המאבק המשותף של חיידקים וצמחים

כתמים חומים מבצבצים על העלים של עציץ אהוב? זו עדות לפעולתה המאומצת של המערכת החיסונית שלו: בתגובה למזיקים שונים, יהיו אלה חיידק, נגיף או פטריה, מופעל בצמח מנגנון הגנה אשר משמיד תאים שנדבקו, ועוד כמה תאים בסביבתם, כדי למנוע התפשטות הזיהום לצמח כולו. במחקר המתפרסם היום בכתב-העת המדעי Nature חושפים מדעני מכון ויצמן למדע את המקורות האבולוציוניים של מנגנון זה: מערכת הגנה של חיידקים נגד נגיפים. ממצאיהם עשויים לשפוך אור חדש על פעולתם של מנגנוני הגנה בצמחים ולאפשר לחזק את עמידותם בפני נגעים הגורמים מדי שנה אובדן יבול בשווי מיליארדי דולרים.

משחר האבולוציה, מנהלים חיידקים מערכה מתמשכת נגד נגיפים הקרויים פאג'ים, אשר נראים כמו גרסה מיניאטורית של רכבי נחיתה על הירח. הפאג' מחדיר את הגנום שלו לתא החיידקי וגורם לו לייצר עוד ועוד עותקים שלו עד שהתא מתפוצץ ומת – והזיהום מתפשט לשאר המושבה. מעבדתו של פרופ' רותם שורק במחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון מתמחה בחקר מערכות ההגנה של חיידקים. במחקר חדש בהובלת תלמיד המחקר דאז, ד"ר גל אופיר, גילו במעבדתו כי חלבון המכיל מקטע הקרוי TIR ממלא תפקיד חשוב במאבקם של החיידקים בפאג'ים. באופן מפתיע, מדענים בארצות-הברית ובאוסטרליה גילו לפני כשנתיים כי חלבון דומה עם מקטע TIR נוכח בצמחים המתגוננים מפני מזיקים, אך מנגנון זה לא פוענח.

במסגרת המחקר החדש חשפו אופיר ושותפיו את מנגנון הפעולה של החלבון בחיידקים, ובהמשך הראו כי פעולתו בחיידקים דומה לפעולתו בצמחים. תחילה מיפו החוקרים את שרשרת התגובות המולקולריות שהחלבון מפעיל בחיידק: כאשר פאג' חודר לתא החיידק, החלבון חש בפלישה ומייצר אות מולקולרי המוביל להפעלת חלבון אחר, שבתורו משמיד מולקולה חיונית לחילוף החומרים של החיידק. בהיעדרה, החיידק מקפח את חייו לפני שתוכנית ההתרבות של הפאג' צוברת תאוצה, והזיהום נחסם.

""הממצאים שלנו מבססים קשר אבולוציוני ישיר בין המערכות החיסוניות של צמחים וחיידקים"

ההפתעה הגדולה נרשמה כאשר החוקרים העבירו את האות המולקולרי שמייצר החלבון מצמחים לחיידקים – המסר עבר ותוכנית ההתאבדות יצאה לדרכה. אמנם מנגנון ה-TIR בצמחים דורש עדיין מיפוי מדוקדק, אך מהמחקר עולה כי המנגנון דומה למדי לזה שהתגלה בחיידקים: בשני המקרים, חלבון עם מקטע TIR מזהה את הפולש ומייצר תגובת שרשרת שמובילה להתאבדות התא – החיידק או אחד מתאי הצמח.

"הממצאים שלנו מבססים קשר אבולוציוני ישיר בין המערכות החיסוניות של צמחים וחיידקים", אומר פרופ' שורק. "יתר על כן, המחקר שלנו מהווה בסיס למחקרים עתידיים שיבחנו כיצד פועלת מערכת הגנה מרכזית זו בצמחים". מחקרים אלה עשויים להוביל לדרכים חדשות לחזק את המערכת החיסונית של צמחים כדי להפוך אותם לעמידים יותר בפני נגעים – סוגיה בוערת בהתחשב בממדי האובדן של תוצרת חקלאית מדי שנה והיעדרם של פתרונות יעילים. כך למשל בימים אלה זיהום חיידקי מאיים לחסל מטעי הדרים ברחבי העולם: בפלורידה נחתך באחרונה יבול ההדרים בחצי, ועד כה לא נמצא מענה למחלה. תובנות חדשות על מנגנוני ההגנה של צמחים יעזרו אולי בעתיד לשמור טוב יותר על הפרדסים ועל מטעים אחרים.

במחקר השתתפו ד"ר אהוד הרבסט, מאיה ברעוז, דניאל כהן, עדי מילמן, ד"ר שני דורון, ניצן טל וד"ר גיל אמתי מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית של המכון; דניאל מלהירו מחברת MS-Omics, דנמרק; וד"ר סרגיי מליצקי מהמחלקה לתשתיות מחקר מדעי החיים של המכון.

לקבלת מידע נוסף, תמונות ולתיאום ראיונות:
משרד הדוברת - מכון ויצמן למדע
08-9343856 news@weizmann.ac.il