חיידקים אינם רק חיידקים חסרי דעת. מחקר חדש מאוניברסיטת העברית בירושלים מגלה שתאי חיידקים בודדים יכולים לשאת "זיכרון" של סביבות העבר שלהם, המעבירה אותו דרך דורות-לפני בסופו של דבר לשכוח. באמצעות טכניקה חדשה בשם Microcolony-Seq, מדענים חשפו תת-אוכלוסיות נסתרות בתוך זיהומים, שלכל אחד מהם אסטרטגיות הישרדות שונות. הממצא יכול להסביר מדוע אנטיביוטיקה וחיסונים לפעמים נכשלים-ועשויים להצביע על הדרך לעבר טיפולים מדויקים יותר.
מדענים מאוניברסיטת עברית בירושלים עיצבו דרך לחשוף מימד נסתר של חיי החיידקים: היכולת של חיידקים יחידים "לזכור" את סביבות העבר שלהם ולהעביר את הזיכרון הזה לצאצאיהם. הגילוי, שדווח ב תָא בהובלת החוקרת הפוסט-דוקטורט, ד"ר ראיה פייגנבאום-רום, תחת פיקוחו של פרופ 'נתלי ק. בלבן, ושיתוף פעולה עם פרופ'. אילן רוזנשין ומסקט בר-מאייר, מציגה שיטה פורצת דרך בשם Microcolony-Seq שלוכדת זיכרון מיקרוביאלי בשלבים המוקדמים ביותר של צמיחת המושבה.
במשך עשרות שנים ביולוגים ידעו כי חיידקים אם כי זהה גנטית-לעיתים קרובות מתנהגים אחרת. חלקם צומחים מהר, חלקם איטיים; חלקם מתנגדים לאנטיביוטיקה ואילו אחרים נכנעים. אבל עד עכשיו, לא היה ברור מי מההבדלים הללו היו תאונות חולפות ואילו ייצגו מדינות אמיתיות, מורשות.
מה שמצאנו הוא שאפילו חיידק יחיד נושא זיכרון לאורך זמן של המקום בו הוא היה. כאשר היא מתחלקת, צאצאיו שומרים על כך שזיכרון-לפעמים במשך 20 דורות ומעלה. "
ד"ר ראיה פייגנבאום-רום
מיקרו -קולוניות כחלון לזיכרון
שיטת המיקרו-קולוניה-SEQ פועלת על ידי בידוד מושבות זעירות הנובטות מחיידקים בודדים, ניתוח ה- RNA, הגנום והתכונות הפיזיות שלהן. גישה זו נמנעת מרעש של אפילו שיטות רצף RNA חד-תאי יחיד מתקדמות, ומגלה אם ההבדלים בין התאים הם מוטציות גנטיות או פנוטיפים בירושה באפיגנטית.
בשיטה זו הצוות חשף יציבות מפתיעה. פתוגנים כמו Escherichia coli וכן Staphylococcus aureus הוכח כי הם מפוצלים לתת-אוכלוסיות יציבות-אפילו בתוך זיהום יחיד. כמה שושלות הפעילו תוכניות נגיף המסייעות להן להיצמד לארח תאים, בעוד שאחרים הפכו גנים שהעדיפו תנועתיות או הישרדות בתנאים קשים.
באופן מסקרן, המחקר הראה כי לזיכרון המיקרוביאלי הזה יש גבולות. כאשר חיידקים מגיעים ל"שלב נייח "-הנקודה כאשר חומרים מזינים מתרוקנים-הזיכרון נמחק, מאפס ביעילות את האוכלוסייה.
השלכות על הרפואה
הגילוי נושא השלכות דחופות על בריאות האדם. בדלקת השתן וזיהומים בזרם הדם, מיקרוקולוניה-SEQ חשפה תת-קבוצות חיידקיות קיימות עם עמידות אנטיביוטית מובהקת או פרופילי נגיף. מבחן קליני קונבנציונאלי שמדגימה רק מושבה אחת יכולה בקלות לפספס את השחקנים הנסתרים המובילים בטיפולים שנכשלים.
פרופ 'בלבן מסביר: "לעיתים רחוקות זיהום הוא אוכלוסייה אחידה של חיידקים. זה יותר כמו קואליציה של שחקנים שונים, שלכל אחד מהם חוזקות משלו. לעצב טיפולים שעובדים באמת, אנחנו צריכים להבין-את כולם."
זה עשוי לעזור להסביר מדוע כל כך הרבה תרופות ניסיוניות וחיסונים נגד ש. אוורוס הזיהומים מעדו במחקרים קליניים: הם פקדו רק חלק אחד מאוכלוסיית החיידקים, והשאירו אחרים ללא מגע.
עידן חדש למחקר מיקרוביאלי
מעבר לרלוונטיות רפואית מיידית, Microcolony-Seq פותח דרכים חדשות לבחינת חיי מיקרוביאליות. זה מספק דרך שיטתית ללמוד כיצד חיידקים מגוונים, מגדרים את ההימורים שלהם ולהסתגל בזמן אמת. יישומים עתידיים עשויים להתרחב על פתוגנים פטרייתיים, מיקרוביומה של הבטן ואפילו תסיסה תעשייתית.
כפי שמציין ד"ר פייגנבאום-רום, "התייחסנו לחיידקים כאילו כולם זהים, אך במציאות, אפילו תא בודד נושא סיפור של עברו. מיקרוקולוני-סאק מאפשר לנו סוף סוף לקרוא את הסיפור הזה."
