חיידקים עם גנטיקה גמישה

ד
ד"ר נעמה גבע זטורסקי והדוקטורנט נדב בן אסא צילום: הטכניון

חוקרים בטכניון גילו כיצד מתמודדים חיידקי המעי עם שינויים בסביבת המחיה שלהם – באמצעות השתנות גנטית הפיכה

ד”ר נעמה גבע-זטורסקי והדוקטורנט נדב בן אסא מהפקולטה לרפואה על שם רפפורט בטכניון, יחד עם עמיתים מאוניברסיטת הרווארד בארה”ב, פענחו מנגנון של השתנות גנטית הפיכה המסייע לחיידקי המעי להתמודד עם שינויים בסביבת המחיה שלהם. הממצאים פורסמו בכתב העת Nucleic Acids Research הרואה אור בהוצאת אוניברסיטת אוקספורד בבריטניה.

החיידק משנה את מערכת ההגנה שלו (הנשק), וכתוצאה מכך משתנים הסוכרים שסובבים אותו (המשושים על גב החיידק) תרשים: הטכניון

חיידקי המעי הם אוכלוסיית אורגניזמים משמעותית ביותר במיקרוביום האנושי. חיידקים אלה התפתחו במשך מאות מיליוני שנים באבולוציה משותפת (co-evolution) עם האדם ועם אבותיו, עד שכיום איננו יכולים לחיות בלעדיהם; הם חיוניים לתפקודה התקין של מערכת החיסון ולבריאותו של הגוף כולו. חיידקי המעי נדרשים להתמודד עם הדינמיות העצומה של המעי, כלומר עם שינויים מבניים, מכניים וכימיים המתרחשים בו ללא הרף. אחד המנגנונים המסייעים להם בכך הוא שינויים מהירים והפיכים בגנומים שלהם, בתגובה לגירוי חיצוני.

במאמר הנדון נבחן מנגנון זה באחד החיידקים הנפוצים במעי,Bacteroides fragilis . חיידק זה מסוגל להחליף אזורים מוגדרים ברצף הגנטי שלו. החוקרים התמקדו בתפקידה של יכולת זו להשפיע על הביטוי הגנטי של החיידק. הם בחנו את הביטויים הגנטים של אותם שינויים (שחלופים) ומצאו שינויים נרחבים בגנום החיידקי.

תמונה במיקרוסקופ פלורוסנטי: בתמונה העליונה רואים ביטוי של אוכלוסיית חיידקים שמבטאת את כל תתי האוכלוסיות, ובשתי התמונות התחתונות ישנה אוכלוסיית חיידקים שמבטאת רק את התת אוכלוסיה ה’ורודה’ צילום: הטכניון

“בין השאר מצאנו שינויים בסוכרים המקיפים את החיידק”, אומרת ד”ר גבע-זטורסקי. “הסוכרים האלה מהווים מעין ‘תעודת זהות’ המסייעת לחיידק לנהל תקשורת עם הסביבה. כך הם גם מסייעים לגוף שלנו, וליתר דיוק למערכת החיסון, לזהות את סוג החיידק ולהגיב אליו. לכן אנחנו משערים שהשינויים במעי משנים את אותה תעודת זהות וכך מאפשרים לתאים שלנו להגיב לחיידק באופנים שונים”.

החוקרים מדגישים כי מדובר בשינויים גנטיים הפיכים, המבוססים על שחלופים של אזורים בגנום במערכת מרכזית בחיידק. לכן יש לשחלופים הללו השפעות נרחבות על הביטוי הגנטי של החיידק, כולל על מולקולות חיוניות שונות.

ד”ר נעמה גבע זטורסקי צילום: הטכניון

האנליזה הגנטית נערכה באמצעות SMRT – טכנולוגיה חדשנית של חברת פסיפיק ביוסיינסז (PacBio) שפותחה בעשור האחרון. טכנולוגיה זו מאפשרת למפות רצפים ארוכים במולקולות די-אן-איי ויתר על כן, לזהות מודיפיקציות אפיגנטיות על מולקולות די-אן-איי. במערכת הנחקרת השפיעו השחלופים בגנום על מודיפיקציות גנטיות ועל הביטוי הגנטי של החיידק כולו. למערכת זו יש גם יכולות זיהוי של גורמים עוינים, כמו בקטריופאג’ים ובכך עוסק מחקר ההמשך המבוצע כרגע במעבדה.

המחקר נתמך על ידי קרן הנשיא של הטכניון, מלגת אלון, ISF, קרן משפחת אפלבאום, גוטווירט וHuman Frontiers. לקריאת המאמר המלא – הקליקו כאן.