אמור לי מיהם חיידקיך - רועי שני

חוקרים מצאו שלוש מערכות אקולוגיות ייחודיות למערכת העיכול, המסווגות בני אדם לפי חיידקי המעיים

בתחילת המאה ה-20 גילו מדענים שכל אדם משתייך לאחת מארבע קבוצות סוג דם: A, B, O ו-AB. והנה, בימים אלו התגלתה דרך חדשה לסיווג בני אדם לקבוצות: באמצעות חיידקי המעיים. קבוצת חוקרים בין-לאומית, בראשות פרופ' פֶּר בּוֹרק (Bork) מהמעבדה האירופית לביולוגיה מולקולרית שבגרמניה, מדווחת על זיהוי שלושה סוגי מערכות אקולוגיות מובחנות המאפיינות את מערכת העיכול האנושית. משמעות המחקר היא צעד בדרך להתאמה אישית של טיפול בהתאם להרכב החיידקים הייחודי הקיים במערכת העיכול של כל חולה.

שנים ארוכות עמלו החוקרים על איתור המיקרואורגניזמים בגוף האדם ומיפוים, ומדובר על עבודה לא פשוטה בהתחשב בכך שכל אדם הוא פונדקאי ל-100 טריליון מיקרואורגניזמים מאלפי מינים שונים. לצורך המחקר הצליחו החוקרים להפיק ולבודד דגימות DNA של החיידקים מרוק ומצואה, ולאחר מיפוי מדוקדק של החומר הגנטי שרטטו החוקרים תמונה מפורטת של המערכות האקולוגיות המאפיינות את מעי האדם.

מיקום וכמות של חיידקי מעיים
המוזיאון להיסטוריה של הטבע בטולוז, צרפת - Muséum d'histoire naturelle de Toulouse

בניתוח הנתונים גילו החוקרים להפתעתם שלושה הֶרכבים שונים של מערכות אקולוגיות שחזרו על עצמם. כל מערכת מובחנת ומורכבת גם מחיידקים שלא קיימים במערכות האחרות, וגם מחיידקים הקיימים בכל המערכות אך בשיעורים שונים. למשל, אנשים עם מערכת מסוג 1 מתאפיינים בשיעור גבוה של חיידקים מסוג Bacteroides, בעוד בעלי מערכת מסוג 2 הציגו כמות מועטה מאוד של סוג חיידקים זה וכמות גבוהה ביותר של חיידקים מסוג Prevotella. שלוש המערכות מאוזנות: הן מכילות שיעורים שונים של סוגי חיידקים שונים, ועם זאת הן נמצאות באיזון, כלומר שיעורי החיידקים השונים נשמרים פחות או יותר קבועים ואיתם גם רמות החומרים שהם מפרישים. החוקרים ציינו במאמר שמציג את המחקר ושפורסם בכתב-העת Nature שאין קשר בין הרכב, שיעור וסוגי המיקרואורגניזמים המתאכסנים במעיים, ובין הרקע האתני, הגיל, המין, המשקל או המצב הבריאותי של הנבדקים. החוקרים בחנו מאפייני מערכות עיכול של משתתפים אמריקאים, אירופאים ויפנים בלבד ויש להמשיך ולבחון משתתפים מעוד מוצאים אתניים.

חיידקי המעיים משחררים אנזימים ייחודיים שתאי האדם אינם מסוגלים לייצר, ולכן יש להם תפקיד חשוב בעיכול המזון וכן בסינתזה של ויטמינים שונים. למשל, מערכת אקולוגית מסוג 1 מסנתזת יותר ויטמין B7 (ביוטין) ולעומתה מערכת סוג 2 מייצרת יותר B1 (תיאמין).

