חמישי 17 באוקטובר 2019
בפייסבוקבטוויטרבאינסטגרם
נגישות
ידיעות אחרונות
הכי מטוקבקות
    איור: גיא מורד
    7 ימים • 01.05.2019
    החייזרים שבתוכנו
    קשה להאמין שבמאה ה־21 עוד אפשר לגלות צורות חיים חדשות. אבל ממחקר שנערך לאחרונה מתברר שגופנו משמש בית למיקרובים שטרם נראו כמותם. חלקם כה זעירים, זרים ומוזרים, עד שהם כותבים מחדש את כל מה שידוע לנו על החיים ומשפיעים, לטוב ולרע, על בריאותנו. החוקרים מקווים שהיצורים המיקרוסקופיים יובילו למהפכה הרפואית הבאה
    קולין באראס, ניו-סיינטיסט | איור: גיא מורד

    פרופ' אריק בטיסט, ביולוג התפתחותי הפועל באוניברסיטה ע"ש פייר ומארי קירי בפריז, מנהל כבר שנים מסע חיפוש אחרי החיים, אבל אלה לא החיים המוכרים לנו. הם לא נמצאים גם על פני המאדים, או באוקיינוסים של הירח. שטח המחקר שלו קרוב הרבה יותר לכל אחד מאיתנו: גוף האדם. ליתר דיוק המיקרואורגניזמים הפועלים בו ומפעילים אותו. המיקרואורגניזמים, המכונים גם מיקרובים, הם כל הייצורים שניתן לראותם רק באמצעות מיקרוסקופ. "אני מאמין שהביולוגיה מלאה הפתעות", אומר פרופ' בטיסט, "מכיוון שלא דגמנו עדיין את כל הדנ"א בעולם, נותר לדעתי עוד מקום שנוכל למצוא בו יצורים מוזרים ונדירים". אם המאמץ הזה יימשך ויעלה יפה, אין ספק שמדובר במהפכה הגדולה הבאה של עולם הרפואה. ואחריה רופאים יוכלו לרפא מחלות, תוך שימוש בחיידקי הגוף של החולה עצמו.

     

    מדענים ריאליסטים יטענו אולי שמשימתו של בטיסט נועדה מראש לכישלון. אחרי הכל, אנחנו נמצאים בשנת 2019, לא ב־1710. קשה להאמין שביולוגים עוד יכולים לחשוף מחלקות חדשות של בעלי חיים על פני כדור הארץ, ובוודאי שלא בסביבה האינטימית והמוכרת כל כך של גוף האדם. אבל ייתכן גם שמדענים אלה טועים. מחקר שנערך לאחרונה מראה שהגוף שלנו משמש בית למיקרובים שטרם נראו כמותם בעולם המדע. חלקם כה מפתיעים, עד שייתכן שהם כותבים מחדש את כל מה שידוע לנו על החיים. יתרה מזאת, מתברר של"חומר האפל" הבקטריאלי החדש הזה עשויה להיות השפעה מרחיקת לכת על בריאותנו – לטוב ולרע.

     

    הג'ונגל הפנימי

     

    למעשה, גוף האדם הוא ג'ונגל אמיתי; חיים בו ועליו מגוון מדהים של מיקרובים. וכמו יצורי הג'ונגל, הם מתערבבים זה בזה ויוצרים מערכת אקולוגית סבוכה. המספרים מדהימים; בגוף שלנו חיים כ־39 טריליון מיקרובים. הם עולים במספרם על 30 טריליון התאים שלנו. על כל סנטימטר מרובע של עורנו אפשר למצוא מיליארד בקטריות.

