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

על מחלת הצרעת והשתקמות הכבד - מתן ארבל

מחקר חדש מראה שבמחלת הצרעת הכבד עובד תהליך של שיקום וחוזר להיות בגודל ובתפקוד כמו כבד של אדם צעיר. רשומה קצרה על איך הבנה של מנגנונים של מחלות יכול להביא תועלת לא צפויה. 

חיידקי Mycobacterium leprae צבועים בצביעה יציבת חומצה

CDC - 2123

צרעת זו מחלה קדומה, שקיימת ומוכרת לאנושות כבר אלפי שנים. המחלה, נגרמת על ידי החיידק Mycobacterium leprae ופוגעת בקצות העצבים, בעור, בעיניים ומערכת הנשימה. למעשה חלק מהחולים, עקב הפגיעה במערכת העצבים, מאבדים תחושת כאב לגמרי, מה שמאפשר להם לאבד חלקי גוף בקלות יחסית. בגלל שהמחלה עתיקה, והמחזה שלה מחריד, לא חסר תיאורים שלה בקולנוע או בספרות, לדוגמה, המלך המסכן מסדרת בית הדרקון.

בעת הקדומה, היו משליכים את המצורעים שנחשבו כמדבקים מאוד למושבות מבודדות והמחלה נחשבה עונש מאלוהים. בגלל היעדר כלי אבחנה, הרבה מחלות עור אחרות היו סובלים מאותו גורל אכזר של הגליה ופחד מהם. למרות הסטיגמה, צרעת היא מחלה מאוד לא מדבקת, וגם כאשר נדבקת בחיידק, ישנו סיכוי של 95% שלא תתפתח שום מחלה. למעשה הרפואה המערבית עשתה עבודה מאוד טובה נגד החיידק, אם ב-1970 מעריכים את מספר החולים העולמי בכ-5.2 מיליון, היום זה רק 200 אלף, וקטן כל הזמן. 

אבל איך זה קשור לכבד? מסתבר שהחיידק יודע לתכנת מחדש את תאי הכבד כדי לעודד גדילה ומחזיר את התאים למצב 'צעיר' ובריא יותר 

במחקר הדביקו כמה עשרות של ארמדילים (גם הם מאכסנים טבעיים של המחלה) ובדקו את מצב הכבד שלהם מול אוכלוסייה בריאה. ואכן, הכבד יותר גדול, יותר בריא ובדיקת פרופיל ביטוי הגנים מראה כבד 'צעיר'. איך ולמה החיידקים יודעים להתערב במנגנונים המולקולריים המסובכים האלו? הניחוש שלכם טוב כמו שלי.

ארמדיל טאטו

וינסנט לוקס - ויקיפדיה

מחקר מעמיק של מנגנוני החיידק, יוכלו לספק בעתיד תרופה לשיקום הכבד, מה שיכול להציל הרבה מאוד חיים שכן כל שנה מתים 2 מיליון אנשים מבעיות כבד. בכללי, האינטראקציה בין פתוגנים קדומים כאלו לבני אדם, זה נושא מרתק. מעניין מה עוד נוכל ללמוד. 

המאמר המקורי - ב- Cell

מתן ארבל  הוא דוקטורנט במחלקה לביוטכנולוגיה ומיקרוביולוגיה באוניברסיטת ת"א ומנגיש מדע בזמנו הפנוי.

פורסם במקור בטוויטר של המחבר

על גילוי Helicobacter pylori - הגורם לכיב קיבה (אולקוס) - אסף לוי

ד"ר רובין וורן וברי מרשל, פתולוג ורופא אוסטרלים, זוכי פרס נובל מ-2005, ששינו לפני 40 שנה פרדיגמה ותיקה וגרמו להקלת הסבל של חולי אולקוס ברחבי העולם. בדרך לשם מרשל ביצע על עצמו ניסוי מטורף כדי לשכנע את עולם המדע בצדקת דרכו. סיפורה של תגלית מדעית יפה.

ד"ר רובין וורן וברי מרשל

אולקוס הוא כיב, מעין פצע, ברירית שמצפה את הקיבה או התריסריון שנגרם מחדירת החומצה החזקה שבאיברים הללו. הוא גורם כאב בטן, בחילות והקאות להמוני אנשים ברחבי העולם ועד שנות ה-80 האמינו שסטרס הוא הגורם העיקרי שגורם לאולקוס. וורן שם לב לדבר מעניין בסוף שנות ה-70.

