הנגיפים שעוזרים לפוטוסינתזה

הקשר בין פונדקאי לטפיל שלו יכול להיות הרסני, למשל כשנגיף הורס את התא שמארח אותו וגורם למותו. אולם מחקר ישראלי חדש, בראשות עודד בז'ה מהטכניון, מגלה כי למין של חיידקים שעושים פוטוסינתזה ולנגיף התוקף אותם יש מערכת יחסים מעניינת ומורכבת יותר.

החוקרים התמקדו בחיידקי ציאנובקטריה (המכונים לעיתים גם אצות כחוליות), שהם בעלי תפקיד מרכזי במארג המזון, בעיקר בים. במשך שנים היה ידוע כי במי אוקיינוסים טרופיים יש ציאנופאג'ים – נגיפים התוקפים ציאנובקטריה – בעלי גנים שמקודדים חלבונים מסוימים המשמשים את החיידק בתהליך הפוטוסינתזה. אולם, זהותם של הציאנופאג'ים הללו נותרה תעלומה עד כה. החוקרים מהטכניון, מאוניברסיטת תל אביב וממכון המחקר מיג"ל (מרכז ידע גליל עליון) זיהו לראשונה ציאנופאג' שנושא ב-DNA שלו תשעה גנים שאחראים על ייצור של תשעה חלבונים המעורבים בתהליך הפוטוסינתזה.

בפוטוסינתזה, אנרגיית האור הופכת לאנרגיה כימית ומשמשת לקיבוע פחמן דו-חמצני. הפוטוסינתזה מתחלקת לתהליך לינארי (ישר) ומעגלי. הלינארי מתחיל כשאנרגיית אור נקלטת במערך של חלבונים שמכונה "מערכת אור 2" וגורמת לאלקטרון "לקפוץ" למצב אנרגטי גבוה. כאן מתחילה שרשרת של מעבר אלקטרונים לכמה חלבונים המעורבים בתהליך, עד שלקראת סיום השרשרת האלקטרונים מגיעים למערכת חלבונים שנייה שנקראת "מערכת אור 1". בסוף התהליך נוצרת המולקולה NADPH שמסייעת לקיבוע הפחמן הדו-חמצני.

בנוסף קיים גם תהליך מעגלי של שרשרת מעבר אלקטרונים מסביב למערכת אור 1. בתהליך המעגלי, האלקטרונים מסתובבים סביב מערכת אור 1 וכל סיבוב כזה גורם להצטברות של יוני מימן H+, המשמשים בתורם להתנעת מערכת הייצור של מולקולות ATP – יחידות האנרגיה העיקריות של תאים חיים.

החוקרים מצאו כי נגיף הציאנופאג' מכיל שבעה גנים הקשורים לתהליך המעגלי של מעבר אלקטרונים מסביב למערכת אור 1 ועוד שניים שקשורים למערכת אור 2. התברר כי שמונה שעות אחרי ההדבקה בציאנופאג' כבר נמצאו החלבונים הנגיפיים הללו בתוך הציאנובקטריות הפונדקאיות.

מבחינת הפעילות הפוטוסינתטית של הציאנובקטריות, החוקרים גילו קצב התהליך הלינארי נשאר קבוע לאחר ההדבקה ואילו התהליך המעגלי הוגבר אחרי ההדבקה בציאנופאג'. אחת הסיבות העיקריות להגברה הזו יכולה להיות הייצור המוגבר של ATP הדרוש לתהליכי שכפול ה-DNA הנגיפי וייצור אבני הבניין (נוקליאוטידים) שלו.

נוסף על האיפיון המבני והגנטי של הציאנופאג' מצאו החוקרים שהוא נפוץ בעיקר באזורי מים טרופיים באוקיינוס השקט, ההודי והאטלנטי. התפוצה הזו מעניינת מאוד, מכיוון שמים טרופיים נוטים להיות דלים בברזל, דבר שמביא לירידה ביחס בין כמות החלבונים המרכיבים את מערכת אור 1 לכמות של חלבוני מערכת אור 2 בתא החיידק.

מפתה לשער שהציאנופאג'ים הנ"ל "מפצים" את הציאנובקטריות על הירידה בכמות חלבוני מערכת אור 1, בכך שהם עצמם מעודדים את הביטוי של חלבוני מערכת אור 1 ומגבירים את פעילותה. אולם יידרשו כמובן מחקרים נוספים על מנת לאשש את המסקנה הזאת. בשורה התחתונה, ייתכן מאוד שהציאנופאג'ים האלה משחקים תפקיד חשוב בתהליכי הפוטוסינתזה במים הטרופיים.