     

     

    מחקר שהתפרסם בתחילת השנה מצא שבמעיים האנושיים יכולים להתקיים כ־2,000 זנים שונים של בקטריות - למרות שבמעיים של כל אחד מאיתנו מספרם קטן יותר. במשך שנים ההנחה המדעית הייתה שהמיקרובים הללו מזיקים, אבל היום אנחנו יודעים שרבים מהם ידידותיים לאדם, וקשורים ישירות לבריאות ולרווחה שלנו. האינטראקציות העיקריות במעיים מתקיימות בין שלושה סוגי יצורים חיים: איקריוטים, בקטריות וארכאה. פטריית השמרים האיקריוטית "קנדידה" מפרקת את העמילנים שאנו אוכלים, ומשחררת סוכרים פשוטים. ואז, בקטריות מסוג רומינוקוקוס מתסיסות אותם. רק אז מגיעים חיידקים מסוג מתאנוברוויבקטור וחוגגים על מוצרי הלוואי שמשאירות אחריהן הבקטריות המתסיסות.

     

    "מוצרי לוואי ופסולת של אורגניזמים מסוג אחד הופכים למשאבים של אורגניזמים אחרים, והמערכת כולה מתפקדת רק באמצעות התלות ההדדית שבין התהליכים השונים", מסבירה פרופ' ג'יליאן באנפילד מאוניברסיטת ברקלי. לפעמים האינטראקציה יכולה לגרום למחלה. זה קורה כשלבקטריות שלנו נצמד טפיל זעיר, ויחד הם מצליחים שלא להתגלות על ידי המערכת החיסונית. אבל יש פעמים שבהן האינטראקציה בין בקטריות יכולה דווקא לתרום לבריאות שלנו.

     

    באמצעות שימוש בטכנולוגיות חדשות, הצליחו מיקרוביולוגים לגדל מיקרובים במעבדה עוד לפני שהצליחו אפילו לזהות ולחקור אותם. עם זאת, רוב המיקרובים אינם ניתנים לגידול תרבותי – מה שמגביל מאוד את היקף ההבנה והידע שלנו עליהם.

     

    כיום, אנחנו יכולים לעקוף את הבעיה הזאת באמצעות ריצוף מטגנומי - טכניקה המשמשת לזיהוי מיקרובים על פי הדנ"א שלהם. וכשאי־אפשר לגדל אותם בתרביות מלאכותיות, הם נלקחים מסביבתם הטבעית - למשל, דגימות צואה של בני אדם. מרגע שמצליחים לזהות קטעי דנ"א, אפשר להשתמש בתוכנת ריצוף המשלימה את החסר ובונה מתוך הקטעים את הגנום כולו. הטכניקה הזאת מאפשרת לנו להיות עדים, מדי חודש, לגילויים חדשים על מיקרובים שחיים בתוכנו או עלינו. ומתברר שבחלק מהמקרים, מדובר במיקרובים שלא ידענו עד כה על קיומם.

     

    ב־2013, למשל, גילה צוות בראשות החוקרות פרופ' באנפילד מאוניברסיטת ברקלי ופרופ' רות ליי מאוניברסיטת קורנל בניו־יורק עדויות לכך שהמעיים שלנו משמשים סביבת מחיה לקבוצה חדשה לחלוטין של אורגניזמים, המקושרים לציאנובקטריות – סוג של בקטריות החיוני להתפתחות של חיים מורכבים. צוות המחקר קרא למיקרובים החדשים בשם "מלנאבקטריה" – על שמה של אחת הנימפות מהמיתולוגיה היוונית.

     

    הקשר בין שני היצורים החדשים האלה עורר את סקרנותם של אנשי המדע: ה"ציאנו" הם, ככל הידוע, האורגניזמים היחידים שהצליחו לפתח סוג של פוטוסינתזה שמייצרת חמצן כתוצר לוואי (תהליך שהצמחים מצליחים לעשות, אבל רק אחרי שאימצו את הציאנובקטריה אל תוך התאים שלהם). היכולת הזאת שינתה בזמנו את האטמוספירה של כוכב הלכת שלנו, וסללה את הדרך לחיים מורכבים כמו שלנו. אבל אופן התפתחותן של הציאנובקטריות נותר בגדר תעלומה.