לדברי החוקרים, בדומה למשמעות סוג הדם של מטופל הנזקק לתרומת דם או העומד לפני ניתוח השתלה, גם לסוג המערכת האקולוגית שבמעיים חשיבות רפואית רבה. למשל, האפשרות לספק לחולה תרופות שמיועדות ספציפית לפלורה הטבעית שמאפיינת את מערכת העיכול שלו, ובכך לשפר את השפעתן ואף למנוע נזק. עוד יתרון הוא האפשרות להתאים תפריט המתאים לאדם ובכך משפר את יכולת הספיגה של חומרי המזון.

עוד מנבאים החוקרים כי הפלורה הטבעית של מעי האדם תוכל לשמש גם אנטיביוטיקה טבעית, ומתן חיזוק לחיידקים הטבעיים בה יעורר אותם לתקוף חיידקים ופתוגנים פולשים שגורמים למחלות ומפרים את האיזון במערכת, ולהשמיד גורמים אלה.

אחת ההשערות שהעלו החוקרים בניסיון להסביר את ההתנחלות של סוגי חיידקים ספציפיים ולא אחרים היא שבמעי התינוק מתיישבים באקראי חיידקים שמתרבים ולא מאפשרים לסוגי חיידקים אחרים לשרוד.

לקריאה נוספת

המאמר המקורי:

Manimozhiyan Arumugam et al. Enterotypes of the human gut microbiome, Nature 473: 174–180, May 2011.

פרויקט מיפוי מיקרואורגניזמים באדם (Human Microbiome Project)

פורסם בגליליאו 154, יוני 2011

חיידקים, מלפפונים ופאניקה - קצת סדר בזיהום הגרמני - איתי נבו

תיאודור אשריך (Escherich, 1919–1857) היה רופא גרמני, וממניחי היסודות של רפואת הילדים בארצו. אשריך התעניין מאוד בתחום החדש יחסית של בקטריולוגיה, וסבר כי הכרה טובה יותר של חיידקים תאפשר להבין את המנגנונים של מחלות ילדים רבות, וכמובן לרפא אותן ביתר יעילות. ב-1885 בודד אשריך מתרבית צואה של ילדים בריאים חיידק מעיים שלא היה מוכר עד אז, והעניק לו את השם Bacterium coli (בתרגום מילולי מלטינית: חיידק המעי הגס). לימים התבררה חשיבותו הרבה של החיידק, ואחרי מותו של אשריך שונה שמו של החיידק כדי להנציח את התרומה המדעית של מגלהו, והוא נקרא מאז  Escherichia coli (אשריכיה או אשרישיה קולי). כיום הוא מוכר לנו בעיקר בשמו המקוצר – E. coli.

חיידק מועיל וידידותי

חיידקי E. coli הם חלק מהרכב החיידקים הטבעי (פלורה) במעיים של כל בני האדם. לא רק שאינם מזיקים, אלא אף מועילים: ראשית, הם היצרנים העיקריים של ויטמין K, הנחוץ לכמה תהליכים חשובים בגוף ובראשם קרישת דם. שנית, נוכחותם של חיידקי E. coli במעיים מגינה על הגוף ממחלות אחרות, משום שהם מונעים – פיזית – מחיידקים רבים אחרים להתמקם על רקמת המעי. נוסף לחשיבות הרפואית הישירה יש ל- E.coli עוד שתי תכונות חשובות – הם מסוגלים להתקיים לפחות כמה שעות גם מחוץ למעיים, וקל יחסית לזהות אותם בבדיקות המעבדה. השילוב של התכונות האלה מאפשר לזהות באמצעותם זיהום צואתי של מים או מזון, או במילים מכובסות פחות – בדיקת נוכחות של E. coli מאפשרת לזהות בקלות יחסית אם מי ביוב חדרו למי השתייה שלנו, או לחופי הרחצה, או אפילו, למרבה הצער – למזון. למעשה, קבוצה שלמה של חיידקים הנקראת על שמם – בעלי צורת קולי, או בלטינית קוליפורמים –  משמשת אינדיקציה בבדיקות מזון ומים. בכך לא מסתיים הקשר ההדדי בין חיידקי E.coli לאדם. כמה תכונות אחרות של החיידק, כמו כושר ריבוי מהיר במיוחד, גנטיקה פשוטה יחסית ונוחות עבודה עמם במעבדה, הפכו את החיידקים האלה לחביביהם של המדענים, ואין ספק ש-E.coli הוא אחד האורגניזמים הנחקרים ביותר בעולם, מחקרים שהניבו בדרכים ישירות או עקיפות כמה גילויים מדעיים חשובים ביותר.

