כלי נשק חיידקיים - אסף לוי

 

אחד הדברים שאני מתעניין בהם מאד הוא כלי נשק מיקרוסקופיים שחיידקים משתמשים בהם. מדוע חיידקים צריכים כלי נשק? לכמה מטרות. ראשית, לתקוף תאים של יצור מאכסן כגון אדם, חיה, צמח, כדי להוציא מתוכם מזון או להגן נגד מע' חיסון. שנית, לחסל מיקרואורגנימים בסביבה שמתחרים איתם על משאבים מוגבלים. ושלישית, חיידקים משתמשים בכלי הנשק הללו כדי לפגוע בעצמם. למשל כהתנהגות אלטרואיסטית כשהם תחת מתקפה של וירוסים. במקרה כזה הרעלה עצמית של חיידקים בודדים שהותקפו על ידי הוירוס תגן על מושבת החיידקים בפני חיסול כולל. 

כלי הנשק הללו הם למעשה חלבונים רעילים (רעלנים). רעלנים אלו עוצבו במהלך האבולוציה, בדומה לאנטיביוטיקה, כדי לפגוע במרכיבים חיוניים של התא, כגון DNA, דופן התא, או הריבוזום שהוא מפעל ייצור החלבונים של התא. כאשר מדובר בכלי נשק כנגד תא שכן, למשל תא של חיידק, יש שתי בעיות. 1. איך מוציאים את הרעלן מהתא התוקף? 2. איך התא התוקף לא הורג את עצמו על ידי אותו הרעלן?

בואו נדבר על הוצאת הרעלן. חוקרים מצאו שחיידקים פיתחו מגוון מערכות להזרקת רעלנים מהתא התוקף אל תוך תא שכן. בתמונה למשל רואים הגדלה של תמונת החיידק שגורם למחלת הכולירה. שמו Vibrio. בתוך התא יש מקל ארוך שקוראים לו T6SS. קיצור של "מערכת הפרשה מסוג 6". המקל הזה הוא למעשה מערכת שיגור טילים (או חניתות) מיקרוסקופית מחיידק אחד אל תוך חיידק אחר, כמו שמתואר בתמונה פה. חיידקים מרכיבים את המשגר על הדופן שלהם ומתחילים להרכיב נדן שבתוכו הטיל לשיגור. כל המרכיבים עשויי חלבון. לטיל יש שפיץ מחודד שמשמש כ"חודר שריון" כאשר השריון הוא החיידק השכן. להלן, הקורבן. 

Jensen Lab

כאשר המשגר מקבל סימן להפעלה הוא מתכווץ ויורה את הטיל לתוך החיידק השכן. שם מתפרקים הטיל ומשחרר רעלנים שונים שמחסלים את התא השכן.  יש מחקר מגניב מלפני כמה שנים שתיאר תגובת "עין תחת עין" של חיידקים. חיידק מסויים מגיב על התקפה כנגדו על ידי חיידק אחר בירי מסיבי של המערכת בדיוק מהאזור בו הוא ספג התקפה. עכשיו לגבי השאלה השניה: איך חיידקים לא הורגים את עצמם בטעות כשהם מתעסקים בדבר מסוכן כמו רעלנים? התשובה היא אנטי-רעלנים.

אלו חלבונים שתפקידם לנטרל את הרעלן של החיידק התוקף בין אם הוא היצרן של הרעלן או שהוא קרוב גנטית ליצרן ולא מעונין להפגע על ידו. מערכת ההתקפה הזו מצויה בידי הרבה חיידקים בטבע, כולל מחוללי מחלות רבים שמשתמשים בה כדי לפנות לעצמם מקום בנישות אקולוגיות שונות על-ידי חיסול מתחרים.

ולכן יש לא מעט חיידקים שמירוץ החימוש הזה הביא אותם להתמגן בהמון חלבוני אנטי-רעלנים לכל התקפה שלא תבוא. 

סיפרתי פה רק על מערכת שיגור אחת, מהאהובות עלי, אך יש מערכות נוספות וכולן התפתחו מתוך צורך בסיסי של אורגניזמים, כולל הפשוטים ביותר, להילחם על מקום ומשאבים כדי לשרוד. 

סרט יוטיוב על מאמר שמתאר שימוש ב T6SS כתגובת עין תחת עין (tit for tat) 

סרטון על מבנה ה T6SS

Basler, M.*, Pilhofer, M.*, Henderson, G., Jensen, G. J.+, and Mekalanos, J+. (2012). Type VI secretion requires a dynamic contractile phage tail-like structure. Nature: doi:10.1038/nature10846

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

פורסם בטוויטר של המחבר - פברואר 2023