קבוצה של חיות מים מתוקים קטנות מגנות על עצמן מפני זיהומים באמצעות מתכונים אנטיביוטיים "נגנבים" מחיידקים, כך עולה ממחקר חדש של צוות מאוניברסיטת אוקספורד, אוניברסיטת סטירלינג והמעבדה הביולוגית הימית (MBL), Woods Hole.
היצורים הזעירים נקראים בדלואידים, שפירושו 'חיות-גלגל זוחל'. יש להם ראש, פה, מעיים, שרירים ועצבים כמו לשאר החיות, אם כי הם קטנים יותר כחוט השערה.
כאשר הענבונים הללו נחשפים לזיהום פטרייתי, כך מצא המחקר, הם מפעילים מאות גנים שהם רכשו מחיידקים וחיידקים אחרים. חלק מהגנים הללו מייצרים כלי נשק עמידות, כגון אנטיביוטיקה וחומרים אנטי-מיקרוביאליים אחרים, בעובי הגלגלים. הצוות מדווח על ממצאיו השבוע ב תקשורת טבע.
כשתרגמנו את קוד ה-DNA כדי לראות מה עושים הגנים הגנובים, הייתה לנו הפתעה. הגנים העיקריים היו הוראות לחומרים כימיים שלא חשבנו שבעלי חיים יכולים לייצר -; הם נראו כמו מתכונים לאנטיביוטיקה".
כריס ווילסון, אוניברסיטת אוקספורד
מחקרים קודמים מצאו כי גלגלי הגלגלים קולטים DNA מסביבתם במשך מיליוני שנים, אך המחקר החדש הוא הראשון שגילה אותם באמצעות גנים אלה נגד מחלות. לא ידוע על חיה אחרת ש"גונבת" גנים מחיידקים בקנה מידה כה גדול.
"הגנים המורכבים הללו – שחלקם אינם נמצאים באף בעלי חיים אחרים – נרכשו מחיידקים אך עברו אבולוציה בצמחי עובונים", אמר מחבר המחקר דייוויד מארק וולץ', מדען בכיר ומנהל מרכז ג'וזפין ביי פול במרכז מעבדה ביולוגית ימית. "זה מעלה את הפוטנציאל שצמחי גלגלים מייצרים חומרים אנטי-מיקרוביאליים חדשים שעשויים להיות פחות רעילים לבעלי חיים, כולל בני אדם, מאלה שאנו מפתחים מחיידקים ופטריות".
מתכונים להגנה עצמית
אנטיביוטיקה חיונית לבריאות מודרנית, אך רובן לא הומצאו על ידי מדענים. במקום זאת, הם מיוצרים באופן טבעי על ידי פטריות וחיידקים בטבע, ובני אדם יכולים ליצור גרסאות מלאכותיות לשימוש כתרופה.
המחקר החדש מצביע על כך ש-Rotifers עשויים לעשות משהו דומה.
"החיות הקטנות והמוזרות האלה העתיקו את ה-DNA שאומר לחיידקים איך להכין אנטיביוטיקה", מסביר ווילסון. "צפינו בהם משתמשים באחד מהגנים האלה נגד מחלה הנגרמת על ידי פטרייה, והחיות ששרדו את הזיהום ייצרו פי 10 יותר מהמתכון הכימי מאלה שמתו, מה שמצביע על כך שזה עוזר לדכא את המחלה".
המדענים חושבים שצמחי גלגלים יכולים לתת רמזים חשובים במצוד אחר תרופות לטיפול בזיהומים אנושיים הנגרמים על ידי חיידקים או פטריות.
האנטיביוטיקה הופכת פחות יעילה מכיוון שהחיידקים הגורמים למחלות התפתחו להיות עמידים ואינם מגיבים עוד לטיפול. ארגון הבריאות העולמי השמיע לאחרונה אזעקה, והזהיר בדו"ח של יוני מפני "הצורך הדוחק" לפתח אנטיביוטיקה חדשה כדי להתמודד עם איום העמידות.
