רוב החיידקים הגורמים למחלות ידועים במהירות שלהם: תוך דקות ספורות הם יכולים להכפיל את אוכלוסייתם, ולגרום לאדם לחלות במהירות. אבל לא פחות מסוכן כמו הצמיחה המהירה הזו יכול להיות מצב מנוחה של חיידק, שעוזר לפתוגן להתחמק מאנטיביוטיקה ותורם לזיהומים כרוניים חמורים בריאות ובדם, בתוך פצעים ועל פני השטח של מכשור רפואי.
כעת, מדענים של Scripps Research גילו כמה ארוכות שרשראות של מולקולות הנקראות פוליפוספטים (polyP) נחוצות כדי שחיידקים יאטו את התנועות בתוך התאים ויתנו להם להיכנס למצב מנוחה זה. הממצאים, שפורסמו ב הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים ב-02 באפריל 2024, עלול בסופו של דבר להוביל לדרכים חדשות לטיפול בזיהומים כרוניים שבהם אנטיביוטיקה טיפוסית אינה יעילה.
אנטיביוטיקה עכשווית רבות חוסמת צמיחת חיידקים, אך חיידקים מבלים הרבה מזמנם בחוסר גדילה. אנחנו באמת זקוקים לאסטרטגיות חדשות ויצירתיות למיקוד בשלבים של גידול איטי ושל אי גידול של חיידקים."
ליסה רקי, עוזרת פרופסור במחלקה לביולוגיה מבנית וחישוב אינטגרטיבית ב-Scripps Research ומחברת בכירה של המאמר החדש
חוקרים יודעים זה מכבר שחיידקים יכולים לשרוד לפרקי זמן ארוכים במיוחד כאשר הם מפסיקים לגדול, נכנסים למצב רדום וחסכון באנרגיה. הם גם ידעו שכאשר חיידקים נכנסים למצב מנוחה זה, הם משתמשים באנרגיה יקרת ערך כדי לייצר גדילי polyP, היוצרים גושים גדולים בתוך התאים שלהם. אבל מדענים לא היו בטוחים היסטורית לגבי המטרה של polyP.
כדי ללמוד polyP, פנו רקי ומשתפי הפעולה שלה Pseudomonas aeruginosa, חיידקים שעלולים לגרום לדלקת ריאות וזיהומי דם אצל אנשים המאושפזים בבית חולים או עם מערכת חיסון מוחלשת. אחת הסיבות P. aeruginosa יכול להיות כל כך קשה לטיפול שהוא יוצר סרטי ביופילם; קהילות חיידקיות רריות מחוברות בחוזקה, שרבים מהם נמצאים במצב מנוחה ויכולים להתחמק מאנטיביוטיקה טיפוסית.
מתי P. aeruginosa מורעב מחנקן-; אחד מחומרי המזון העיקריים שהוא צריך לצמיחה-; הוא מייצר הרבה polyP. בעבודה החדשה, ראקי ומשתפי הפעולה שלה ב-EPFL וב-Caltech גילו שמוטנט שאינו מסוגל ליצור polyP אינו יכול להיכנס למצב המנוחה שלו. כדי להבין טוב יותר מדוע זה קורה ואת ההשלכות, החוקרים הנדסו גנטית P. aeruginosa ליצור חלקיקים קטנים ומסומנים שיאפשרו להם לעקוב אחר אופן התנועה של מולקולות בתוך החיידקים.
"מה שמצאנו הוא שכאשר אתה נפטר מ-polyP, הכל בתא זז יותר מדי", אומר רקי. "התאים חוגגים כשהם צריכים לקחת הפסקה".
כאשר מורעבים מרוב אבות המזון, P. aeruginosa מאט את תנועת החומרים בתוך הפנים שלו ומפסיק להתחלק. אבל ללא חנקן ופולי-P, החיידקים ממשיכים להזיז חומרים במהירות הגבוהה ביותר, הופכים גדולים יותר, משחררים את החומר הגנטי שלהם וממשיכים להתחלק.
הצוות של Racki הגיע למסקנה ש-polyP בדרך כלל אחראי לעזרה P. aeruginosa-; וכנראה מינים אחרים של חיידקים – להאט. זה גם מוביל אותם לשער שמניעת תאים לייצר polyP יכולה לשמור אותם פעילים ולהפוך אותם לרגישים יותר לאנטיביוטיקה מסוימת.
"זה לא רק עוזר להצביע על כיוונים אפשריים לטיפול בחיידקים פתוגניים, אלא גם חושף תשובות לשאלות בסיסיות לגבי האופן שבו דברים מתפזרים בתא חיידקי", אומר רקי.
ראקי והמעבדה שלה מתכננות כעת ניסויים נוספים כדי לחקור טוב יותר בדיוק מדוע תאים אינם יכולים להאט את תנועותיהם הפנימיות ללא polyP, והאם חסימת ייצור החיידקים של polyP יכולה להיות טקטיקה יעילה לטיפול בזיהומים מסוימים.
