צמחים מפעילים מוקדם את מנגנון חישת הצפיפות של חיידקים פתוגנים כמנגנון הגנה
חיידקים, כפי שכבר ידוע לנו מעל כשלושה עשורים (וכתבתי על כך ברשומה קודמת), אינם יצורונים יחידאים כפי שצפינו בהם במעבדה. הם משתפים ביניהם פעולה ויוצרים מבנים קרומיים רב תאים המכונים ביופילמים (biofilms). בקרומים אלה משתנה המטבוליזם של החיידקים: על פני המעטפת החיצונית שלהם מופיעים חלבונים חדשים, ואלה מסייעים להם בהתקשרות הפיזית עם שכניהם. חלבונים אחרים, למשל כאלה האחראים לתנועה, מפסיקים להיווצר. כשמדובר בחיידקים פתוגניים (גורמי מחלה), רק בצורתם השיתופית הם מפרישים לסביבה את כל מגוון הנשק התוקפני שלהם, רעלנים ואנזימים מסוגים שונים, שהם הגורמים לתסמיני המחלה - שחיידקים יחידאיים אינם מפרישים. שיכוב החיידקים בקרום מקשֵה על חומרים מבחוץ להגיע אליהם, ואם נפגעים חיידקים מחומרים אנטיביוטיים, למשל, אלה רק החיידקים שבחזית הקרום, ואילו החיידקים שבשכבות הפנימיות של הקרום לא נפגעים בכלל.
כיצד יודעים החיידקים היחידאיים להשתנות ממצב יחידאי למצב "קרומי", "חברתי"? - מתברר שמדובר בשילוב של שני גורמים. הראשון - התחושה של החיידקים שהם לא לבד, והשני, קיום של משטח שעליו יוכלו ליצור את הקרום. ייתכן שקיימים גם גורמים נוספים.
כיצד חשים החיידקים שהם לא לבד? מסתבר כי כל אחד מהחיידקים מפריש לסביבתו הקרובה מולקולות של משרן עצמי (שבחיידקים מקבוצת הפרוטאובקטריה מדובר ב-acyl homoserine lactones ובחיידקים מקבוצות אחרות - חומרים אחרים). אם מספר החיידקים מועט נמהל המשרן העצמי בסביבה, אך כאשר יש כמות מספיקה של חיידקים - כתוצאה מהתרבות או מהתכנסות, מצטברת מסביב לחיידקים כמות מספקת של המשרן העצמי, שחודר לחיידקים בדיפוזיה, או באמצעות קולטן מתאים ומפעיל בהם את כל השינויים האופיניים למצב הקרומי. תופעה זו מכונה חישת צפיפות (או חישת הקוורום Quorum sensing).
ה"היגיון" האבולוציוני שמאחורי תופעה זו בחיידקים גורמי המחלות הוא מאד ברור. ברגע שחיידקים פולשים מועטים "יחשפו" את עצמם, על ידי הפעלת המערך ההתקפי, בפני מערכות ההגנה של המאכסן - פעילותן תצליח להשמיד את מעט הפולשים לפני שיגרם נזק ממשי. אך אם הפולשים ישארו "שקטים" עד שכמותם תגיע לערך קריטי. למערכת ההגנה של המאכסן יהיה קשה, ואולי אף בלתי אפשרי, להתמודד מולם.
חיידקים מסויימים הם גורמי מחלות בצמחים, חלקם עושים זאת על-ידי בניית קרום ביולוגי על העלים של הצמח. מוכרים חומרים צמחיים שמשבשים את התקשורת ואת חישת הצפיפות של החיידקים וכך מונעים מהם ליצור את הקרום הביולוגי. כך פועלת למשל האצה הירוקית Delisea pulchra, החיה בחופי אוסטרליה. היא מפרישה חומרים המכונים פורנונים (Furanones), המשבשים את ייצור הקרום. מוטנטים חסרי פורנונים של האצה אינם שורדים, כי "עלי" האצה מתכסים בקרום חיידקי שמפחית בצורה ניכרת את כמות האור המגיעה אליהם, והם אינם מצליחים לבצע פוטוסינתזה.
חיידקי Pseudomonas aeruginosa הם פתוגנים של בני אדם וצמחים. בחיידקים אלה קיימות שלוש מערכות שונות של חישת צפיפות, מערכת LasR, מערכת PqsR ומערכת RhlR, שכל אחת מהן מכונה על שם חלבון הבקרה שלה ומפעילה חלבוני מטרה אחרים. המשרן העצמי של מערכת RhlR הוא butanoyl-homoserine lactone (ובקיצור C4-HSL).
