השעון הביולוגי של החיידקים

מתברר שגם לחיידקי מעיים יש שעון ביולוגי, שהפרתו גורמת לבעיות מטבוליות 

למועד זריחת השמש ושקיעתה - למחזוריות של האור והחושך , יש השפעה מאד חשובה על הביולוגיה של כל היצורים החיים. כל סטייה ממחזוריות טבעית זו גורמת לשינויים ביולוגיים בעלי משמעות, שלרוב מקשים על חיינו. אנשים שהשעון הביולוגי שלהם מוסט לזמן ממושך, רגישים יותר למחלות מסויימות, כסרטן, סוכרת, מחלות לב ואכילת יתר. מהם המנגנונים שעומדים מאחורי תופעה זו? במחקר חדש הוצע שהמתווכים הם החיידקים הסימביוטיים שלנו.

העובדה שגם לחיידקים יש שעון ביולוגי אינה חדשה, אך התופעה היתה מוכרת בחיידקים החיים "בחוץ" ומושפעים ישירות ממחזוריות זריחת השמש ושקיעתה, כחיידקים כחוליים החיים במרחבי האוקיינוסים וגם על היבשה. אך כשמדובר בחיידקי מעיים, החיים בחשיכה מתמדת, המחשבה הראשונית היתה שאין להם שעון ביולוגי, מחשבה שהופרכה במחקר המתואר בהמשך.

במחקר שביצעו ערן אלינב (Elinav) ועמיתיו ממכון וייצמן, בעכברים, וגם במתנדבים אנושיים, הם גילו שגם לחיידקים הסימביוטיים יש שעון ביולוגי, וכשהשעון הביולוגי שלנו משתבש, גם השעון החיידקי משתבש – ולכך יש השלכות. זאת, משום שהחיידקים הסימביוטיים שלנו מעורבים בתהליכים רבים בגוף המאכסן - למשל, בתפקוד מערכות החיסון והעיכול.

החוקרים בדקו כל שש שעות את הרכב החיידקים ופעילות הגנים שלהם בגללים של עכברים בריאים - שגדלו בתנאי הארה והחשכה נורמליים, במחזור של 24 שעות. הם מצאו שכ-40 אחוזים מהחיידקים משותפים לכל העכברים, ואילו 60 אחוז משתנים בין הפרטים. בתקופה הפעילה (עכברים פעילים בחשיכה) היתה פעילות נמרצת של גנים חיידקיים הקשורים בפרוק המזון, בתיקון החומר הגנטי, ובגידול נמרץ. ואילו בשעות ההארה פעילויות אלה (בחיידקים) ירדו משמעותית ונצפתה פעילות של גנים הקשורים ל"תחזוקה" – סילוק רעלים, ובניית שוטונים.

החוקרים משערים שהשעון "מוכתב" לחיידקים בהתאם להרגלי האכילה של העכברים, וכששיבשו לעכברים את זמני האכילה, וספקו להם אוכל רק ביום, השתנה הרכב החיידקים ופעילותם יחסית למצב הנורמלי. לאחר זמן פיתחו עכברים אלה עודף משקל והפרעות מטבוליות דומות לסוכרת.

במקביל נבדקה קבוצה של עכברים שהשעון הביולוגי שלהם משובש כתוצאה ממוטציה. הרגלי האכילה של עכברים אלה שונים מהרגלי האכילה של העכברים הבריאים ומתבטאים בצריכת מזון לא סדירה לאורך כל שעות היממה. הרכב החיידקים והפעילות של הגנים היה שונה משמעותי מקבוצת הביקורת. השוני מעיד על כך שבדרך כלשהי השיבוש של השעון הביולוגי עובר גם לחיידקים. השינוי לרעה בהרכב החיידקים (המכונה dysbiosis), גרם בעכברים לתופעות של עלייה ברמת הגלוקוז בדם (שלב ביניים בדרך לסוכרת) ואכילת יתר. השתלת חיידקי מעיים של עכברים הפגועים בשעון במעיים של עכברים בריאים גרמה לשינוי בהתנהגות החיידקית ומעבר שלהם להתנהגות התקינה. השתלה בעכברים חסרי חיידקים גרמה לשמירה על המצב הלא תקין והתופעות של העליה ברמת הגלוקוז ואכילת היתר הופיעו גם בהם.

מחקר מקביל במספר מצומצם של מתנדבים אנושיים הביא לתוצאות דומות. אנשים שלא ישנים בלילה נוטים לאכול יותר, והשעון הביולוגי שלהם ושל חיידקיהם משתבש.

תרשים של מסקנות המחקר - מהמאמר המקורי

מחקר זה מבסס את הקשר המטבולי ההדוק בין המאכסן לסימביונטים שלו ולפעילותם המשותפת כ"יצור על". אך כנראה שיש גם גורמים נוספים שמעורבים, כמו הורמונים.

תקציר המאמר המקורי

הרשומה המקורית עובדה לכתבה ב"גליליאו" 195, דצמבר 2014.