המזריקים לחיידקים: נגיפים מהונדסים יחדירו תכונות חדשות לחיידקים אלימים וישבשו את פעילותם

בקטריופאג'ים - אויביהם הגדולים של החיידקים בגוף האדם. שמם של הנגיפים הללו, המורכב מהמילה "בקטריה" (חיידק), ו-"פאג'אין" (לאכול), מעיד על ייעודם: תקיפת חיידקים. הנשק שלהם: החדרתDNA  חדש לתוך החיידקים שמשבש על פעילותם.

עמידות שמפתחים חיידקים לאנטיביוטיקה, היא כידוע אחת הסכנות הגדולות האורבות לאנושות במאה הנוכחית. עתה, חוקרים באוניברסיטת תל אביב פיתחו טכנולוגיה פורצת דרך להרחבת טווח פעולתם של הבקטריופאג'ים, במטרה לנטרל את פעילותם האלימה של חיידקים מחוללי מחלות ואף להשיב את רגישותם לאנטיביוטיקה. הפיתוח החדש מאפשר למדענים להתאים סוג אחד של בקטריופאג' למגוון רחב של חיידקים. בכך הוא עשוי לייעל ולהאיץ משמעותית תהליכי פיתוח של תרופות פוטנציאליות המתבססות על הזרקת DNA לחיידקים.

את המחקר הובילו החוקרים: ד"ר עידו יוסף, ד"ר מורן גורן, רע גלובוס, שחר מולצ'נסקי, ופרופ' אודי קימרון מהפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר באוניברסיטת תל אביב. המחקר התפרסם בכתב העת המדעי היוקרתי Molecular Cell ביוני 2017 ואף הוצג בדף השער שלו.

בקטריופאג' אחד מול חיידקים רבים

"בשנים האחרונות מגייס המדע את יכולות ההנדסה הגנטית כדי להילחם בחיידקים מחוללי מחלות, ביניהם חיידקים שפיתחו עמידות לאנטיביוטיקה, וחזרו להיות אלימים ומסוכנים," מסביר מוביל המחקר, פרופ' אודי קימרון מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת תל אביב.

"אחת השיטות העיקריות שאנו מפתחים היא שינוי תכונות החיידקים על ידי שינוי ה- DNAשלהם. בדרך זו אנחנו יכולים להעניק לחיידק תכונות שנבחרו על ידנו, ולנטרל תכונות שמזיקות לאדם – כמו יצירת רעלנים, גרימת מחלות ועמידות לאנטיביוטיקה."

כדי להחדירDNA  חדש לתוך החיידקים נעזרים החוקרים לעיתים קרובות באויביהם הטבעיים של החיידקים – נגיפים הקרויים בקטריופאג'ים, בעלי 'ניסיון' של מיליארדי שנות אבולוציה בחדירה לחיידקים. אך לדברי פרופ' קימרון, "ההליך נתקל עד היום בחסם משמעותי: כל בקטריופאג' תוקף באופן ייחודי מספר מצומצם מאוד של סוגי חיידקים. במילים אחרות: כדי להחדיר DNA לחיידק מסוים חייבים החוקרים להשתמש בבקטריופאג' המסוים המותאם לו, דבר המקשה על המחקר, ומצמצם במידה רבה את האפשרויות. אנחנו פיתחנו דרך להרחיב משמעותית את טווח החיידקים המארחים, שהבקטריופאג' יכול להזריק להם את ה-DNA הרצוי."

שינוי הבקטריופאג' מראש ועד זנב

בשלב הראשון הנדסו החוקרים בקטריופאג'ים שהתאימו למטרותיהם. "כל בקטריופאג' מורכב מראש וזנב," מסביר פרופ' קימרון. "הראש מכיל חומר גנטי, והזנב מתביית ומתחבר אל חיידק היעד, ומזריק לתוכו את החומר הגנטי. באמצעים של הנדסה גנטית הצלחנו לשנות את הבקטריופאג'ים מראש ועד זנב. החדרנו לראש את ה-DNA הרצוי לנו - לדוגמה DNA שיגביר את רגישותו של החיידק לאנטיביוטיקה; וחיברנו לכל ראש את הזנב הנכון, שמתחבר לחיידק הנכון." כהוכחה לפוטנציאל הגלום בהליך החדשני של ההכלאות הללו, יצרו החוקרים בקטריופאג' שמסוגל להזריק את ה-DNA הנבחר לעשרה מינים שונים של חיידקים.

בחלקו השני של המחקר ביקשו החוקרים להעצים את יכולתם של בקטריופאג'ים להעבירDNA  לחיידק הנבחר. "נקטנו בשיטה של אבולוציה מואצת בתנאי מעבדה," אומר פרופ' קימרון. "התמקדנו בבקטריופאג'ים שאמנם מעבירים DNA לחיידק, אך ביעילות נמוכה מאוד. במבחנה הפגשנו בין החיידק לבין מיליארדי בקטריופאג'ים בעלי זנבות שונים, ורק אלה שזנבם התאים לחיידק הצליחו להחדיר את ה-DNA. כך נוצרה סלקציה אבולוציונית לטובת הזנבות הללו. כעבור מספר רב של מחזורי סלקציה, יכולנו לייצר בקטריופאג'ים בעלי זנבות שמזריקים DNA לאותו חיידק ביעילות גבוהה."

מסכם פרופ' קימרון: "שינוי ה- DNAשל חיידקים מחוללי מחלות בעזרת בקטריופאג'ים הוא טכנולוגיה מבטיחה במאבק המתמשך למיגורן של מחלות רבות. בין היתר עשויה הטכנולוגיה לסייע בהשבת הרגישות לאנטיביוטיקה בחיידקים שפיתחו עמידות לתרופות נפוצות. אנחנו מאמינים שהפיתוח שלנו יתרום תרומה משמעותית להתקדמות המחקר בכיוון זה, ועשוי בעתיד לשמש בסיס לתרופות חדשניות."

המחקר ממומן על ידי קרן מומנטום של חברת רמות, חברת המסחור של אוניברסיטת תל אביב, שהוקמה לצורך מימון מחקרים פורצי דרך. הפרויקט אותר לפני כשנתיים בשלב ראשוני וקיבל מימון בהיקף של כ-700 אלף דולר עד כה. מימון זה, שהינו נדיר בהיקפו באקלים האקדמי, איפשר את פיתוח המחקר לשלבים מתקדמים אלו.