הוא השתמש במיקרוסקופ בהגדלה 1000 על ביופסיות של כיבים ושם לב שיש שם חיידקים, משהו שלפניו אנשים פספסו כשהשתמשו בהגדלה קטנה יותר. זה לא היה ממצא סביר כי מטרת החומצה של הקיבה היא לפרק מיקרובים שחודרים עם האוכל וכך להגן עלינו מזיהום. החיידק שהוא זיהה היה מפותל (תמונה עדכנית).

 Helicobacter pylori

החיידק כונה Helicobacter pylori והיום אנו יודעים שהוא גורם לאולקוס ולסרטן קיבה. אז לא הכירו אותו בכלל. מרשל התחיל לעבוד עם וורן בתחילת שנות ה-80 והם חשבו שאולי בעצם אולקוס היא מחלה זיהומית הנגרמת ע"י החיידק ולא ע"י סטרס. היה כבר טיפול לאולקוס שטיפל בסימפטום - הפחתת החומציות בקיבה אך המחלה נטתה לחזור לפציינטים בהרבה מקרים. מרשל ווורן עשו ניסוי והשיגו 100 ביופסיות מקיבה. הם גילו שהחיידק שהם זיהו מצוי ב-100% מהכיבים בתריסריון, 77% מהכיבים בקיבה ורק ב-50% מאנשים ללא כיבים. זה נתן כיוון שיש פה משהו. מרשל סיפר שביכולת המיחשובית/סטטיסטית שהיתה לו הוא לקח 100 דוגמאות כי חשב שכך יהיה לו קל לחשב את הסטטיסטיקה 😊.

מרשל מצא בספרות דיווחים עתיקים על שימוש בביסמוט (המתכת) לדיכוי אולקוס. הוא ערך ניסויים וראה שהביסמוט הורג את החיידק בניסויים במבחנה וברקמות. פה רואים איך ביסמוט על צלחת פטרי מדכא את גידול החיידק.

בארי מרשל ניסה לבסס מודל חיה לאולקוס כדי להוכיח את הטענה שהחיידק פתוגן, כלומר מחולל מחלה, ביונקים. זה לא הלך לא. הקהילה המדעית לא האמינה לא. מה גם שמבחינתם כבר ידעו מה גורם לאולקוס (סטרס) ואיך מטפלים בו (תרופות מורידות חומציות). אז מה הקטע שלו עם החיידק הזה??

מרשל טען שמדובר בפתוגן ושאם נוסיף לטיפול המקובל אנטיביוטיקה נוכל לחסל את החיידק ואת המחלה. הוא החליט לא לחכות לאישורים ולקצב שבו עולם המדע משתכנע ופשוט גמר אומר לשתות תרבית של חיידקי הליקובקטר ולראות אם הוא יפתח מחלה. וזה מה שהוא עשה! תוך כמה ימים הוא החל להרגיש רע מאד.

הוא התנפח והקיא במשך כמה ימים. כאן יש טענה שגויה שהוא לקח אנטיביוטיקה וטיפל בעצמו אך האמת היא שהוא החלים לבד לאחר שבועיים. הנה התקציר מהמאמר שלו ב-1985. כמובן שהוא המתנדב הבריא, דבר שהוא לא חשף במקור. 

מרשל התחיל לטפל בחולי אולקוס באנטיביוטיקה. הטיפול עזר ותוך 14 יום הם החלימו.

לקח עוד כמה שנים לעולם הרפואה לקבל את התובנות של מרשל ווורן. היום הטיפול המקובל כולל שילוב של אנטיביוטיקה וחומרים שמורידים חומציות. 

הם קיבלו פרס נובל בפיזיולוגיה ורפואה ב-2005. בהרצאת הנובל מרשל ציטט יפה את ההיסטוריון דניאל בורסטין: The greatest obstacle to knowledge is not ignorance; it is the illusion of knowledge  כי הבעיה הייתה שאנשים חשבו בטעות שהם מבינים כבר את הגורמים לאולקוס.

