על חיידקים, חרקים, רעלנים וחקלאות בת קיימא - אסף לוי

 

 חיידקי Bacillus thuringiensis מפרישים רעלן שקטלני לחרקים - שמנוצל בחקלאות. 

Dr. Sahay - Wikimedia commons

ב-1901, ביפן. מגלה שיגטני אישיאתארי (Ishiwatari) מחלה מסתורית בתולעי משי. תשע שנים אח"כ מגלה המיקרוביולוג הגרמני ארנסט ברלינר (Berliner) מחלה שפוגעת בזחלי כנימת הקמח. הוא מכנה את החיידק שהוא זיהה, אותו חיידק שהיפני זיהה לפניו, על שם האזור בגרמניה תורינגיה, Bacillus thuringiensis, או בקיצור Bt. אם החיידק הזה גורם למחלה ומוות של חרקים אז יש לו שימוש חקלאי: אפשר להשתמש בו לחיסול חרקים מזיקים. מדענים החלו לחפש את חיידקי ה-Bt שחיים בקרקע והשימוש המסחרי בהם בריסוס החל כבר ב-1938 כנגד זחלי עשים, בעיקר דרך ריסוס. 

נבגים (spores) וגבישי רעלן (Crystals) של Bt

בהמשך התגלה גם מנגנון הקטל של החיידקים: הם מייצרים חלבונים במבנה קריסטלי שקוטלים חרקים. ויש גם אנקדוטה ישראלית לסיפור: עד 1976 חשבו ש Bt הורג רק זחלי עשים. עד שנכנס לתמונה פרופ' יואל מרגלית (Margalith).  אז חוקר במכון הביולוגי בנס ציונה. 

חיידקי Bti 
מקור

פרופ' יואל מרגלית 
אוניברסיטת בן-גוריון

באחד מסיוריו בנגב הוא גילה שלולית חורף ליד קיבוץ צאלים ובשלולית היו המוני יתושים מתים. מרגלית הבין שמשהו הרג אותם והצליח לבודד לראשונה את החיידק Bti שהוא קיצור של Bacillus thuringiensis subsp. israelensis (אנו על המפה!). זו היתה ההוכחה הראשונה ש-Bt יכול לשמש להדברת יתושים וגם לאחר מכן זבובים. כאן התגלתה גם חשיבות בריאותית גדולה של החיידק משום שיתושים הם וקטורים של מחלות רבות כגון מלריה, קדחת צהובה, קדחת הנילוס המערבית ועוד. עד היום מטפלים ב-Bti בטיהור מאגרי מים כנגד זחלי יתושים במדינות מתפתחות ומצילים חיים רבים. עברו כמה שנים ונתגלו גם זני Bt שפועלים כנגד חיפושיות ותולעים נימיות (נמטודות).

יתוש Aedes וגורמי המחלה שהוא מעביר
Trends in Parasitology

אז החלה המהפכה בהנדסה הגנטית של צמחים ואיתה הגיעה התובנה שאין צורך לפזר את חיידקי ה-Bt שלא מחזיקים מעמד על פני הצמחים: מספיק להנדס את הגן לרעלן (החלבון הקריסטלי) לתוך צמחים ולקבל צמחים מוגנים בפני מזיקים. כך החל ייצור משנות ה 90 של תירס, כותנה, תפוחי-אדמה וחצילים הנושאים את הגן לרעלן Bt. 

תמונה מדהימה של שדה כותנה מימין שהותקף על ידי מזיק בעוד שמשמאל הכותנה מהונדסת עם Bt. 
Photo credit: Dominic Reisig, Ph.D

כמובן שאין פתרון מושלם ויש גם הופעה של חרקים עמידים בפני Bt תוך כמה שנים מתחילת השימוש בגידולים המהונדסים.

חשוב! לרעלן ה Bt יש שני יתרונות גדולים: 1. הוא ספציפי לחרקים מסויימים ולכן לא גורם לנזק אקולוגי, למשל על ידי חיסול מאביקים, 2. הוא בטוח ליונקים, כולל אותנו ההומו סאפיינס שהם קצת אובר רייטד. 

איך זה קורה? בקצרה על מנגנון הפעילות של הרעלן. יש מספר גורמים שמקנים לו ספציפיות גבוהה.

הזחל שבולע את החיידקים מעכל את הרעלנים שהם חלבונים קריסטלים, חלבונים אלו מתמוססים רק במעי של חרקים שהוא בסיסי מאד (pH גבוה, הרבה יותר משלנו) וכך משתחרר קדם-רעלן, חלבון שעדיין אינו פעיל כרעלן. חלבון זה נחתך לרעלן פעיל. הרעלן צריך קולטן על פני המעי אליו הוא נקשר כמו מפתח למנעול.

Bruno Vinicius Daquila

ברגע שהרעלן נקשר הוא מייצר חורים (pores) בדופן תאי המעי שמביא לדליפת חומרים ולמוות הזחל לאחר ימים בודדים. שילוב הגורמים הללו: המסת הקריסטל, עיבוד הרעלן וקישור לקולטן מתאים מבטיח רעלן בעל ספציפיות מאד גבוהה. 

איך מתפתחת בכל זאת עמידות? בעקבות שימוש מסיבי ברעלן חרקים מפתחים מוטציות בגנים לקולטן וכך הרעלן כבר לא מאיים עליהם. השימוש ב Bt הפחית שימוש בהרבה חומרי הדברה כימיים בעלי ספציפיות הרבה יותר נמוכה. 

כיום נעשה "מצוד" אחר גנים חדשים כנגד מזיקים. החקלאות האורגנית מאד אוהבת את תכשירי ה Bt הקלאסי (פיזור חיידקים) משום שמדובר בפתרון לא כימי.

פרופ' יואל מרגלית ז"ל היה חוקר במכון הביולוגי ובאוני' בן גוריון ונפטר לפני 11 שנה, ב-2011. ב-2003 הוא זכה על גילוי ה Bti בפרס טיילר הבינ"ל מטעם אוניברסיטת דרום קליפורניה המוענק ליחידים ולארגונים שתרמו תרומה משמעותית לאיכות הסביבה.

ד"ר אסף לוי - המחלקה למחלות צמחים ומיקרוביולוגיה, הפקולטה לחקלאות, האוניברסיטה העברית

פורסם במקור בטוויטר של המחבר