האיש שמנסה לנצח את החיידקים שעמידים לאנטיביוטיקה - כללי - TheMarker
תיק מניות

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

לרשימת הקריאה המלאה לחצו כאן

האיש שמנסה לנצח את החיידקים שעמידים לאנטיביוטיקה

איך זה שבמעבדה זן אחד של חיידקים הורג זן שני ומנצח - בעוד שבגרגיר אדמה מתקיימים זה לצד זה מאות סוגי חיידקים עויינים בלי שאחד יגבר על כולם? ואיך זה קשור לעמידות בפני אנטיביוטיקה?

5תגובות

תחום: ביולוגיה ■ חוקרים: רועי קישוני, אריק קלסיק וקלין וטסיג׳יאן ■ מוסדות: הטכניון, אוניברסיטת הרווארד ואוניברסיטת ויסקונסין־מדיסון ■ פורסם: Nature, 2015

השתלטות עוינת, ניגודי עניינים, שותפויות ויחסי גומלין מתוחים בין בעלי ברית, רווח והפסד, הגדלת נתח שוק ופשיטת רגל, שמביאה להיכחדות ולהיעלמות. זה לא שיעור מבוא לכלכלה, שוק ההון, תאגידים או סחר עולמי. כל המונחים הללו מתאימים גם ליחסים המתקיימים בין עשרות אלפי שחקנים בגרגיר אדמה אחד.

זוהי כלכלת המקרו הקטנה בטבע: כלכלה מיקרו-ביולוגית שבה חיים מאות זנים של חיידקים על גרגיר אדמה. צפוף? מעצבן? אולי. אבל בכמות של כפית אחת של אדמה חיים כ–10 מיליארד חיידקים, שנחלקים לאלפי ולעשרות אלפי זנים. כל אחד מהזנים היה שמח להיות שליט יחיד, אך נאלץ להתקיים כחלק ממארג אינטרסים רחב, שבו מאיימים ומאוימים תלויים זה בזה. זה עובד עבורם כבר מאות מיליוני שנים - בלי רגולציה, פיקוח או ממונה על הגבלים. במקרה הזה, כוחות השוק הם כוחות הטבע.

את הלוגיקה הפנימית המרתקת של אוכלוסיית החיידקים ואת יחסי הכוחות ביניהם מנסים המדענים לפענח בשנים האחרונות לעומקה. מאז שנצפו לראשונה חיידקים בעין האדם באמצעות המיקרוסקופ באמצע המאה ה-17, עשה חקר החיידקים כברת דרך. אבל כדי לפצח את הפאזל החיידקי ולהבין את "התמונה הגדולה" נדרשים יותר מאשר אנשי ביולוגיה ותצפיות מיקרוסקופיות, וכיום לצד אלה משתמשים המדענים בשיטות פיזיקליות ובמודלים סטטיסטיים ומתמטיים מעולם מדעי המחשב.

"כל גרגיר אדמה מכיל עולם ומלואו של מיקרואורגניזמים. חיידקים מסוגים שונים מתחרים בו על מזון ומשאבים ונאבקים זה בזה על ידי ייצור חומרים אנטיביוטיים, ובכל זאת אינם מכחידים זה את זה. מדוע לא נוצר מצב שבו זן מסוים גובר על השאר ומשמיד אותם? השאלה הזאת, שמסקרנת אקולוגים וביולוגים רבים, העסיקה גם אותנו", אומר פרופ' רועי קישוני מהפקולטה לביולוגיה ומדעי המחשב בטכניון ומהמחלקה לביולוגיה מערכתית באוניברסיטת הרווארד.

במחקר שערך קישוני עם הדוקטורנט אריק קלסיק מהרווארד ועם פרופ' קלין וטסיג'יאן מאוניברסיטת ויסקונסין־מדיסון (לשעבר פוסט־דוקטורנט במעבדה של קישוני), הם מסבירים כיצד יוצרת השונות הביולוגית בין החיידקים יציבות ארוכת טווח. המחקר, שפורסם בחודש שעבר בכתב העת "נייצ'ר", מציג את היתרון ההישרדותי של קהילות ביולוגיות מגוונות על פני קהילות הומוגניות.