ארבע נקודות אחרונות מעניינות:

1. איך החיידק שורד את חומציות הקיבה החזקה? הוא מייצר אנזים בשם אוראז (urease) שיוצר לו נישה בסיסית שבה הוא הוא יכול להתחבא (הוא מגביר את ה pH מקומית). למעשה היום מאבחנים אולקוס בין השאר ע"י בדיקת נשיפה שבה בודקים פעילות של אותו אוראז מהחיידק. 

2. רוב האנשים נושאים את החיידק אך נותרים אסימפטומטיים. מרשל ווורן כבר ראו ש 50% מהדוגמאות מאנשים בריאים מכילות את החיידק. זה לא לגמרי ברור למה. חלק מזה קשור בגנטיקה של החיידק. כלומר חיידקי H. pylori מסויימים יכולים לייצר רעלנים שיגרמו לכיבים, בעיקר אצל מבוגרים, וגנים שעוזרים לחיידק להתמודד עם התגובה החיסונית.

3. אולקוס יכול להיגרם גם מתרופות מסוג NSAID, למשל אדוויל ו-וולטרן, אצל אנשים מסויימים. במקרים כאלה כמובן שאנטיביוטיקה לא תעזור וצריך להפסיק עם התרופה.

4. החיידק H. pylori שוורן ומרשל גילו הוא גורם סיכון ב 60-85% מסרטני הקיבה, אבל רק 2% מהנשאים שלו יפתחו את הסרטן. גם כאן יש מעורבות של מספר גורמים שמסבירים את זה, כגון היכולת הגנטית התוקפנית של החיידק.

רובין וורן ובארי מרשל בטקס קבלת פרס נובל ב 2005.
וורן בן 85 היום. מרשל בן 71 ופעיל בטוויטר @barjammar

מרשל וורן בניסיונם לקשר את החיידק לאולקוס ניסו לבסס את "העיקרים של קוך" הקלאסיים במיקרוביולוגיה שפורסמו ע"י רוברט קוך ב-1890. מתוך ויקיפדיה:

כמובן שכמו במקרה ההליקובקטר ובמקרים רבים אחרים (למשל קורונה והמון פתוגנים אחרים) ברור שיש אנשים נשאים לפתוגן שאינם סימפטומטיים למחלה.

(בארי מרשל תיפקד פה כ"אורגניזם בריא" עבור עיקרון מספר 3)

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

פורסם במקור בטוויטר של המחבר

המיקרוביום של הקאקאפו - מתן ארבל

 

הכירו את הקאקאפו (Strigops habroptilus) - תוכי שמנמן חסר תעופה שנמצא רק בניו זילנד ונמצא בסכנת הכחדה חמורה! אני רוצה לדבר על זווית קצת אחרת, על  המיקרוביום של הקאקאפו. 

Department of Conservation - Flickr

מיקרוביום, כאמור, זה אוסף של טריוליוני חיידקים ופטריות שגדלים כחלק מהגוף של כל אורגניזם בעולם, ועולם המדע רק מתחיל להבין את המשמעויות שלו. העניין שמתי שמין נכחד, נכחדים אתו גם הרבה זנים של מיקרואורגניזמים שהתפתחו אתו לאורך האבולוציה, ולא נמצאים בשום מקום אחר בעולם. מאבדים בעצם אקוסיסטמה שלמה.

כשמין אחד נכחד - וזה בדיוק מה שרצו למנוע במחקר חדש שנעשה על קאקאפו, לאפיין את המיקרוביום שלו, למקרה הלא נעים שהוא לא ישרוד. הממצאים היו פחות מאידיאליים. לרוב מיקרוביום הוא מאוד מאוד הטרוגני, ומכיל מליוני סוגים שונים מיקרואורגניזמים, שלכל אחד תפקיד חשוב במערכת. ובקאקאפו? 

