הגנטי שלו נכנס לתא בצורה כמעט שלמה, ונגיפים חדשים, כאלה שאינם ממסים את התא, יוצאים מהתא בשלמותם. הבקטריופאז׳ החוטי F1 הוא דוגמה למחזור חיים כזה. מרציאנו וחבריו הראו, שחלבון מסוים (pIV) המקודד על יד הפאז׳ יוצר תעלה בקרום החיצוני של החיידק, ודרכה הוא יוצא החוצה. גודל החלבון הוא 45000 D והוא יוצר תעלה גלילית העשויה 14 תת יחידות של חלבון זה, שקוטרה 7-8 נ״מ. מרציאנו וחבריו הצליחו לבנות בתוך שכבה פוספוליפידית במבחנה תעלות עשויות מחלבון piv טבעי וממוטנט שלו. הם הראו, שהחלבון המקורי יצר את התעלה בעלת המתח החשמלי הגדול ביותר שנרשם עד כה, עם מוליכות של 1.2 נ״ס בתמיסה של 150 מילימולר כלוריד האשלגן. להשוואה - תעלה זו הינה פי 100 יותר עבירה ליונים מאלה הייחודיות לסידן בתאי עצב. 

בקטריופאז' F1
Androidpar, Wikimedia Commons

חלבונים דומים לחלבון הנ״ל נמצאו בקרומים של סוגי חיידקים שונים. החלבונים המקודדים ע״י החיידקים מאפשרים העברת רעלנים וגורמי אלימות אחרים, כמו גורמי הדבר, הכולרה, חיידקי סלמונלה ושיגלה ואפילו ב-E. coli הפתוגני הם נמצאו. מרציאנו וחבריו הינם הראשונים שהוכיחו שחלבון ממשפחה זו יוצר תעלת מעבר.

המחקר: 1999, 284, 1475 Science

פורסם ב"תצפית" 6, יולי-אוגוסט 1999

לך אל הנמלה - אמיר עדן

בשני סרטים המוקרנים בימים אלה בבתי הקולנוע מככבים קרוביהם בני־ימינו של החקלאים הראשונים - הנמלים. מוכרים כ־200 מיני נמלים מקבוצת אטיני (attini) -נמלים הניזונות מפטריות שאותן הן מגדלות בחללים ובמחילות בתוך הקן על מצע של גזרי עלים המהווה מזון. הפטריות הופכות את חומרי המצע לסוכרים וחלבונים וכך ״מעכלות״ את המזון עבור הנמלים. בנוסף לאספקה סדירה של גזרי עלים, דואגות הנמלים לדשן את המצע בהפרשותיהן ולסלק יצורים המפריעים להתפתחות הפטריות.

צילום:  Geoff Gallice,  Wikimedia commons

מתברר שגם האסטרטגיה של הדברה ביולוגית - הלהיט החדש של החקלאים, מצויה מזה זמן רב בשימוש שוטף אצל הנמלים. במאמר שהתפרסם בכתב־העת Nature (ב-22 באפריל) מדווחים קמרון קורי (Currie) ושותפיו, החוקרים את נמלי האטיני ביערות פנמה, כי זיהו מין של חיידק המצוי באופן קבוע על אזור החזה ועל רגלי הנמלים. חיידק זה מייצר חומר אנטיביוטי הפוגע באופן ייחודי באחד המזיקים העיקריים התוקפים את גידולי הפטריות שמגדלות הנמלים.

אצל בני־האדם נמצאת האנטיביוטיקה בשימוש רק כמה עשרות שנים, ולצערנו קצב הופעת זנים עמידים לאנטיביוטיקה עולה על קצב הפיתוח של תרופות חדשות. ״הנמלים הקדימו אותנו בפיתוח השיטות החקלאיות״, אומר חוקר הנמלים טד שולץ (Schultz). ״אולי נוכל ללמוד מהן את סוד השימוש הנכון והיעיל באנטיביוטיקה לאורך מיליוני שנים״.

לך אל הנמלה חוקר, ראה דרכיה וחכם.

המאמר ב-Nature

פורסם ב"גליליאו" גיליון 35, יולי-אוגוסט 1999.

