חוקרים גילו קבוצה חדשה של רעלנים חיידקיים שיכולים להרוג חיידקים ופטריות מזיקים, ופותחים את הדלת לטיפולים פוטנציאליים חדשים לזיהומים. רעלנים אלו, המצויים בלמעלה מ-100,000 גנומים מיקרוביאליים, יכולים להרוס את התאים של חיידקים ופטריות מבלי לפגוע באורגניזמים אחרים. המחקר חשף כיצד חלק מהחיידקים משתמשים ברעלים הללו כדי להתחרות בחיידקים אחרים, והממצאים עשויים להוביל לדרכים חדשות להילחם בזיהומים, במיוחד כאשר עמידות לאנטיביוטיקה הופכת לדאגה גוברת.
מחקר חדש שפורסם ב מיקרוביולוגיה של הטבעבראשות חוקרי האוניברסיטה העברית ד"ר אסף לוי מהמכון למדעי הסביבה, ד"ר נטע שלזינגר מביה"ס לרפואה וטרינרית קורת וד"ר נתנאל צרום מהמכון למדעי החיים בשיתוף עם חוקרי מכון ויצמן למדע פרופ'. יעקב קליין ומיטל אורן-סויסה, ועם פרופ' הרברט שמידט מאוניברסיטת הוהנהיים, חשף ארסנל חדש של רעלנים חיידקיים עם פוטנציאל להילחם במחלות זיהומיות של בני אדם וצמחים. רעלנים אלה, המקודדים בגנום של חיידקים מסוימים, מציגים תכונות אנטי-בקטריאליות ואנטי-פטרייתיות חזקות, ומציעים אפשרויות חדשות ומרגשות ליישומים קליניים וביוטכנולוגיים.
תחרות מיקרוביאלית היא תופעה טבעית, וחיידקים פיתחו שיטות מתוחכמות, כולל רעלנים, כדי לחסל מתחרים. הדוגמאות המפורסמות ביותר לתרכובות טבעיות המשמשות בתחרות בטבע הן אנטיביוטיקה המיוצרת על ידי חיידקים ופטריות.
במחקר זה, הצוות של ד"ר לוי פיתח גישה חישובית חדשנית לזיהוי תחומי חלבון רעלנים שטרם התגלו, שאורכם 100-150 חומצות אמינו, בתוך למעלה מ-105,000 גנומים מיקרוביאליים. רעלנים חלבוניים אלה, המכונים רעלנים פולימורפיים, ממלאים תפקיד מכריע בלוחמה מיקרוביאלית, מכוונים והורגים מיקרואורגניזמים מתחרים במערכות אקולוגיות שונות.
צוות המחקר, סטודנטים ופוסט-דוקטורנטים: נמרוד נחמיאס, נועם דותן וד"ר מרינה קמפוס רוחה, ומדעניות הצוות ד"ר יערה אופנהיימר-שאנן ורינה פרנקל, אימתו בהצלחה תשעה רעלים שהתגלו לאחרונה, כל אחד מייצג משפחה גדולה משומרת אבולוציונית, מדגימים את יכולתם לגרום למוות תאי בשניהם Escherichia coli ו Saccharomyces cerevisiae כשהם מתבטאים במודל אורגניזמים אלה. ראוי לציין במיוחד, שזוהו גם חמישה גנים אנטי-טוקסין, הידועים גם כגנים חסינות, המגינים על החיידקים המייצרים את הרעלים מפני הרס עצמי.
מעניין לציין שהרעלים מפגינים פעילות אנטי-פטרייתית רבת עוצמה נגד מגוון פטריות פתוגניות, תוך שהם משאירים מינים מסוימים של חסרי חוליות ומקרופאגים ללא השפעה. תוצאות הניסוי של המחקר מצביעות על כך שהרעלים הללו פועלים בעיקר כאנזימים יעילים המכוונים לתהליכים תאיים חיוניים, כמו קרום התא, ה-DNA או חלוקת התא. ניתוח מבני של שני קומפלקסים של חלבון רעלן-חסינות אישר עוד כי לחלק מהרעלים הללו יש פעילות DNase, שיכולה לפרק את ה-DNA בתאי המטרה. מעניין שהמבנה מראה שהרעלן טעון חיובי באתר הקישור ל-DNA שלו, כדי לקשור את ה-DNA הטעון שלילי, בעוד שהחלבון האנטי-טוקסין טעון שלילי כדי למנוע מהרעלן להיקשר ל-DNA היעד.
הממצאים שלנו מרחיבים את ההבנה שלנו לגבי האופן שבו חיידקים משתמשים ברעלים בתחרות עם חיידקים אחרים ומספקים דרכים מרגשות למחקר עתידי של חומרים אנטי-מיקרוביאליים הדרושים באופן קריטי נגד פתוגנים של חיידקים ופטריות של בני אדם וצמחים. הפוטנציאל של רעלים אלו לשמש בסיס לטיפולים קליניים חדשים או חידושים ביוטכנולוגיים מרגש במיוחד".
ד"ר אסף לוי, המכון למדעי הסביבה, האוניברסיטה העברית
מחקר זה לא רק משפר את הידע של רעלנים מיקרוביאליים אלא גם שופך אור על השימוש הטיפולי הפוטנציאלי שלהם. הגילוי של הצוות עשוי לסלול את הדרך לאסטרטגיות אנטי-מיקרוביאליות חדשות, במיוחד כשהעולם מתמודד עם עלייתם של פתוגנים עמידים לאנטיביוטיקה.
למחקר השלכות רחבות הן על ההבנה של אינטראקציות מיקרוביאליות בסביבות שונות והן על הפיתוח של תרופות אנטי-מיקרוביאליות מהדור הבא. על ידי חשיפת המנגנונים שבאמצעותם פועלים רעלים אלה, המחקר מציע תקווה לטיפולים חדשים במאבק המתמשך נגד זיהומים חיידקיים ופטרייתיים.