כמעט 90 אחוז מהמיקרוביום שלו זה E. coli. חיידק שנמצא גם בבטן שלנו (בכמות יחסית קטנה) ומאוד מאוד נחקר ומאופיין. בטוח לא תוצאה מרגשת. אז השאלה השתנתה. האם יש סיכוי שכמות הפרטים הקטנה שנשארה, וההפרדה המרחבית ביניהם (יש 'נקודות בטוחות' ברחבי ניו זילנד שנועדו לשמר אותם כי יש להם אפס יכולת התמודדות מול טורפים, כי בניו זילנד היסטורית לא התפתחו טורפים, אבל האדם המערבי הביא אתו לאי, אופסי) גרמה לפגיעה אנושה במיקרוביום שלהם. ואכן, אפשר לשנות להם ממש את הרכב המיקרוביום  בקלות, על ידי שינוי תזונה די פשוט. אם נצליח להבין איך אפשר להחזיר לאיזון את המיקרוביום האבוד, אולי נגביר את הסיכוי של התוכי השמן. עוד מחקר שתומך בתיאוריה, היא מחקר ישן יותר שמראה שיש הבדל משמעותי במיקרוביום של דובי פנדה בשבי ובטבע. לא רק זה, דובי פנדה שמשוחררים מהשבי עוברים שינוי איטי במיקרוביום, שינוי שבו מאוד נפוצות מחלות שונות.

המשמעות של המחקרים האלו שאנחנו צריכים להתחיל לחקור חיות שונות לא כחיה בודדת, אלא כאקוסיסטמה שלמה, שמורכבת גם מטריליוני מיקרואורגניזמים. ברגע שנעשה את זה טוב, מאמצי השימור שלנו, יהיו הרבה יותר מוצלחים כנראה. 

לקריאה נוספת
על הביולוגיה של הקאקאפו - אוריה שושני - בטוויטר

מאמר על המיקרוביום של הקאקאפו  

מאמר על המיקרוביום של דובי הפנדה 

מתן ארבל הוא דוקטורנט במחלקה לביוטכנולוגיה ומיקרוביולוגיה באוניברסיטת ת"א ומנגיש מדע בזמנו הפנוי.

פורסם במקור בטוויטר של המחבר

על מגפת המוות השחור בימי הביניים והשכיחות העכשווית של גנים למחלות אוטואימונית - מתן ארבל

 

על הקשר בין מגפת המוות השחור באירופה של ימי הביניים והשכיחות של גנים של מחלות אוטואימונית באוכלוסייה היום. שרשור קצר על אבולוציה, גנטיקה ומלחמות נגד חיידקים. 

המוות השחור היינה המגפה הגרועה ביותר שהאנושות תיעדה. במהלך בערך ארבע שנים, חיידק מלחיץ בשם Yersinia pestis הרג בין 75 ל-200 מיליון אנשים. בין 30% ל-50% מאוכלוסיית אירופה. לא נעים בכלל. החיידק הוא טפיל של פרעוש של עכברים ותקופת ימי הביניים הצפופה, הלא היגיינית ומלאת האמונות הטפלות הייתה כר גידול מושלם עבורו. אז מה הבדיל בין האנשים שמתו במגפה לבין אלו ששרדו? חלק הוא כמובן פשוט מזל אבל החלק היותר מעניין הוא השוני הגנטי בין בני האדם. מחקר חדש שהתפרסם ב-Nature הראה שאנשים ששרדו את המגפה השחורה הכילו מוטציות מיוחדות ושהנוכחות שלהם באוכלוסייה עלתה עקב המגפה. 

קבורה של המתים במגיפה השחורה ב-טורנאי (בבלגיה) 
ציור: Pierart dou Tielt, ~1349

במצב טבעי, בכל אוכלוסייה של אורגניזמים יש הבדלים גנטיים מסוימים. תחת לחץ מהסביבה, השכיחות של חלק מהמוטציות האלו עולות או יורדות, ואיזה לחץ יותר מלחיץ יותר מאשר מגפה שקוראים לה פאקינג המוות השחור?? אבל בגנטיקה לרוב אין מתנות חינם. יתרון לכיוון מסוים משמעותו חיסרון בכיוון אחר. החוקרים הראו שהמוטציות שהעושרו באוכלוסייה הם גנים של מערכת החיסון, והמוטציות שעזרו לבעליהן לשרוד אלו מוטציות שמצד אחד מייעלות את מערכת החיסון אבל מצד שני הופכות אותו להיפראקטיבי ומעלות את הסיכון למחלות אוטואימונית כמו קרוהן. מחלות אוטואימונית זה מחלות בהם הגוף תוקף את עצמו עקב זיהוי לא נכון של מערכת החיסון. אז בסוף זה קצת הגיוני נכון? 

