דפים

21.3.11

אמבה חקלאית פיקחת


אמבות אורזות את מזונן, חיידקי אדמה שונים, במעברן למקום חדש


איור: CHATGPT


חקלאות והמהפכה החקלאית: אלה מושגים שמתקשרים בתודעתנו רק עם התרבות האנושית. האם באמת החקלאות בלעדית רק למין האנושי? ובכן, מתברר שלא. הנמלים הגננות הקדימו אותנו עם גן הפטריות שלהן כבר לפני 50 מיליון שנה (וראו: לקריאה נוספת). כמו הנמלים, גם מינים מסוימים של טרמיטים, חיפושיות אמברוסיה וחרקים אחרים מגדלים פטריות בקִניהם, ואפילו חילזון ימי אחד (Littoraria irrorata) פוצע צמחים ימיים, ובכך מאפשר לפטריה לחדור, ולשגש בפצעים, וממנה הוא ניזון.

רוב בעלי החיים החקלאים הימיים מגדלים אצות, לא פטריות. מדובר במיני חלזונות, ומיני דגים (Damselfish). יונק ימי העוסק בחקלאות אינטנסיבית של צמחי ים הוא אחד ממיני התחשים (Dugong) יונק זה התמחה ברעייה חלקית של הצמחים המהירים והטעימים יותר, ובכך מאפשר את התחדשותם.

מחזור החיים של האמבות,  Dictyostelium discoideum, במיקרוסקופ 
המקור:  M. Grimson, R. Blanton, Texas Tech University 

 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/genome/guide/img/dictyEM.jpg

לאחרונה התברר שגם אמבות מסוימות - יצורים איקריוטיים חד-תאיים - עוסקים בגידול חקלאי, אמנם צנוע ופשוט, של היצורים המשמשים להם מזון: החיידקים. לאמבה Dictyostelium discoideum יש מחזור חיים מעניין. האמבה חיה באדמה וניזונה מחיידקים שונים. כל עוד נמצא מזון בשפע, כל אמבה חיה בנפרד ומתרבה (ברביה אל-מינית). כאשר אוזל המזון, או כשמורעים תנאי המחייה, מפרישות האמבות לסביבתן חומר (cAMP), הגורם להן להתקבץ - אז מופיעים חלבונים סוכריים מיוחדים במעטפת האמבות, המאפשרים להן ליצור בשלבים מבנה רב תאי שבסופו של דבר מקבל צורה אופיינית של "גופיף פרי" בעל גבעול שבקצהו נבגים (ראו איור). גופיף זה, שהוא גדול יחסית, מוסע בקלות על-ידי מים ו/או רוח למקום חדש. שם משתחררים הנבגים, ואם התנאים מאפשרים זאת ינבטו הנבגים לאמבות "רגילות" שחיות ומתרבות כל אחת בנפרד.


קבוצת המחקר של דברה ברוק (Brock) מאוניברסיטת רייס בטקסס, ארצות-הברית, מצאה אצל כשליש מגופיפי הפרי שנבדקו, שמקור כל אחד מהם הוא ב"קהילה" אזורית של אמבות, חיידקי אדמה ממינים רבים ושונים: Burkholderia xenovorans, Stenotrophomonas maltophilia, Enterobacter sakazakii, Pseudomonas fluorescens, Burkholderia phytofirmans ו-Flavobacterium johnsoniae. החוקרים גידלו במעבדה את האמבות בנוכחות חיידקי Escherichia coli ו-Klebsiella aerogenes כמקורות מזון, ואז חיידקים אלה הם שנארזו בתוך גופיפי הפרי.

משמעות הממצא היא שלמרות העקה, האמבות לא חיסלו לגמרי את החיידקים המשמשים להם מזון, אלא "ארזו" חלק מהם בתוך גופי הפרי שיצרו כדי שבמקום החדש, אם אין בו חיידקים אכילים, יוכלו גם החיידקים לגדול ולהתרבות ולשמש להן מזון...

מדובר כאן בחקלאות ראשונית מאוד, כי האמבות אינן עושות דבר מלבד העברת החיידקים.


