מדעני מכון ויצמן למדע גילו כיצד נוצרים חומרים רעילים בתפוחי אדמה

מקרי מוות של בני אדם כתוצאה מאכילת תפוחי אדמה ירוקים הם אמנם נדירים למדי, אך הרעלות כאלה גורמות תכופות למחלות ולתמותה בחיות משק. הסימפטומים כוללים פגיעות במערכת העיכול, וכן השפעות נוירולוגיות כמו אובדן תחושה, סיוטים והזיות. במקרים חמורים נגרמת הפרעה בקצב הלב המובילה למוות. האחראים לכך הם החומרים הרעילים סולנין ושקונין המצויים בתפוחי אדמה, שריכוזם בפקעות גדל במידה משמעותית בעקבות חשיפה לאור ובזמן הנצת הפקעות, ומגן עליהן מפני גורמי מחלות.

הסולנין והשקונין משתייכים למשפחה גדולה של אלפי חומרים הקרויים גליקו-אלקלואידים, המצויים גם בצמחי מאכל נוספים ממשפחת הסולניים כמו עגבניות וחצילים. חומרים אלה מוכרים זה למעלה ממאתיים שנה, אולם מסלול הייצור שלהם בצמח אינו ידוע. פרופ' אסף אהרוני וחברי קבוצתו מהמחלקה למדעי הצמח במכון עשו באחרונה צעד חשוב בכיוון זה, כאשר הצליחו למפות את המסלול הביוכימי האחראי ליצירת גליקו-אלקלואידים מחומר הגלם שלהם – כולסטרול. ממצאי המחקר יאפשרו לטפח זני ירקות חדשים בעלי כמות מופחתת של רעלים, ולהשביח זנים באמצעות הכלאות עם זני בר שנאסרו לשימוש בגלל תכולת הגליקו-אלקלואידים הגבוהה בהם. מצד שני, הגברת ריכוז הגליקו-אלקלואידים בחלקי הצמח שאינם אכילים, או בצמחים שבאופן טבעי אינם מכילים חומרים אלו, תגביר את יכולתם להתגונן מפני מחלות.

בשלב הראשון של עבודת המיפוי, שפורסם לפני כשנתיים בכתב-העת The Plant Cell, הצליחו המדענים לזהות את הגן הראשון במסלול הייצור של הגליקו-אלקלואידים. במחקר הנוכחי, שהתפרסם באחרונה בכתב-העת Science, השתמשו המדענים באותו גן ראשון כב"סימן דרך", שכיוון אותם אל המשך המסלול: באמצעות השוואת תבניות הביטוי של גנים ברקמות שונות של תפוחי אדמה ועגבניות, עלה בידם לזהות גנים דומים לגן הראשון, וכך לגלות שורה של גנים המעורבים במסלול ייצור הגליקו-אלקלואידים. פגיעה בתפקודו של אחד מגנים אלה מנעה הצטברות של גליקו-אלקלואידים בפקעות תפוחי אדמה ובעגבניות. בהמשך פיענחו המדענים את התפקיד של כל אחד מהגנים, ושרטטו את התהליך המלא, בן עשרה שלבים, במהלכו הופכת מולקולת כולסטרול לגליקו-אלקלואיד. גנים נוספים שזוהו אחראיים ל"הסתעפויות" שונות במסלול, המובילות ליצירת חומרי משנה, ועל בקרת התהליך.

פרופ' אהרוני מספר כי באחד הלילות ישב בביתו ובדק שוב ושוב את רשימת הגנים המועמדים – על סמך תבנית ביטויים – למלא תפקיד במסלול הייצור, כאשר לפתע הגיע לתובנה מעניינת: נראה כי הצמחים מגנים על הצאצאים שלהם מפני האפשרות לרשת "חצי מסלול" לייצור גליקו-אלקלואידים, אשר עלול להזיק להם. אפשרות זו עלתה כאשר השווה את מיקומי הגנים בגנום, וגילה כי מרביתם מאוגדים ברצף אחד על כרומוזום 7 של העגבנייה ותפוח-האדמה. שני גנים נוספים נמצאו בכרומוזום אחר, אולם נראה כי גם מקטע זה נדד ממיקומו המקורי בכרומוזום 7. הסיבה לקיבוצם של הגנים היא שהפעלה חלקית של מנגנון ייצור הגליקו-אלקלואיד מובילה לייצור חומר ביניים רעיל לתאי הצמח (כך, לדוגמה, קיימות פטריות הפוגעות בצמח באמצעות פירוק הגליקו-אלקלואידים לרכיבם המזיק). כדי לצמצם את הסיכוי לתורשה חלקית מזיקה, מרכז הצמח את כל המסלול ביחידה גנטית קטנה ככל האפשר.

את המחקר הוביל החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר מקסים איטקין, והשתתפו בו ד"ר אווה הייניג, ד"ר אורן צפדיה, פבלו קרדנס, ד"ר שמואל בוקובזה, ד"ר סרגיי מליצקי וד"ר אילנה רוגצ'ב ממעבדתו של פרופ' אהרוני, וכן ד"ר תמר אונגר מהמרכז לפרוטאומיקה מבנית במכון, מדענים מאוניברסיטת פונה, הודו, ומהמכון לחקר הצמח בוונינגן, הולנד.