מוטציות שיגרמו למערכת החיסון להיות יותר יעילה בזיהוי חיידקים גם תגרום כנראה לfalse positive שבו מערכת החיסון מזהה גם חלקים מהגוף בתור פתוגן. מגניב לראות איך גורמים חיצוניים כמו מגפה משפיעים על המין האנושי וגם איך האבולוציה הוא הרבה פעמיים לא תהליך לינארי של השתפרות מתמדת אלא של שינוי והתאמה ביחס לסביבה המשתנה. 

המאמר ב-Nature

מתן ארבל  הוא דוקטורנט במחלקה לביוטכנולוגיה ומיקרוביולוגיה באוניברסיטת ת"א ומנגיש מדע בזמנו הפנוי.

פורסם במקור בטוויטר של המחבר, דצמבר 2022

סלמונלה - מתן ארבל

 

לכבוד זיהום הסלמונלה החדש (חומוס של צבר, שימו לב!), מה זה סלמונלה בכלל? 

סלמונלה (Salmonella) זה סוג של חיידקים בצורה מתג בעלי יכולת תנועה עצמאית. גודלם הממוצע הוא בערך אחד מיקרומטר (שזה מטר חלקי מיליון). סלמונלה הם פתוגנים תוך תאיים, כלומר הם יכולים להיכנס לתוך תאים, להתמקם שם ולהשתכפל. יש בערך 2600 מינים שונים של סלמונלה, אבל אפשר לחלק אותם לשתי קבוצות שונות בגדול. קבוצה אחת שחיידקיה חודרים לגוף, מתיישבים בעיקר במערכת העיכול וגורמים לסלמונלוזיס, או מה שאנחנו קוראים "קילקול קיבה". לרוב שאנחנו חוטפים מה שנקרא קילקול קיבה, זה בעצם כי נדבקנו בסלמונלה.

חיידקי Salmonella typhimurium (באדום) צמודים  לתאי אדם בתרבית.
צילום: Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH

הדבקה כזאת לרוב לא דורשת טיפול רפואי ותעבור לבד. הקבוצה השנייה, הרבה פחות נעימה, היא הקבוצה שחיידקיה גורמים למחלת טיפוס הבטןים. בעוד שהקבוצה הראשונה נפוצה כמעט בכל העולם, הקבוצה השנייה נמצאת רק בסאב-אפריקה (החלק האמצעי והתחתון של יבשת אפריקה), ובמזרח אסיה, ולא נמצאת בישראל בכלל. ההבדל בין טיפוס לבין סלמונלוזיס זה שבמחלת הטיפוס חיידקי הסלמונלה נכנסים למחזור הדם, ולא נשארים רק במערכת העיכול. זה יכול לגרום לשוק ספטי וגם למוות, ולכן מחלת טיפוס מחייב טיפול אנטיביוטי מהיר. לפי הCDC, בשנה ישנם מעל מיליון חולי סלמונלוזיס בשנה בארצות הברית, 23 אלף מהם יצטרכו טיפול רפואי, 450 מהם ימותו. לא נעים.

חלק ממה שהופך את הסלמונלה לגורמי מחלה כל כך מוצלחים זה יכולת תיקון ה-DNA הממש טובה שלהם. מאקרופאגים, תאים ענקיים של מערכת החיסון מטפלים בפולשים על ידי בליעה שלהם. אחרי שהם בולעים פתוגן, הם מפציצים אותו ברדיקלים של חמצן (תוצרים טבעיים של נשימה תאית) ובשלל חומרים אחרים שהורגים את הפתוגן. חיידקי הסלמונלה פיתחו יכולת לשחרר כל מיני פקטורים שמעכבים את השחרור של החומרים האחרים, ופיתחו מנגנוני תיקון DNA יעילים במיוחד שמאפשרים להם להתמודד עם נזקי החמצון. זה מאפשר לסלמונלה פשוט לחיות בתוך המאקרופאג, ולהמשיך להתחלק ולגדול שם. חיידקים מוצלחים סך הכל. 

