מבחן הכניסה של הנגיפים

את מרבית תקופת מגפת הקורונה העברנו מאחורי מסכות ובמרחק שני מטרים זה מזה, בניסיון לפזר פחות מאותן טיפות קטנות שאנו פולטים לאוויר בכל נשימה, שיחה או שיעול. מטרתם העיקרית של צעדים אלה הייתה לצמצם את מספר חלקיקי הנגיף – ויריונים – שאליהם ניחשף. לכל נגיף קיימת "מנת הדבקה" מינימלית הדרושה כדי לגרום מחלה, ובמקרים רבים ככל שהמנה גדולה יותר כך המחלה קשה יותר. עד היום חוקרי נגיפים התייחסו למנת הדבקה בעיקר ברמת היצור השלם, אך מדעניות ממעבדתה של פרופ' נעם שטרן-גינוסר במכון ויצמן למדע גילו שגם גורלו של תא בודד שנדבק בנגיף תלוי במספר הוויריונים שפלשו אליו. ממצאי המחקר שנערך בנגיפי הרפס והתפרסם בכתב-העת המדעי Nature Communications, חושפים שמנת ההדבקה ברמה התאית קובעת אם נגיף יהיה פעיל בתא או ייכנס למצב רדום, והם סוללים את הדרך לטיפולים שישלטו בתוצאות ההדבקה.

בעוד מרבית הנגיפים פולשים לתא חי ומיד מנצלים את מערכותיו לצורך שכפולם, לנגיפי הרפס ו-HIV יש ברירה – הם מסוגלים להמתין בסבלנות בתא במצב רדום עד שהתנאים ייטיבו עמם. נגיף הציטומגלו האנושי (HCMV) ממשפחת ההרפס מדביק את מרבית אוכלוסיית העולם, בדרך כלל מבלי לחולל מחלה. ואולם, בעתות חולשה של מערכת החיסון, הנגיף הרדום עלול להתעורר ולגרום לזיהומים קשים. יתרה מכך, נגיף הציטומגלו הוא מהזיהומים העיקריים שעוברים מאם לעובר, ובמיעוט מהמקרים הוא גורם לפגיעה קשה שיכולה לגרום לעיכוב התפתחותי ואובדן שמיעה.

אחד ממקומות המסתור של נגיפי ציטומגלו רדומים בגוף הוא תאי אב של מערכת הדם שנקראים מונוציטים. לעומת זאת, התאים הבוגרים שנוצרים מהם – המקרופגים – נוטים דווקא להדבקה פעילה. מאז שנות ה-90 התחבטו מדענים בשאלה מה מבדיל בין תאי האב והתאים הבוגרים, וההשערה המובילה הייתה שרק המונוציטים, ולא גרסאותיהם הבוגרות, מסוגלים לארוז את הדי-אן-אי הנגיפי למבנה דחוס במיוחד שמשתיק אותו.

""ייתכן ששלל רקמות בגוף נדבקות בנגיפי הרפס, אך בשל סף הדבקה גבוה שומרות עליהם באדיקות במצב רדום וקשה לגילוי"

במחקר החדש, שהובילה הדוקטורנטית יערית קיצברג בהנחיית פרופ' שטרן-גינוסר ומדענית הסגל ד"ר מיכל שוורץ, בדקו המדעניות אילו גנים מבטאים מונוציטים אנושיים, ולאחר מכן מיינו אותם למקרופגים בוגרים ובחנו מה השתנה. "להפתעתנו לא זיהינו בתאי האב ביטוי מוגבר של אף גן שקשור לדחיסת די-אן-אי וניכר שזהו לא הגורם שמכתיב את גורל ההדבקה", אומרת קיצברג. "אבל כן זיהינו הבדל מפתיע בתאים הבוגרים דווקא – במקרופגים – בתאים אלה יש ביטוי יתר של חלבונים על פני שטח התא. אחת האסטרטגיות המרכזיות של נגיפים לפלוש לתאים היא דרך היקשרות לחלבונים כאלה – מה שהוביל אותנו לתהות לראשונה האם ייתכן שגורל ההדבקה כולו נקבע כבר בשער הכניסה".

המדעניות סימנו את הוויריונים בסמנים פלואורסצנטיים והראו שבזכות הבדלים ב'שער הכניסה', ויריונים חודרים למקרופגים במספרים גדולים בהרבה מאשר למונוציטים. כשהן הוסיפו גם למונוציטים, באמצעות הנדסה גנטית, קולטנים יעילים לנגיף הציטומגלו, מספר הוויריונים שחדר לתאים גדל בממוצע פי 15 ושיעור התאים שעברו הדבקה פעילה נסק.

