הצפרדע שתציל את העולם מרעב

אריזת פלא שמונעת מהמזון להתקלקל, כפתורי מעלית ומעקות של מדרגות שדוחים חיידקים, ותוצרת חקלאית שלא מרקיבה ■ הם רק שלושה מהיישומים האפשריים של מחקר חדש פורץ דרך, שסינתז חומרים היודעים להשמיד חיידקים

יורם גביזון
שתפו כתבה במיילשתפו כתבה במייל
שתפו כתבה במיילשתפו כתבה במייל
מעבר לטוקבקים
אריזות חלב
יורם גביזון

סלמונלה בקורנפלקס, עובש בשתייה קלה, ליסטריה בצ'יפס קפוא - נדמה שלא היתה יצרנית מזון גדולה שלא נתפסה השנה בקלקלתה. מה לא היו נותנות החברות האלה, שאחדות ספגו מכה תדמיתית אנושה, בעבור אריזת פלא השומרת על המזון הנמצא בתוכה ומצליחה להשמיד ולעכב את התפתחות החיידקים בתוכו.

ד"ר צבי חיוקהצילום: ינאי יחיאל

ובכן, יש לנו בשורות טובות עבורן: ייתכן שבעתיד הנראה לעין הן יוכלו לאחסן את תוצרתן באריזות כאלה, לפחות בכל האמור במזון נוזלי כמו חלב. בימים אלה נערך ניסוי בפקולטה לחקלאות ברחובות, ביצירת אריזת מזון ביו־אקטיבית של קרטון חלב, שנועדה להאריך את חיי המדף של המוצר באמצעות קיבוע חומרים פעילים על החלק הפנימי של הקרטון.

תוצאות הניסוי הזה, שהוא למעשה רק שימוש אחד אפשרי של מחקר גדול יותר העוסק במניעה או האטה של תהליך קלקול המזון, אמורות לשמח לא רק את חברות המזון, אלא את האנושות כולה. בעוד 34 שנה, ב-2050, צפויה אוכלוסיית העולם למנות 9 מיליארד בני אדם - כלומר, לגדול בכ-20%, ואילו צריכת המזון צפויה לעלות עד אז ב-70%. המתמטיקה הזאת אינה מסתדרת היטב. האתגר צפוי להיות לא פשוט בכל קנה מידה, ובעיקר בהתחשב בשינויים האקלימיים, שמקטינים את השטח החקלאי הראוי לעיבוד ואת הירידה בזמינות המים לחקלאות.

האטת תהליך הקלקול של המזון היא אחת הדרכים להילחם בתחזיות האלה, וזו העומדת במרכז מחקרו של ד"ר צבי חיוקה מהמכון לביוכימיה ומדעי המזון והתזונה בפקולטה לחקלאות של האוניברסיטה העברית ברחובות, יחד עם ד"ר משה שמש ממכון וולקני, פרופסור שאול בורדמן מהמחלקה למחלות צמחים ופרופסור דוד אבניר מהמכון לכימיה באוניברסיטה העברית.

למיקרואורגניזמים, כמו חיידקים, יש תפקיד משמעותי בקלקול מזון ותוצרת חקלאית, מסביר חיוקה, ולכן מטרת המחקר היא פיתוח כלים טכנולוגיים שימנעו את גידול החיידקים במזון כדי לשמור על איכותו טריותו ובטיחותו.

כדי למנוע או לעכב התפתחות חיידקים וכך להגן על המזון, משתמש חיוקה באמצעים שהטבע יצר - פפטידים אנטי מיקרוביאליים - שרשראות חלבונים קצרות שמורכבות מ-50-10 חומצות אמינו. הפפטידים מופרשים באופן טבעי (כחלק מפעילותה של המערכת החיסונית) על ידי בני אדם, בעלי חיים וצמחים שונים, וזאת במטרה למנוע זיהומים.

