חוקרים חשפו חלבון שמאפשר לחיידק פולש להיחלץ בשלום מתוך הפונדקאי שלו, אחרי שסיים לנצל את משאביו

בדלוויבריו בקטריוורוס (Bdellovibrio bacteriovorus) הוא מין של חיידק שטורף חיידקים אחרים, כולל חיידקים גורמי מחלות, וניזון מהם כדי לגדול ולהתרבות. כחלק ממחזור החיים שלו הוא חודר כמו טפיל לחלק בדופן התא של קורבנותיו, שקרוי חלל פריפלזמי, מכלה את חומרי המזון שיש בו, מתרבה ובסוף צאצאיו יוצאים ומחפשים טרף חדש.

אך היציאה עצמה היא משימה מאתגרת. החיידק הפולש צריך לחדור מבעד לדופן התא של החיידק הנטרף בלי לפגוע בדופן של עצמו. כדי לאפשר את ההבחנה בין שתי הדפנות הוא משנה את מבנה הסוכרים המרכיבים את דופן התא של הפונדקאי, שנקראים פפטידוגליקנים, בלי לשנות את הסוכרים של עצמו. על גבי הסוכרים הללו יש פעמים רבות מולקולות שנקראות קבוצות אצטיל, והחיידק מסלק אותן מדופן התא של החיידק שבתוכו הוא נמצא וכך מבדל בין עצמו לבין הפונדקאי.

במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת Nature Communications מתארים חוקרים מאוניברסיטת ברמינגהם את החלק האחרון והחיוני בתהליך – המנגנון שמזהה את ההבדל בין הסוכרים של שני החיידקים וכך יודע לפרק רק את הדופן של הפונדקאי.

מחזור החיים של החיידק טורף החיידקים | מקור: © Max Planck Institute for Developmental Biology
החיידק בדלוויבריו בקטריוורוס חודר לחיידקים אחרים כמו טפיל, מתרבה בתוכם ובסוף צאצאיו יוצאים ומחפשים טרף חדש. מחזור החיים של החיידק טורף החיידקים | מקור: © Max Planck Institute for Developmental Biology

פירוק בררני

המנגנון הזה מבוסס על ליזוזים – סוג של אנזים שמפרק שרשראות סוכרים שכוללות קבוצות אצטיל. מדובר במשפחה נפוצה של חלבונים שנמצאת בין השאר בדמעות, בחלב אם, ברוק ונזלת ואף בביצים. החוקרים גילו אצל חיידקי הבדלוויבריו ליזוזים לא מוכר שפועל דווקא על סוכרים שאין בהם קבוצות אצטיל. באמצעותו יכול החיידק הטורף לפרק רק את הדופן של החיידק שלתוכו הוא פלש, כאמור אחרי שניקה את הדופן שלו מקבוצות האצטיל, וכך לצאת ממנו בשלום בלי לפגוע בעצמו.

אחת הראיות לשימוש שעושה החיידק באנזים היא שהבדלוויבריו מתחיל לייצר אותו רק בשלב מאוחר במחזור ההדבקה, לקראת היציאה מהפונדקאי. כשהחוקרים הנדסו חיידקי בדלוויבריו חסרי הליזוזים הזה, הם נזקקו ליותר זמן כדי לצאת מדופן הפונדקאי. כמו כן, כשהדביקו חיידקים בחיידקים הטורפים המהונדסים הללו והוסיפו כעבור שעה את האנזים למצע הגידול שלהם, החיידקים הטורפים יצאו כמעט מיד מתוך הפונדקאים, בעוד שבמחזור החיים הרגיל שלהם הם נשארים קרוב לארבע שעות בתוך כל אחד מקורבנותיהם. לפיכך, הסיקו החוקרים שהליזוזים שגילו הוא המפתח העיקרי שבאמצעותו החיידקים הטורפים האלה יוצאים מהפונדקאי.

בדלוויבריו אינו החיידק היחיד שפולש לתוך פונדקאים ולאחר מכן צריך לצאת מהם כדי להשלים את מחזור חייו. נמצאו כבר בעבר חיידקים פולשים אחרים שייצרו גם הם חלבונים שמפרקים קבוצות אצטיל מדופן הפונדקאי שלהם. החוקרים מברמינגהם ניצלו את העובדה שהקוד הגנטי של חלק מהחיידקים הללו תועד במחקרים קודמים, כדי לבדוק אם ייתכן שגם הם מייצרים ליזוזומים הדומים לזה של בדלוויבריו, ומסוגלים לפרק את דופן הפונדקאי מחוסר האצטיל וכך לנצל את השוני בין החיידק התוקף לחיידק הפונדקאי. ההשוואה הצביעה על כמה גֵנים דומים, שתידרש בדיקה נוספת כדי לברר אם הם אכן מכילים הוראות לייצור חלבונים בעלי תפקיד דומה לליזוזים שגילו החוקרים.

ליזוזים מפרק דופן חיידק | איור:  Carol & Mike Werner / Visuals Unlimited, Inc. / Science Photo Library
החיידק טורף החיידקים בדלוויבריו בקטריוורוס משתמש באנזים בשם ליזוזים כדי לצאת בשלום מהחיידק שאליו הוא פלש. ליזוזים מפרק דופן חיידק | איור:  Carol & Mike Werner / Visuals Unlimited, Inc. / Science Photo Library

האנטיביוטיקה הבאה?

מלחמות בין חיידקים ומחזור החיים שלהם הם מרכיבים מרכזיים בעולמם של היצורים החד-תאיים. גם בגופנו חיים מיקרואורגניזמים רבים, ועם רובם אנחנו חיים בדו-קיום. חיידקי הבדלוויבריו הם חלק מאותה אוכלוסיית חיידקים, והם נחשבים בתוכה ל"מייצבים אקולוגיים" – הם אינם תוקפים את התאים שלנו, אלא פוגעים דווקא בחיידקים אחרים, כמו אשריכיה קולי (E.Coli) וסלמונלה, שחלקם עמידים לאנטיביוטיקה ועלולים לחולל מחלות.

מגלה הפניצילין ומגלה הליזוזים הראשון, אלכסנדר פלמינג, הגה בתחילת דרכו את הרעיון להשתמש בליזוזימים למלחמה בחיידקים מחוללי מחלות, אך הגיע למסקנה שהם אינם חזקים די הצורך לפיתוח תרופה, ולכן פנה לכיוונים אחרים וגילה את האנטיביוטיקה הראשונה. אולם בימינו, כשיותר ויותר חיידקים מצליחים לפתח עמידות לרוב סוגי האנטיביוטיקה, החימוש שיש לנו נגדם הולך ומידלדל. אנזימים ספציפיים שפוגעים בדופן התא של חיידקים להוסיף לנו עוד נשק זמין נגד אויבינו הזעירים.

הבנת דרכי הפעולה של החיידקים טורפי החיידקים יכולה לסייע לנו למצוא דרכים חדשות להילחם בחיידקים מזיקים. לדוגמה, יש חיידקים גורמי מחלות שמסלקים את קבוצת האצטיל מהדופן שלהם כדי להתחמק מהשפעתם של ליזוזימים רגילים. אולי בעתיד נוכל לרתום את הליזוזים של בדלוויבריו ואת דומיו למלחמה ביולוגית נגד אותם חיידקים המזיקים לנו.