חיידקי סלמונלה הגורמים לטיפוס הבטן, עוברים רק בין בני אדם. חיידקי הסלמונלה הגורמים לסלמונלוזיס עוברים גם בין בני אדם, וגם מחיות. לכן אפשר למצוא חיידקי סלמונלה לרוב במוצרי בשר, חלב, ביצים או בכללי כל דבר שקשור לחיות. מקום אחר שסלמונלה נפוצה? בצואה שלנו או של חיות. אז איך מגיע זיהום סלמונלה לחומוס?

לא יודע, ואני מפחד לשאול. (סתם, אין סיכוי שאני אוכל חומוס מקופסא שכל כך קל להכין חומוס טעים בבית לבד). אז למה היום עדיין כל כך הרבה אנשים נדבקים מסלמונלה? פעם הדרך לאבחן סלמונלה הייתה לגדל אותם על צלחות מיוחדות, שרק סלמונלה יכולה לגדול עליהם, ואז אחרי שלושה ימים בערך אתה יודע אם המפעל שלך מזוהם או לא. היום יש גם בדיקות שאורכות שתי דקות. אבל האמת המרה שפשוט שלרוב לא עושים אותן. יש רק מקומות מסוימים שמחויבים בבדיקות תדירות לחיידק (לדעתי רק לולי תרנגולות, אבל אני לא מאוד חזק ברגולציה של מזון) והשאר אני מניח עושים בדיקות אקראיות לשלל פתוגנים במזון מדי פעם, וככה עולים על זיהומים. כנראה שהבדיקות האלו הן הבדיקות הישנות והלא מהירות, ולכן מגיעים למצב שכשהמזון כבר נגיש לציבור - רק אז עולים על הזיהום. בדיקות זולות ומהירות יוכלו להציל אותנו מקלקולי קיבה, ובכללי להציל מלא אנשים ממוות מיותר.

בשנת אלפיים מתו לדוגמא 200 אלף איש בעולם מסלמונלוזיס. אז איך אפשר לעשות בדיקות זולות ומהירות לסלמונלה? יש מלא דרכים, אבל אני אתאר דרך אחת פשוטה. 

לחיידקים יש יכולת חישת מניין, בעצם מנגנון טבעי שלהם "לחוש" בנוכחות של חיידקים אחרים סביבם ולפעול בהתאם (נגיד אם צפוף, להתחלק פחות). אנחנו יכולים להשתמש ביכולת הטבעית שלהם לחוש אחד את השני ולהתאים אותה למטרותינו. ליצור זן של E. coli (חיידק סופר נפוץ במעבדות) שיודע לחוש סלמונלה, ומגוון סוגים אחרים של חיידקים, וכתגובה לחישה כזאת, לשחרר צבע לנוזל וככה לסמן על נוכחות זיהום. איך בדיקות כאלו יראו? תהיינה במפעל מבחנות רב שמושיות כאלו שגדלים בהן אותם E. coli, כשמדי פעם צריך לשים להם נוזל מחייה חדש (בגדול סוכר ומים, מאוד זול). כל יום יקחו במפעל דגימות ממקומות שונים ויטפטפו אותן לתוך המבחנות ותוך דקות יקבלו אינדיקציה לנוכחות של זיהום. מגניב נכון? 

בדיקות כאלו יהיו מאוד זולות ומאוד נגישות גם במקומות מאוד נידחים של העולם. אז מה עוצר אותנו? אני מאמין שיש כבר פיתוחים כאלו, או דומים, בעולם, אבל יקח זמן עד שיגיעו לשימוש תעשייתי. כמו כן צריך שהציבור יתחיל לדרוש כאלו בדיקות. רק שהציבור יעדיף חברות שעושות בדיקות תדירות כאלו יהיה לחברות תמריץ מסחרי לעשות אותן. 

קצת חפרתי בסוף, אבל זה בקצרה (ניסיתי לפחות) על סלמונלה ומה אפשר לעשות נגדה. יום מהנה ונקי מקלקולי קיבה לכולם!

מתן ארבל הוא דוקטורנט במחלקה לביוטכנולוגיה ומיקרוביולוגיה באוניברסיטת ת"א ומנגיש מדע בזמנו הפנוי.