החומצה הרוזמרינית (rosmarinic acid) בודדה לראשונה מהרוזמרין הרפואי (Rosmarinus officinalis) בשנת 1958, והיא מופרשת גם על-ידי שורשים של מספר צמחים אחרים כתוצאה מהדבקה על-ידי P. aeruginosa.
טינו קרל (Krell) ועמיתיו במכון הלאומי למחקר בגרנדה, שבספרד, מצאו שהחומצה הרוזמרינית היא חיקוי ל-C4-HSL, המשרן העצמי של מערכת RhlR של החיידקים. כתוצאה מהפרשת החומצה וחדירתה לתאי החיידקים והתקשרותה שם עם חלבון הבקרה RhlR, החיידקים "מוטעים לחשוב" שהם רבים, וגם כשכמותם קטנה הם מפעילים את המערך הפתוגני שלהם - החלבונים pyocyanin ו-elastase, וכך הם נחשפים למערכות ההגנה של הצמח כשכמותם מאפשרת לצמח להתמודד ולסלק אותם.
לממצא זה חשיבות רבה למחקר החקלאי והרפואי בחיידקי P. aeruginosa. החוקרים מקווים שיוכלו להשתמש בחומצה הרוזמרינית כאמצעי שימנע את או יפחית מחומרתן של המחלות הנגרמות על ידי החיידקים.
לממצא זה חשיבות רבה למחקר החקלאי והרפואי. החוקרים מקווים שיוכלו להשתמש בחומצה הרוזמרינית כאמצעי שימנע את או יפחית מחומרתן של המחלות הנגרמות על ידי החיידקים.
ה"היגיון" האבולוציוני שמאחורי תופעה זו בחיידקים גורמי המחלות הוא מאד ברור. ברגע שחיידקים פולשים מועטים "יחשפו" את עצמם, על ידי הפעלת המערך ההתקפי, בפני מערכות ההגנה של המאכסן - פעילותן תצליח להשמיד את מעט הפולשים לפני שיגרם נזק ממשי. אך אם הפולשים ישארו "שקטים" עד שכמותם תגיע לערך קריטי. למערכת ההגנה של המאכסן יהיה קשה, ואולי אף בלתי אפשרי, להתמודד מולם.
חיידקים מסויימים הם גורמי מחלות בצמחים, חלקם עושים זאת על-ידי בניית קרום ביולוגי על העלים של הצמח. מוכרים חומרים צמחיים שמשבשים את התקשורת ואת חישת הצפיפות של החיידקים וכך מונעים מהם ליצור את הקרום הביולוגי. כך פועלת למשל האצה הירוקית Delisea pulchra, החיה בחופי אוסטרליה. היא מפרישה חומרים המכונים פורנונים (Furanones), המשבשים את ייצור הקרום. מוטנטים חסרי פורנונים של האצה אינם שורדים, כי "עלי" האצה מתכסים בקרום חיידקי שמפחית בצורה ניכרת את כמות האור המגיעה אליהם, והם אינם מצליחים לבצע פוטוסינתזה.
חיידקי Pseudomonas aeruginosa הם פתוגנים של בני אדם וצמחים. בחיידקים אלה קיימות שלוש מערכות שונות של חישת צפיפות, מערכת LasR, מערכת PqsR ומערכת RhlR, שכל אחת מהן מכונה על שם חלבון הבקרה שלה ומפעילה חלבוני מטרה אחרים. המשרן העצמי של מערכת RhlR הוא butanoyl-homoserine lactone (ובקיצור C4-HSL).
 |
| חיידקי Pseudomonas aeruginosa במיקרוסקופ אלקטרונים סורק המקור: CDC/ Janice Haney Carr |
 |
| רוזמרין רפואי - ממנו בודדו ב-1958 לראשונה את החומצה הרוזמרינית צילום: דרור בר-ניר |
 |
| חומצה רוזמרינית המקור: Calvero, Wikimedia commons |
 |
| C4-HSL המקור: חברת Funakoshi, יפן |
לממצא זה חשיבות רבה למחקר החקלאי והרפואי בחיידקי P. aeruginosa. החוקרים מקווים שיוכלו להשתמש בחומצה הרוזמרינית כאמצעי שימנע את או יפחית מחומרתן של המחלות הנגרמות על ידי החיידקים.
לממצא זה חשיבות רבה למחקר החקלאי והרפואי. החוקרים מקווים שיוכלו להשתמש בחומצה הרוזמרינית כאמצעי שימנע את או יפחית מחומרתן של המחלות הנגרמות על ידי החיידקים.
תקציר המאמר - מכתב העת Cell signalling - ינואר 2016.
החיים הקרומיים של החיידקים - "גליליאו" 101, ינואר 2007.
פורסם גם בגליליאו 210, מרץ 2016
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה