על נגיפי חיידקים ופוטוסינתזה

הטפיל שדואג לעצמו לאנרגיה

חיידקים כחוליים מהסוג Synechococcus.
צילום: masur. ויקיפדיה

האוקיינוסים מכסים כ-71% משטח הפנים של כדור הארץ. הפוטוסינתזה היא התהליך המרכזי על פני כדור הארץ שבאמצעותו מותמרת אנרגית השמש לאנרגיה כימית הזמינה ליצורים החיים. הפוטוסינתזה מתבצעת כיום על-ידי חמש קבוצות שונות של חיידקים, שהקבוצה הגדולה והבולטת מתוכם היא זו של החיידקים הכחוליים (cyanobacteria), ובנוסף על-ידי האצות והצמחים. שני סוגים של חיידקים כחוליים אחראים למרבית הפוטוסינתזה המתחוללת באוקיינוס (שהיא לכשעצמה מהווה כמחצית מכלל יבול הפוטוסינתזה בעולם), Prochlorococcus ו-Synechococcus.

לצד אותם חיידקים כחוליים, בכל מקום באוקיינוס שבו דוגמים אותם, מוצאים המון ציאנופאגים (cyanophages) - נגיפים תוקפי חיידקים כחוליים בכמויות של פי 100 לערך מכמות החיידקים הכחוליים.

המערכת הפוטוסינתטית של החיידקים הכחוליים מורכבת משתי מערכות אור שונות. מערכת האור הראשונה, המכונה מסיבות היסטוריות - PS-2, קולטת אלקטרונים ופרוטונים ממולקולות מים (וכך משתחררות מולקולות החמצן לאטמוספירה - וראו על חיידקים והחיים בנוכחות חמצן) ומעבירה את האלקטרונים למערכת האור השנייה, PS-1. כתוצאה ממעברי האלקטרונים נאגרת אנרגית האור בתוצרי הפוטוסינתזה הראשוניים, ATP ו-NADPH, הזמינים לתהליכים אחרים בתאים. מערכת האור הראשונה מתבלה בתהליך ויש להחליף את מרכיביה בתדירות גבוהה יחסית.

כבר לפני כשבע שנים גילתה קבוצת המחקר של החוקרת ד"ר דבי לינדל מהטכניון שנגיפים מסוימים המתרבים בתאי חיידקים כחוליים מכילים גנים המקודדים את שני החלבונים העיקריים של מערכת האור הראשונה שנפגעת. חשוב להזכיר בהקשר זה שנגיפי החיידקים "משתקים" את תהליכי התעתוק של התא המאכסן בשלב מוקדם בתהליך ההדבקה, ועקב כך חלבונים של המערכת הפוטוסינתטית שנפגעו וזקוקים להחלפה אינם מוחלפים. עקב כך, בארבע השעות האחרונות של חיי חיידק, לפני שהנגיף "מפוצץ אותו" יורדת הפעילות הפוטוסינתטית של התא ומבחינת הנגיף משמעות הדבר פחות צאצאים, עקב מחסור באנרגיה. לנגיפים ש"מספקים", ממקורות עצמיים, את החלבונים הדרושים להחלפת חלבוני המערכת הפגומה, יש יתרון אנרגטי ברור על מתחריהם חסרי חלבונים אלה ולכן יהיו להם יותר צאצאים. "אבותיהם" של נגיפים אלה רכשו את הגנים בתהליכי רקומבינציה עם גנום המאכסן. מַעבר גנטי יכול להתרחש בין נגיפים שונים במהלך הדבקה משותפת.

לאחרונה פרסמה קבוצתו של פרופ' עודד בז'ה מהטכניון בכתב-העת Nature על גילויים של כל שמונת המרכיבים של המערכת הפוטוסינתטית PS-1, בנגיפים אחרים המדביקים אותם חיידקים. חשוב לציין, ש-PS-1 יכולה לתפקד לבדה כאשר יש בסביבתה תורמי אלקטרונים אחרים, "חלשים" יותר ממים, כמימן גופרי (H₂S), אלא שבמצב זה לא משתחרר חמצן מהתהליך.

העניין ש"מגלים" הנגיפים בפוטוסינתזה, מעורר עניין.

לקריאה נוספת

המאמר ב-Nature:

Itai Sharon, Ariella Alperovitch, Forest Rohwer, Matthew Haynes, Fabian Glaser, Nof Atamna-Ismaeel, Ron Y. Pinter, Frederic Partensky, Eugene V. Koonin, Yuri I. Wolf, Nathan Nelson8 & Oded Beja: Photosystem I gene cassettes are present in marine virus genomes

על חיידקים והחיים בנוכחות חמצן - דרור בר-ניר, "גליליאו" 103, מרץ 2007;

פורסם במקור ב"גליליאו" גיליון 140, עמ' 13, אפריל 2010.