מחקר על חיידקים איורים
דובי קייך

גם החלש שורד

אחת הסוגיות המטרידות ביותר את החוקרים בתחום החיידקים בפרט והרפואה בכלל היא עמידות החיידקים בפני אנטיביוטיקה. למעשה, ארגון הבריאות העולמי (WHO) רואה בעמידות החיידקים את אחד האיומים הממשיים על הרפואה המודרנית וכאחד האתגרים הבוערים בעולם הרפואה. בשנה שעברה הכריז הארגון על תוכנית בינלאומית למאבק בעמידות הזאת. המחקר של קישוני בתחום מיפוי החיידקים ולמידת תהליכי האבולוציה שלהם נמצא בחזית המאבק של המדע והרפואה בעמידות החיידקים בפני אנטיביוטיקה.

קישוני, 44, בוגר תוכנית תלפיות, בעל תואר שני בפיזיקה ומתמטיקה מהאוניברסיטה העברית ודוקטורט בפיזיקה מאוניברסיטת תל אביב, הוא חוקר מוביל בעל שם עולמי בחקר החיידקים ולאחרונה שב לישראל, לטכניון בחיפה, לאחר 12 שנה בארה"ב, שם השלים פוסט־דוקטורט בפרינסטון ובאוניברסיטת רוקפלר, והמשיך למחקר ולפרופסורה בהרווארד.

אחד מעקרונות תורת האבולוציה של דרווין, שאומץ בחום, מדבר על כך שהחזק שורד. שכל החי והצומח הקיים הוא תוצר של תהליך ברירה טבעית שהותירו בעברו גרסאות כושלות ונכחדות של מינים וזנים שלא שרדו בתנאי הקיום שהעניק להם הטבע. זוהי למעשה "כלכלת הטבע", שמאופיינת בחתירה מתמדת להגדלת סיכויי ההישרדות על ידי אמצעים להגדלת תפוצה ומזעור נזקים. לא תמצאו בה מאפיינים של חמלה, שיוויון, סולידריות או תכנון מראש - כי אם מאבקי כוח והשתכללות והתפתחות מתמדת.

אבל האנושות לא המציאה את האנטיביוטיקה. האנטיביוטיקה "הומצאה" בטבע על ידי חיידקים ופטריות הנלחמים זה בזה. אחת הדרכים למצוא פרצות בעמידות החיידקים היא להבין כיצד האנטיביוטיקה פועלת בטבע ומדוע בטבע חיידקים עמידים אינם משתלטים כמו בעולם הרפואה אלא ממשיכים לחיות לצד חיידקים רגישים במשך מיליוני שנים - "ולמעשה אינם עולים בקנה אחד עם עקרונות האבולוציה של דרווין".

קישוני מסביר: "על פי העקרונות האבולוציוניים, הזן שיהיה העוין ביותר אמור לנצח את כולם - אבל בפועל זה לא קורה". אצל החיידקים, כך גילו החוקרים, קיים פער בין מה שמקובל לראות במעבדה לבין "החיים עצמם". לדבריו, "כשאנחנו מסתכלים על חיידקים במעבדה אנחנו רגילים לראות במבחנה סוג אחד של חיידקים. כאשר אנחנו מצרפים אליו עוד סוגי חיידקים אנחנו רואים מי גדל ומתפשט הכי מהר - למעשה, מי מנצח את האחרים - כך שבסופו של תהליך קשה להישאר עם מגוון חיידקים", מפרט קישוני. "בטבע לעומת זאת קורה בדיוק הפוך. בחברות מיקרו־ביולוגיות ישנם מעט מאוד מקומות שבהם שולט מין אחד של חיידקים. כשאני לוקח גרגיר אדמה אחד, ועשינו ניסויים כאלה, מצאנו שמאות זנים שונים של חיידקים מתקיימים ביחד.

צ'ארלס דרווין
רויטרס

"הקהילה המדעית שואלת את עצמה איך יכול להיות שכל כך הרבה זנים חיים ביחד. כיצד ייתכן שלא מתרחשת התופעה שבה כמה זנים מוצלחים מנצחים את האחרים, או במלים אחרות: מה משמר את השונות האקולוגית שבין החיידקים", מסביר קישוני. קשה למצוא הסבר להרמוניה החיידקית, שכוללת בין השאר גם קבוצות קטלניות ואגרסיביות, שחיות זו לצד זו. ואולי הרמוניה היא מושג רומנטי מדי כדי לתאר את המצב הקיים ויש להחליפה במונח "מאזן אימה מרובה אינטרסים".

