חיידקים טורפים חיידקים - ומגֵנים מזיהומים

חיידק טורף שהוסף למזונן של תרנגולות הקטין את כמות חיידקי הסלמונלה במעיהן

חיידקי Salmonella typhimurium (באדום) צמודים  לתאי אדם בתרבית.
צילום: Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH

חיידקי סלמונלה (Salmonella) הם חיידקי מעיים המאכלסים את דרכי העיכול של זוחלים ועופות, ויש להם פוטנציאל לגרום למחלות מעיים בבני אדם בשלוש דרכים עיקריות: עקב מגע ידיים בבעלי החיים ו/או בהפרשותיהם (והכנסתם לפה); עקב הימצאותם במאכלי בשר שלא חוממו לטמפרטורה הקוטלת את החיידקים; ובגלל מזון בלתי מבושל שזוהם על ידי כלים ששימשו בטיפול בבשר לפני בישולו.

לפני כשלוש שנים, כתבתי על חיידקי ה-Bdellovibrio bacteriovorus, חיידקים קטנים הטורפים חיידקים גדולים מהם. במדור הועלתה האפשרות שבתום העידן האנטיביוטי נוכל להשתמש בהם כאמצעי כנגד חיידקים גורמי מחלות. כאן אדווח על שימוש ראשון בחיידקים הטורפים בבעלי חיים חמי דם, לאחר שכל הניסויים הקודמים נעשו בצמחים, בדו-חיים ובדגים.

חיידקי Bdellovibrio ביחד עם טרף פוטנציאלי, חיידקי Escherichia coli.
By kind permission George A. O'Toole, Dept. of Microbiology & Immunology,
Dartmouth Medical School, Hanover

קבוצת חוקרים מאוניברסיטת נוטינגהם, בראשות פרופ' ליז סוקט (Sockett), החליטה לבדוק את השפעת זן של חיידקי B. bacteriovorus, שטורף חיידקי סלמונלה במבחנה, על חיידקי סלמונלה במעיים של תרנגולות חיות. בניסוי מקדים, שנועד לבדוק את הבטיחות שבשימוש בחיידקים הטורפים, הוסיפו החוקרים למזונם של 12 אפרוחים את החיידקים הטורפים, והשוו את גידולם והתפתחותם במשך 28 ימים לקבוצת אפרוחים מקבילה שלמזונה הוסף רק הנוזל שבו הורחפו החיידקים (בלי החיידקים). לא היה כל הבדל בהתפתחות ובגדילה של שתי קבוצות האפרוחים, כך שהוכח שהחיידקים בטוחים לשימוש.

הניסוי העיקרי, שנועד לבדוק את היכולת המניעתית/טיפולית של החיידקים הטורפים, כלל שלוש קבוצות של 18 תרנגולות, שלמזונן הוספו - 10 ימים לפני הניסוי - חיידקי סלמונלה מזן המוכר כמחולל מחלה (בבני אדם) בארצות אירופה בשלושת העשורים האחרונים . למזון של קבוצת הניסוי הוספו חיידקי B. bacteriovorus, עם נוגד חומצה (כדי שישרדו את המעבר בקיבה), ואילו למזון של קבוצת הביקורת הראשונה הוספו חיידקים מוטנטיים של B. bacteriovorus, חסרי יכולת הטריפה, באותם תנאים. לקבוצת הביקורת השנייה הוספו רק נוגד החומצה והנוזל שבו הורחפו החיידקים. במהלך שלושה ימים נערכה ספירה של חיידקי סלמונלה ובדקו את השינויים בתכולת חיידקי הסלמונלה במעיים של התרנגולות לאורך זמן. רק בנוכחות החיידקים הטורפים - בקבוצת הניסוי, היתה ירידה משמעותית בכמות חיידקי הסלמונלה, יחסית לשתי קבוצות הביקורת.

הצלחת הניסוי תאפשר להשתמש בחיידקים הטורפים בהפחתת חיידקי הסלמונלה הפתוגניים בבעלי חיים. בהמשך תיבדק האפשרות לטפל בבני אדם באמצעות משחה או תרחיף המכילים חיידקי B. bacteriovorus בפצעים חיצוניים שזוהמו על ידי חיידקים (בעיקר Pseudomonas), ואולי גם בזיהומים מערכתיים הנגרמים על-ידי חיידקים אחרים הרגישים לחיידקים הטורפים.

לקריאה נוספת


המאמר המקורי:

R. J. Atterbury, L. Hobley, R. Till, C. Lambert, M. J. Capeness, T. R. Lerner, A. K. Fenton, P. Barrow, R. E. Sockett. Studying the effects of orally administered Bdellovibrio on the wellbeing and Salmonella colonization of young chicks. Applied and Environmental Microbiology, 2011;

דרור בר-ניר, "חיידקים טורפי חיידקים", "גליליאו" 114, (2008);

פורסם במקור ב"גליליאו" גיליון 157, עמוד 13, ספטמבר 2011.

חיידק מהונדס לטיפול במחלה נגיפית?

סלמונלה הוא חיידק המוכר כמחולל מחלות מעיים. לחיידק הוכנס אנזים הפוגע בנגיף ציטומגלווירוס

ציטומגלווירוס (Cytomegalovirus ובקיצור CMV), הוא נגיף DNA המשתייך למשפחת נגיפי ההֶרפֶּס. CMV עלול לגרום למחלות קלות באנשים שהם בדרך-כלל בריאים, למשל למחלה דומה למחלת הנשיקה (Infectious mononucleosis - הנגרמת על ידי נגיף Epstein Barr הנמנה עם אותה משפחה) המתבטאת בעייפות ממושכת, חום לא גבוה, כאב גרון, שרירים דואבים והתנפחות של קשריות הלימפה. במרבית המודבקים אין כלל סימני מחלה, אך כמו נגיפי הרפס אחרים, הוא אינו מסולק מהגוף אלא נשאר במצב רדום ומחכה להזדמנות... למשל בעת שינוי של ממש במצב החיסוני של הפונדקאי. שינוי כזה יכול להתרחש למשל לאחר השתלת איברים (והטיפול לדיכוי המערכת החיסונית הכרוך בכך) או לאחר הדבקה בנגיף HIV (הגורם לאיידס). בפגועי מערכת חיסון וביילודים שעלולים לקבל את הנגיף מהאֵם - אִם נדבקה במהלך ההריון, CMV עלול לגרום לפגיעות קשות ואף למוות. ביילודים ששרדו את המחלה עלולים להתפתח פיגור שכלי או חרשות שיתבטאו מספר שנים (לרוב שנתיים או שלוש) לאחר ההדבקה.