רוטוויילר חיידקי

אם הכל כל כך טוב, מדוע מעוררים החיידקים האלה בהלה כה גדולה בימים האחרונים? התשובה היא ש-E.coli הוא אמנם מין ביולוגי אחד, אבל יש לו גזעים וזנים רבים. ממש כמו שהכלב, ידידו הטוב של האדם הוא מין ביולוגי יחיד (Canis familiaris) ועם שורותיו נמנים הפודל, הלברדור והגולדן רטריבר, אבל גם האמסטף והרוטוויילר. אצל הכלבים, השינויים האלה נוצרו במהלך עשרות אלפי שנות אבולוציה. אצל החיידקים, המסוגלים להעמיד דור חדש בתוך עשרים דקות, ולעבור שינויים מהירים במיוחד בזכות מסירת חומר גנטי זה לזה, מין חדש יכול להיווצר בתוך ימים. רוב זני ה-E.coli הם אכן מעין גולדנים חיידקיים ידידותיים, אבל פה ושם צצים גם רוטוויילרים, או סתם דוברמנים. אחדים מהם גורמים למחלות לא נעימות, כמו שלשולים, ויש כאלה הגורמים זיהומים מסוכנים יותר, במיוחד אם הם מגיעים מהמעי לאזורים אחרים בגוף (למשל בשל טעות של מנתח, או כיב במעיים). פה ושם, צצים זנים מסוכנים במיוחד: אחד מהם הוא נושא את השם הקליט E.coli O104:H4, והוא האחראי ככל הנראה לזיהום המתפשט במהירות בגרמניה וממנה למדינות אחרות.

חיידקי E. coli, מזן קטלני אחר, O157:H7. צילום: Janice Haney Carr,

CDC/ National Escherichia, Shigella, Vibrio Reference Unit at CDC

שילוב קטלני

חיידקים רבים גורמים למחלה בעצם נוכחותם ברקמה מסויימת: הם חודרים לתאים ומשבשים בכך את הפעילות התקינה שלהם. זה גם התהליך שמתרחש בזיהומים רבים ב-E.coli. ואולם, כמה זנים של החיידק מפרישים גם רעלן (Toxin) – חומר הגורם נזק רב לרקמות מסויימות. הזן שלנו, O104, מפריש רעלן מסוכן במיוחד, המכונה Shiga-toxin (על שמו של החוקר היפני שגילה אותו, קיושי שיגה) – חלבון החודר לתאים, מפסיק את ייצור החלבונים שלהם וקוטל אותם במהירות. כשהרעלן הזה תוקף תאי מעיים, התוצאה היא שלשול דמי (שלשול מכיוון שהתאים הפגועים אינם מבצעים את מלאכת העיכול ואינם סופגים נוזל, ודמי בגלל התפוררות הרקמה ומוות של תאים רבים). בזן הזה, החיידק והרעלן מתפשטים בתוך כמה ימים לעוד רקמות, ואחרי התקפי השלשול נגרמים הרס של תאי דם אדומים, הגורם לאנמיה חריפה ופגיעה קשה בתפקוד הכליות. שמה הרפואי של התופעה הוא Hemolytic-uremic syndrome (או בקיצור HUS), והיא הגורם העיקרי לתמותה מן הזיהום החיידקי במערב אירופה. תסמונת HUS ורעלן שיגה אינם חדשים למדע, אך השילוב הלא-מוכר של זן O104 עם הרעלן, מניב תוצאות קטלניות. זאת ועוד, עד כה פגעה התסמונת בעיקר בילדים, ואילו בזיהום הזה כל המתים הם אנשים בוגרים, וכנראה גם היו בריאים עד המפגש עם החיידק. גורם נוסף שמקשה מאוד על ההתמודדות עם הזיהום הזה, הוא ש-0104 עמיד ככל הנראה לסוגים רבים של אנטיביוטיקה. תרופות אנטיביוטיות הן חומרים הפוגעים במנגנון חיוני לחיידק ולכן קוטלים אותו או מונעים ממנו להתרבות. ואולם, חיידקים רבים מפתחים מנגנוני עמידות שונים, כמו יכולת לפרק את התרופה או למנוע את כניסתה לתוך תא החיידק. ככל הנראה, אימץ הזן שלנו את אחד המנגנונים האלה (או יותר), ומדיווחים ראשונים עולה כי טיפול אנטיביוטי אף החמיר את מצבם של החולים. בהעדר טיפול אנטיביוטי יעיל נגד החיידק נאלצים הרופאים להסתפק בטיפול בתסמינים – שתיה מרובה להפחתת נזקי השלשול, עירוי דם לטיפול באנמיה ולעיתים אף דיאליזה בנסיון להתגבר על אי ספיקת הכליות.

