יחסים נוצצים:
הדיונון עם החיידקים הזוהרים

מערכות יחסים הן תמיד דבר מורכב, גם כשמדובר ביחסים בין בעל חיים והחיידקים שלו. עשרות שנים של מחקר הראו שוב ושוב, כי חיידקים המאכלסים את גופם של בעלי חיים מכתיבים אינספור היבטים המשפיעים על בריאותם. קחו אותנו לדוגמה: חיידקים נמצאים איתנו מהרגע הראשון שאנחנו מגיחים לעולם, הם משפיעים על משקל הגוף שלנו ואפילו על הסיכוי שלנו להחלים מסרטן. אבל אין ספק שזהו רק קצה הקרחון.

חוקרים רבים מנסים להבין לעומק את מערכת היחסים הזאת, אבל חקר בני אדם והמיקרוביום שלהם – אוכלוסיית המיקרואורגניזמים הטבעית החיה על גופם ובתוכו – הוא עניין מסובך. צריך להביא בחשבון מערכת מורכבת, שכוללת מינים רבים של חיידקים המשפיעים אלה על אלה, נוסף על התקשורת שלהם עם תאי הגוף השונים. אך בניגוד לבני אדם, לדיונון הזעיר בשם בובטייל הוואי (Euprymna scolopes) יש מערכת יחסים מונוגמית עם מין יחיד של חיידקים, שהופכת אותו למודל מדעי מצוין לחקר שאלות על מערכות יחסים בין יצורים וחיידקי המיקרוביום שלהם. כעת, מחקר חדש של אוניברסיטת הוואי חושף פרטים חדשים על הסימביוזה המופלאה הזאת.

משמשים במנגנון הסוואה מתוחכם במיוחד בזכות פליטת האור. חיידקי Vibrio fischeri | מקור: Science Photo Library
 

מעלים את צִלו

כפי ששמו מרמז, בובטייל הוואי חי באזור הוואי באוקיינוס השקט. גודלו כשלושה סנטימטרים בלבד, והוא מעדיף לחיות במים רדודים, שם הוא צד את טרפו בלילות. לאור הירח והכוכבים, גופו של הדיונון מטיל צל במים, וכך גם הטורפים וגם הטרף שלו מבחינים בו בקלות. כדי להתגבר על הקושי הזה, פיתח הדיונון הקטן במהלך האבולוציה שלו מנגנון הסוואה מתוחכם, שמבוסס על חיידקים מאירים.

הדיונון פיתח מערכת יחסים עם זן מיוחד של חיידקים בעלי יכולת הארה, הנקראים Vibrio fischeri. החיידקים חיים בתוך שני כיסים שקופים בצד הגחוני (ה"תחתון") של הדיונון ונקראים "איברי הארה" (light organs). בעזרת גלאי אור על גבו הדיונון יכול לחוש כמה אור פוגע בו מלמעלה, ובאמצעות איברי ההארה שלו להקרין אל המים אור באותה העוצמה. בדרך זו, הדיונון מעלים את הצל שלו. בבוקר נפטר הדיונון מרוב החיידקים, ואלו שנשארים באיברי ההארה מתרבים עד שעות הערב, בדיוק בזמן שבו עליהם להאיר שוב.

כדי להבין לעומק כיצד נוכחות החיידקים משפיעה על תאי הגוף של הדיונון, חוקרים מאוניברסיטת הוואי גידלו במעבדה דיונוני בובטייל הוואי עם ובלי חיידקי Vibrio fischeri שאכלסו את איברי ההארה שלהם, והשוו את ביטוי הגנים בשתי קבוצות הדיונונים. המחקר הראה שנוכחות החיידקים משפיעה על ביטוי הגנים של הדיונון לא רק בתאים של איבר ההארה שבו הם נמצאים, אלא גם באיברים מרוחקים יותר בגופו, כמו העיניים והזימים.

בכל אחד מהאיברים נוצרו דפוסים גנטיים שונים, ממצא העשוי להעיד על כך שכל איבר פירש את נוכחות החיידקים בדרכו שלו: בתאים של איבר ההארה הייתה עלייה בביטוי גנים הקשורים ליצירת כלי דם חדשים ולאספקת חמצן, וגם בביטוי גנים הקשורים להתמודדות עם עקה ולריסון מערכת החיסון של הדיונון. בעין, הגנים שקשורים ליצירת חלבוני מבנה התבטאו יותר לעומת גנים הקשורים לתפיסה חושית, שהתבטאו פחות. ולבסוף, בתאי הזימים הבחינו החוקרים בעלייה בביטוי גנים שקשורים להתמודדות עם עקה.

כשהחיידקים לא האירו, יש להם השפעה קטנה יותר על המאכסן. דיונון בובטייל הוואי | מקור: ויקידפדיה, Margaret McFall-Ngai
 

מדליק את הגֵנים

ההשפעה של החיידקים על איברים אחרים מלבד איבר ההארה לא הפתיעה לגמרי את החוקרים, שכן העיניים של הדיונון חשות את האור בסביבתן, ועל ידי תקשורת מתמדת עם איבר ההארה והחיידקים שבתוכו, יכולות לכוון את כמות האור שהוא פולט. הזימים ממלאים תפקיד חשוב במערכת החיסון של הדיונון, וצריכים להישאר בכוננות גבוהה לחיידקים בסביבתו.

כדי לבדוק אם לעצם יכולת ההארה של החיידקים יש השפעה על הדיונון, חזרו החוקרים על הניסוי, אך הפעם החליפו את החיידקים המאירים בזן מוטנטי שאינו מפיק אור. להפתעתם גילו, כי חיידקים אלו עוררו הרבה פחות שינויים בביטוי הגנים באיבר ההארה ובעיניים (הזימים, לעומת זאת, לא הושפעו מהשינוי, והפרופיל הגנטי שלהם נשאר זהה). כלומר, כאשר החיידקים לא האירו, הייתה להם השפעה הרבה יותר קטנה על המאכסן שלהם, שפשוט החליט להעלים עין מנוכחותם.

החוקרים משערים כי הדרך שבה החיידקים מצליחים להשפיע על איברים מרוחקים יותר מאיבר ההארה שבו הם שוכנים היא הפרשת מולקולות לזרם הדם של הדיונון. המולקולות מגיעות לאיברים השונים, וכל אחד מהם מושפע בדרכו. תוצאות המחקר אמנם שופכות אור על הסימביוזה שבין דיונון בובטייל הוואי ובין חיידקי Vibrio fischeri, אך דרכן ניתן ללמוד רבות על תקשורת דומה המתרחשת ביצורים אחרים, דוגמת בני האדם. הבנה של המנגנונים המולקולריים שדרכם חיידקים משפיעים על איברים שונים בגופו של המארח שלהם תעזור לנו להבין טוב יותר את מערכת היחסים המסובכת שיש לנו עם החיידקים שבתוכנו.