כמו אנשים, חיידקים נשללים על ידי וירוסים. בחיידקים, הפולשים הנגיפיים נקראים בקטריופאגים, הנגזרים מהמילה היוונית לאוכלי חיידקים, או בצורה מקוצרת, "פאגים". מדענים ביקשו ללמוד כיצד האורגניזמים של תאים יחידים שורדים את זיהום הפאגים במטרה להבין עוד יותר את החסינות האנושית ולפתח דרכים להילחם במחלות.
כעת, מדעני הרפואה של ג'ונס הופקינס אומרים כי הם שופכים אור חדש על האופן בו חיידקים מגנים על עצמם מפני פולשי פאג מסוימים – על ידי ניצול חומר גנטי מפאגים מוחלשים, רדומים והשתמשו בו כדי "לחסן" את עצמם כדי לעורר תגובה חיסונית.
בניסויים שלהם, המדענים אומרים כי חיידקים סטרפטוקוקוס פיוגנים (הגורמים לגרון סטרפ) מנצלים סוג של פאגים המכונה שלבים ממוזגים, שיכולים להרוג תאים או להיות רדומים. החיידקים גונבים חומר גנטי משלבים ממוזגים בתקופה רדומה זו ויוצרים "זיכרון" ביולוגי של הפולש כי צאצאיהם יורשים ככל שהחיידקים מתרבים. האוכלוסייה החדשה מצוידת בזיכרונות אלה, יכולה להכיר בנגיפים אלה ולהילחם בהם.
דו"ח על הניסויים, הנתמכים בחלקם על ידי המכונים הלאומיים לבריאות, פורסם ב -12 במרץ בכתב העת מארח תאים ומיקרובו הממצאים עוזרים למדענים להבין טוב יותר כיצד תאי חיידקים הגורמים למחלות חמורות, כולל דלקות Staph ו- E. coli וכולרה, הופכים רעילים לבני אדם – תהליך הכולל גנים רעילים המתבטאים על ידי פאזים מעוטים אחרת השוכנים בתא החיידקים, אומר שהסופר ג'ושוע מודל, Ph.D., פרופסור מקורב בביולוגיה של המולקולין.
בעצם רצינו לענות על השאלה: אם לתאי חיידקים אין זיכרון, או כישורי הישרדות, כדי להילחם בשלב ממוזג חדש שמופיע, איך הם קונים לעצמם זמן מספיק כדי ליצור זיכרון חדש, לפני שהם נכנעים לאותו זיהום ראשוני? "
ג'ושוע מודל, דוקטורט, פרופסור חבר לביולוגיה וגנטיקה מולקולרית, בית הספר לרפואה באוניברסיטת ג'ונס הופקינס
חוקרי ג'ונס הופקינס טוענים כי חיידקים ידועים זה מכבר כמשתמשים במערכות CRISPR-CAS כדי לקצוץ DNA שלב, לשבור אותו ולהיפטר ממנו. באופן חיוני, מערכות CRISPR יכולות להרוס רק DNA התואם "זיכרון" שנלכד מהזיהום הקודם ונשמר בגנום של החיידקים עצמו, אומרים החוקרים. באופן זה, מערכת CRISPR משמשת כמכשיר הקלטה המתעד את הרשימה הארוכה של הפולשים הזרים בהם נתקלים זן חיידקי מסוים.
כדי לערוך את המחקר שלהם, המדענים אומרים כי הם הדביקו אוכלוסיות של חיידקים עם שלבים המופיעים באופן טבעי שהולכים רדומים או מהונדסים גנטית שלבים לא רדומים בבקבוקים נפרדים שהכילו מיליוני תאים חיידקיים.
"התוצאות שלנו מצביעות על כך שמערכת ה- CRISPR של החיידקים הייתה יעילה יותר להשתמש בשלב הרדום באופן טבעי כדי למשוך חלקים מהקוד הגנטי הנגיפי לגנום שלהם", אומר מודל. "כשבדקנו פאגים שלא יכלו לרדום, מערכת ה- CRISPR לא עבדה כמעט באותה מידה."
לאחר בידוד החיידקים ששרדו, ונתנו לניצולים מחדש את הבקבוק מחדש, המדענים השתמשו ברצף הגנום כדי לקטלג מאות אלפי זיכרונות DNA חדשים שמערכת CAS9 CAS9 יצרה משלבי הבדיקה, והכבדו את אלה התורמים לחוסר תאים. המדענים קבעו גם כי חיידקים יצרו את הזיכרונות הללו בתקופת הרדמה של הפאג הממוזג, כאשר הם לא מהווים איום על האוכלוסייה.
"זה דומה מבחינה רעיונית לחיסון עם נגיף נחלש", אומר ניקולס קית ', סטודנט לתואר שני וסופר ראשון בעיתון. "אנו מאמינים שזו הסיבה שמערכת CRISPR CAS9 מקיימת מערכת יחסים ייחודית עם סוג ספציפי זה של הפאג הממוזג."
"אנו יכולים להשתמש בסוגים אלה של ניסויים כדי למצוא אילו אלמנטים של הפאג, המארח החיידקי ומערכת ה- CRISPR שלו חשובים לכל שלבי חסינות חיידקים", אומר קית '.
בניסויים עתידיים, המדענים שואפים ללמוד יותר כיצד מערכות CRISPR מגנות על תאי חיידקים מפני וירוסים שאינם רדומים, אומר מודל.
"אנו יודעים שמערכות CRISPR הן אחד מקווי ההגנה הראשונים מפני העברת גנים מסוכנים מהשלבים ההופכים תאי חיידקים לרעילים", אומר מודל. "יתר על כן, המחקרים שלנו יודיעו על תכנון 'טיפולי פאג' שיכולים לשמש במקרים קליניים שבהם זיהום חיידקי עמיד בפני כל האנטיביוטיקה הזמינה."
בנוסף לקית 'ומודל, תורמי המחקר הם רט סניידר מג'ונס הופקינס וצ'אד אוילר ממכללת האנטר.
המחקר מומן על ידי בית הספר לרפואה באוניברסיטת ג'ונס הופקינס, המכון הלאומי לבריאות למדעי הרפואה הכללית (R35GM142731), קרן ריטה אלן וקרן המדע הלאומית.
