העברת גנים אופקית בין חיידקים מאפשרת את פירוק האצות שיש בסושי

סושי הוא מאכל יפני נפוץ המורכב מאורז בחומץ בשילוב עם דגים נאים או מעושנים, אצות אדומיות מהסוג Porphyra המכונות נוֹרי (Nori) וירקות. במערב המאכל חדש יחסית, אך ביפן יש אנשים שהסושי הוא תפריט הקבע שלהם והם אוכלים, כבר שנים, בממוצע כ-14 גרם של אצות ליום.

מרכיביהן העיקריים של האצות הן שתי פחמימות מיוחדות (porphyran ו-agarose) שרוב אוכלי הסושי כלל אינם מעכלים, ולכן אכילתן אינה תורמת כלל למאזן האנרגטי (אך יש להן ערך כסיבים תזונתיים).

האצות האדומיות המכונות נורי 
 Alice Wiegand - wikimedia commons

באפריל 2010 התפרסם בכתב העת המדעי היוקרתי Nature מחקר על בידוד זן של חיידק המעיים Bacteroides plebeius מאנשים החיים ביפן וצורכים כמות נכבדת של סושי. זן זה מייצר ומפריש שני אנזימים מיוחדים (porphyranase ו-agarase) המאפשרים לחיידק, וגם לבני-האדם שבהם הוא מתאכסן, לעכל את שתי הפחמימות המיוחדות ולהפיק אנרגיה מעיכול האצה.

חשוב לציין שזנים אחרים של החיידק הזה נמצאים במעיים של אנשים אחרים, ביפן ובמקומות אחרים בעולם, אבל אינם מקודדים גנטית את הגנים לייצור שני האנזימים.

אז מהיכן הגיע לאותו זן של B. plebeius המידע הגנטי האחראי לייצור שני האנזימים? קבוצת המחקר, בראשות הכימאית מרים צ'יז'ק (Czjzek) והביולוג גורוון מישל (Michel), ממכון המחקר הימי ברוסקוף שבצרפת, פענחה את רצף ה-DNA המקודד לאנזימים, וחיפשה רצפים דומים במאגרי המידע של רצפי ה-DNA. הרצף נמצא רק בחיידק הימי Zobellia galactanivorans, הניזון בעיקר מהאצות האדומיות שיש בסושי. החוקרים סבורים שהוא המקור לאנזימים.

כאן חשוב לציין שעבור כל חומר המיוצר בטבע נמצא יצורים בעלי יכולת מטבולית לפרק אותו, ולכן אין להתפלא על כך שיש חיידקים, באזור המחייה המקורי של האצות, המפרקים את הפחמימות המיוחדות שלהן.

כיצד הגיע המידע לייצור האנזימים מהחיידק ה"ימי" אל החיידק ה"אנושי"? כאמור, חיידקים אלו ניזונים מהאצות האדומיות ולכן נמצאים באופן טבעי עליהן. לכן אם האצות האדומיות אינן מטופלות במיוחד כדי לסלק את החיידקים שעליהן (והן לא מטופלות...), אזי החיידקים האלה, שאינם מסוכנים למאכל אדם, נמצאים גם בסושי המוכן והם מגיעים למעיים, שם הם מתעכלים ומתפרקים, ותכולת תאיהם, כולל החומר הגנטי, "נשפכת" לחלל המעי.

חלק מחיידקי המעיים של אותו אדם יכולים לקלוט את החומר הגנטי של החיידקים הימיים, לשלב אותו בגנום שלהם, ואם הוא מקנה להם יתרון סלקטיבי (יש כאן פחמימות מורכבות שאף חיידק אחר לא מנצל), זה גם ישאר. זה מה שכנראה קרה בזן המיוחד של B. Plebeius. העברת גנים כזו נקראת העברה אופקית, מכיוון והמעבר הוא מפרט אחד לאחר ולא מפרט לצאצא שלו. בזן המיוחד של B. Plebeius. קליטה זו (המכונה טרנספורמציה) מתרחשת בתדירות נמוכה, ולכן מוצאים את התופעה רק אצל בני אדם שצרכו בחייהם הרבה סושי (ועמו החיידקים הנלווים לאצותיו).

עם הזמן, יש לשער, נמצא את יכולת עיכול האצות גם בחיידקים אחרים - שכניו של אותו חיידק מעיים. הם יקבלו את המידע הגנטי או ישירות מהתפרקות חיידקים ימיים כמו ה-Zobellia, או מחיידקי המעיים B. plebeius ואחרים שקלטו אותו בעבר מהם. גם צאצאיהם של חיידקי B. plebeius, שכיום מפרקים את האצות במעיים, יעברו במשך הזמן גם לאנשים אחרים - ולא רק לאוכלי הסושי - אם כי אצל האחרונים לא בטוח שהם ישרדו, בשל היעדר יתרון סלקטיבי לייצור אנזימים מפרקי הפחמימות המיוחדות כשאין כלל צורך לפרק אותן.

מקורות
המאמר ב-Nature

מבוסס על: מה לחיידק מעיים ולאצות שבסושי? - כתבה בבלוג זה מ-2010.

מקור התמונה: Paul Downey@Flicker

פורסם באתר האינטרנט ובדף הפייסבוק של "מדע גדול בקטנה"