חיידקים מתדלקים

בעשור האחרון היינו עדים למהפכה בחקר יחסי הגומלין בין חיידקי המעי והגוף המארח שבמסגרתה נחשפו השפעות נרחבות של החיידקים על התפתחות הגוף, בריאותו ותפקודו. ואולם, על-אף ההתקדמות המרשימה בתחום, המנגנונים שבאמצעותם משפיעים חיידקי המעי על מערכות הגוף השונות נותרו מעורפלים. במחקר שפורסם באחרונה, חשפו מדעני מכון ויצמן למדע מנגנון מאחד המבוסס על קשר הדוק בין חיידקי המעי ובין ייצור האנרגיה בגוף המארח. הממצאים החדשים מספקים גם הסבר מנגנוני לתופעה אבולוציונית מוכרת – ברירה בין שרידות אישית להעמדת צאצאים.

לפני כמה שנים נחשף במעבדתו של פרופ' יואב סואן מהמחלקה למדעים ביומולקולריים, קשר מפתיע בין חיידקי המעי לייצור ביציות בשחלות ובהמשך גם להתפתחות הצאצאים. במחקר הנוכחי – בהובלת ד"ר יוליה גנאינסקי ממעבדתו של פרופ' סואן ובשיתוף פעולה עם ד"ר סרגיי מליצקי וד"ר מקסים איטקין  מהמחלקה לתשתיות מחקר מדעי החיים – ניסו החוקרים להבין כיצד חיידקים שנמצאים במעי משפיעים "מרחוק" על פעולת מערכת הרבייה בשחלות. במחקר שנערך במודל זבוב הפירות, נחשף מנגנון השפעה חיידקית על מאזן האנרגיה בגוף באמצעות אספקת מטבוליטים חיוניים לייצור האנרגיה בכלל תאי הגוף.

מוקד ייצור האנרגיה בתאי הגוף מצוי במיטוכונדריון, המכונה לעתים תחנת הכוח של התא. זהו אברון קטן שמאות או אלפים ממנו נמצאים ברוב התאים בגוף. המיטוכונדריות הן היצרן העיקרי של ATP – מטבע האנרגיה המרכזי של כלל היצורים החיים. ייצור ATP במיטוכונדריה תלוי בפעילותם של קו-אנזימים הנגזרים מוויטמינים, למשל ריבופלבין (ויטמין B2) המהווה "חומר גלם" לקו-אנזים החיוני FAD. ואולם הזבוב, כמו האדם ובעלי-חיים אחרים, אינו מסוגל להפיק ויטמינים מקבוצת B בעצמו וזקוק לאספקה "חיצונית" – ממקור חיידקי או באמצעות תזונה. באופן מטפורי, ניתן לדמות את חיידקי המעי ליצרני חומרי גלם המופקים במעי ומופצים למערכות הגוף כולו – ומכאן השפעתם המערכתית. חשיבות האספקה החיידקית צפויה לגדול בתנאי חסך תזונתי, והחוקרים שיערו כי גם בתנאי תזונה שכיחים למדי, חיידקי המעי הם ספקים משמעותיים של ויטמינים הדרושים לפעילות המיטוכונדריה. כדי לבדוק זאת הם הסירו את חיידקי המעי בנקבות זבובים. מלבד ירידה בתפוקת הביציות בזבובות הסטריליות, הם איתרו גם מחסור ב-FAD ובהתאם – עיכוב בפעילות המיטוכונדריאלית, צמצום תפוקת ה-ATP וירידה מתונה במשקל הגוף; השפעה מעכבת חזקה במיוחד על הפעילות המיטוכונדריאלית נרשמה בקבוצה ספציפית של תאי שחלה העוטפים את הביצית.

התמונה שעולה מהמחקר: הסימביוזה בין החיידקים לגוף המארח נשענת על ציר מרכזי – השפעה חיידקית על המיטוכונדריה

כדי לבדוק אם העיכוב בפעילות המיטוכונדריאלית בתאי השחלה מוביל כשלעצמו לירידה בתפוקת הביציות, השתמשו החוקרים בכלים גנטיים המעכבים ביטוי חלבונים מיטוכונדריאליים בתאים נבחרים, תוך הימנעות מסילוק חיידקי המעי. נמצא כי די בעיכוב המיטוכונדריה בתאי המעטפת של הביציות כדי להוריד את קצב ייצור הביציות; למעשה, השפעת עיכוב המיטוכונדריה בתאים אלה דמתה לאפקט סילוק החיידקים. כמו כן, נמצא כי אספקת חיידקי מעי, או לחלופין ויטמין B2, לנקבות שהתפתחו ללא חיידקים, מגבירה את פעילות המיטוכונדריה בתאים אלה ומעלה את קצב ייצור הביציות, וכן את רמות ה-ATP בגוף. חיזוק נוסף לקשר הסיבתי בין חיידקי המעי וייצור האנרגיה בגוף המארח, התקבל מניסויים שחשפו השפעה חיובית של חיידקי המעי על מלאי ה-ATP גם בזכרים.

"בניסיון להבין כיצד חיידקי מעי משפיעים 'מרחוק' על פעולת מערכת הרבייה בשחלות, חשפנו מנגנון יסודי של בקרה חיידקית על פעילות המיטוכונדריה בתאי הגוף", אומר פרופ' סואן. "כפי שהודגם רבות בעבר, פשטותו היחסית של מודל הזבוב יעילה בחשיפת תהליכים יסודיים המתקיימים בכלל היצורים החיים, ובהם בני-אדם. אם נוסיף על כך את העובדה שלמעשה אין 'פטנט' אחר – כלומר תהליכי ייצור האנרגיה שמורים אבולוציונית – אפשר לצפות כי הממצאים היסודיים שנתגלו במודל הזבוב מתקיימים באופן דומה בבעלי-חיים רבים".

ממצאי המחקר מציעים גם הסבר מנגנוני לברירה בין הקצאת אנרגיה להישרדות ובין השקעת אנרגיה בהעמדת צאצאים. כדי לשרוד בתנאי לחץ יש להשקיע אנרגיה בהתמודדות עם גורם הלחץ – והשקעה זו גורעת מסך האנרגיה והמשאבים הרבים הנדרשים לצורך רבייה. הקשר שנחשף במחקר בין חוסר בוויטמיני B (והקו-אנזימים הנגזרים מהם) לירידה בפעילות המיטוכונדריאלית בשחלה, מהווה בסיס למנגנון ויסות הנוטה לתעדף השקעת אנרגיה בפעילויות הישרדותיות על-פני השקעה בדור הבא. "אף שהקשר הודגם לעת עתה רק במצב של היעדר חיידקים וביחס לוויטמין B2 בלבד, ויסות מעין זה צפוי להתקיים בטווח רחב של מצבים תזונתיים", אומרת ד"ר גנאינסקי. 

התמונה שעולה מהמחקר היא שהסימביוזה בין החיידקים לגוף המארח נשענת על ציר מרכזי – השפעה חיידקית על המיטוכונדריה. אם נוסיף לכך את העובדה שהמיטוכונדריון הוא אברון בעל מטען גנטי משל עצמו ונחשב שריד אבולוציוני של חיידקים קדמונים, מתקבלת מראית עין של שיתוף פעולה בין חיידקי המעי ל"אמותיהם הקדמוניות" – המיטוכונדריה.