סוף לאבעבועות השחורות? - איתן ישראלי

 

בשנת 1977 הכריז ארגון הבריאות העולמי (אב״ע), שמחלת האבעבועות השחורות חוסלה מן העולם. זה למעלה משני עשורים שרשויות הבריאות חדלו מלחסן את האוכלוסייה, ואכן מרבית אוכלוסיית העולם אינה מחוסנת בפני הנגיף. 

אב״ע התיר רק לשתי מעבדות, אחת במרכז לבקרת מחלות באטלנטה בארה׳׳ב ושנייה במרכז המחקר הרוסי לנגיפים בקולצובו נובוסיבירסק, להמשיך לחקור ולהחזיק בנגיף. מעבדות אלה הינן ברמת בטיחות הגבוהה ביותר (4), ורמת האבטחה של מאגרי הנגיף אף היא גבוהה ביותר. 

נגיפי Variola במיקרוסקופ אלקטרונים סורק

המקור -  CDC/ Dr. Fred Murphy; Sylvia Whitfield

החל משנת 1966 הוחלט ע״י אב״ע להשמיד את כל מאגרי הנגיף. ביצוע החלטה זו נדחה משנה לשנה עד ליוני 1999 ועתה הודיע ממשל קלינטון שהוא לא יציית להחלטה וימשיך להחזיק בנגיף. החלטה זו נובעת ממחשבה, שיהיה צורך בנגיף השלם כדי לפתח תרכיבי חיסון יעילים וחומרים נוגדי נגיפים. 

ההחלטה להשמיד את הנגיף נבעה מחשש שמא הוא יתפזר לסביבה בטעות או במתכוון (ע״י קבוצות טרור למשל), ויעשה שמות באוכלוסיית העולם שאינה מחוסנת. 

עקב התנועה הבין יבשתית הנאמדת במיליוני בני אדם ליום, לא יהיה ניתן לעצור את התפשטות המחלה כמגיפה כלל עולמית. מאגר התרכיבים העולמי נאמד כיום בכ-50 מיליון מנות, מהן בין 7-5 מיליון בארה״ב. 

אין ספק שבמקרה מגיפה, ארצות בעלות התרכיב יעדיפו לשמרו לעצמן. מומחים מעריכים שאפילו תכנית חרום לייצור תרכיב לנגיף תארך כשלש שנים עד שהמוצר יהיה זמין לציבור. מסיבות אלה ואחרות יש המצדדים בהשמדת הנגיף ויש השוללים זאת. מכל מקום, אב״ע אמור להתכנס ולהחליט בסוגיה זו בקרוב.

המקור:  353,1539 ,1999 Lancet

פורסם ב"תצפית" 6, יולי-אוגוסט 1999

הצורה היא ההישרדות

 

מושבות חיידקים ויצורים חיים אחרים מפתחים את תבניות גידולם בדומה להתארגנות של מערכות דוממות. הפיסיקאי פרופ' אשל בן-יעקב מאוניברסיטת תל-אביב ועמיתיו מסבירים וממחישים.

בעשרים השנים האחרונות החלו פיסיקאים להבין כיצד מתהוות צורות בחומר. פרופ' אשל בן-יעקב מבית הספר לפיסיקה ואסטרונומיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר של אוניברסיטת תל-אביב, ראש המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה, פתר את חידת התהוות צורתם של פתיתי שלג, וגילה, שביכולתו לנבא ואף לבנות מודל של התארגנות עצמית של יצורים חיים, כגון מושבות חיידקים, על פי חוקים פיסיקליים, הדומים לאלה החלים על התפתחות התבניות בטבע הדומם.

שוו לנגד עיניכם "שרך" של שלג על חלון קפוא, מולקולות מים נודדות על משטח החלון ייתקלו באקראי בשרך וייצמדו אליו, הסבירות שהמולקולות ייתקלו בחלקיו החיצוניים של השרך וייצמדו אליהם גבוהה יותר, ולפיכך כל אחד מסעיפיו המזדקרים כלפי חוץ ייטה להמשיך ולהתארך. זאת ועוד, מולקולות המים יעדיפו כיווני התמקמות מסוימים על גבי פתית השלג, מאחר שהאוריינטציה שלהן מוכתבת על ידי מבנה גביש הקרח. כך, ובתגובה על תנאי טמפרטורה ולחות מסוימים, נוצר מבנה גבישי מורכב.

