חיידקים ונגיפים וגם שאר היצורונים המקיפים אותנו מכל עבר, משפיעים על חיינו מכל מיני כיוונים. בבלוג אספר על אלה המוזכרים מדי פעם בחדשות וגם לחדשות מדעיות הקשורות בהם. כמו כן אשתף אתכם גם בתמונות ודיווחים על יצורים גדולים יותר, שבהם אצפה בטבע. בלוג זה גם יהווה ארכיון לחומרים שכתבתי בעבר ורלוונטיים לנושא.

15.2.08

חיידקים טורפי חיידקים



ברשומה קודמת הכרנו את נגיפי החיידקים, שכדי להתרבות עליהם לחדור למאכסן חיידקי, שבסופו של תהליך עובר ליזיס (מתפוצץ) וצאצאי הנגיף משתחררים ממנו. הפעם נכיר חיידקים קטנים שגם הם יוצרים מוקדים על מרבד של חיידקים - אם כי בקצב אטי יותר מבקטריופאגים. האם יתאפשר להשתמש בהם כנגד חיידקים גורמי מחלות בצמחים ובבעלי-חיים?

כשמדברים על יחסי טורף ונטרף בבעלי-חיים, הכוונה בדרך-כלל לבעלי-חיים דומים בגודלם, או שהטורף גדול יחסית לטרפו, אלא אם קבוצה של פרטים קטנים טורפת יחד טרף הגדול בהרבה מכל אחד מהם. אך כשמדובר בחיידק הטורף חיידק, הטורף קטן מהטרף.

החיידק הטורף Bdellovibrio bacteriovorus (פירוש השם - "עלוקה כפופה האוכלת חיידקים"; Bdella ביוונית פירושו עלוקה, vibrio - כפוף, vorus - טורף, אוכל) זוהה לראשונה בדרך מקרה בברלין בשנת 1962, על-ידי היינץ סטולפ (Stolp). סטולפ, שחיפש בקטריופאגים שיקטלו חיידקי Pseudomonas הפוגעים בצמחי שעועית (Halo blight), סינן תרחיפי אדמה דרך מסננים שקוטר חוריהם 0.2 מיקרומטר, שאינם מאפשרים לחיידקים לעבור, אך מאפשרים זאת לנגיפים. כשאזלו יום אחד המסננים, השתמש סטולפ במסננים שקוטר חוריהם גדול יותר, העוצרים את מרבית החיידקים. להפתעתו, צפה בהופעת מוקדים - אזורים נקיים מחיידקים - יומיים לאחר שהתרבית הפסיקה לגדול (מוקדים שמקורם בפעילות בקטריופאגים יכולים להתפתח רק בזמן הצמיחה של התרבית - כרגיל, תוך פחות מ-24 שעות מזריעת התרבית). הוא בדק את תכולת המוקדים במיקרוסקופ אלקטרונים, וגילה שם חיידקים טורפים. בהמשך תוארו שני מינים נוספים, ששויכו לסוגים חדשים - Bacteriovorax ו-Peredibacter.
    חיידקי Bdellovibrio ביחד עם טרף פוטנציאלי, חיידקי Escherichia coli.
By kind permission George A. O'Toole, Dept. of Microbiology & Immunology, Dartmouth Medical School, Hanover

לחיידקים הטורפים, שהם חיידקים קטנים יחסית (אורכם כ-1.3-2.5 מיקרומטר ורוחבם כ-0.2-0.5 מיקרומטר), מחזור חיים הכולל לרוב שתי צורות: צורה חוץ-תאית "תוקפנית" (nongrowing predatory phase) וצורה תוך-תאית מתרבה (intracellular reproductive phase). מחזור החיים של Bdellovibrio מתואר באיור.


שלושת מיני החיידקים הטורפים שהוגדרו עד כה וגם מאכסניהם משתייכים לחטיבת הפרוטאובקטריה. Bacteriovorax stolpii ו-Peredibacter stari נקראים על שם המגלים והחוקרים של B. bacteriovorus, היינץ סטולפ ומורטימר סטאר (Starr).  בהמשך המחקר, ועם הצטרפות חוקרים רבים חדשים למחקר חיידקים אלה, נתגלו מספר רב של מינים וזנים חדשים המכונים בשם הכולל BALOs (Bdellovibrio and like organisms), שטרם הוגדרו ומויינו רשמית.

כל ה-BALOs הם גראם-שליליים, אווירניים הכרחיים, בעלי יכולת תנועה (מהירה מאוד). טווח המאכסנים שלהם כקבוצה רחב (לחלק מהזנים טווח מאכסנים מצומצם) וחלק מהמאכסנים הם פתוגנים של בעלי-חיים וצמחים.

לצורה התוקפנית שוטון ארוך, המאפשר לה לשחות במהירות של כמאה אורכי גוף לשנייה (!), הנחשבת כמהירה ביותר לחיידק. מאחר שהתנועה דורשת אנרגיה רבה, מרבית המסלולים המטבולים התאיים שאינם דרושים לתנועה משותקים. כאשר חיידק בצורה התוקפנית מתנגש באקראי בטרפו, שהוא חיידק גדול יותר (ייתכן שמעורבת במפגש גם משיכה כימית - כמוטקסיס, או בלשון פשוטה יותר, שהחיידק "מריח" את קרבנו), התנועה המהירה הופכת לתנועת סיבוב מהירה (כ-100 סיבובים לשנייה) של קדיחה, ובשילוב אנזימים מפרקים מופרשים, החיידק מצליח לחדור מבעד לדופן הקשיחה של
טרפו ומתמקם בפריפלזמה (המדור החיצוני) שלו.