     

    המלנאבקטריות סוגרות את פער הידע הזה; הן כבר סייעו למיקרוביולוגים ולגניאולוגים לקבוע שתהליכי פוטוסינתזה מייצרי חמצן התפתחו יחסית מאוחר בהיסטוריה של החיים על פני כדור הארץ. יתרה מזאת, ייתכן מאוד שהן גם ממלאות תפקיד חשוב בבריאות האדם. מחקר מפתיע למדי משנת 2018 גילה שבמעיים של אנשים הסובלים ממחלת הפרקינסון יש פחות מלנאבקטריות מאשר באלה של אנשים בריאים. כך שייתכן שהבקטריות האלה מגינות עלינו בכך שהן מתגברות על הציאנובקטריות, המייצרות נוירו־רעלנים, ולא מניחות להן לחזק את אחיזתן בנו.

     

    הענף הרביעי

     

    כל הממצאים הללו מרמזים על תכונה חשובה של המיקרוביום האנושי: מדובר במערכות אקולוגיות מורכבות, הכוללות מגוון של אורגניזמים הנמצאים באינטראקציה זה עם זה. המגוון הזה לקוח מכל שלושת הענפים המרכזיים של עץ החיים. הציאנובקטריה שייכת לענף הבקטריאלי. הגוף שלנו הוא גם ביתם של מיקרובים שנראים, על פניו, כמו בקטריות, אבל למעשה שייכים לענף ייחודי הקרוי ארכאה – המצוי בדרך כלל באזורים אקולוגיים קיצוניים, כמו מעיינות חמים. גוף האדם נחשב בשעתו לבית גידול מאוד לא סביר לאותם אורגניזמים פשוטים, אבל בשנה שעברה דיווח צוות חוקרים שאת הארכאה, בצורת בקטריות, אפשר למצוא בשפע במעי העיוור של בני אדם, וגם במערות האף. הגוף שלנו מהווה פונדקאי למספר עצום של מיקרובים – כולל פטריות – מענף החיים המורכבים.

     

    אבל האם ייתכן שקיימות בתוכנו גם צורות חיים חדשות לגמרי? זאת אומרת, מיקרובים שאינם תואמים את שלושת הענפים הידועים האלה: בקטריות, מיקרובים וארכאה?

     

    לפרופ' בטיסט יש סיבה טובה להאמין שכן. ב־2015 בדקו הוא וחבריו סדרות של גנים של בקטריות שנלקחו מדגימות צואה. להפתעתם, הם מצאו דנ"א שהיה יוצא דופן עד כדי כך, שהוא רמז על נוכחות של ענף חיים רביעי, חדש לגמרי, שלא היה ידוע בעבר. כדאי להדגיש בשלב זה שהמחקר של בטיסט אינו מספק הוכחה חותכת לקיומם של אורגניזמים מוזרים שהשתכנו בגוף שלנו, אבל התגליות החדשות שלו מסייעות לביסוס הטענה שהרעיון הזה אינו מופרך כפי שהוא נשמע.

     

    למשל, ב־2010 חקרה קבוצת מדענים את צורות החיים שנמצאות בפה שלנו – המיקרוביום האוראלי האנושי – ומצאה חומר גנטי השייך לשתי קבוצות נדירות של בקטריות, הידועות בשם 7TM ו־SR1. שני הסוגים האלה התגלו לראשונה לפני כמה שנים במרבצים של כבול ובוצה. עד 2013 הצליחו החוקרים למפות את הגנום הכמעט מלא של 7TM ממי שופכין באתר טיהור. קבוצת חוקרים נוספת, בראשות פרופ' באנפילד, עשתה מיפוי דומה של מיקרובים מקבוצות 7TM ו־SR1 החיים במי תהום. הם גילו שכל הרצפים הגנומיים החדשים האלה היו קטנים באופן מפתיע מגודלם הגנומי של חיידקי קולי, שרגילים להימצא במעיים. כתוצאה מקוטנם, הגנומים האלה חסרים כמה גנים הנחשבים כתנאי חיוני לחיים עצמאיים. פירוש הדבר, שהם שייכים לסוג של בקטריות שיכולות לשרוד רק בעזרת סימביוזה עם תאים אחרים, המספקים להן את כל מה שהן לא מצליחות לייצר בעצמן.

