DNA - אנטי דבק ביולוגי

DNA מנטרל את הדבק המאחה חיידקים במושבה

בחודש יוני 2006 כתבתי ברשומה קודמת על דבק חזק ביותר, המכונה holdfast, שאותו מייצרים חיידקי Caulobacter crescentus החיים במי הים. דבק זה מסייע לחיידקים ביצירת המושבה הקרומית שלהם (biofilm).

שני צמדי חיידקים לקראת ההתחלקות: החיידקים הנייחים צמודים למשטח בעזרת
הגבעולים. לשני התאים השחיינים שוטונים.
© Yves Brun - Courtesy of Indiana University

להזכירכם, לחיידק זה מבנה ומחזור חיים המייחדים אותו משאר החיידקים: החיידק ה"נייח" צמוד בעזרת הגבעול לחבריו לקרום הביולוגי ("קהילה"), - בהתאם למיקומו במושבה - או למשטח אליו צמודה המושבה. כשחיידק מתחלק לשניים, אחד משני תאי הבת צמוד למושבה - והוא צמוד אליה היטב, בעזרת הדבק הטוב ביותר... בעוד תא הבת השני הופך לחיידק "שחיין" קטן יותר, שלו שוטון מיוחד לשחייה (וראו איור). ה"שחיין" יכול לבחור: האם להישאר ולהיצמד למושבה או להתרחק ממנה, למצוא משטח חדש, להיצמד אליו ולייסד קהילה חדשה או להיצמד לקהילה שכבר קיימת שם.

החיידקים מרכיבים קרום ביולוגי חד-שכבתי, שמתפתח בהמשך למבנה רב שכבתי דמוי פטרייה. לחיים בקרום הביולוגי יש יתרונות (יחסית לחיים החופשיים, הפלנקטוניים), ובהם אפשר לשתף בחומרי מזון (שמֵי הים, שבהם חי החיידק, עניים בהם מאוד). השיתוף גם מאפשר לחיידקי הקהילה עמידות בפני גורמי עקה סביבתיים כגון חומרי חיטוי, חומרים אנטיביוטיים ואפילו טורפים... אך יש גם חיסרון אחד חשוב: אם הקהילה קורסת, מסיבה כלשהי, קשה מאוד לחברים להינתק ממנה, וכך הם קורסים ומתים איתה. נוסף על כך מבנה הקרום הביולוגי אינו מאפשר גדילה מֵעבר לגבול מסוים.

השלד של הקרום הביולוגי (extracellular matrix) מורכב מחומרים שאותם מפרישים החיידקים המרכיבים אותו והוא המקנה את מרבית היתרונות שהוזכרו. השלד מורכב בעיקר מרב-סוכרים, אך משתלבים בו גם חלבונים, שומנים, ואף חומצת הגרעין DNA.

זה כמה שנים ידועה חשיבות ה-DNA בקביעת יציבותו של הקרום הביולוגי של לא מעט חיידקים. אך קבוצתו של איב ברון (Brun) מאוניברסיטת אינדיאנה שבארצות-הברית, גילתה שבמקרה הזה ל-DNA יש תפקיד אחר.

ל-DNA חוץ תאי המכונה eDNA, יש חשיבות רבה להחלטה של הצאצא השחיין אם להישאר או לנדוד. בבסיס השוטון מופרש הדבק החזק ואם יתאפשר, החיידק השחיין ייצמד באמצעותו לקרום הקיים ולא יתרחק. אך אם יש eDNA שמקורו בתאים של C. crescentus שהתפרקו, eDNA זה יצמד לדבק, וינטרל את יכולת החיידק השחיין להצמד למושבה הקיימת, ויאלץ אותו לחפש את מזלו במקום אחר, שם אין eDNA של C. crescentus שיעכב אותו. חשוב להדגיש שני דברים: ה-eDNA אינו משפיע על הדבק של החיידקים שכבר צמודים למשטח או לקרום; ל-eDNA של חיידקים אחרים, אין השפעה כזו על החיידק.

מאיפה מגיע ה-DNA? במקרה של קריסת הקרום עקב לחצים סביבתיים הפוגעים בחלק מחיידקי הקרום, מקור ה-DNA בתאים ההרוסים. גם כשהקרום מגיע לגודלו המרבי, מופעל מנגנון השמדה עצמית בחלק מתאי הקרום, וה-DNA שלהם משתחרר לסביבה החיצונית ובעצם משמש כווסת לגודל הקרום.

מהו המנגנון מאפשר את הקישור בין ה-eDNA לדבק, וכיצד הוא ממסך או מונע את פעילותו? איך מתאפשרת האבחנה בין DNA של החיידק ל-DNA לזר? האם מדובר ברצפים אופייניים? התשובות לשאלות אלו עדיין אינן ידועות.

המאמר המקורי:

Cecile Berne, David T. Kysela, Yves V. Brun, A bacterial extracellular DNA inhibits settling of motile progeny cells within a biofilm, Molecular Microbiology, 77 (4): 815-829, August 2010.

דרור בר-ניר, יצרני דבק-העל: חיידקים, "גליליאו" 94, יוני 2006

פורסם ב"גליליאו" גיליון 150, עמ' 18-17, פברואר 2011.