התגלית שיכולה לשנות את האנושות: "נהנדס חיידקים להרוג חיידקים אחרים"

אולי חשבתם שאתם יודעים כמעט כל מה שיש לדעת על חיידקים, אבל מחקר פורץ דרך של שני חוקרים מהפקולטה לרפואה של האוניברסיטה העברית, שמובא כאן לראשונה, מגלה כעת עוד פרט חשוב – ומפתיע – עליהם: מתברר שהם מפטפטים ביניהם ומעבירים אינפורמציה שמשנה את פני הטבע והאנושות.
 

מאחורי המחקר, שהוביל לגילוי צורה חדשה של דיאלוג והחלפת מידע בין בקטריות לאורגניזמים חיים, כולל בני אדם, עומדים פרופ' סיגל בן יהודה ופרופ' אילן רוזנשיין מהמחלקה למיקרוביולוגיה וגנטיקה מולקולרית בפקולטה לרפואה. החוקרים חשפו מנגנון המשמש לתקשורת בין חיידקים לבין עצמם ובין חיידקים ותאי אדם שלא היה ידוע עד כה, והבנה עמוקה שלו צפויה לשנות את התפיסה הבסיסית של ביולוגיית החיידקים. ההשלכות הפוטנציאליות של המחקר הן מרחיקות לכת: הוא עשוי לסייע בגילוי דרכים חדשות להילחם בחיידקים הגורמים למחלות באדם, בחיות ובצמחים, לפתח גישות חדשות לעודד קהילות של חיידקים טובים כמו חיידקי המעי, ואף להנדס ייצור חומרים בגוף חי על ידי קהילות סינתטיות של חיידקים. למעשה, תוצאות המחקר יהיו רלוונטיות ומהפכניות לכל דיסציפלינה העוסקת ביצורים חיים, מרפואה ועד חקלאות.
 

כמו במקרים רבים, גם כאן הגילוי המרעיש של החוקרים קרה במקרה. "הסתכלנו על חיידקים זורחים, המכילים GFP, חלבון זורח", מספרת פרופ' בן יהודה. "גילינו שכשהם נמצאים בסמוך לחיידקים שאינם זורחים, המולקולות הזרחניות עוברות מחיידק לחיידק. הבנו שיש יכולת של מעבר אינפורמציה בדרך שאנו לא מכירים. מה שמצאנו זו מערכת שלא הייתה ידועה עד כה בחיידקים, המורכבת מבסיס חלבוני והתארכות של ממברנה, המגיחה משטח הפנים של חיידקים ומאפשרת להם להתחבר לחיידקים שכנים ולאפשר החלפה, למשל, של אבות המזון, רעלנים ואפילו גנים. מצאנו שאם יש חיידק עמיד לאנטיביוטיקה מסוג מסוים והשני עמיד לאנטיביוטיקה מסוג אחר, ושמים אותם זה לצד זה, שניהם הופכים להיות עמידים לשני סוגי האנטיביוטיקה. המשמעות היא 'אמור לי מיהם שכניך ואומר לך כיצד תתנהג'. המנגנון החדש הזה יוצר תכונות חדשות לגמרי שלא קיימות אצל כל אחד מהם בנפרד. הגילוי היותר מפתיע היה שאותה מערכת ואותה צינורית משמשות לחיידקים פתוגניים מחוללי מחלות, אלימים, כלי להתחבר לתאי אדם ולשאוב מהם מרכיבי מזון, המאפשרים להם לגדול ולהתפתח. אלה שתי הפעילויות של מנגנון זה". 
 

"נכון, הם מתקשרים באופן ישיר על ידי 'היי וייז', דרכים מהירות וישירות כמו בתקשורת קווית, שמאפשרות להם להעביר אינפורמציה זה לזה. מה שעוד גילינו לאחרונה הוא שהחלבונים שיושבים בבסיס ובונים את הסטרוקטורה הזו, נמצאים כמעט בכל החיידקים שאנחנו מכירים. זה הדבר המשמעותי ביותר במה שמצאנו. עכשיו אנחנו יודעים איזה חלבונים מייצרים את המערכת הזו ושהם נמצאים כמעט בכל חיידק וחיידק. זה מאוד נפוץ בקרב החיידקים ומעיד על חשיבות המערכת בטבע". 

 

חיידקים, האורגניזמים הנפוצים ביותר בכדור הארץ, חיים בקבוצות המכילות מספר רב של מינים ונמצאים בכל מערכת אקולוגית. גם לפני תגליתם של שני החוקרים היה ידוע כי חיידקים מקיימים תקשורת בינם לבין עצמם וגם עם תאים של יצורים אחרים כגון צמחים וחיות, אשר חשובה לצמיחה ולשגשוג שלהם, וכי הם שומרים על דיאלוג עם חיידקים אחרים ואורגניזמים נוספים באמצעות הפרשת מולקולות. עם זאת, ייחודה של התגלית הוא בחשיפת המנגנון שבו חלק מהתקשורת הזו מתנהלת.
 

בשבוע שעבר בישרה המועצה למחקר של האיחוד האירופי  כי על גילוים הדרמטי זכו פרופ' בן יהודה ופרופ' רוזנשיין במענק מחקר יוקרתי לקבוצות חוקרים מצטיינים בסך שבעה מיליון יורו. הצעת המחקר שלהם, המונה רק חוקרים ישראלים של האוניברסיטה העברית ללא מעורבות חוקרים מחו"ל, היא אחת מבין 27 זוכות מרחבי העולם, ובהן שתיים ישראליות, מתוך כ־300 הצעות מחקר שהוגשו. 
 