ניקוי במקור

שאלת מיליון הדולר – במקרה שלנו הרבה יותר מכך – היא מה מקורו של הזיהום. מכיוון שכמעט כל החולים אובחנו באזור מסויים בצפון גרמניה, או יצאו משם למקומות אחרים בימים האחרונים, מעריכים החוקרים כי מדובר בזיהום נקודתי. הערכות ראשונות נעוצות בגידולי ירקות, המשמשים לעיתים דרך הפצה לחיידקים. אם למשל משקים חלקה במים שזוהמו בביוב (או במי קולחין שלא טוהרו די הצורך), עלולים החיידקים להתפשט לירקות ולפגוע במי שאוכלים אותם. ירקות הם נתיב מצויין לחיידקים, משום שהם נצרכים טריים, זמן קצר יחסית לאחר קטיפתם (החיידק עלול למות אם יצטרך להמתין שבוע למשל מהשקיית הירק ועד אכילתו), ואינם עוברים תהליכים כמו פיסטור בחום, הקוטלים חיידקים במזונות אחרים. כמו כן נבדקת האפשרות כי עוד גורם היה מעורב בהפצה, כמו למשל חלזונות, שיכולים לפשוט על שדה לאחר שבאו מסביבה מזוהמת, ולהשאיר את החיידקים על הירקות. עם זה, עדיין לא נשללה סופית האפשרות כי התפרצות החיידק נגרמה מזיהום מי-שתיה או ממקור אחר, אם כי גם לא נמצאו ראיות לכך.

אז מה אפשר לעשות? ברגע שיתברר מקור הזיהום, אפשר להרחיקו מאדם, ובכך יגיעה כנראה קיצה של ההתפרצות הזו. לפי שעה ממליצות רשויות הבריאות בעולם, ובכלל זה משרד הבריאות בישראל, להימנע מצריכת ירקות טריים ומוצרי חלב מן האזור שבו התפרץ הזיהום. הפצת זיהומים כאלה מאדם לאדם אינה נפוצה בימינו, ואפשר למנוע אותה בקלות יחסית, באמצעות הקפדה על כללי היגיינה בסיסיים כמו נטילת ידיים קפדנית, חיטוי מזון (גם זבוב שמתיישב על האוכל לאחר שטבל רגליו בשלולית ביוב יכול להפיץ חיידקים כאלה) ואמצעי תברואה מקובלים (ניקיון שירותים למשל).

פורסם ב"המאור הקטן" של רשת ב ובתפוז בלוגים - יוני 2011.