פורסם במקור בטוויטר של המחבר

קצת על מיקרוביום - מתן ארבל

 

מה זה מיקרוביום? חוץ ממילת הייפ, זה כינוי כולל לאוכלוסיות החיידקים, פטריות ווירוסים שיוצרים מין אקוסיסטם קטן. יש מיקרוביום בערך לכל יצור חי או צומח. 

בבני אדם יש בין 10 ל-100 טריליון (!) תאים של חיידקים/פטריות/וירוסים. לפי הערכות עדכניות, יש יותר תאים במיקרוביום האנושי מאשר תאים של אדם. כלומר אנחנו רובנו מיקרואורגניזמים. במיקרוביום שלנו יש פי 200 יותר גנים מאשר הגוף שלנו מכיל. למיקרוביום הזה יש תפקיד מכריע בעיכול (לא מפתיע) מחלות אוטואימונית ועוד שלל דברים (כולל אוטיזם לפי חלק מהמחקרים). יש אפילו מחקר שמנסה לקשור את ההתפתחות שלנו כחייה חברתית  אל המיקרוביום. 

כמו כל תחום מאוד "מגניב", כנראה האמת נמצאת איפשהו באמצע. מיקרוביום כנראה מאוד משפיע על המון דברים, אבל כנראה לא ברמה שחלק מהמחקרים מנסים לטעון. 

אני רוצה לדבר על משהו יותר פשוט היום וזה מיקרוביום של צמחים. כאמור גם לצמחים יש מיקרוביום, וזה קולקציה של פטריות וחיידקים שעברו ביחד עם אותם צמחים מיליונים של שנות אבולוציה. מה הבעיה? אנחנו תלשנו את הצמחים מהטבע, ןמהמיקרוביום שלהם, ואנחנו מרססים עליהם ערמות של חומר מדביר שהורג כל דבר בשדה.

ההפרדה של הצמח מהמיקרוביום שלו גורמת להם להיות רגישים יותר לנזקי מזג האוויר, למזיקים שונים וגם מורידה את התנובה בכללי. חקלאות מודרנית זה תעשייה שחייבת לעבור שינוי מאסיבי. דחוף. 

חברה מגניבה שכבר היום עושה מהפכה היא indigo AG. אינדיגו שמבוססת בבוסטון בודקת את המיקרוביום של צמחי בר רבים ברחבי העולם ומחפשת חיידקים/פטריות שיכולות לעזור לצמחי החקלאות המסחריים שלנו, בעיקר חיטה ותירס כרגע. אחרי זה הם עושים ניסויים במעבדה ואז בשדה מבוקר ואז בשדות של חקלאיים. וזה עובד. מאוד עובד. 

יש להם כבר ספרייה של מעל ל-36 אלף מיקרואורגניזמים שהם עובדים איתם, ומתאימים את המיקרוביום לשדה, אדמה, טמפרטורה ועוד ועוד. גם המודל הכלכלי שלהם מאוד מעניין. הם לא לוקחים כסף מהחקלאי, אלא מעוניינים במידע שהם יכולים לקבל מהעבודה עם השדה שלו ולוקחים אחוז קטן מתוך השיפור במכירות של החקלאי. כלומר אם הם לא הצליחו לשפר את התבואה הם גם לא ירוויחו מזה כלום. החברה מוערכת צפונית ל-4 מיליארד דולר, וכבר עובדת עם מעל ל-2000 שדות ברחבי העולם. אני מאמין שגם רק יגדלו. ופה רק התחלנו לגרד את הפוטנציאל. 

כן - הם רק בוחרים את המיקרוביום הנכון, שמים על הזרע וזורעים. בעתיד נוכל גם תיאורטית להנדס כל חיידק/פטרייה בנפרד וכאוכלוסייה. בגלל שהנדסה של צמחים היא יחסית איטית, קשה ומסובכת, הנדסת המיקרוביום של צמחים תהיה אחת המהפכות היותר רציניות של עידן ההנדסה גנטית. מתישהו אני אעשה שרשור על חברות שכבר עושות הנדסה בסיסית למיקרוביום ורעיונות תיאורטיים להנדסה של קהילות החיידקים האלו.

מתן ארבל הוא דוקטורנט במחלקה לביוטכנולוגיה ומיקרוביולוגיה באוניברסיטת ת"א ומנגיש מדע בזמנו הפנוי.

פורסם במקור בטוויטר של המחבר