מושבת חיידקים שאופן אירגונה העצמי דומה לזה של פתית שלג

מושבות חיידקים ויצורים חיים אחרים מפתחים אף הם את מבני גידולם בתגובה על תנאי מזון, טמפרטורה ולחות מסויימים, בדומה להתארגנות של מערכות דוממות, לדוגמה, מושבת חיידקים יכולה להסתעף על פי עקרונות דומים לאלה המנחים התארגנות של פתית שלג. חיידקים המצויים על גבי מצע מזון קשה מדי יתקשו לנוע לעבר מזונם, אבל מולקולות המזון, שיכולות לנוע באופן דיפוזי בתוך המצע לעבר המושבה, ייטו להיתקל בחיידקים המזדקרים החוצה מתוכה, בדומה למולקולות המים הנצמדות לזיזי גביש הקרח. החיידקים ניזונים, גדלים ומתרבים על ידי התפצלות לשניים. כל התקבצות של חיידקיים תוביל להיווצרות ענף נוסף של המושבה.

הענפים המסתעפים מתחלפים בתלתלים, כשמושבת החיידקים מסוג Paenibacillus dendritiformis גדלה על גבי מצע גידול רך.

מערכות חיות

אולם בניגוד לשרך השלג, החיידקים יכולים לחוש את סביבתם, ו"להעדיף" תבניות גידול מסוימות על פני אחרות, כדי להבטיח את הישרדותם. מושבות חיידקים יכולות ללבוש צורות מורכבות יותר בגלל היותם יצורים חיים. פרופ' בן-יעקב מצא, שאם מגדלים את החיידקים על גבי מצע רך יותר, התבנית המסתעפת הראשונית של המושבה משתנה באופן ספונטני, והופכת לתבנית דמוית תלתלים מסולסלים, המתפשטת במהירות רבה יותר. במיקרוסקופ מבחינים בכך שלהסתלסלות הדגם גם נלווית התארכות ניכרת של כל חיידק יחיד. על אף שהשתנות זאת משפרת בעליל את כושר תנועתם של החיידקים (ולפיכך את נגישותם למזון) לא ידוע בדיוק מה מחולל את ההתארכות.

לא זו בלבד שהחיידקים חשים את סביבתם, מוסיף פרופ' בן-יעקב, ביכולתם אף להשפיע עליה, למשל על ידי יצירת נוזל המאפשר להם לנוע על גבי משטח המזון הקשה, זאת, כשם שביכולתם להשפיע זה על זה למשל על ידי הפרשת כימיקלים המשפיעים על תנועתם, ההופכת מאקראית לתנועה המכוונת על פי מפל הריכוזים של החומר המופרש. החיידקים מגיבים לתנאי סביבה קשים, כמו חוסר מזון או אנטיביוטיקה, על ידי יצירת תקשורת כימית (למשל, הפרשה של כימיקלים הגורמת להפעלה של גנים מסויימים) וגנטית (העברת מידע גנטי), כמו גם יצירת וריאציות חדשות של עצמם.

ביולוגיס העוסקים בשאלה, כיצד אוסף של תאים יחידים הופד לאורגניזם ומתפקד ברמה גבוהה יותר, מסתמכים בעיקר על טכניקות ביוכימיות וגנטיות. יעדם הוא לחשוף את חוקי המשחק המיקרוסקופיים. אבל הפיסיקאים כבר נוכחו לדעת, שהחוקים השולטים ביחסי הגומלין בין "עולם המיקרו" של חלקיקים תת-אטומיים לבין "עולם המקרו" של גופים גדולים יותר, מציגים בעיה מורכבת יותר, שהבנת היצירתיות של החיידקים עשויה לסייע בפתרונה. המאמר מבוסס על כתבת שער, שהתפרסמה בכתב העת Scientific American, אוקטובר 1998, מאת פרופ' בן-יעקב ועמיתו האמריקאי, פרופ' הרברט לוין, פרופסור לפיסיקה באוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו.

על גבי מצע גידול קשה יוצרים חיידקי Paenibacillus vortex מערבולות מסתובבות, המאפשרות למושבה להתקדם ולהתפשט על גבי המצע כמו מכבש כבישים.

צילומים: עמיקם שוב

פורסם ב"תצפית" 6,  יולי-אוגוסט 1999