     

    מאז, החוקרים הצליחו להרחיב את הידע על הבקטריות המוזרות הללו; ב־2015 השתמש הצוות של פרופ' באנפילד במיקרוסקופ אלקטרוני כדי להראות שכמה מהאורגניזמים הללו הם כה קטנים, עד שהקיום שלהם נחשב לכמעט בלתי אפשרי. תאים בודדים מתוכם נוטים להגיע לאורך של לא יותר מכמה נאנומטרים (מיליארדית המטר). על פי החישובים של הביולוגים, זהו הגודל המינימלי של תא שיכול לתפקד.

     

    אבל אותה שנה הביאה עימה עוד חדשות בלתי צפויות. פרופ' באנפילד ועמיתיה חקרו כמעט 800 בקטריות עם גנום זעיר שכזה וגילו שהן שייכות לענף אבולוציוני אחד, שקיבל את השם הזמני CPR. היום פרופ' באנפילד ועמיתיה סבורים שזהו הענף האחראי לכמעט מחצית מהשונות בקרב הבקטריות הנחקרות. הפועל היוצא מכל זה הוא שאנחנו לומדים להכיר סדרה חדשה של מיקרובים מאוד יוצאי דופן שחיים בתוכנו. "אנחנו חושבים שמדובר בשחקן חדש. הבקטריות הקטנטנות עם הגנום הזעיר שזה עתה התחלנו ללמוד אותן", אומר פרופ' ג'פרי מק'לין מאוניברסיטת וושינגטון בסיאטל. "הן אולי לא ייחודיות מספיק כדי להיחשב לענף רביעי, אבל תת הענף החדש של בקטריות ה־CPR עשה מהפכה בתמונת עץ החיים שלנו, והשפיע רבות על החשיבה שלנו בכל הנוגע למיקרוביום האנושי".

     

    עץ החיים המעודכן

     

    למעשה, קיימים שלושה סוגים שונים של בקטריות CPR המוכרות בגוף האנושי. הן נמצאו עד כה בחלל הפה, במעיים, בוואגינה ועל פני העור. עכשיו אנחנו יודעים שהן היו קיימות גם בגופם של הניאנדרתלים. מאובנים והתגבשויות מינרלים שנמצאו על שיניהם של ניאנדרתלים שחיו לפני 48 אלף שנה, גילה את קיומם של כמה סוגי בקטריות כאלה. אבל, מה בדיוק הן עושות?

     

    התשובה לשאלה הזאת מתחילה להתבהר, והיא לא מבשרת טובות. בקטריות CPR מהוות לא יותר מאחוז אחד של אוכלוסיית המיקרוביום, אבל הן יכולות להימצא בשפע רב הרבה יותר בגופם של חולים מסוימים, כולל אלה הסובלים מדלקות מעיים. עוד התגלה כי גם בקרב הסובלים ממחלות חניכיים קשות, 20 אחוז מהמיקרוביום האוראלי שלהם עלול להיות מורכב מבקטריות CPR.

     

    אבל האם הבקטריות המסתוריות הללו הן הגורם לבעיות הבריאותיות?

     

    כדי לענות על השאלה הזאת, החליטו החוקרים פרופ' ג'פרי מק'לין ופרופ' שוסונג הי ממכון פורסיית' בקיימברידג' שבמסצ'וסטס, לנסות להציץ עליהן מקרוב. ב־2015 הם עמדו בראש צוות מחקר שהצליח לגדל זן של בקטריות שנלקח מהפה, ואיפשר ללמוד את המבנה הביולוגי וההתנהגות שלו מתחת למיקרוסקופ. הזן, שזכה בינתיים לכינוי הקליט TM7x, הוא בקטריית CPR. ייחודו בכך שהוא היחיד שהמדענים הצליחו עד כה לגדל בתרביות.

