אני והצלולוזום שלי

בני-אדם ופרות אמנם ניזונים ממזונות שונים, אבל מחקר חדש מגלה, שלמרות הריחוק האבולוציוני ביניהם, בני-האדם חולקים במשותף עם הפרות חלקיק תת-מיקרוני המעורב בעיכול המזון. הקהילה המדעית מכנה אותו "צלולוזום". חלקיק זה, אותו מייצרת בטבע שורת חיידקים מפרקי-תאית, הוא למעשה תצמיד (קומפלקס) חלבוני הממוקם על דופנם של חיידקים אלה, ונפוץ במערכות העיכול שלנו – בדיוק כמו במערכות העיכול של הפרות. הצלולוזום מסוגל לפרק את התאית, שהיא המרכיב העיקרי של דופן הצמחים, אותה דופן שמעלי גרה (כמו פרות) ושבני-אדם ניזונים ממנה דבר יום ביומו. התאית היא פולימר סוכרי שקשה לפרקו, וכל עוד לא פורק, הוא עתיר אנרגיה שאינה זמינה. מחקר חדש, שביצעו פרופ' אד באייר וחברי קבוצתו מהמחלקה למדעים ביומולקולריים במכון ויצמן למדע, בשיתוף עם עמיתו, פרופ' רפאל למד מאוניברסיטת תל-אביב, העלה שלפירוק התאית – אותו מבצעים חיידקי מערכת העיכול – עשויות להיות השלכות על בריאות האדם, לרבות קשר אפשרי לתופעת ההשמנה, להפרעות מטבוליות, ואף למחלת הסוכרת.

פרופ' באייר ועמיתיו למחקר גילו ובודדו לראשונה את הצלולוזום בשנת 1983, כאשר חקרו חיידק המצוי בטבע אשר מפרק תאית מחומר צמחי. המחקר, אשר נמשך לאורך שנים, הראה כי הצלולוזום אינו דומה לאף מערכת אחרת בטבע, והוא מאפיין מיגוון רחב של חיידקים, שהמכנה המשותף לכולם הוא היכולת לפרק תאית. ייחודו של הצלולוזום הוא בצורת ההתארגנות של עשרות אנזימים מפרקי-תאית לתצמיד ענק, באופן המזכיר את קוביות הלֶגוֹ של ילדותנו. בלב המבנה דמוי הלגו נמצא חלבון דמוי-מחרוזת, אליו נקשרים באופן מדויק ומסודר הרבה אנזימים מפרקי-תאית. האנזימים, אשר מחוברים למחרוזת באופן מרחבי סדור, אחראים על פירוק סיבי התאית – שאי-אפשר לעכלם – לסוכרים מסיסים עתירי אנרגיה. מתוצרי הפירוק נהנים החיידקים מפרקי התאית, חיידקים טפיליים נוספים, שאינם מפרקי תאית, וגם בעלי-חיים מעלי גרה, שבקיבתם שוכנים חיידקים מפרקי-תאית.

"התגלית החדשה הנוגעת לצלולוזום בבני-אדם, החלה, למעשה, במחקר הנוגע לפרות", אומר פרופ' באייר. כחלק משיתוף פעולה עם פרופ' הארי פלינט מאוניברסיטת אברדין, בריטניה, הוא חוקר צלולוזומים הממוקמים על דפנות חיידקים השוכנים בכרסן של פרות. חיידקים אלה הם הגורם העיקרי והחשוב ביותר בעיכול מזון כמו קש ושיירי צמחים: הם מפרקים את התאית, אשר מורכבת משרשרת סוכרים שקשה לפרקם ומתמס, לסוכרים מסיסים זמינים ועתירי אנרגיה. המחקר של הקבוצה מאברדין הראה, כי הצלולוזומים של חיידקי הכרס בנויים בתבנית בסיסית, בדומה לצלולוזום של חיידקים מפרקי-תאית בטבע.

בהמשך הצליחו פרופ' באייר ועמיתיו למחקר למצוא צלולוזומים בחיידקים אשר חיים במעי הדק בגוף האדם. צוות מדענים רב-לאומי גדול – בהם פרופ' באייר, ד"ר שרה מוראיס, החוקרת הבתר-דוקטוריאלית ד"ר ברקת דסה, ותלמידת המחקר יונית בן דוד מהמכון, ובשיתוף עם פרופ' פלינט ופרופ' למד; ד"ר איליה בורובוק מאוניברסיטת תל-אביב; ד"ר ניקול קורופטקין ופרופ' אריק מרטנס מבית-הספר לרפואה של אוניברסיטת מישיגן, וד"ר אניק ברנלייה-דונדייה מ-INRA, צרפת – עמל על ריצוף הגנום של חיידקי המעי הדק. בתחילת המחקר לא היו התוצאות חד-משמעיות. בגנום של אותו החיידק נמצאו מספר גנים האופייניים למרכיבים צלולוזומיים, אולם מספר הגנים היה נמוך מכדי להרכיב צלולוזום מושלם, אותה "מכונה לאכילת תאית". לעומת זאת, בבדיקה מעמיקה יותר התברר, כי מקטעים אחדים של הגנום לא פוענחו כהלכה. כך גילו המדענים שחיידקים אלה, המצויים במעי האדם, אכן נושאים צלולוזומים. במחקר מקביל גילו פרופ' באייר ושותפיו למחקר חיידק נוסף נושא-צלולוזום המצוי במיקרוביום האדם, אלא שבמקום תאית, החיידק הזה מפרק מולקולות עמילן.

צלולוזומים אלה, כמו החיידקים שנושאים אותם, קרובים מאוד למקביליהם בכרס הפרה. פרופ' באייר סבור, שהסיבה לקיומם של חיידקים דומים במערכות עיכול כה שונות אינה הצורך בפירוק תאית למטרות תזונתיות. לדעתו, לצלולוזומים האלה יש תפקיד הגנתי – כלומר, מניעת פגיעה ברקמה הרכה של מערכת העיכול שלנו, שעלולים לגרום סיבי תאית מיקרוניים הנפוצים במזון צמחי. בנוסף, נראה שכמו חיידקי מעיים אחרים, גם הם משפיעים בדרך שאינה מובנת כל צורכה על חילוף החומרים באדם, ובכך הם עשויים להשפיע על הנטייה להשמנה, על מִקבץ של הפרעות מטבוליות, ועל הסיכוי לחלות בסוכרת.