דוגמה לפפטיד מסוג זה הוא המגינין (Magainin), שנמצא ב-1987 על ידי פרופסור מיכאל זסלוף, בעת שעסק במחקר גנטי שבו השתמש בצפרדעים. אחרי שנות מחקר ארוכות, הבחין זסלוף להפתעתו כי צפרדעים שעברו ניתוח התאוששו בקצב מהיר בסביבה הלא-סטרילית של האקווריום, ללא זיהום או דלקת. זסלוף שיער שעורה של הצפרדע מפריש גורם אנטי מיקרוביאלי כלשהו.

ואכן, לאחר כמה חודשים, הצליח לבודד את החומר שהיה אחראי על ההתאוששות המהירה של הצפרדע - פפטיד מיקרוביאלי, שאותו כינה מגינין (מלשון "מגן" בעברית). המחקר של זסלוף סלל את הדרך לזיהוי של אלפי פפטידים אנטי מיקרוביאליים בתחום הצומח ובעלי החיים, כולל יונקים.

חיטה. בעוד 34 שנה, ב-2050, צפויה אוכלוסיית העולם לגדול בכ-20%, ואילו צריכת המזון צפויה לעלות עד אז ב-70%.צילום: בלומברג

לפי חיוקה, לפפטידים המיקרוביאליים הטבעיים יש חומצות אמינו בעלות אופי הידרופובי - כלומר הן נדחות ממים, כמו שמן - וחומצות אמינו אחרות, שטעונות במטען חיובי ומסוגלות "להתיישב" על קרום תא החיידק (ממברנה) שטעון במטען שלילי. לאחר יצירת האינטראקציה הראשונית, הפפטיד מבצע היפוך, וחומצות האמינו ההידרופוביות מצליחות לחדור דרך הממברנה של תא החיידק, להרוס אותה, ולגרום למותו.

צוותו של ד"ר חיוקה הצליח לפתח שיטה חדשה לייצור מלאכותי (סנתוז) של תערובות פפטידים בעלי רצפים אקראיים, שדומים מבחינת תכונותיהם לפפטידים האנטי מיקרוביאליים הקיימים בטבע. הפפטידים שסונתזו במעבדה הראו פעילות מהירה ויעילה נגד חיידקים רבים, כולל חיידקים מזהמי מזון. חיידקים אלה מסוגלים להיצמד למשטחים לחים שקיימים בתעשיית המזון, או לחלופין במכשור רפואי שמזרים נוזלים (למשל קטטר), וליצור על גבי המשטח קרום רב־תאי (ExtraCellular Matrix), ביופילם. קרום זה מורכב מחלבונים, דנ"א וסוכרים, ומגן על המשטחים מרעלים ומחומרים אנטיביוטיים.

במחקרם, שהתפרסם לאחרונה בעיתון "Chemical Communication", הראו החוקרים שהפפטידים בעלי הרצף האקראי, מסוגלים למנוע את יצירת הביופילם, ואף להרוס את מבני הביופילם הקיימים - תוך קטילה כמעט מלאה של החיידקים הנמצאים בתוכם. לתוצאות אלה יישומים אפשריים רבים, בהן כאמור, פיתוח אריזת קרטון של חלב, שעל דפנותיה יקובעו החומרים שפותחו במעבדה.

הטכנולוגיה הגיעהגם לבתי החולים

מלבד לשימור מזון נוזלי, יש לפפטידים יישומים תעשייתיים נוספים, כמו פיתוח חומרים משמרים חדשניים למזון, ושילובם עם רכיבים נוספים, כמו נוגדי חמצון, למשל. בנוסף, קיים פיתוח של פפטידים אנטי מיקרוביאליים שמשמשים כחומרי הדברה ביולוגיים המפוזרים על גבי תוצרת חקלאית. זהו פיתוח שכרוך ברגולציה מסובכת יחסית, בין היתר משום שיש צורך להראות שלחומרים הפעילים לא תהיה השפעה סביבתית מזיקה.