אבן נייר ומספריים

המחקר הנוכחי של קישוני אינו ביולוגיה צרופה, הוא עוסק בתכונה טבעית שמוכרת היטב למין האנושי: עוינות. כיצד היא פועלת בטבע ובאילו מקרים היא מקבלת עדיפות? כשמדובר בבני אדם התשובה אולי ברורה יותר ושייכת לתחומי הפסיכולוגיה האנושית וחופש הבחירה. אבל אצל יצורים כמו חיידקים שאלת העוינות היא מורכבת יותר.

המחקר של קישוני ועמיתיו כלל ניסויים ותצפיות על חיידקי קרקע אשר הובילו למודלים מתמטיים של התנהגות האוכלוסייה. החוקרים בודדו זוגות של זנים ובחנו איך הרעלנים שזן א' מפיק משפיעים על זן ב'. "בשלב הראשון הוצאנו זני חיידקים מהאדמה והחלטנו לבחון מי הורג את מי", אמר קישוני, "אבל אז החלטנו להוסיף עוד זן שלישי של חיידקים למשחק הזה, וראינו שלעתים קרובות הוספה של זן ג' יכולה להגן על זן ב' מפני זן א'". הזן הנוסף גרם לשינוי ביחסים בין שני הזנים האחרים.

האמרה "האויב של האויב שלי הוא חברי" תקפה כאן בהחלט. כאשר החוקרים הוסיפו למודלים המתמטיים את היכולת של חיידקים לפרק את הרעלנים שזנים אחרים מפיקים, נוצרה מערכת יציבה המראה קיום משותף (coexistence) של שלושת סוגי החיידקים: יצרני האנטיביוטיקה, החיידקים הרגישים לאנטיביוטיקה והחיידקים המגינים על הקבוצה השנייה מפני הראשונה. "ייצור הרעלן על ידי אחד הזנים מאפשר לזנים האחרים לשתף פעולה בהתגוננות נגדו", הסביר קישוני. "בכך, דווקא ריבוי של עוינות, או ריבוי ייצור של רעלנים, הם שמאפשרים לזנים שונים לחיות ביחד כך שכל זן תלוי בזן אחר שיפרק את הרעלנים עבורו". זה מצב שבו מאבק בין קבוצות בעלות אינטרסים מנוגדים לכאורה מייצר יציבות בת־קיימא.

ברמה הפשטנית ביותר אפשר לתאר את כל זה כמשחק "אבן נייר ומספרים". "מודלים מתמטיים הראו שמעגלי עוינות כאלה מייצבים מעט את המערכת האקולוגית, אבל בסופו של דבר לא מונעים מאחד הזנים לנצח ולהשתלט על האוכלוסייה. מהמקום הזה ניגשנו לשאלה איך חיידקים שמייצרים אנטיביוטיקה שקטלנית לזנים אחרים מצליחים לחיות יחד", אמר קישוני.

מבחינה אבולוציונית, ייתכן שעבור הזן הבודד מדובר ברע במיעוטו, אבל מסתבר שמאזן האימה רב המשתתפים ודיכוי העוינות מייצרת מערכת יציבה — כזו שאולי עומדת גם במבחן גרגיר החול, שעליו מתקיימים מאות זנים במקום אחד. "המערכת הזו מאפשרת מצב שבו חיידק אחד יכול להתרבות מהר יותר מהאחרים ובכל זאת הוא לא מנצח".

לדברי קישוני, הבנה של התנהגות החיידקים בטבע עשויה לסייע ולהעניק תובנות חדשות בניסיון לצמצם את השתלטותם של החיידקים העמידים ואף למנוע אותה בעתיד. בניגוד לחיסון או תרופה נגד חיידק זה או אחר המקובלים כיום, גילויים מהסוג הזה מאפשרים לאתר נקודות תורפה בהתנהלותה של אוכלוסיית החיידקים כמכלול. ההנחה היא כי בעתיד ניתן יהיה להחליש ולפגוע בעמידותם של חיידקים קטלניים על ידי התערבות ביחסי הגומלין ביניהם, ולגרום להחלשתם בתהליכים חכמים יותר.

הירשמו עכשיו: עשרת הסיפורים החמים של היום ישירות למייל
נא להזין כתובת מייל חוקית
ברצוני לקבל ניוזלטרים, מידע שיווקי והטבות



תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר הארץ

סדר את התגובות

כתבות ראשיות באתר

כתבות שאולי פיספסתם