"נראה שלתאים בגופנו יש 'מנת הדבקה מינימלית' הדרושה כדי שיפתחו הדבקה פעילה וגודלה משתנה מתא לתא", מסבירה פרופ' שטרן-גינוסר. "ראינו שהדבקה של תא במנה נגיפית שקטנה מהסף מסתיימת לפחות בחלק מהמקרים בכניסת הנגיף למצב רדום. המשמעות היא שייתכן ששלל רקמות בגוף נדבקות בנגיפי הרפס, אך בשל סף הדבקה גבוה שומרות עליהם באדיקות במצב רדום וקשה לגילוי. ההבנה הזו יכולה לעצב בשנים הבאות את ההתמודדות שלנו עם נשאות של הרפס".

בשלב הבא, ניסה צוות המחקר לחשוף איזה מהחלבונים על פני שטח המקרופגים הוא שער הכניסה העיקרי של הנגיף. יש לכך חשיבות מיוחדת, שכן חיסונים רבים – ובהם החיסון לקורונה – מכוונים כנגד מנגנון הקשירה של הנגיף לחלבון על פני שטח התא. "זיהינו חלבון מעטפת ספציפי שמחיקה שלו מהמקרופגים מורידה את שיעורי ההדבקה הפעילה משמעותית", מתארת ד"ר שוורץ. "ואולם, הוספה שלו למונוציטים לא הספיקה כדי להעלות את שיעורי ההדבקה הפעילה בהם. נראה לפיכך שישנם חלבוני פני שטח אחרים, אולי חשובים יותר, שמחכים להתגלות. נכון להיום אין חיסון מאושר נגד נגיף הציטומגלו, ורק לפני חודשים ספורים נודע כי אחד הניסיונות המובילים לפיתוחו נכשל. אני מקווה שהידע החדש יסייע בעתיד לשנות את המצב".

גילוי מנת ההדבקה המינימלית הותיר שאלה פתוחה – מה עושים הנגיפים מרגע שחדרו לתא בכמות מספקת כדי להבטיח הדבקה פעילה? במחקר המשך, שממצאיו התפרסמו לאחרונה בכתב-העת המדעי PNAS, התחקו מדעניות הקבוצה אחר זוג כלי נשק נגיפיים עוצמתיים במיוחד – החלבונים ה"מיידיים-מוקדמים" (immediate early). ידוע שכאשר חלבונים אלה מתבטאים ברמה גבוהה בתא מודבק בשעות הראשונות לאחר חדירת נגיף, הם מתחילים את שרשרת אירועי ההדבקה הפעילה – הנגיף משתכפל, התא המודבק מתפרק ו-וויריונים חדשים מתפזרים בסביבה.

"זיהינו את שתי הפעולות המתוחכמות והגורליות שבאמצעותן החלבונים המיידיים-מוקדמים מגשימים את ייעודם", מתארת קיצברג, שהובילה גם את מחקר ההמשך בהנחיית פרופ' שטרן-גינוסר וד"ר שוורץ. "החלבון הראשון מפרק גופיפים בגרעין התא שמנסים לדחוס ולנטרל את הגנום הנגיפי, והשני מאלץ את התא להתמלא באבני בניין להרכבת די-אן-אי ואז להעמידם לרשות הנגיף. פעולות אלה מספיקות כדי להתגבר על המשוכות שמציב התא בפני הנגיף ולהבטיח שתצא לדרך הדבקה פעילה. למעשה, גם פירוק הגופיפים לבדו מספיק כדי להשכים נגיף מתרדמה".

"המשוכות אינן גבוהות באותה מידה בכל תא", מבהירה פרופ' שטרן-גינוסר. "ככל שבתא ישנם מראש יותר גופיפים ופחות אבני בניין, סביר שתידרש מנת הדבקה גדולה יותר של ויריונים כדי לגבור על הגנותיו. בכך הממצאים שלנו חושפים כיצד נקבע בתא סף מנת ההדבקה המינימלית. על סמך הבנה זו, נוכל לזהות רקמות חדשות שמארחות נגיפים רדומים מתחת לרדאר, לנסות לנבא את התנאים שבהם מחלה רדומה תתפרץ ולפתח דרכים למנוע מהנגיף להיכנס לתרדמה מלכתחילה או להשכים כשאנו פגיעים".

במחקר שהתפרסם ב-Nature Communications השתתפו גם אהרון נחשון, תמר ארזי, ד"ר קארין ברנימן, ד"ר טל פישר, אלכסנדר ויינשטיין וד"ר יערה פינקל מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון. במחקר שהתפרסם ב-PNAS השתתפו מלבד אהרון נחשון גם ד"ר אלכסנדר ברנדיס וטבי מלמן מהמחלקה לתשתיות מחקר מדעי החיים במכון.