     

    וזה לא היה קל. הצוות של מק'לין והי גילה שהוא יכול לגדל את בקטריות ה־TM7x כתרבית, רק אם היא נמצאת בשיתוף עם זן נוסף של בקטריות פה אחרות, שיכולות לגרום למחלות דלקתיות. חקר התרביות האלה מתחת למיקרוסקופ גילה למק'לין ולהי למה השתיים האלה חייבות לגדול יחד. התברר שהתאים הזעירים הם למעשה טפילים הקושרים עצמם לבקטריות הגדולות מהם בהרבה.

     

    סגנון כזה של טפילות - מיקרוב החי על מיקרוב - אפשר למצוא במקומות נוספים בטבע, אבל מעולם לא נראה בעבר בגוף האדם פנימה. "בקטריה שנטפלת לבקטריה אחרת בתוך גופנו – זה ממצא חדש לגמרי עבורנו", אומר פרופ' מק'לין, "אבל הבקטריות האלה כה קטנות, עד שהן על סף הבלתי אפשרי".

     

    אבל אף שהעדויות שבידי מק'לין והי מראות שבקטריות אלה יכולות להרוג זו את זו, ההפתעה הגדולה היא שהן לא עושות את זה. מערכת היחסים הטפילית בין השתיים מוזרה ומורכבת: כשהבקטריות הקטנות הופכות לטפילות של הגדולות יותר, אלה האחרונות מצליחות לחמוק מהסריקות של המערכת החיסונית שלנו, ולשרוד.

     

    הגילוי הזה יכול אולי להסביר את הקשר שבין בקטריות השייכות לענף ה־CPR למקרים של דלקת חניכיים ומחלת המעי הדלקתי. שתי המחלות האלה נגרמות על ידי בקטריות שנמצאות באופן קבוע במיקרוביום האנושי הבריא. אבל אם אותן בקטריות נמצאות בכמויות גדולות במיוחד, הן עלולות להכניע את המערכת החיסונית. האם ייתכן שהעובדה שמיקרובים מענף ה־CPR נצמדים אליהן כטפילים, ומאפשרים להן לחמוק מחשיפה על ידי המערכת החיסונית, נותנת להן הזדמנות לשגשג ולהגיע לכמויות מספיקות כדי ליצור דלקת? "זה רעיון מרתק, אבל הוא טרם נבדק", אומר פרופ' מק'לין.

     

    "הגילוי של בקטריות ה־CPR היה עבורנו הפתעה גמורה", אומר פרופ' בטיסט, "ויש לו השלכות אפשריות מרחיקות לכת. אחרי הכל, אם רק עכשיו התברר לנו שהמיקרוביום שלנו משמש בית גידול לתת־ענף שלם של יצורים חיים שלא היו ידועים עד כה – מי יודע איזה עוד צורות חיים אנחנו מגדלים בתוכנו שלא בידיעתנו?"

     

    כמדען, בטיסט הוא איש ריאלי, ומבין שגילוי וזיהוי כל צורות החיים הללו יהיה תהליך ארוך ולא פשוט. "למצוא יצורים חדשים תמיד קשה הרבה יותר מאשר מציאת יצורים שאנחנו כבר מכירים", הוא אומר, "זה כנראה הולך להיות מסע גילויים ארוך, ואנחנו נמצאים כנראה רק בתחילתו".

     

    "ככל שאנו לומדים יותר על האינטראקציות בין הבקטריות הללו, אנחנו עשויים למצוא דרכים חדשות לטפל במחלות הנגרמות על ידי מיקרובים. התרופות האנטיביוטיות למיניהן הוכיחו את עצמן כיעילות מאוד בשמירה על בריאות האדם, אבל הן נחשבות ללא ממוקדות מספיק. בדרך כלל הן לא ספציפיות, כך שהן מחסלות את רוב החיידקים ולא רק את אלה שאנחנו רוצים לחסל", מסביר פרופ' שוסונג הי. "נוכל לפעול נגד בקטריות הידועות כגורמות מחלות, אם נצליח לפרק את האינטראקציות שלהן עם אורגניזמים אחרים במיקרוביום. השאיפה שלנו היא לטפל במחלה באמצעות המיקרוביום עצמו".