יישום אחר של הטכנולוגיה הוא שימוש בחומרים הללו כחומרי חיטוי, בבתי חולים למשל, בעיקר בשל היכולת של הפפטידים האנטי-מיקרוביאליים להתמודד בהצלחה עם הביופילם ויכולת קטילה מהירה של חיידקים. "אנו אמורים להתחיל בקרוב פרויקט לחיטוי מעקות, וילונות ומעליות בבית חולים, במטרה לבחון אם החומרים שפיתחנו מסוגלים להוריד את הזיהומים שמצטברים במקומות אלה בבתי החולים", מספר חיוקה.

כפתור מעלית. יישום אחר של הטכנולוגיה הוא שימוש בחומרים הללו כחומרי חיטוי

העובדה שמדובר ברצפים אקראיים של פפטידים, כלומר בחומר שהמבנה שלו אינו אחיד, לא תפריע לכם לקבל אישור של רשויות המזון והתרופות?

"הראינו שהרצף אינו משפיע על עוצמת הפעילות האנטי-מיקרוביאלית של הפפטיד. לעובדה שניתן להשתמש ברצף אקראי של פפטידים יש שני יתרונות חשובים: האחד, תהליך הסינתזה של תערובות הפפטידים זול בעשרות אחוזים מהעלות של ייצור רצפים קבועים. היתרון השני הוא שניתן להניח כי בתערובות של פפטידים בעלי רצף אקראי יהיה קשה יותר לחיידקים לפתח עמידות.

"עם זאת, ברור שלא יהיה קל לקבל את האישור של רשויות המזון. אנחנו צריכים להראות שהפעילות של הפפטידים שזיהינו סלקטיבית וספציפית רק לממברנות של תאי החיידק, ולא פוגעת בתא המאחסן של האדם למשל, באמצעות חדירה ופירוק כדוריות הדם האדומות".

"וירוס האיידס יפתח עמידות לקוקטייל"

למרות הלהט שבו מדבר חיוקה על הפפטידים האנטי-מיקרוביאליים והסיכונים הבריאותיים שהם גורמים לאדם, את דרכו במחקר האקדמי הוא החל בעיכוב של וירוס קצת יותר מוכר לרובנו - HIV-1, הגורם למחלת האיידס. כחלק מעבודת הדוקטורט שלו באוניברסיטה העברית בירושלים, הצטרף חיוקה למעבדתו של פרופ' אסף פרידלר במכון לכימיה בגבעת רם, והיה חלק מהצוות שפיתח מעכבים לחלבון האינטגראז של וירוס האיידס.

חיוקה מסביר שלווירוס שגורם לאיידס יש מידע גנטי שהוא מנסה להחדיר לדנ"א של התא המארח, וכשהוא מסיים תהליך זה הוא יכול להתרבות בתוכו. החדרת החומר הגנטי של הווירוס לתא המארח הוא השלב הקריטי, שהאנזים אינטגראז אחראי לו - שממנו ואילך המחלה הופכת לכרונית, ואין ממנו דרך חזרה.

מה קרה לפרויקט הזה?

"המעכבים היו פעילים במבחנה בתאים הומניים ואפילו בעכברים, אבל במדינות המערביות כבר פיתחו קוקטייל של תרופות שמאריך בצורה משמעותית את חיי החולים, כך שהגענו באיחור. עם זאת רשמנו פטנט על הפיתוח, ובאחרונה אחת מחברות הפארמה אף התעניינה בו".

אם מבחינת העולם המערבי נדמה שהמחלה בשליטה - מה גורם לחברה כזאת להתעניין בפיתוח שלכם?

"וירוס האיידס מתוחכם, וזה רק עניין של זמן עד שיפתח עמידויות לקוקטייל התרופות. הדבר קרה גם בתחום האנטיביוטיקה, שבו לא השקיעו בפיתוח תרופות חדשות, וכיום אנחנו מתמודדים עם משבר רציני בגלל היעילות הפוחתת של הדור הוותיק של התרופות האנטיביוטיות".

צילום: ליאו אלטמן

לחצו על הפעמון לעדכונים בנושא:

תגובות

הזינו שם שיוצג באתר
משלוח תגובה מהווה הסכמה לתנאי השימוש של אתר TheMarker