לאחר תהליך קצר של שינוי לצורה המתרבה (שבה נעלם השוטון ומוסרת ה"חסימה" מכל התהליכים המטבוליים ש"הוקפאו"), הטורף "משתלט" על החיידק הנטרף ומפסיק בתוך דקות אחדות את פעילותו המטבולית. החיידק הנטרף משנה צורה (מצורה מקורית של מתג לצורה עגולה) המכונה בדלופלסט (bdelloplast). בתוך הבדלופלסט מתחיל ה-Bdellovibrio לפרק באמצעות אנזימים את מרכיבי התא המאכסן, ומשתמש בהם כחומרי בניין כדי להתרבות בצורה קורית - להתארך. לאחר כשלוש שעות, הבדלופלסט מכיל כמעט אך ורק את החיידק הטורף המתארך, שכ-65% מתכולת התא הנטרף הוטמעה בו. בשלב האחרון, שנמשך כ-20 דקות, החיידק הארוך מתחלק ל-30-6 צאצאים טורפים (בהתאם לגודל הטרף), הפורצים מהבדלופלסט שהתפוצץ ומחפשים להם טרף חדש.

חיידקי ה-Bdellovibrio הם טורפים אובליגטוריים - חייבים להימצא בתא מאכסן כדי להתרבות. סטולפ וסטאר הצליחו לבודד מוטנטים המסוגלים לחיות ולהתרבות בתנאי מבחנה, ובהמשך אף אותר הגן שהמוטציות בו אפשרה את השינוי, אך לא ברור איך והאם יוכלו מוטנטים אלה להתקיים בתנאים טבעיים.

שימוש בחיידקים הטורפים לגילוי זיהומים סביבתיים
בתנאים של עקה, זנים מסוימים של Bdellovibrio יוצרים בתוך הבדלופלסט צורת קיום שלישית, בדלוציסטה Bdellocyst). צורה זו גדולה פי שניים לערך מהצורה התוקפנית ועמידה בפני קרינה, טמפרטורה גבוהה וכימיקלים מזיקים, יחסית לחיידקים ה"רגילים", הווגטטיביים. היא גם קלה יחסית לזיהוי.

כאשר רוצים לברר אם יש חומרים מזיקים בקרקע או במים, אפשר לגדל בתרחיף של האדמה או במים, בתוספת חומרי מזון מתאימים, זן יוצר בדלוציסטות ביחד עם טרף מתאים (למשל חיידקי E. coli). השוואת כמות הבדלוציסטות הנוצרות יחסית לניסוי הביקורת - במים או אדמה בלתי מזוהמים - מספקת מדד עד כמה המים או האדמה מזוהמים.

האם החיידקים הטורפים יחליפו את החומרים האנטיביוטיים בטיפול בחיידקים גורמי מחלות בבעלי-חיים ובצמחים?
החיידקים הטורפים נמצאים כמעט בכל מקום שבו נמצאים המאכסנים (הטרף) שלהם: במי ים, במים מתוקים, בשורשי צמחים, בביוב, באשפה ובמעיהם של בעלי-חיים. הם גם מפרישים אנזימים מיוחדים שמאפשרים להם לחדור קרומים חיידקיים (ראו רשומה קודמת). האם, בעקבות "משבר האנטיביוטיקה" נוכל לנצל אותם, במקביל לבקטריופאגים, כדי להתגבר על מחלות של צמחים ובעלי-חיים הנגרמות על-ידי חיידקים מקבוצת הפרוטאובקטריה?

לחיידקי הפרוטאובקטריה, גם אלה שאינם גורמי מחלות בבעלי חיים, יש בממברנה החיצונית רעלן מובנה לא ייחודי (LPS - Lipopolysaccharid) הגורם לאלח-דם (sepsis). בחיידקי ה-BALOs ה-LPS שונה בהרכבו ולכן אינו מהווה רעלן. בנוסף, כל ה-BALOs המוכרים אינם מסוגלים להתרבות בתאים איקריוטים (ובכללם תאי בעלי-חיים). ולכן, לפחות בתיאוריה, ניתן להחדירם ללא סיכון רב לגוף בעל החיים. אחת האפשרויות שנשקלות הוא טיפול בחיידקים טורפים בדלקת ריאות של חולי לייפת כיסתית (Cystic fibrosis), בדלקות אלה, נוצרים קרומים חיידקיים של Pseudomonas, Legionella ו-Burkholderia. אפשרות מעשית נוספת שתבדק הוא שימוש בחיידקים טורפים בטיפול בפצעים ובכוויות שזוהמו על-ידי חיידקי Pseudomonas.

עיקר ההצלחות ולא מהיום, הן במגזר החקלאי: כבר ב-1973 הצליחה קבוצתו של שרף (Scherff) להשתמש ב-BALOs שבודדו משורשים, כדי להתגבר כמעט לגמרי על חיידקי ה-Pseudomonas הפוגעים בצמחי הסויה (Bacterial blight). וב-1980 הצליחה קבוצתו של טסוטומו יומצו (Uematsu), מהמכון הלאומי לאקולוגיה חקלאית ביפן, להפחית מאוד את כמות חיידקי ה-Xanthomonas הגורמים למחלות ביבולי האורז, באמצעות חיידקים טורפים.

ולסיכום
חיידקים טורפים קודחים חורים במעטפת של חיידקי הטרף, חודרים דרכם ומשתמשים בתכולת חיידקי הטרף כבאבני בניין לצאצאיהם. האם נוכל להשתמש בחיידקים הטורפים כסמנים לזיהומים סביבתיים וכתחליף לתרופות אנטיביוטיות, שיעילותן פוחתת מאוד בשנים האחרונות? ימים יגידו.

פורסם במקור ב"גליליאו" גיליון 114, עמ' 79-76, פברואר 2008.


אין תגובות:

פרסום תגובה