אנחנו, וכל החי שמסביבנו מכילים מין שעון פנימי מוזר, שנקרא שעון צירקדי. בעוד אצל היצורים האיקריוטים המערכת שמיצרת את אותה תחושת זמן ביולוגית פנימית היא מורכבת להחריד, אצל חיידקים כחוליים (Cyanobacteria) היא פשוטה מאוד ומרכיבה שלושה חלבונים בלבד. אז איך חיידקים כחוליים יודעים לחשב את השעה ולמה זה חשוב בכלל?
חיידקים כחוליים הם חטיבה גדולה ומגוונת של חיידקים בעלי יכולת פוטוסינטטית. למעשה הם המקור של הפוטוסינטתזה החמצנית ששינתה את העולם שלנו, למה שהוא היום. מעריכים שלחיידקים הכחוליים יש אב משותף קדמון שהתפתח לפני לפחות 3.5 מליארד (!) שנה, שהיה אחראי לשינוי בהרכב האוויר.
העולם הקדמוני, לפני החיידקים הכחוליים היה כמעט ונטול חמצן, ורק לאחר שחיידקים אלו התפתחו ופיתחו את היכולת לבצע פוטוסינתזה, שבו חמצן משתחרר כתוצר לוואי של ביקוע מולקולת מים, השתנה הרכב האוויר לעשיר חמצן ואיפשר את התפתחות החיים כפי שאנחנו מכירים אותם היום. למעשה כל יצור שעושה פוטוסינתזה היום, מכיל בתוכו חיידקים כחוליים - (סוג של) סימביוטיים, האצות והצמחים הראשונים התפתחו על ידי 'בליעה' ופיתוח יחסים סימביוטיים עם חיידקים כחוליים, שהתנוונו לכדי מה שאנחנו מכירים היום ככלורופלסטים.
אז למה בכלל החיידקים הכחוליים צריכים שעון צירקדי? פוטוסינתזה זה תהליך לא פשוט הדורש קומפלקס חלבוני די גדול והרבה השקעה אנרגטית מהתא. מתי שיש שמש, ההשקעה הזאת שווה את זה, אבל מתי שלא? לכן לחיידקים הכחוליים יש צורך בשעון פנימי שמסוגל לחוש את השעה, ולדעת מתי יהיה שמש, וכדאי להשקיע אנרגיה בפוטוסינתזה ומתי לא.
 |
| Pentecost, Allan [Photographer], Pentecost, Allan [Artist] (2016) Diagnostic Drawing: Cyanobacteria - unicellular and colonial [image] Freshwater Biological Association |
אז איך הם עושים את זה? לחיידקים הכחוליים (או יותר נכון לחיידק המודל של החיידקים הכחוליים בשם Synechococcus Elongatus) יש שלושה חלבונים שאחראים לבדם, על השעון הצירקדי של התא: kaiA, kaiB ו-kaiC. החלבונים, מרכיבים ומפרקים מבנה יחדיו, במחזור של 24 שעות, שהוא השעון הצירקדי של התא. התהליך הזה כל כך פשוט ורובסטי, שגם אם פשוט מפיקים את החלבונים הללו מהתא, ושמים אותם במבחנה, החלבונים ימשיכו לעבוד באותה מחזוריות של 24 שעות וימדדו את הזמן החולף עוד חודשים. המבנים השונים ששלושת החלבונים יוצרים, לפי פרק הזמן ביום, מפעיל או מכבה ביטוי של גנים רבים שונים, שקשורים בעיקר (לא מפתיע) לפוטוסינתזה.
הדרך שבה המנגנון עובד, היא כזו: החלבון המרכזי הוא KaiC, בונה עם עצמו קומפלקס שמורכב מהרבה יחידות של עצמו. החלבון הוא בעל יכולת אוטופוספורלציה, כלומר הוא מסוגל להדביק על עצמו קבוצות פוספט, ככל שהזמן עובר, הוא צובר על עצמו פוספטים, מתי שיש עליו מספיק פוספטים הוא מושך בצורה יעילה את KaiB, שבונה עוד 'קומה' על הקומפלקס, ברגע שהוא מסיים לבנות את הקומה הנוספת, זה מושך את KaiA, שבונה קומה נוספת, KaiA בתורו מסיר את הפוספטים מה-KaiC, מה שגורם בתורו לפירוק של כל הקומפלקס של KaiC+A+B. כל התהליך הזה לוקח 24 שעות, וKaiC בקונפיגורציות השונות שלו משפעל ביטוי של גנים שונים. כמה פשוט, ככה גאוני.
אז איך הגעתי לכל הנושא הזה? (שלא היה לי מושג עליו) - דרך מאמר חדש שהתפרסם ב-nature שמראה שבמין אחר של חיידקים הכחוליים, Rhodobacter sphaeroides, יש רק KaiC וזה מספיק לבד. איך? תקראו את המאמר. בכל מקרה זו מערכת מולקולרית ממש מגניבה והחיידקים הכחוליים לא מקבלים את הכבוד שמגיע להם.
מתן ארבל הוא דוקטורנט במחלקה לביוטכנולוגיה ומיקרוביולוגיה באוניברסיטת ת"א ומנגיש מדע בזמנו הפנוי.
פורסם בטוויטר של המחבר
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה