מדענים הצליחו להגן על חיידקים מפני נגיפים שתוקפים אותם, בעזרת פולימר שכבר מוכר היטב בתעשייה
חוקרים בודדו פולימר זמין וזול שמגן על חיידקים מפני זיהום, ועשוי לסייע בתעשיות המזון, הכימיקלים והתרופות. החומר הפולימרי החדש מונע מנגיפים להדביק את החיידקים בזיהומים, והשימוש בו עשוי להפחית את כמות הזיהומים בתעשייה.
בדרך כלל אנחנו נוטים לחשוב על חיידקים בהקשרים שליליים, בתור מחוללי מחלה או גורמים לא רצויים שמוטב להיפטר מהם. אך למעשה, רוב זני החיידקים אינם גורמים למחלות; חלק בלתי מבוטל מהם אף מועילים לבני האדם ולבריאותם. אנחנו משתמשים בחיידקים כ"מפעלים" לייצור חומרים חדשים, החל מתהליכים מסורתיים כמו הכנת מזון ומשקאות, וכלה בתהליכים מודרניים יותר, ביניהם ייצור חומרים כימיים וחומרים המשמשים את תעשיית התרופות ותוספי המזון כמו ויטמינים, הורמונים וחיסונים.
חיידקים מאוימים על ידי נגיפים הקרויים בקטריופאג'ים. פאג' מחדיר את ה-DNA שלו לתוך תא החיידק | איור: Kateryna Kon, Shutterstock
מי מאיים על החיידקים?
אלא שבדומה לנו, גם חיידקים נתונים לסכנת הדבקה בזיהומים נגיפיים, שעלולים לגרום למותם. האויב שמאיים על החיידקים הוא נגיפים בשם בקטריופאג'ים, ובקיצור פאג'ים. הפאג'ים הם בין האורגניזמים הנפוצים ביותר על פני כדור הארץ, והם נוכחים בכל מקום שבו נמצאים חיידקים. לכן הם יכולים בקלות לזהם תרביות חיידקים במעבדות מחקר ובמפעלי תעשייה.
הפאג'ים נצמדים לקרום של תא החיידק מבחוץ ומחדירים לתוכו את ה-DNA שלהם. לאחר מכן הם משתלטים עליו וגורמים לו להפוך למפעל לייצור פאג'ים. בכל חיידק נוצרים עד מאה פאג'ים חדשים, עד שהחיידק מתפוצץ ומשחרר את הפאג'ים אל הסביבה, ואלה בתורם תוקפים חיידקים חדשים. כיוון שהפאג'ים מתרבים מהר יותר מהחיידקים הם יכולים להרוג את אוכלוסיית החיידקים כולה תוך זמן קצר, או לכל הפחות להדביק אותה ולהישאר רדומים בתוכה.
לאירוע זיהומי כזה יש השלכות דרמטיות שגוררות גם הפסד כספי ניכר, כמו השבתת מפעלים או עיכוב מחקרים לתקופה ארוכה, עד שכל המרחבים יעברו חיטוי יסודי. בתעשיית המזון, לדוגמה, מתערבבים לעיתים פאג'ים בחומרי הגלם, וחייבים לחטא בטמפרטורות גבוהות מאוד את כל המרכיבים והכלים. נדרשת גם הקפדה מחמירה על תנאי ניקיון מיוחדים כדי להגן מפני התפשטות הזיהומים. שיטות המניעה והחיטוי לא תמיד יעילות, שכן במקרים רבים הפאג'ים מצליחים לשרוד אותן. כיום מנסים ליצור זני חיידקים שיהיו עמידים בפני פאג'ים בעזרת עריכה גנטית, אך זהו תהליך מורכב, שאי אפשר ליישמו בכל סוגי החיידקים.
מנע מן הפאג'ים להדביק את החיידקים. פולימר של חומצה אקרילית מבעד למיקרוסקופ | מקור: Eye Of Science, Science Photo Library
הגנה מפני הדבקה
מחקר חדש, של חוקרים מהמחלקה לכימיה שבבית הספר לרפואה ומדעי החיים של אוניברסיטת ווריק בבריטניה בשיתוף עם חברת סייטיבה (Cytiva), מציע פתרון לבעיה. במחקר, שפורסם בכתב העת Journal of the American Chemical Society, החוקרים בודדו חומר שכאשר מוסיפים אותו לתרבית הגידול של החיידקים, הוא מונע את ההדבקה ומסיר מן החיידקים את האיום.
החוקרים הכינו סדרה של מספר פולימרים סינתטיים – מולקולות ענק, הבנויות משרשרת ארוכה של יחידות שחוזרות על עצמן – והוסיפו כל אחד מהם בנפרד לנגיפים הבקטריופאג'ים. לאחר מכן הם הוסיפו את הנגיפים לתרביות החיידקים שגדלו בצלחות מעבדה, ועקבו אחר התרבות החיידקים בתרבית לאורך זמן.
רוב הפולימרים לא השפיעו על הזיהום: לאחר שהפאג'ים הדביקו את החיידקים, הם גרמו למותם תוך ארבע שעות. אבל פולימר אחד, שעשוי מיחידות חוזרות של חומצה אקרילית (acrylic acid), היה פעיל במיוחד ומנע מהפאג'ים להדביק את החיידקים. הפאג'ים שהוסיפו לו לא התרבו, אבל החיידקים התרבו ללא הפרעה.
למרות האפקט המעודד, לפולימר היו כמה מגבלות. החוקרים מצאו כי העיכוב הפיך, כלומר, הפולימר לא הורס את הפאג' ולא מנטרל אותו לצמיתות. כאשר שוטפים מהתרבית את הפולימר העיכוב מוּסר והפאג'ים חוזרים לפגוע בחיידקים. בנוסף, הם מצאו שצריך להוסיף את הפולימר לפאג'ים עוד לפני שהם פוגשים בחיידקים: כאשר הם הוסיפו אותו לחיידקים שכבר היו נגועים בפאג'ים, הפולימר לא הציל אותם והחיידקים מתו. למרות המגבלות הללו, יתרונות השימוש בפולימר עולים על החולשות. מדובר בפולימר מוכר וידוע, שמיוצר בקנה מידה תעשייתי ואפשר להשתמש בו כבר כעת – פשוט צריך להוסיפו לנוזלי התרבית שמשמשים לגידול חיידקים.
אם כך, החוקרים מציעים פתרון זול ופשוט לבעיית הזיהומים שממנה סובלים מפעלי מזון, מפעלי תעשייה ומעבדות מחקר. שימוש בפולימר כתוסף מזון לתרבית הגידול של החיידקים, ללא שינוי נוסף בנוהלי העבודה המקובלים, יפחית את הצורך בחומרי חיטוי ובתהליכים שגוזלים זמן יקר. גישה זו פותחת כיווני מחקר חדשים לטיפול בזיהומים, ולאחר שתקבל את האישורים המתאימים, היא עשויה להפחית את הנזקים כתוצאה מזיהומים במעבדות מחקר ובמפעלי מזון ותרופות.