     

    תרגום: לילית וגנר

     

    "הבנת החיידקים תסייע למנוע או לרפא השמנה וסוכרת" | שרית רוזנבלום

    "אנו מצויים במהלכה של מהפכה מדעית ורפואית המנסה להבין את היחסים המרתקים שבין האדם לאוכלוסיית החיידקים שמתקיימת בתוכו ולנצל אותם לטובת רפואה מניעתית וטיפולית", אומר פרופ' ערן אלינב ממכון ויצמן למדע.

     

    "לא מדובר בחיידקים גורמי מחלה מהסוג שהתרגלנו לטפל בו באנטיביוטיקה, אלא בחיידקים שמתגוררים בגופנו מיום הולדתנו ועד מותנו ומהווים חלק בלתי נפרד ממנו. החיידקים האלו, שנקראים המיקרוביום, מתבררים כחשובים מאד לפעילות תקינה של גופנו במהלך חיינו, ומתקשרים עם מערכות הגוף שלנו באמצעות העברה וחישה של עשרות אלפי אותות, שרק מיעוטם נלמד עד היום. מחקרנו במכון ויצמן מיועד לזהות ולאפיין את השפה שבעזרתה החיידקים מתקשרים עם תאי הגוף שלנו.

     

    "הבנה של מערכות התקשורת הללו תאפשר בעתיד לרפואה להתערב במקרים שבהם התקשורת מופרעת או לקויה, ובכך למנוע או לרפא מחלות כמו השמנה, סוכרת ומחלות מעי דלקתיות. חלק מהמחלות הקשורות לחיידקים מתגלות באזורים ׳סטריליים׳ בגוף שבהם אין חיידקים", אומר פרופ' אלינב. "במקרים אלו החיידקים משחררים חומרים שמשפיעים באזורים מרוחקים מאזור גידולם, או באמצעות השפעה על מערכות חיסוניות ומטבוליות בגוף. פעילות כזו מעורבת בהתפתחות מחלות כמו הזדקנות, מחלות מוחיות כמו פרקינסון ואוטיזם ואפילו בהתפתחות תהליכים סרטניים ובתגובתיות של גידולים לטיפולים בחולים שונים.

     

    "גילינו שאוכלוסיית החיידקים היא ייחודית לאותו אדם, ויכולה להסביר הרבה מהייחודיות האנושית וההבדלים בין אנשים שונים. הראינו גם שהתערבויות מותאמות אישית כמו תזונה, טיפול פרוביוטי, מתן חומרים המופרשים מהחיידקים במקרים שבהם הם חסרים, ואפילו החלפת אוכלוסיית החיידקים בכללותה – יכולות להתפתח לטיפולים מתקדמים חדשים ומותאמים אישית במחלות שונות. הפוטנציאל המדעי והרפואי של תגליות אלו הוא עצום".

     

    ועדיין, מזהיר פרופ' אלינב, המדע העוסק בתחום נמצא עדיין בחיתוליו. "האתגר הגדול ביותר שלנו הוא מעבר מההבנה שמקשרת בין חתימות חיידקיות למצבי מחלה, למציאת סיבתיות בין חיידקים ספציפיים ופעילויות ספציפיות שלהם לבין תהליכים בריאים ומחוללי מחלה בגוף האדם. רק באמצעות הבנה עמוקה כזו נוכל לכוון טיפולים באופן מדויק למטרות החיידקיות שלהם, בלי לגרום תופעות לוואי למטופל או לאוכלוסיית החיידקים שלו".

     

    פרופ' אלינב
    פרופ' אלינב

     


    פרסום ראשון: 01.05.19 , 21:00