"המתכונים שבהם הם משתמשים נראים שונים מהגנים המוכרים בחיידקים", אמר מחבר המחקר ראובן נואל מאוניברסיטת סטירלינג. "הם ארוכים ומסובכים באותה מידה, אבל חלקים מקוד ה-DNA השתנו. אנחנו חושבים שהמתכון השתנה על ידי תהליך של אבולוציה לייצור כימיקלים חדשים ושונים בגלגלי הגלגלים. זה מרגש כי זה עשוי להציע רעיונות לעתיד תרופות."
הגנים שהעבונים רכשו מחיידקים מקודדים לקבוצה יוצאת דופן של אנזימים המרכיבים חומצות אמינו למולקולות קטנות הנקראות פפטידים לא-ריבוזומליים.
"השלב הבא של מחקר זה צריך לכלול זיהוי של פפטידים מרובים שאינם מסונתזים באופן ריבוזומי המיוצרים על ידי כדוריות בדלואיד, וקביעת התנאים שבהם ניתן לגרום לסינתזה של תרכובות אלה", אמרה מחברת המחקר אירינה ארכיפובה, מדענית בכירה ב- המעבדה הביולוגית הימית.
בעיה אחת בפיתוח תרופות חדשות היא שכימיקלים אנטיביוטיים רבים המיוצרים על ידי חיידקים ופטריות הם רעילים או בעלי תופעות לוואי בבעלי חיים. ניתן להפוך רק מעטים לטיפולים המפנים חיידקים מזיקים מגוף האדם.
אם רוטיפים כבר מייצרים כימיקלים דומים בתאים שלהם, הם יכולים להוביל את הדרך לתרופות שבטוחות יותר לשימוש בבעלי חיים אחרים, כולל אנשים.
מדוע רוטיפרים רוכשים כל כך הרבה גנים זרים?
שאלה גדולה היא מדוע גלגלונים הם בעלי החיים היחידים ששואלים את הגנים השימושיים הללו מחיידקים בשיעורים כה גבוהים.
"אנחנו חושבים שזה עשוי להיות קשור לעובדה מוזרה נוספת על הרוטיפים האלה", אמר טים ברקלו, מחבר מחקר מאוניברסיטת אוקספורד. "בניגוד לבעלי חיים אחרים, אנחנו אף פעם לא רואים עבונים זכרים. אמהות רוטיפריות מטילות ביצים הבוקעות לכדי עותקים גנטיים של עצמן, מבלי להזדקק למין או להפריה".
לפי תיאוריה אחת, חיות שמעתיקות את עצמן כך יכולות להיות כל כך דומות שזה מתחיל להיות לא בריא. "אם אחד חולה במחלה, גם השאר יחלים," הסביר ברקלו. מכיוון שלבדלואידים אין יחסי מין, מה שמאפשר לגנים ההוריים להתחבר מחדש בדרכים מועילות, הגנום של האם העוברית מועבר ישירות לצאצאיה מבלי להכניס כל וריאציה חדשה.
"אם עגבניות לא מוצאות דרך לשנות את הגנים שלהם, הם עלולים להיכחד. זה עשוי לעזור להסביר מדוע עגבניות אלו שאלו כל כך הרבה גנים ממקומות אחרים, במיוחד כל מה שעוזר להם להתמודד עם זיהומים", אמר ברקל.
נואל חושב שיש עוד הרבה מה ללמוד מהרוטיפרים ומהדנ"א הגנוב שלהם "הרוטיפרים השתמשו במאות גנים שלא נראים בבעלי חיים אחרים. מתכוני האנטיביוטיקה מרגשים, וכמה גנים אחרים אפילו נראים כאילו נלקחו מהם הממצאים הם חלק מסיפור הולך וגדל על איך ולמה גנים עוברים בין סוגים שונים של חיים", אמר.