פרופ' בן יהודה מדגישה כי למחקר הזה יש חשיבות רבה בטבע. "מעבר לחיידקים שעמידים לאנטיביוטיקה אחת ועכשיו שניהם עמידים לשתי אנטיביוטיקות כשהם ביחד, אפשר לדבר גם על  דוגמה של חיידק שחסר לו משהו חשוב כמו ויטמין כדי לגדול, וחיידק שני שלא יכול לייצר חומצה אמינית כדי לגדול. אם נשים אותם יחד, הם יוכלו לעזור זה לזה לגדול. זה יכול לשנות את כל מרקם האוכלוסייה בטבע. הרעיון שלנו הוא להנדס חיידקים שיוכלו להרוג חיידקים אחרים או ליצור אוכלוסיות חיידקים סינתטיות שיעזרו לנו כבני אדם ויגנו עלינו מפני חיידקים פתוגניים. אפילו בתעשייה יוכלו לסנתז מולקולות חדשות".
 

"לאנשים. יש לך יכולת לתקשר בצורה מאוד ישירה, להחליף דברים ואינפורמציה ועל ידי כך ליצור אוכלוסיות חזקות יותר, כי הקהילה עצמה חזקה מהאחד. זה יכול לשמש גם למלחמה: האחד נלחם בשני באמצעות העברת רעלנים. אדם יכול לנצל את שכנו. זה יכול לפעול לשני הכיוונים. אנחנו מנסים להבין את החוקיות של התהליך: מתי בין שני חיידקים שונים זה יפעל לכיוון החיובי ומתי לכיוון השלילי. למי חיידק מסוים יתחבר יותר ולמי פחות. יש לחיידקים העדפות, ממש כמו לאנשים".
 

למרות הדימוי השלילי שדבק בחיידקים, פרופ' בן יהודה מדגישה שרוב החיידקים הם טובים. "במעי שלנו, למשל, אנחנו לא יכולים לחיות בלי חיידקים", היא אומרת. "יש בו קבוצות של חיידקים חשובים מאוד שמסייעים לנו בכל תהליכי העיכול, עוזרים לנו לנצל כהלכה את כל מוצרי המזון ומגנים עלינו מפני חיידקים אלימים. אנחנו מנסים להבין את הדברים הבסיסיים: איך חיידק מדבר עם חיידק אחר, מה הוא מעביר לו, למי הוא מעביר. את כל החוקיות הזו אנחנו מתכוננים לפענח בשנים הבאות".
 

פרופ' רוזנשיין מזכיר שלא כל חיידק יגרום למחלה, רק כאלה שרכשו "ארגז כלים" מתאים, כלומר אוסף של גנים שמאפשר להם לחמוק מהמערכת החיסונית וגם להשיג מקורות מזון ואנרגיה בתוך גוף החולה (המאכסן). "כדי לפתח דרכים חדשות להילחם בחיידקים האלימים בלי לפגוע בחיידקים המיטיבים, יש צורך להבין את מנגנוני האלימות הסבוכים, ואז נוכל לתכנן כיצד לתקוף אותם", הוא אומר. "התגלית שלנו חושפת דרך מתוחכמת המשמשת את הפתוגנים להשיג מזון ואנרגיה מהמאכסן. אני צופה שנוכל לפתח תרופות שיחסמו את המנגנון הזה, וכך לפגוע בפתוגנים".

טריטוריה שטרם נחקרה

האם התגלית הזו תוכל להשפיע על חקר הסרטן? "כן", משיב פרופ' רוזנשיין, "זה עשוי להשפיע, כיוון שיש חיידקים שמעורבים בעידוד גידולים סרטניים, אבל כאן הדגש הוא על מחלות זיהומיות ועל חיידקים עמידים לכל סוגי האנטיביוטיקה. אלפי אנשים מתים מהם מדי שנה בעולם וזה לא פחות חשוב, כי אנחנו מגיעים לעידן שבו עוד מעט לא יהיו לנו מספיק סוגי אנטיביוטיקה לטיפול". 
 

פרופ' בן יהודה: "המסלול שלנו, החוקרים, הוא מאוד תחרותי, ארוך ותובעני. עד שאנו מגיעים למשרה אקדמית לוקח המון שנים. אחד הפתרונות הוא לחשוף את הילדים הצעירים כמה שיותר למדע 'אמיתי' באוניברסיטאות. אנחנו עושים פרויקטים מעין אלו בשילוב בתי ספר מסוימים, אבל מעט מדי. התלמידים המוכשרים צריכים להבין איך מתבצע מחקר. שנית, יש להשקיע תקציבים באוניברסיטאות, כך שתהיה אפשרות ליותר מלגות נדיבות לתלמידי מחקר. מידת האטרקטיביות נקבעת גם על פי היכולת של סטודנטים לתארים מתקדמים להקדיש את כל זמנם למחקר". 
 

פרופ' בן יהודה: "גיוס המענק פה הוא למדע בסיסי ולא עסקי, וההסתכלות היא לטווח ארוך. אנחנו לא בטוחים מה תהיה התוצאה בצורה מוחלטת. אין לנו יעד ברור כמו בעולם ההייטק. הם מאמינים בנו שנצליח לפענח את הדברים האלה, אבל זה לא חייב להיות יעדים מדוקדקים, אלא הבנה מאוד עמוקה של דברים".