שיתוף פעולה קטלני: הנגיף, החיידק והמחלה - איתי נבו

ב-1914 ניסה המיקרוביולוג הבריטי פרדריק טוורט (Twort) למצוא דרך לגדל נגיפים בתרבית. הנסיונות כשלו שוב ושוב, משום שטוורט לא ידע אז שהנגיפים אינם יכולים להתרבות בעצמם, הם עושים זאת רק בתוך תאים אחרים. אחת ההשערות שהעלה החוקר הבריטי בנסיון לשבור את רצף הכשלונות היתה שחיידקים גורמים לזיהום בתרביות שלו. הוא בחן בקפידה את החיידקים שגדלו בשפע בתרבית (אם כי לא היה להם שום קשר לכשלונו בגידול וירוסים), וגילה תופעה מפתיעה. כמה אזורים במושבות החיידקים היו ריקים, כאילו משהו פגע בחיידקים עצמם. טוורט הצליח לבודד את החומר המסתורי, ולהדביק בו חיידקים אחרים, ואף גילה כי החומר מתרבה בחיידקים, אך אינו מסוגל להתרבות בלעדיהם. הוא גילה עוד כי החומר נשאר פעיל גם לאחר סינון במסננת צפופה במיוחד, ופירוש הדבר שמדובר בחלקיקים קטנים בהרבה מהחיידקים עצמם. התגלית לא עוררה הדים רבים בקהילה המדעית, אבל זמן קצר מאוד לאחר מכן, הגיע לממצאים דומים חוקר צרפתי, פליקס ד'הרל (D`Herelle), שלא הכיר את העבודה של טוורט. החוקר הבריטי נאלץ לנטוש את העבודה לאחר שגוייס למלחמת העולם הראשונה, ולא הספיק לעמוד עד תום על טיבו של החומר המוזר. ד'הרל המשיך את העבודה, ואף טיפל בחולים בזיהומים חיידקיים באמצעות החלקיקים המסתוריים. הוא קרא להם בקטריופאג`ים – אוכלי חיידקים, ביוונית. בהמשך התברר כי הבקטריופאג`ים (או בקיצור פאג`ים), אינם אלא וירוסים. נגיפים התוקפים חיידקים.

טפילים אולטימטיביים

הנגיפים הם צורת חיים המעלה את הטפילות לדרגה של אמנות ממש. בצורתו השלמה, הנגיף אינו אלא כמות קטנה של חומר גנטי, ארוזה בתוך קופסית חלבון משוכללת, המתוכננת למטרה אחת ויחידה: חדירה לתאים חיים (בדרך כלל באמצעות הונאת התא, והיצמדות לאחד הקולטנים שלו). כשהוא חודר לתא, משיל הנגיף את המעטה החלבוני משחרר את החומר הגנטי שלו וגורם לתא המותקף לשכפל אותו שוב ושוב, ולייצר את החלבונים של הנגיף, במקום את אלה של התא. בהשתלטות הזו הופך התא המותקף למעין "בית חרושת לנגיפים", ובד"כ – אחרי שייצר אלפי נגיפים, התא פשוט מתפוצץ מחוסר מקום, ומשחרר את הנגיפים החדשים לתקוף תאים סמוכים. נגיפים מסוגלים לתקוף את התאים של כל צורות החיים, בני אדם, בעלי חיים, צמחים וכאמור – אפילו חיידקים. הפאג`ים אמנם אינם משמשים לטיפול רפואי נגד חיידקים, אבל יש להם שימושים רבים במחקר וברפואה, בעיקר בהנדסה גנטית, בזכות יכולתם להחדיר גנים למקום מדויק ב-DNA של החיידק.