 איור:  אסף יקיר באמצעות dal-E



לקריאה נוספת

המאמר המקורי ב-Nature:

Debra A. Brock,Tracy E. Douglas,David C. Queller & Joan E. Strassmann, 2011, Primitive agriculture in a social amoeba, Nature 469: 396-393

על הנמלים הגננות:

דרור בר-ניר, "על נמלים חקלאיות, פטרייה מזיקה וספקי התרופה הסמויים" "גליליאו" 117, מאי 2006.

פורסם במקור ב"גליליאו" (151, מרץ 2011);

8.3.11

על מסלולים מטבוליים ומעגל ה-methylaspartate

זוהה עוד מסלול ביוכימי מרכזי בארכאון מים המלח

מסלול מטבולי מרכזי בתאי גופנו הוא "מעגל חומצת הלימון", המוכר גם בשם מעגל קרבס (Krebs cycle); על שם מגלהו, הביוכימאי היהודי-גרמני, הנס קרבּס. מסלול זה מאפשר את הנשימה האווירנית וחומרי הביניים שלו משתלבים, בין השאר, במטבוליזם של שומנים וחומצות אמינו (מרכיבות החלבונים). מסלול זה קיים ביצורים איקריוטיים (בעלי הגרעין) רבים ואף ברבים מהחיידקים.

לפני כ-50 שנה נתגלה בחיידקים המסלול המקביל הראשון למעגל קרבס: מעגל הגליאוקסילט (glyoxylate). בהמשך התברר שהוא קיים גם בצמחים וגם בנמטודות (תולעים נימיות). מסלול זה כולל את האנזימים isocitrate lyase (שבאמצעותו אפשר לזהות את המסלול) ו-malate synthase, והוא מאפשר לסנתז סוכרים ורב סוכרים משומנים, למשל, ומכאן חשיבותו הרבה ביצירת חומרי התשמורת בזרעים.


בשנת 2007 גילו איוון ברג (Berg) ועמיתיו מאוניברסיטת פרייבורג שחיידקים פוטוסינתטים (Rhodobacter sphaeroides) - המייצרים סוכרים מאצטט כמקור פחמן, אינם מכילים את האנזים isocitrate lyase. חיפוש האלטרנטיבה למעגל הגליאוקסילט הוביל למציאת מסלול ה-ethylmalonyl-CoA, שניתן לזיהוי על ידי האנזים Crotonyl-CoA carboxylase/reductase. לאחרונה בדקו ברג ועמיתיו את המטבוליזם של הארכאונים חובבי המלח (הָלוֹפילים) Haloarcula marismortui, השוכנים גם בים המלח. ארכאונים אלה ממירים את אנרגית האור בעזרת רודופסין (אין ארכאונים בעלי כלורופיל) וגם הם יכולים לגדול על אצטט כמקור לפחמן. אך בניגוד לארכאונים אחרים, בהם קיים מעגל הגליאוקסילט, ברג ועמיתיו לא מצאו בארכאונים אלה את מעגל זה או את מעגל ה-ethylmalonyl-CoA החילופי, אלא מצאו בהם מסלול מטבולי אחר, לא מוכר, אותו כינו, על-שם תוצר הביניים העיקרי, מעגל המתילאספרטט (methylaspartate). תוצר ביניים אחר של המעגל, חומצה גלוטמית, משמש לארכאון זה כמאזן אוסמוטי - חשוב מאד לסביבתו הסופר-מלוחה.


תופעה מעניינת המאפיינת את המסלול שזוהה היא שכל הגנים האחראים על המסלול קיימים בחיידקים רבים אחרים וגם במעט ארכאונים - אך בדרך כלל הם מתפקדים במסלולים אחרים. מעבר גנים אופקי (lateral gene transfer) מחיידקים לארכאונים, ו"התקבצותם", היא שאפשרה את התפתחות מעגל המתילאספרטאט.

כנראה שהמגוון המטבולי עשיר יותר משחשבנו וכנראה שנמצא מסלולים מטבוליים מיוחדים נוספים - במיוחד ביצורים (בעיקר חיידקים וארכאונים) החיים בסביבות קיצוניות.

המאמר המקורי
Maria Khomyakova,, Ozlem Bukmez, Lorenz K. Thomas, Tobias J. Erb and Ivan A. Berg, A Methylaspartate Cycle in Haloarchaea, Science 331, pp. 334-337, 21 January 2011.

פורסם ב"גליליאו" גיליון 151, עמ' 13, מרץ 2011.