צוות חוקרים, בראשות הווירולוג פיונג ליו (Liu) והבקטריולוג סנגווי לו (Lu), מביה"ס לבריאות הציבור של אוניברסיטת קליפורניה בברקלי, הצליח לפתח תכשיר תרופתי יעיל כנגד הנגיף, תכשיר הניתן דרך הפה, ולא בהזרקה. התכשיר מבוסס על אנזים RNA מיוחד (ריבוזים) המגיע לתאים המודבקים באמצעות נשא לא שגרתי - חיידק Salmonella מהונדס. התכשיר נוסה בינתיים בהצלחה בעכברים.

חיידקי Salmonella typhimurium
צילום: Volker Brinkmann, Max Planck Institute for Infection Biology, Berlin, Germany, Plos Biology

הריבוזים, RNase P, המוכר היטב מחיידק המעיים Escherichia coli, הוא אנזים טבעי במקורו, ומורכב משילוב של חלבון ו-RNA (ה-RNA מהווה את החלק הקטליטי - הפעיל). ל- RNase P תפקיד חשוב בעיבוד הסופי של מולקולות ה-transfer RNA ממולקולות המוצא שלהן, שהן מולקולות RNA ארוכות יותר. הריבוזים מזהה את מולקולות המטרה שלו בהתאם לרצף שלהן, שהרצף המשלים לאתר המטרה מהווה חלק מהריבוזים (והוא מכונה EGS - external guide sequence), ואז חותך אותן במקום המתאים - וכך נוצרות מולקולות ה-tRNA הבשֵלות. ליוּ שינה ריבוזים כזה כבר לפני כעשר שנים, כאשר החליף את תוכן ה-EGS, ב-13 נוקלאוטידים של רצף משלים לגנים של הנגיף CMV, והראה במבחנה כיצד הריבוזים מפחית את ביטוי הגנים הנגיפיים בתאים בתרבית, ובשל כך מעכב משמעותית את שכפול הנגיף.

כדי שהאנזים המהונדס יוכל לפעול כנגד הנגיף יש צורך להביאו לתוך התאים המודבקים. כאן נכנס הבקטריולוג לוּ לתמונה עם זן מוחלש של החיידק Salmonella typhi, המשמש לחיסון כנגד מחלת טיפוס הבטן (וראו לקריאה נוספת). לחיידקי S. typhy יתרון חשוב על פני זני סלמונלה אחרים בכך שהם עמידים לחומציות של הקיבה, ולכן אפשר לבלוע אותם מבלי שיומתו. הוא גם מסוגל לחדור לתוך תאים מסוימים. ליתר ביטחון פגעו בחיידקים ביכולת החלוקה שלהם בתוך התאים (עדיין אפשר לגדל אותם בתנאי מעבדה). לוּ החדיר לחיידקים פלסמיד עם הגנים המקודדים יצירת ריבוזים, והראה שהם חודרים לתאי אדם בתרבית, המודבקים ב-CMV, ומונעים את שכפול הנגיף.

כעת התעורר הצורך לבדוק את פעילות החיידקים המהונדסים על בעלי חיים, כשלב מקדים לבדיקת פעילותם בבני אדם. מאחר שחקרו בעכברים, השתמשו החוקרים בפלסמיד ובו RNase P שבו רצף משלים ל-RNA של הנגיף העכברי Murine CMV (ובקיצור MCMV).

שלוש קבוצות של עכברים הודבקו ב-MCMV. קבוצה אחת הואכלה בחיידקים המכילים פלסמיד עם הריבוזים התקין ואילו הקבוצה השנייה, קבוצת הביקורת הראשונה, הואכלה בחיידקים המכילים פלסמיד עם ריבוזים פגום. הקבוצה השלישית לא טופלה בחיידקים כלל. כל עכברי הקבוצה המטופלת נשארו בחיים לאחר 50 יום מההדבקה בנגיף, לעומת העכברים בשתי קבוצות הביקורת שלא שרדו מעבר ל-25 ימים. נוסף על כך כמות נגיפי MCMV שנמצאה בעכברים המטופלים היתה נמוכה פי כ-600-400 יחסית לנגיפים בעכברי קבוצות הביקורת.

השלב הבא יהיה לבדוק אם החיידקים המהונדסים אכן מסוגלים "לטפל" ב-CMV בבני אדם. החוקרים מדגישים שהשימוש בחיידקים, שאותם מגדלים במצעי גידול שגרתיים, הרבה יותר חסכוני ובטוח יחסית לגידולם של נגיפים שאותם אפשר לגדל רק בתרביות של תאים (שמזדהמות לפעמים על-ידי נגיפים אחרים - ראו לקריאה נוספת). הכוונה להשתמש בחיידקים כאלה לא רק לטיפול במחלות נגיפיות, אלא גם לטיפול במחלות סרטניות (כפי שדיווחנו במדור זה בעבר) ובמחלות נוספות.

לקריאה נוספת
המאמרים המקוריים:

Yong Bai, Hao Gong, Hongjian Li, Gia-Phong Vu, Sangwei Lu , and Fenyong Liu (2011), Oral delivery of RNase P ribozymes by Salmonella inhibits viral infection in mice, PNAS 2011 108 (8): 3222-3227;

Trang P, Kilani A, Lee J, Hsu A, Liou K, Kim J, Nassi A, Kim K, Liu F. (2002), RNase P ribozymes for the studies and treatment of human cytomegalovirus infections. J Clin Virol. Suppl 2:S63-74.

דרור בר-ניר, "על מחלת טיפוס הבטן ונשאים תמידיים שאינם חולים", "גליליאו" 136 (2009);

דרור בר-ניר, "חיידקים נגד סרטן", "גליליאו" 146 (2010);

דרור בר-ניר, בוטל האיסור לשימוש בתרכיב Rotarix נגד נגיף ה-Rota בגלל הזיהום בנגיף אחר. בבלוג  (2010)

פורסם במקור ב"גליליאו" גיליון 152, עמ' 21-20, אפריל 2011.

האם יש חיידקים בחלל?

מדע האסטרוביולוגיה מחפש חוצנים זעירים, שחיים, או או שחיו בעבר, על פני גרמי שמיים שבהם יש תנאים לקיום כזה

כדור הארץ הוא גרם השמיים היחיד המאוכלס ביצורים חיים המוכר לנו. משאבים מועטים יחסית מושקעים בחיפוש אחר חיים בגרמי שמיים אחרים (פלנטות, ירחים) במערכת השמש שלנו. האם יימצאו שם חיים? ומה קורה מחוץ למערכת השמש? האסטרונומים גילו מעט גרמי שמיים שבהם יש תנאים שיכולים לאפשר קיום חיים, אך מקווים שבהמשך ימצאו יותר. האם אמנם יש בהם חיים? ואם ישנם, האם הם מבוססים על אותה ביולוגיה שאנו מכירים? זאת ועוד, יש החושבים על האפשרות של יישוב בני האדם בחלל: על הירח, בתחנות חלל ואולי גם על פלנטות אחרות. האם חיידקים המוכרים לנו יוכלו לסייע לנו בכך? מדע האסטרוביולוגיה מנסה למצוא את התשובות לשאלות הללו.

אסטרוביולוגיה

שילוב הידע בין האסטרונומיה, העוסקת בחקר החלל, ובין הידע המיקרוביולוגי של הסביבה, בעיקר בסביבות קיצוניות על פני כדור הארץ, יכול לאפשר לחזות היכן לחפש יצורים חיים בחלל - לפחות כאלה שדומים בתכונותיהם הביולוגיות-כימיות ליצורים החיים בכדור הארץ, ובייחוד לקיצונאים (extemophiles) שבהם.

כדי להגדיר את תנאי הקיום האפשריים לחיידקים בחלל, מחפשים האסטרוביולוגים את תנאי הקיצון של החיים על פני כדור הארץ ומנסים למצוא אזורים כאלה (או שהיו בעבר כאלה) בפלנטות השכנות לנו ובירחיהן. תנאי קיצון אלה הם למשל טמפרטורות גבוהות (עד 115°C) או נמוכות (-20°C), חומציות גבוהה מאוד (pH~0), בסיסיות גבוהה (pH~11-12), וללא חמצן (החיים הראשוניים על פני הארץ התפתחו ללא חמצן - החמצן באטמוספרה הוא תוצאה של פעילות פוטוסינתטית). נוסף על כך, החיים המוכרים לנו דורשים מים נוזלים, מקורות פחמן (ויסודות אחרים) ומקור אנרגיה - לרוב אור בתחום הנראה, אך לא יותר מדי קרינת UV. 

איפה החלו החיים? כאן או במקום אחר?

כדור הארץ נוצר לפני כ-4.6 מיליארד שנה. עדויות גאולוגיות לחיים קדומים כמו מאובני סטרוֹמָטוֹליטים מספרות לנו על חיידקים פוטוסינתטיים שחיו כאן לפני 3.9 מיליארד שנים. אחת התיאוריות, המקובלת יותר, מציעה שהחיים התפתחו (בתהליך שמקובל לכנותו אבולוציה כימית, או כימיה פרֶה-ביוטית) על פני כדור הארץ (ולא רק פעם אחת...). התיאוריה החלופית, המכונה פַּנספֶּרמיה (מיוונית - "זרע אוניברסלי"), מציעה שהחיים הראשונים הגיעו לכאן באמצעות מטאוריט או כוכב שביט שהתנגשו בכדור הארץ - ושבעצם כולנו צאצאים של חוצנים (וראו: נח ברוש, "חיים מן החלל?" "גליליאו" 68). 

סטרומטוליטים בשארק ביי, אוסטרליה. צילום: Cambridge Carbonates 

חיים בפלנטות אחרות

אם נמצא חיידקים בעלי מאפיינים דומים לחיים על פני כדור הארץ בפלנטות אחרות של מערכת השמש (או בירחים הסובבים אותן), אזי ינתן חיזוק של ממש לתיאוריית הפנספרמיה. המועמדים הטבעיים לכך הם מאדים, נוגה, וכמה מהירחים של צדק ושבתאי. 

שתי אפשרויות עומדות בפני האסטרוביולוגים בנסותם לאתר חיידקים בפלנטות הסמוכות. הראשונה, לנסות ולאתר תנאים מתאים לגידול חיידקים על אותן פלנטות; והשנייה, חיפוש שרידי חיים על מטאוריטים שמקורם בפלנטות אלה. 

גרם השמיים הקרוב ביותר אלינו הוא הירח, וכפי שידוע לנו היום אין ולא היו בו חיים, אם כי בעתיד מקווים למצוא עליו מטאוריטים עם שרידי חיים שיתכן שהגיעו אליו מאזורים אחרים של מערכת השמש.

התנאים השוררים כיום על כוכב הלכת נוגה הם טמפרטורה שמגיעה לכ-450°C, אטמוספרה שמכילה כ-96% פחמן דו-חמצני, ועננים המכילים חומצה גופרתית, ועד לא מזמן נחשבו ככאלה שאינם מאפשרים חיים. ייתכן שהיו שם חיים בעבר, כשהטמפרטורות היו נמוכות יותר והאטמוספרה הייתה שונה. 

בשנת 2004, ד"ר דירק שולץ-מאקוץ' (Schulze-Makuch) ועמיתיו מאוניברסיטת טקסס העלו תהייה לגבי הרכב האטמוספרה של נוגה. לטענתם, פחמן דו חמצני (CO₂) אמור להגיב עם הקרינה החזקה המגיעה מהשמש בתהליך המכונה פוטודיסוציאציה ולהפוך לפחמן חד חמצני (CO). נוסף על כך שלוש החלליות שחקרו את האטמוספרה של נוגה גילו בה שתי תרכובות, מימן גופרי (H₂S) וגופרית דו-חמצנית (SO₂) שאמורות "להשמיד" זו את זו, ותרכובת נוספת, קרבוניל-סולפיד (COS), שמקובל להשתמש בה (על כדור הארץ) כסמן (אינדיקטור) לתהליכים ביולוגיים. שולץ-מאקוץ' טוען שמולקולות אלה מעידות על קיום של חיידקים בטיפות המים שבעננים של הכוכב. לטענתו חיידקים אלה, שחיים בעננים בגובה של 50 ק"מ, שם הטמפרטורה יורדת ל-30-80°C (טמפרטורה סבירה לנוכחות חיים), פולטים כל הזמן לאטמוספרה את תרכובות הגופרית, ומשתמשים באנרגיית השמש כדי להגיב בין הפחמן החד חמצני, הגופרית הדו-חמצנית, ומימן מולקולרי, ליצירת הקרבוניל סולפיד. שלושת החומרים אמנם יכולים להיווצר גם בפעילות וולקנית, אך לדעת החוקרים אין זה סביר, משום שהפעילות הוולקנית של נוגה פחותה כיום בהרבה מזו של כדור הארץ. 

ומה במאדים? היום כבר אין ספק בכך שבעבר זרמו מים על מאדים. נמצאו עדויות לקיומו של ים מלוח קדום ובכיפות של מאדים אף נמצאו מים קפואים. האם זה איפשר חיים? אולי. במאדים נמצא, בשלושה אתרים שונים, הגז מתאן (CH₄), שבמקורו יכול להיות ביולוגי או געשי. בינתיים אין עדויות לפעילות געשית עכשווית על מאדים. אם אכן חיידקים מייצרים את המתאן הם אמורים להיות מתחת לקרקע, באזור חם יחסית המאפשר את קיום המים במצב נוזלי (החיידקים המוכרים לנו המייצרים מתאן חיים בסביבות ללא חמצן). ייתכן שנקבל תשובות לתהיותנו (או לכמה מהן) לאחר שחלליות נוספות יחקרו את מאדים. 

כאן המקום להזכיר את המטאוריט המכונה ALH84001 שמקורו במאדים. המטאוריט נחת באנטארקטיקה לפני 11,000 שנה ושם גם נאסף בשנת 1984. ב-1996 נמצאו בו שרידים אופייניים של המינרל מגנטיט המזכירים כאלה המיוצרים כיום על-ידי חיידקים מגנטוטקטיים. כיום לא נשללת גם האפשרות שמקור שרידים אלה הוא בפעילות כימית-גאולוגית על מאדים. 

אירופה, הקטן מארבעת ירחי גליליאו של צדק, הוא מקום שבהחלט יש להביא בחשבון אפשרות של קיום חיים בו. יש בו אוקיינוס של מים קרים (-7°C עד -57°C) מלוחים, המכוסה קרח בעובי של 10 ק"מ. ייתכן שבמעמקי אוקיינוס זה יש פעילות גאולוגית המאפשרת היווצרות של ארובות הידרותרמיות, כמו ברכסים המרכז אוקייניים בכדור הארץ. ייתכן שעל גנימד, הירח הגדול ביותר של צדק (ומערכת השמש) שוררים תנאים נוחים לחיים. שם גם ייתכן שיש חמצן. גם בטיטאן, הירח הגדול של שבתאי (השני בגודלו במערכת השמש), שמכיל אטמוספרה חנקנית עם מתאן ומולקולות אורגניות, היה כנראה אוקיינוס קדום שהכיל מים ואמוניה. האם תנאים אלה יכלו לאפשר חיים? 

רשות החלל האמריקנית החליטה בשנת 2000 שדגימות ממאדים, מאירופה ומגנימד יבודדו וייבדקו היטב בתנאי בטיחות מרבית, כדי שאם במקרה יש בהם חיים הם לא יזהמו את כדור הארץ. כך רוצים למנוע זיהום אפשרי כזה, המכונה "תסמונת אנדרומדה" - על פי ספרו של מייקל קרייטון "זרע אנדרומדה" (התרגום האחרון לעברית פורסם בהוצאת ספריית מעריב, 1994). החלטה זו היא בעצם יישום של אמנה בין-לאומית מ-1967, שקראה למניעת זיהומים דו-כיוונית. 

ואכן, הזיהום יכול גם להיות בכיוון הפוך - שיטות המחקר שלנו כוללות לעתים הנחתה או ריסוק של חלליות שמקורן בפלנטה שלנו. אם לא טוהרו מיצורים חיים עוד לפני יציאתן לחלל, הן יכולות לזהם את כוכב המטרה בחיידקים "ארציים"...

חיידקים ארציים בחלל

בשנת 1967 נחתה החללית הבלתי מאויישת "סרוויור (Surveyor) 3" על הירח. שלוש שנים מאוחר יותר נחת רכב הנחיתה של החללית אפולו 12 (החללית המאוישת השנייה) ליד סרוויור 3, ומצלמותיה נאספו והוחזרו לכדור הארץ. אז התברר שבתוך המצלמות היו חבויים חיידקי Streptococus mitis ש"זיהמו" את המצלמות לפני היציאה מהארץ ושרדו את כל המסע (לשם ובחזרה) ואת השהות הממושכת על הירח, בתנאי ריק, ללא מזון וללא הגנה מפני קרינה. חשוב לציין שיש אי ודאות מסוימת לגבי נכונות ההנחה בדבר שהיית החיידקים בחלל ויש הסוברים שהמצלמה "הודבקה" בחיידקים בחללית המחזירה או במעבדות על כדור הארץ. חיידקי S. mitis שייכים לפלורה הטבעית שבפינו, כך שבהחלט ייתכן שאסטרונאוט או עובד מעבדה אחר "זיהם" את המצלמה. 

ניסוי מתוכנן ומבוקר היטב בוצע ב-2006. אז יצאה מעבורת החלל אטלנטיס לחלל כשעל סיפונה, ארוזים היטב, חיידקי Salmonella typhimurium (הגורמים למחלה דמוית טיפוס הבטן בעכברים - וראו מדור זה, "גליליאו" 136), שאיפשרו להם לגדול ולהתרבות במשך 24 שעות בזמן הטיסה בחלל. קבוצה דומה של חיידקים שימשה ביקורת לחיידקי החלל, והושארה מאחור במרכז החלל ע"ש קנדי, בתוך מתקן שמדמה בזמן אמת את הטמפרטורה והלחות במעבורת. גם לחיידקים אלה איפשרו להתרבות באותן 24 שעות. לאחר המסע בחלל הוחזרו החיידקים מהמעבורת ומהמתקן למעבדה של מתכננת הניסוי, שריל ניקרסון (Nickerson) באוניברסיטת אריזונה. שם הוזנו עכברים במזון המכיל כמות מדודה של חיידקי הסלמונלה משתי הקבוצות ומידת שרידותם של העכברים נבדקה לאחר 25 יום: בקבוצת העכברים שהודבקו בחיידקים שחזרו מהחלל היתה התמותה 90%, בעוד שבקבוצת הביקורת, שהוזנו בחיידקים שלא יצאו לחלל, היתה התמותה 60% בלבד. 

באנליזה באמצעות שבבי DNA נמצא שיחסית לקבוצת הביקורת באוכלוסיית החיידקים שחזרו מהחלל חלו שינויי ביטוי ב-167 גנים וב-73 חלבונים. שינויי ביטוי אלו נבעו כולם מהפעלתו בחלל, עקב התנאים הפיזיקליים של הטיסה בחלל, של חלבון בקרה המכונה Hfq, והאחראי על שינויי הביטוי של כל אותם גנים. הפעלת גן בקרה יחיד זה גרמה לעלייה הניכרת באלימותם של החיידקים. 

חיידקים יסייעו לאכלוס החלל בבני אנוש

לנו מובן מאליו שבאטמוספרה שמקיפה אותנו יש חמצן, אחרת לא היינו חיים. ברשומה קודמת נוכחנו שחיידקים כחוליים וצאצאיהם שבצמחים הם היצרנים של החמצן החופשי על-ידי ביקוע מולקולות מים בתהליך הפוטוסינתזה. 

בתכנון עתידי של מושבות בחלל, בירח, במאדים או בכל מקום אחר, יש לדאוג למקור חמצן מתחדש, יעיל, יציב וזול שיאפשר את נשימת האנשים.

בשנת 2008 נערך ביפן בהצלחה ניסוי המדמה את התאמתם של חיידקים כחוליים מהסוג Nostoc לקיום ולפעילות פוטוסינתטית בתנאי הלחץ האטמוספרי הנמוך הקיים במאדים ובאדמה המחקה את אדמתו (Martian Regolith Simulant - MRS). ניסויים דומים נערכו במדינות שונות בעולם המעורבות בתוכניות החלל, גם באדמת הירח. תוצאות ניסויים אלו יובאו בחשבון בתכנון ובהפעלת מושבות החלל העתידיות.

חיידקים כחוליים מהסוג Nostoc משמשים בניסויים המדמים תנאים על גבי מאדים.
צילום: Lamiot, wikipedia commons

חיידקים ומיקרואורגניזמים אחרים יוכלו לייצר בעבור מושבות החלל דלקים מסוגים שונים (מימן, מתאן) מחומרי הפסולת המיוצרים במושבה, ואף לייצר ישירות חשמל. קיומנו - גם בחלל, כמו גם על כדור הארץ - יהיה תלוי בפעילות החיידקים.

סיכום

חיידקים יכולים לשרוד מסע לחלל, הן בחלליות וכנראה גם בתוך מטאוריטים. האם החיידקים הראשונים הגיעו לכדור הארץ מהחלל? או שהתפתחו כאן? יש הטוענים שהם עדיין מגיעים גם היום.

וברבות הימים, כשנקים מושבות על גרמי שמיים אחרים, ניעזר בהם ליצירת סביבה אוהדת ליצורי אנוש.

תודה לפרופ' יואב יאיר על הערותיו והארותיו לכתבה.

לקריאה נוספת

ד"ר נח ברוש, "חיים מן החלל?" "גליליאו" 68, 2004.

אבי בליזובסקי, "חשש מחיידקים חייזרים", "גליליאו" 42, 2000.

פרופ' יואב יאיר, "האם יש חיים בעננים של נוגה".

על חיידקים והחיים בנוכחות חמצן, "גליליאו "103, 2007

על מחלת טיפוס הבטן - ונשאים תמידיים שאינם חולים, "גליליאו "136, 2009

פורסם במקור ב"גליליאו" 139 ("חיידקים בחלל?"),  מרץ 2010.

על מחלת טיפוס הבטן - ונשאים תמידיים שאינם חולים

ארוחה שלווה במסעדה וטיול בארצות העולם השלישי עשויים להגמר לא טוב: טיפוס הבטן אינה מחלה נעימה כלל ועיקר

בין אוגוסט לאוקטובר 2009 דווח בעיתונות על לפחות 11 ישראלים שביקרו בצפון נֶפָּאל שחלו במחלת קְדַם (או בת) טיפוס הבטן (paratyphoid). כנראה שכולם סעדו במסעדה מקומית בעיר פּוֹקָרה (בבית חב"ד החדש, או במזנון אחר) והועלה החשד שאחד הטבחים המקומיים שם הוא המקור לחיידק גורם המחלה. בכתבה זו נכיר את המחלה, את החיידקים הגורמים לה וגם נכיר את אפשרות הנשאות של חיידקי המחלה, וגם נשאית מפורסמת של אחד מגורמי המחלה שזכתה לכינוי ה(לא) מכובד - Typhoid Mary.

מחלות טיפוס הבטן וקדם טיפוס הבטן

טיפוס הבטן (Typhoid), וקדם טיפוס הבטן (Paratyphoid) הן שתי מחלות דומות, של אדם בלבד, הנבדלות הן בחומרתן (הראשונה חמורה יותר) והן במין ה-Salmonella הגורם למחלה: S. typhi או S. paratyphi (לאחרון מוכרים שלושה זנים שונים המכונים A, B, ו-C). מקור שני מינים אלימים יחסית אלה של Salmonella הוא בצואה ובשתן של בני אדם בריאים, הנושאים במערכת העיכול שלהם את החיידקים (וכמובן גם בחולים), משם מגיעים החיידקים גם לביוב. מין קרוב, S. typhimurium, גורם למחלה דמוית טיפוס הבטן רק בעכברים (בבני אדם הוא גורם למחלת מעיים שגרתית יותר, שאינה טיפוס הבטן - כמו הרבה מיני סלמונלה אחרים) ומשתמשים בו ובעכברים כמודל לחקר המחלה.

חיידקי .S. typhimurium במיקרוסקופ אלקטרונים סורק
 מקור: Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH Source

שימו לב - אין מדובר כאן במחלת ה"טיפוס" (typhus), שלה גורמים חיידקי Rickettsia.

הגורמים למחלה מגיעים לאדם דרך מזון או מים מזוהמים. המזון יכול להזדהם בשל מגע עם מי ביוב (למשל צדפות או בעלי חיים ימיים אחרים שמגדלים אותם במי ביוב מטוהרים חלקית), או כשעובד מטבח, נשא המחלה, יצא מהשירותים ולא שטף היטב את ידיו במים ובסבון...

לאחר תקופת המתנה של כ-10 ימים (לקדם טיפוס הבטן לפעמים מדובר ביום אחד), סימני המחלה מתגלים במערכת העיכול - בעיקר שלשול מקוטע. לאחר חדירת החיידקים ממערכת הלימפה של המעיים (גושישי פֵּיֵר) לדם שממנו הם עוברים לטחול, לכבד, למח העצמות ולכיס המרה, עולה טמפרטורת הגוף ל-39-41°C. בהמשך מתווספים כאבי ראש, בחילות, שיעולים יבשים ועצירות, ופריחה אופיינית בעיקר על החזה והבטן. בשבוע השני של המחלה החולה קודח ונחלש מאוד. השבוע השלישי מתאפיין בשלשולים מימיים, בירידת משקל ובהתנפחות הטחול. בשלב זה החולה עלול למות מאלח דם, משטפי דם פנימיים ומחירור המעי: אך בשבוע הרביעי החולה (אם שרד...) מתחיל להתאושש ולהחלים. ההחלמה ממושכת.

כיס המרה ממשיך לאכסן את החיידקים ולאפשר את התרבותם במקצת מהחולים גם לאחר ההחלמה, ומכאן אספקת החיידקים המתמדת לצואת המחלים, שהופך לנשא.

המחלה כמעט אינה קיימת במדינות המפותחות (צפון אמריקה, אירופה המערבית ואף ישראל). כשמתגלים מקרים של המחלה, מקורם בדרך כלל בתיירים שחזרו ממדינות העולם השלישי (דרום ומרכז אמריקה, אסיה, אפריקה), שם נדבקו.

יש כיום למעלה מ-20 מיליון חולים ברחבי העולם, כאחוז מהם (כ-200,000) מתים מהמחלה. רובם ילדים עד גיל שנה או קשישים. טיפול אנטיביוטי מקטין פי עשרה לערך את התמותה.

מרי מאלון - Typhoid Mary

מרי מאלון

בשנת 1906, כשברחבי ארצות הברית היו כ-25,000 מקרים של טיפוס הבטן בשנה, היתה "התפרצות" מוזרה בעיירה אויסטר ביי (Oyster Bay), בלונג איילנד שבמדינת ניו-יורק. שישה בני משפחה אחת, שמתוכם מתה נערה אחת, חלו בהתפרצות שאי אפשר היה לייחס למזון או מים מזוהמים כפי שהיה ידוע כבר אז. מהנדס הסניטציה של העיר ניו-יורק, ג'ורג סופּר (Soper), התמנה לחקור את האירוע.

סופר, שידע על האפשרות שנשאים בריאים מעבירים גורמי מחלות, התמקד בטבחית הצעירה של אותה משפחה, מרי מאלון (Mallon), שנשכרה לעבוד כמה ימים לפני ההתפרצות ונעלמה כשלושה שבועות לאחר שהמחלה הופיעה. בחקירה התברר לסופר, שבשש השנים שקדמו להתפרצות הנוכחית עבדה מאלון כמבשלת בכמה משקי בית; ובאותו זמן התרחשו באותם משקי בית 28 מקרים של טיפוס הבטן.

קריקטורה של מרי מאלון בעיתון משנת 1909

סופר איתר ב-1907 את המבשלת שנעלמה, כשהיא מועסקת בבית משפחה שבה התפרצה באותו זמן מחלת טיפוס הבטן. סופר הסביר לה את השערתו שהיא כנראה המקור למחלה וביקש ממנה להיבדק כדי לוודא את נוכחות החיידקים. כשסירבה מאלון להיבדק בטענה שאף פעם לא חלתה בטיפוס הבטן, העביר אותה סופר בעזרת הרשויות לבית חולים, ושם אכן נמצא שהיא נשאית.

מאלון הוכרזה כסכנה לבריאות הציבור והושארה בהסגר במוסד סגור. רק לאחר שלוש שנים שוחררה אחרי שהבטיחה לא לעסוק שוב בבישול. אך המציאות דרשה אחרת, ומאלון, כנראה מהיעדר יכולת אחרת להתפרנס בכבוד, הועסקה שוב כטבחית, והפעם תחת השם בדוי מרי בראון, בבית החולים לנשים סְלון(Sloane) שבמנהטן. שם היא הדביקה בטיפוס הבטן 23 אנשי צוות - רובם רופאים ואחיות - שניים מהם מתו.

הפעם כבר לא שחררו את מאלון והיא הוחזרה באזיקים למוסד הסגור, שם הוחזקה רוב הזמן בבידוד, 23 שנים עד מותה.

ג'ורג סופּר - 1948-1870

מרי מאלון, הידועה מאז כ-Typhoid Mary, היתה הנשאית הראשונה הידועה של טיפוס הבטן. היא היתה אחראית ישירה למחלתם של 47 איש לפחות, שלושה מתוכם מתו מהמחלה.

באותה תקופה התפרסם בניו-יורק נשא נוסף, טוני לבלה (Labella), שגרם באירוע חד פעמי ל-122 מקרי מחלה ומתוכם לחמישה מקרי מוות. גם הוא לא שיתף פעולה בהתחלה, אך לאחר שבועיים של מעצר התרצה והפסיק לעבוד כטבח. נשא נוסף, אלפונס קוטילס (Cotils) שהיה בעל מסעדה וקונדיטוריה, נאלץ לנהל את עסקיו דרך הטלפון לאחר שהרשויות אסרו עליו להתקרב למזון. היו כנראה עוד נשאים רבים שלא אותרו. יש המעריכים את כמות הנשאים כ-5-3% מהמחלימים.

חיסון מונע את מחלת טיפוס הבטן

קיימים שני סוגי חיסונים לטיפוס הבטן, המומלצים למטיילים לאזורים המועדים: הראשון - אנטיגן פוליסכרידי מהמעטפת של S. typhi (שמות מסחריים: Typhim, Typherix) הניתן בהזרקה החל מגיל שנתיים ויש לחדשו כל שנתיים. השני - חיידק חי מוחלש (Vivotif) הניתן בארבע מנות (קפסולות) דרך הפה, בהפרש של יומיים כל אחת. החיסון טוב לחמש שנים.

חיסונים דומים לשלושת זני החיידקים הגורמים לקדם טיפוס הבטן נמצאים בפיתוח.

חיידקי טיפוס הבטן בלוחמה וטרור ביולוגיים

כמו לגבי כל חיידק או גורם מחלה קטלני, היו גורמים, רשמיים יותר או פחות, שניסו להשתמש בחיידקים הגורמים לטיפוס הבטן בלוחמה ביולוגית. ב-1939, במלחמת העולם השנייה, זיהמה יחידה 731, היחידה המיוחדת ללוחמה ביולוגית של הצבא היפני, את מי הנהרות שבגבול מנצ'וריה ורוסיה בחיידקי S. typhi. לזיהום זה לא היתה כל השפעה על המלחמה שבה ניצחו הרוסים.

ב-1972 נעצרו חברי הקבוצה הקיצונית היפנית-אמריקאית "מסדר השמש העולה" (The Order of the Rising Sun) כשברשותם חיידקי טיפוס הבטן, שבאמצעותם רצו חברי הקבוצה לזהם מקורות מים במרכז ארצות הברית. שתי הערים העיקריות שהיו על הכוונת היו שיקגו וסנט-לואיס.

ב-1984 זיהמו חברי הכת הדתית Rajneeshee בחיידקי S. typhimurium את הסלטים בכמה מסעדות מקומיות במחוז אנטלופ (Antelope) שבאורגון. עקב כך חלו 751 איש, והמקרה היה להתקפת הטרור הביולוגית הראשונה בארצות הברית. מטרת אנשי הכת היתה לשבש את בחירות המקומיות.

סיכום

טיפוס הבטן וקדם טיפוס הבטן הן מחלות נדירות מבחינתנו, בישראל, אך מהוות בעיה בארצות העולם השלישי. אפשר ואף רצוי להתחסן בפני טיפוס הבטן לפני נסיעה לאזורים שבסיכון. ייתכן שניתקל במחלה במקרים של טרור ביולוגי.

הפעם הדגשתי את חשיבות הנשאים הבריאים כמקור להפצת המחלה. תופעה זו נכונה גם לגבי מחלות רבות נוספות, למשל דלקת גרון סטרפטוקוקית - אנגינה ושנית, דלקת חיידקית של קרומי המוח ושעלת.

והעיקר שנהיה בריאים.

פורסם במקור ב"גליליאו" גיליון 136, עמ' 59-58, דצמבר 2009.

חיידקים - נשק ביולוגי - Bioweapon

שימוש בחיידקים ובמחלות שהם גורמים כנשק ביולוגי מוכר בהיסטוריה הצבאית, בעיקר בחיידקי הדבר והגחלת, אך גם חיידקים אחרים "גויסו" למאמץ המלחמתי.

דבר (plague)

מחלת הדבר, שהיום אנו יודעים שגורם לה החיידק Yersinia pestis, הייתה מוכרת כמחלה מידבקת מאוד. השימוש המודע הראשון בגופות של חיילים שמתו מדבר כנשק ביולוגי היה כנראה ב-1155, כשחייליו של הקיסר הגרמני פרידריך ברברוסה השליכו את גופות חבריהם שמתו מדבר לבארות המים של טורטונה (שבצפון איטליה). לא ידוע אם המתקפה הביולוגית צלחה בידם, אך בסופו של דבר החריב ברברוסה את העיר.

