במגמה עולמית הולכת וגוברת, חיידקים פיתחו דרכים חדשות לתמרן סביב טיפולים רפואיים למגוון זיהומים. משבר ההתנגדות האנטיביוטי העולה מהווה איום משמעותי בבריאות הציבור בבתי חולים ובמסגרות אחרות, כאשר זיהומים גורמים למיליוני מקרי מוות בשנים האחרונות.
מדענים מחפשים כעת לחיידקים – וירוסים המדביקים חיידקים – ואת הפוטנציאל שלהם לטפל בזיהומים עמידים לתרופות. הם החלו להסתכל עמוק יותר במעמד מסקרן של בקטריופאג גדול המכונה "שלב ג'מבו" המציג תכונות יוצאת דופן כחומרים חדשים לטיפולי זיהום חיידקיים.
מחקר שהובל על ידי חוקרי אוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו שופך אור חדש על הדרכים הלא שגרתיות בהן התפתחו הפאגים להדביק חיידקים. במשך מיליוני שנים נגיפים וחיידקים עסקו במירוץ חימוש קדימה ואחורה. וירוסים מפתחים דרכים חדשות להדבקת חיידקים, ואילו חיידקים מנוגדים על ידי פיתוח מנגנון עמידות.
על מנת לממש באופן מלא את הפוטנציאל של פאגי הג'מבו ואת הבטחתם כטיפול טיפולי חדש, על החוקרים לפענח את המנגנונים שהם מפעילים כדי להדביק חיידקים ולהתחמק מהגנות המארח.
מחקר חדש שפורסם בכתב העת מארח תאים ומיקרוב מתאר את הגילוי הראשון מסוגו של סוג של שק, או שלפוחית קרום, המשמשת את שלבי הג'מבו של Chimalliviridae מִשׁפָּחָה. צוות הכולל חוקרים ממכון הגנומיקה החדשני ב- UC ברקלי מצא כי מיד לאחר שלמי הג'מבו מדביקים תא חיידקי, הם מהווים מבנה שמגן ומסתיר חומר DNA יקר. שלבים משתמשים בחומר גנטי זה כדי לפתח גרעין בתוך מארחי החיידקים שלהם. התא שהתגלה לאחרונה, אותו כינו את ה- EPI, או שלפוחית דלקת הפאגים המוקדמת, משמש כסוג של מכשיר הסוואה המונע הפעלת מערכת החיסון של החיידק.
אמילי ארמבריסטר, בית הספר למדעי הביולוגיה, אמר כי "כאשר הפאג מדביק תא חיידקי, שלפוחית ה- EPI מגנה על הגנום של הנגיף בשלבים מוקדמים של זיהום כאשר הוא פגיע מאוד", אמרה אמילי ארמבריסטר, בית הספר למדעי הביולוגיה של UC סן דייגו.
חיידקים ונגיפים נדחים לעתים קרובות כאורגניזמים פשוטים, אך הם למעשה מסוגלים ללוחמה תוך -תאית מתוחכמת מאוד ומחקר זה הוא דוגמה חדשה לכך. "
אמילי ארמברסטר, אוניברסיטת קליפורניה – סן דייגו
הממצאים החדשים הם חלק מההתקדמות של UC סן דייגו בפיתוח טיפולים חדשניים באמצעות פאגים, המודגשים על ידי קונסורציום במימון יוזמת המכון הרפואי של הווארד יוז (HHMI). כמו כן, המרכז לאוניברסיטה ליישומי פאגים וטיפול חדשני של האוניברסיטה (IPATH) הוא המרכז הראשון לטיפול בפאגים בצפון אמריקה המתמקד בפתרונות רפואיים למאבק בזיהומים עמידים לאנטיביוטיקה.
מכיוון שרוב הפאגים פשוט מזריקים את ה- DNA שלהם ישירות למארח, ובאופן יעיל מכריז על הגעתם לתא, התוצאות של Chimalliviridae גישת ההתגנבות של פאג הגיעה כגילוי לחוקרים.
ג'ו פוגליאנו, פרופסור במחלקה לביולוגיה מולקולרית, אמר כי "הגילוי של שלפוחית זו הייתה מפתיעה לחלוטין. החיידקים לא מבינים שיש שם וירוס, ומייצר דברים שבסופו של דבר ישתלטו עליו". "אם יש לנו שלבים אחרים שהם ממש טובים בהדבקת חיידקים, התקווה היא שנוכל לתת להם שלפוחית זו להגנה. המטרה היא לייצר פאגים טובים יותר בהריגת חיידקים כדי שנוכל להיות מגוון של יישומי טיפול בפאגים."
Armbruster זיהה "נקודות" של DNA סקרן בתוך תאים נגועים במיקרוסקופ אור. המעבדה של פרופסור אליזבת וילה השתמשה אז בטכנולוגיות הדמיה מתקדמת כדי לגלות כי נקודות אלה היו שלפוחיות קטנטנות המכילות DNA ויראלי ומכונות מולקולריות מחוץ לשלפוחיות אלה. מחבר המועצה המשותפת של נייר Phoolwanti Rani, מלומד פוסט-דוקטורט במעבדת הווילה, מצא כי שלפוחיות אלה היו פעילות מטבולית, ומאשרת את מטרת המכונות המולקולריות התלויות מחוץ לשלפוחית.
"שלפוחית זו היא אחת מהסוג בחיידקים", אמר רני. "לא רק שהראינו כי שלפוחיות אלה מייצרות RNA, אלא גם מתכוננות ליצור זיהום על ידי סינתזת גנים החשובים ליצירת גרעין."
"לפני מספר שנים גילינו את גרעין הפאג שמגן על הגנומים המשכפלים. השאלה נותרה: איך הגנום הראשון מוגן?" אמרה וילה, פרופסור במחלקה לביולוגיה מולקולרית וחוקרת HHMI. "גילוי תא שני שהוא פעיל מטבולית פוצץ את דעתנו, ויהיה המפתח ליישומים טיפוליים של הפאג."
מכריע לממצאים היה השימוש ב"הפרעות CRISPR על ידי מיקוד RNA נגד אנטי-סנס "(CRISPRI-ART), טכנולוגיה חדשה מבוססת CRISPR שפורסמה לאחרונה מיקרוביולוגיה טבעית מהמעבדות של בריידי קרס וחתן פרס נובל ג'ניפר דודנה במכון הגנומיקה החדשני (UC ברקלי). עבודה זו, בהנהגתו של המלומד הפוסט-דוקטורט בן אדלר וסטודנט לתואר שלישי, מונטאתאר אל-שימרי ממעבדת דודנה, מתארים כיצד CRISPRI-Art מכוון ל- RNA של Messenger ומעצירה את ייצור החלבונים שהחוקרים מכוונים לניתוח. במחקר החדש של UC סן דייגו, החוקרים השתמשו ב- CRISPRI-ART כדי להדגים כי ה- EPI והשלבים היוצרים גרעין הם שניהם הכרחיים עבור Chimalliviridaeמחזור החיים הרגיל והתהליך הזיהום.