חיידקי Listeria monocytogenes במיקרוסקופ אלקטרונים
CDC/ James Archer

הנגיף המשתק

חיידק הליסטריה הוא חיידק מעיים הגורם לזיהומים קשים ומסוכנים. החיידק מסוכן במיוחד לנשים בהריון, שאצלן הוא עלול לגרום להפלות וכן לקשישים או לבעלי ליקויים במערכת החיסון, שאצלם זיהום בליסטריה עלול לגרום למוות. מערכת החיסון שלנו יודעת להתמודד עם חיידקי ליסטריה, כמו עם חיידקים אחרים, ותאי חיסון מיוחדים מאתרים את החיידקים ובולעים אותם. ואולם, חיידקי הליסטריה מסוגלים להיחלץ מתוך התאים הבולעניים האלה. הדרך שהם עושים זאת היתה עד לא מזמן בגדר תעלומה של ממש. יש כמה מיני חיידקים המסוגלים להיחלץ מתוך תאים כאלה בעזרת מערכת המכונה competence. המערכת הזו נועדה לאפשר לחיידקים לקלוט DNA מסביבתם, לכן היא מצויידת באמצעים לנקב חורים בקרום העוטף תאים, מה שמאפשר להם לצאת לחופשי. בחיידקי ליסטריה גילו מדענים חלק מהגנים ומהחלבונים שהיא מייצרת, אך מעולם לא ראו אותה בפעולה, והניחו כי מדובר במעין שריד אבולוציוני של המערכת, והיא אינה פעילה בחיידקים האלה. החוקרים ידעו עוד כי המערכת משותקת משום שבמרכזו של אחד הגנים החיוניים להפעלתה תקוע גנום של בקטריופאג` – נגיף התוקף את החיידקים.

שיתוף פעולה ייחודי

חוקרים באוניברסיטת תל אביב הופתעו בעת האחרונה לגלות כי הגנים של המערכת הזו כן פעילים אצל חיידקי ליסטריה, בעת שהחיידקים לכודים בתוך תא בולעני כזה של מערכת החיסון. ד"ר ענת הרשקוביץ (Herskovits) מהמחלקה למיקרוביולוגיה מולקולרית וביוטכנולוגיה, ותלמיד המחקר לב רבינוביץ`, בחנו כיצד הדבר ייתכן, וגילו ממצא מרתק: כשחיידק הליסטריה נבלע בידי תא של מערכת החיסון, מתנתקים הגנים של הפאג` ממקומם, מאפשרים לגן המנותק של המערכת להתחבר, וכך היא שבה לפעול כסדרה. "במהלך ההדבקה החיידק נמצא בסביבה עויינת, והפאג`, שאינו מסוגל לשרוד בגוף שלנו בלי החיידק, יודע כביכול שהחיידק זקוק לגן הזה", מסבירה ד"ר הרשקוביץ. "לכן הווירוס פשוט מתנתק זמנים מתוך ה-DNA של החיידק, ומאפשר לגן הקטוע לשוב ולהתחבר, ולתפקד כרגיל. התהליך הזה מבוקר מאוד, וכשהסכנה הקיומית חולפת, הפאג` מחזיר את הגנים שלו בדיוק לאותו מקום בגנום של החיידק". המחקר, שפורסם בעת האחרונה בכתב העת המדעי החשוב Cell, מדגים בפעם הראשונה שיתוף פעולה כזה, המכונה "סימביוזה", בין חיידק לבין וירוס התוקף אותו. חשוב לציין כי בתנאים נוחים יותר לחיידק, למשל בתרבית רגילה, הנגיף נוהג כטפיל לכל דבר, ותוקף את חיידק הליסטריה במרץ רב.

תרופות חדשות

הגילוי בדבר הסימביוזה המפתיעה מעורר עניין רב בקהילה המדעית, וגם בעולם הרפואי. אם הנגיף חיוני לחיידק כדי שיצליח להדביק אותנו לגרום לזיהום, אולי פגיעה ישירה בנגיף תסייע למנוע את ההדבקה? "תרופות אנטיביוטיות הן כיום כמעט הנשק היחידי שלנו נגד חיידקים, ואפשרויות הטיפול בהן פוחתות והולכות בשל התפתחות של חיידקים עמידים", מסבירה ד"ר הרשקוביץ. "אם הווירוס עוזר לחיידק, יכול הליות שפגיעה בווירוסים תהיה גישה חדשה לגמרי. זה פותח פתח חדש להסתכל על הדברים האלה". אפשר בהחלט להניח כי התופעה אינה ייחודית לליסטריה, ואם היא התגלתה בחיידק הזה, יכול מאוד להיות שהיא קיימת בחיידקים נוספים. במצב כזה, כמובן, הפוטנציאל של הגישה הרפואית החדשנית רחב מאוד. החוקרים מחפשים כעת עוד מערכות כאלה, וגם מנסים להבין טוב יותר את המערכת הקיימת בליסטריה, ולגלות כיצד מתקיים הפיקוח על התהליך: כיצד יודע הווירוס מתי לצאת מהגנום של החיידק ומתי לחזור אליו, ואיך הוא מכוון עצמו למיקום המדוייק. מידע מפורט על התהליכים האלה יסייע בפיתוח אותן תרופות חדשות ומבטיחות.

פורסם במקור בבלוג המאור הקטן של רשת ב וגם ב"תפוז בלוגים"