טיפול שורש לחיידקים

שורשי צמחים מתפרשים בקרקע בחיפוש אחר מים ומזון. אך הקרקע מלאה בחיידקים ובגורמי מחלה אחרים, וקצות השורשים רגישים במיוחד לפגיעתם. עם זאת, השורשים אינם חסרי הגנה לחלוטין. מגנים עליהם תאי שוליים (border cells) הניתקים מקצות השורש אל הסביבה. התאים מפרישים מעין מלכודות – מבנים דמויי רשת רירית מ-DNA, מרב-סוכרים ומחלבונים – שבולמות את החיידקים. מחקר שהתפרסם בכתב העת המדעי PLOS Pathogens הראה כיצד חיידקים הגורמים למחלות צמחים מצליחים להשתחרר מהמלכודות בזכות הפרשת אנזימים המפרקים אותן.

אחד החיידקים הוא Ralstonia solanacearum הגורם למחלה בשם נבילה חיידקית בין השאר בצמחי  עגבניות, תפוחי אדמה ובננות. הוא מזהה חומרים שהשורשים מפרישים, נע לעברם וחודר לשורש דרך חתכים או פתחים טבעיים. לאחר שחדר החיידק לצמח הוא מתרבה עד שאוכלוסיית החיידקים חוסמת את רקמת הובלת המים בצמח וגורמת לו לנבול ולמות.

כדי לחדור לשורשים החיידק חייב להגיע אליהם, וכאן נכנסות לתמונה המלכודות הדביקות שעומדות בדרכו. כאשר תאי השוליים מבחינים בחיידקים גורמי מחלות הם מפרישים DNA וכך פורשים את הרשתות הלוכדות אותם. קייטלין אלן (Allen), מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון, ועמיתיה מצאו כי כרבע מחיידקי הרלסטוניה שנלכדים ברשתות מושמדים, אך בסופו של דבר החיידקים הנותרים מצליחים להשתחרר מהמלכודות ולהגיע לצמח.

כדי לבדוק כיצד החיידקים עושים זאת חקרו אלן ועמיתיה את האינטראקציה בין תאי שוליים של צמחי אפונה ועגבניות לבין רלסטוניה. הם מצאו כי החיידקים מפרישים שני אנזימים שמפרקים DNA, וכך חותכים את הרשתות כמו מספריים ומאפשרים לחיידקים להמשיך לנוע לעבר שורשי הצמחים. כדי לבדוק אם האנזימים האלה אכן חיוניים ליכולת הבריחה של החיידקים, יצרו החוקרים בהנדסה גנטית חיידקים החסרים את שני האנזימים. החיידקים המהונדסים לא הצליחו להשתחרר מהמלכודות, אלא רק כאשר החוקרים הוסיפו אנזימים מפרקי DNA ממקור חיצוני.

נוסף על כך, אלן ועמיתיה מצאו כי תאי השוליים מזהים את החיידקים בין היתר בזכות השוטון החיידקי, מבנה  דמוי זנב ארוך המאפשר לחיידקים להתקדם בקרקע. כשהחוקרים חשפו צמחים לחיידקים מוטנטים – חסרי שוטון ולכן חסרי יכולת תנועה – תאי השוליים לא פרשו את המלכודות שלהם.

מלחמה באדמה

בבעלי חיים, תאי מערכת החיסון הקרויים נויטרופילים (Neutrophils) פורשים גם הם רשתות DNA דביקות ללכידת חיידקים והריגתם. בתגובה חיידקים מחוללי מחלות, כמו החיידק הגורם לזיבה, מפרישים אנזימים שמפרקים את המלכודות הללו. אלן ועמיתיה הראו לראשונה כי לפחות חיידק אחד שתוקף צמחים משתמש בשיטות דומות כדי להתגבר על המלכודות העומדות בדרכו. השימוש במלכודות DNA והדרכים להתגבר עליהן התפתחו בנפרד בצמחים ובבעלי חיים, דבר המראה כיצד "בעיות" דומות יכולות להביא להופעת פתרונות דומים במהלך האבולוציה.

חקר פתרונות אלו, והבנת האינטראקציה בין תאי השוליים לחיידקים, יוכלו לסייע בפיתוח זני צמחים עמידים למחלות, באמצעות הנדסה גנטית או שיטות השבחה אחרות.

למעלה: צילום מיקרוסקופ אלקטרונים (צבוע) של חיידקי קרקע ברשת DNA. מקור: Tran et al., PLoS Pathogens