מגפת דבר, שפרצה ב-1346 במחנה הטטרים הצרים על קָפָה (Caffa, תאודסיה, היום פאודסיה) בחצי האי קרים (שבמערב אוקראינה), אילצה אותם להסיר את המצור ולנטוש את המערכה. לפני שעזבו הם השליכו את גופות חבריהם, שמתו מהמחלה, מעבר לחומת העיר. המגפה שפרצה בקָפָה גרמה לגנואזים (ששלטו בעיר) לנטוש את העיר ולחזור בספינותיהם לסיציליה, לפיזה ולגנואה. הם כנראה הביאו עמם בספינותיהם חולדות שנשאו את המחלה - שהתפשטה וגרמה למגפת הדבר הגדולה שהחלה שנה אחר כך (1352-1347), וקטלה כשליש מאוכלוסיית אירופה. בשנת 1710 ניסו הרוסים לחולל מגפה בעיר האסטונית רֶבל (Reval) שהייתה בשליטת השוודים. מגפת דבר אמנם פרצה באזור, אך לא ברור אם היא פרצה בגלל פעילות הרוסים.

הניסיון האחרון (עד כה) להפיץ את מחלת הדבר נעשה ב-1940, במהלך מלחמת העולם השנייה. כשהחיידק ודרכי העברתו כבר היו מוכרים פיזרו מטוסי קרב של הצבא היפני פרעושים נושאי חיידקי דבר באזור העיר נינגבּוֹ (Ningbo) שבסין וצירפו להם גרגרי חיטה כדי למשוך חולדות מקומיות. החולדות העבירו את המחלה לאנשים. פרצה מגפה מקומית שנמשכת בעצם עד ימים אלה. באותו הזמן באזור העיר קוּזוּ (Quzhou) שבסין הושלכו באמצעים דומים גם חיידקי הריקציה (Rickettsia prowasekii), הגורמים לטיפוס.

חיידקי Yersinia pestis, הגורמים לדבר, על מצע אגר דם
CDC/ Megan Mathias and J. Todd Parker

גחלת (anthrax)

חיידקי הגחלת (Bacillus anthracis), היוצרים נבגים שניתן לאחסנם ולפזרם באבקה, הם כנראה הנשק הביולוגי המפורסם ביותר היום. הניסיון הראשון לשימוש בחיידקי הגחלת (Anthrax) כנשק ביולוגי נעשה על ידי הצבא היפני לפני מלחמת העולם השנייה ובמהלכה. היפנים ניסו לפתח פצצות מתפצלות המכילות חיידקי גחלת. אבל הניסיון לא צלח.

משנת 1942 ערך הצבא הבריטי באי גרוּינַרד (Gruinard) שבסקוטלנד ניסויים בחיידקי הגחלת (וייתכן שגם בגורמי מחלה אחרים) כנשק ביולוגי. האי זוהם לעשרות שנים. בארצות הברית פוזרה אבקה של חיידקי Bacillus אחרים, באזור החוף של סן פרנציסקו, כדי לדמות התקפה של חיידקי גחלת.

גם הרוסים פיתחו מאגר של לפחות ארבעה זנים שונים של החיידק, במפעל באזור סברדלובסק (בדרום הרי אורל). בשנת 1979 הייתה תקלה במפעל והיא גרמה להשתחררות כמות גדולה של נבגים לאוויר ועשרות אנשים נפגעו. בשנת 1988 העביר הצבא הרוסי מאות טונות של אבקת חיידקי גחלת, מסברדלובסק לאי ווזרוז'דנייה שביַמַת ארל (בין אוזבקיסטן לקזחסטן), והיא נקברה שם לאחר שטופלה בכלור. האי מזוהם עד היום, למרות הטיפול.

נבגים של Bacillus anthracis  במיקרוסקופ אלקטרונים

צילום: CDC/Janice Haney Carr

בשנים 1995-1993 היו לכת היפנית "האמת הצרופה" (אוּם שיניריקיוֹ - Aum Shinrikyo) כתשעה ניסיונות פיזור כושלים של חיידקי גחלת ברכבת התחתית בטוקיו. הפיזור נכשל בגלל שהשתמשו (כנראה בטעות) בזן של חיידקי גחלת ששימש לחיסון.

בספטמבר 2001, לאחר שגורם שזהותו לא ידועה עד היום, שלח מספר מעטפות שהכילו אבקה המכילה נבגים למשרדי ממשל ותקשורת בארצות הברית נפגעו בסופו של דבר 23 אנשים, וחמישה מהם מתו - אך הבהלה שנוצרה כתוצאה מכך היתה משמעותית.

מעטפות הגחלת בניו יורק והמכתב המצורף לאחד מהם.

צרעת (leprosy)

גם מחלת הצרעת, שגורם לה החיידק Mycobacterium leprae, שגם היום לא ברור עד כמה וכיצד היא מידבקת משכה את תשומת הלב הצבאית. בשנת 1495, ליד נפולי שבאיטליה, השאירו החיילים הספרדים לחיילים הצרפתים יין מזוהם בדם של חולי צרעת. החיילים הצרפתים כנראה שתו מהיין, אך לא חלו.

נחרת (Glanders)

ברומניה ובסוריה, במהלך מלחמת העולם הראשונה, הדביקו סוכנים גרמנים משלוחי סוסים ובקר של אויביהם בחיידקי Burkholderia mallei, הגורמים למחלת הנחרת.

חיידקי מעיים

חיידקים הגורמים למחלות מעיים גויסו גם הם לאירועי טרור מקומיים. בשנת 1984, בעיר קטנה באורגון שבארצות הברית, פיזרה כת דתית חיידקי Salmonella בעשר מסעדות, כדי להשפיע על תוצאות הבחירות המקומיות. במחלה חלו 751 איש. בשנת 1996 בטקסס חלתה בדיזנטריה קבוצת עובדי מעבדה שהוזמנו בדואר אלקטרוני לאכול עוגיות שזוהמו במתכוון בחיידקי Shigella dysenteriae.

ולסיכום

קל וזול, יחסית לנשק אחר, להשתמש בחיידקים (ובנגיפים) ללוחמה ביולוגית. החשש הגדול הוא שהשימוש בהם יתרחב, בעיקר לאירועי טרור.

פורסם לראשונה באתר הקורס "עולם החיידקים" באוניברסיטה הפתוחה.