אחד הסודות הרבים להצלחת החיידקים הוא היכולת שלהם להגן על עצמם מפני וירוסים, הנקראים פאגים, שמדביקים חיידקים ומשתמשים במכונות הסלולריות שלהם כדי ליצור עותקים של עצמם.
ההתקדמות הטכנולוגית אפשרה לאחרונה זיהוי של החלבונים המעורבים במערכות אלו, אך מדענים עדיין חופרים לעומק במה שהחלבונים הללו עושים.
במחקר חדש, צוות מאוניברסיטת אוהיו סטייט דיווח על הרכבה מולקולרית של אחת ממערכות האנטי-פאג' הנפוצות ביותר – ממשפחת החלבונים הנקראת Gabija – שעל פי ההערכות משמשת לפחות 8.5%, וכן עד 18%, מכלל מיני החיידקים על פני כדור הארץ.
חוקרים מצאו כי נראה שלחלבון אחד יש את הכוח להדוף פאג', אך כאשר הוא נקשר לחלבון שותף, הקומפלקס המתקבל מיומן מאוד בחיתוך הגנום של פאג' פולש כדי שלא יוכל להשתכפל.
אנחנו חושבים ששני החלבונים צריכים ליצור את הקומפלקס כדי למלא תפקיד במניעת פאג'ים, אבל אנחנו גם מאמינים לחלבון אחד לבדו יש פונקציה כלשהי של אנטי-פאג'ים. יש ללמוד עוד יותר את התפקיד המלא של החלבון השני".
ג'אנגפיי שן, מחברת שותפה למחקר ולפוסט-דוקטורט בכימיה ביולוגית ופרמקולוגיה במכללה לרפואה של מדינת אוהיו
הממצאים מוסיפים להבנה המדעית של האסטרטגיות האבולוציוניות של מיקרואורגניזמים ויוכלו יום אחד להיות מתורגמים ליישומים ביו-רפואיים, אומרים חוקרים.
שן והמחבר הראשי Xiaoyuan Yang, סטודנט לדוקטורט, עובדים במעבדתו של הסופר הבכיר טיאנמין פו, עוזר פרופסור לכימיה ביולוגית ופרמקולוגיה במדינת אוהיו.
המחקר פורסם ב-16 באפריל ב טבע ביולוגיה מבנית ומולקולרית.
שני החלבונים המרכיבים את מערכת ההגנה הזו נקראים Gabija A ו- Gabija B, או בקיצור GajA ו- GajB.
החוקרים השתמשו במיקרוסקופ קריו-אלקטרון כדי לקבוע את המבנים הביוכימיים של GajA ו- GajB בנפרד ושל מה שנקרא קומפלקס על-מולקולרי, GajAB, שנוצר כאשר השניים נקשרים ליצירת צביר המורכב מארבע מולקולות מכל חלבון.
בניסויים באמצעות Bacillus cereus חיידקים כמודל, חוקרים צפו בפעילות הקומפלקס בנוכחות פאג'ים כדי לקבל תובנה כיצד פועלת מערכת ההגנה.
למרות ש-GajA לבדה הראתה סימני פעילות שיכולים להשבית את ה-DNA של הפאג', הקומפלקס שהוא יצר עם GajB היה הרבה יותר יעיל כדי להבטיח שפאג'ים לא יוכלו להשתלט על תא החיידק.
"זה החלק המסתורי," אמר יאנג. "GajA לבדו מספיק כדי לבקע את גרעין הפאג', אבל הוא גם יוצר את הקומפלקס עם GajB כשאנחנו מדגרים אותם יחד. ההשערה שלנו היא ש-GajA מזהה את הרצף הגנומי של הפאג, אבל GajB משפר את ההכרה הזו ועוזר לחתוך את ה-DNA של הפאג. "
הגודל הגדול והתצורה המוארכת של המתחם הקשו לקבל את התמונה המלאה של התרומות הפונקציונליות של GajB כשהיא קשורה ל-GajA, אמר שן, והותיר את הצוות להניח כמה הנחות לגבי תפקידי חלבון שטרם אושרו.
"אנחנו יודעים רק ש-GajB עוזר לשפר את פעילות GajA, אבל אנחנו עדיין לא יודעים איך זה עובד כי אנחנו רואים רק כ-50% ממנו במתחם", אמר שן.
אחת ההשערות שלהם היא ש-GajB עשוי להשפיע על רמת הריכוז של מקור אנרגיה, הנוקלאוטיד ATP (אדנוזין טריפוספט), בסביבה התאית – במיוחד, על ידי הורדת ATP לאחר זיהוי נוכחות הפאג'. לכך תהיה ההשפעה הכפולה של הרחבת הפעילות משביתת ה-DNA של GajA וגניבת אנרגיה שפאג יצטרך כדי להתחיל לשכפל, אמר יאנג.
יש עוד מה ללמוד על מערכות הגנה נגד פאג'ים של חיידקים, אבל הצוות הזה כבר הראה שחסימת שכפול הנגיפים היא לא הנשק היחיד בארסנל החיידקים. במחקר קודם, Fu, Shen, Yang ועמיתיו תיארו אסטרטגיית הגנה שונה: חיידקים מתכנתים את המוות שלהם במקום לתת לפאג'ים להשתלט על קהילה.
עבודה זו נתמכה על ידי המכון הלאומי למדעי הרפואה הכללית.
מחברים שותפים נוספים הם Jiale Xie, Jacelyn Greenwald, Ila Marathe, Qingpeng Lin וויקי Wysocki ממדינת אוהיו, ו- Wenjun Xie מאוניברסיטת פלורידה.
