ייצור כולסטרול בצמחים

אנשים רבים מאמצים דיאטה עשירה בירקות על מנת להוריד את רמות הכולסטרול בדם. אך באופן מפתיע, מתברר כי מרביתם של הצמחים כוללים אף הם כולסטרול. במחקר חדש של מדעני מכון ויצמן למדע פוענחה, לראשונה, שרשרת התגובות הביו-כימיות האחראית לייצור כולסטרול בצמחים. ממצאי המחקר, אשר פורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Plants , עשויים לתרום לפיתוחם של זני צמחים, שמהם יופקו חומרים מבוססי-כולסטרול המועילים לבריאות.

הכולסטרול – מולקולה שמנונית המצויה בכל תאי הגוף, שכימאים צרפתים חשפו לראשונה לפני 200 שנה – מוזכר בדרך כלל בהקשרים שליליים. הסיבה לכך היא, שרמות גבוהות של כולסטרול בדם עלולות לתרום להתפתחותן של מחלות לב. אך כולסטרול הוא גם חומר מוצא עבור אלפי כימיקלים שונים, לרבות תרופות. יתר על כן, איננו יכולים להתקיים ללא כולסטרול, שכן נוכחותו בגוף הכרחית לצורך תיפקודם התקין של תאי המוח ושל תאי גוף אחרים.

גם בצמחים נוכחותו חיונית: מולקולות הכולסטרול משמשות אבני בניין בקרומי תאים ובשכבה העליונה המגינה על פני השטח של העלים. "חלפו יותר מ-50 שנה מאז פוענח התהליך של יצירת כולסטרול בבעלי-חיים, אך עד היום לא היה ידוע כיצד נוצר כולסטרול בצמחים", אומר פרופ' אסף אהרוני מהמחלקה למדעי הצמח והסביבה, אשר עומד בראש קבוצת המחקר. פרופ' אהרוני מוסיף, כי רמות הכולסטרול בצמחים נמוכות פי "מאות או אלפי פעמים בהשוואה לרמות הכולסטרול בבעלי-החיים. ובכל זאת, רמות אלה אינן זניחות". המחקר החדש ממוקד בעגבנייה – פרי שבכל קילוגרם של רקמתו מוצאים 0.5-0.3 מיליגרם כולסטרול.

החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר פראשנט סונאוואן, וחברים נוספים בקבוצת המחקר של פרופ' אהרוני, זיהו תחילה כמה גנים ששיערו כי הם מעורבים בהפקת כולסטרול בעגבנייה. החוקרים ערכו לשם כך ניתוח רחב-היקף של ביטוי הגנים ברקמות הצמח, והצליבו את התוצאות עם דפוסי הצבירה של חומרים שונים באותן הרקמות. לאחר מכן "השתיקו" המדענים כל אחד מהגנים האלה לסירוגין כדי לגלות מהו בדיוק תפקידם. בהמשך השתילו המדענים את הגנים בתאי שמרים, וערכו ניסויים נוספים בתאים. כך הם הצליחו לחשוף את כל שרשרת התגובות המובילה לייצור כולסטרול בצמחים. למדענים התברר, כי על אף שבכל שלב ושלב של יצירת כולסטרול נוצרים חומרים שונים מאלה הנוצרים בתהליך זה בבעלי-חיים, הרי שהתהליכים גם דומים זה לזה. "התהליך בצמחים מתבצע בעשרה שלבים, בדיוק כמו בבעלי-חיים, והוא כולל אנזימים בעלי פעילות דומה", מסביר פרופ' אהרוני.

בשלב הבא התמודדו המדענים מול אתגר כביר של הנדסה גנטית. הם החדירו 11 מהגנים שאיתרו לצמח תודרנית לבנה (אראבידופסיס), אשר באופן רגיל מייצר מעט מאוד כולסטרול. "השתמשנו בשיטות חדשניות של ביולוגיה סינתטית", מסביר פרופ' אהרוני. "בעצם, תפרנו את כל הגנים האלה יחד, ובכך יצרנו מין שרשרת מטבולית". אמנם, בצמחים המהונדסים ניכר עיכוב בגדילה, אך הם גם ייצרו כמויות מרשימות של כולסטרול: פי 15 מהרגיל.

הצמח תודרנית לבנה (אראבידופסיס), לאחר הנדסה גנטית (מימין) שבמהלכה הוחדרו אליו 11 גנים המעורבים בהפקת כולסטרול, מייצר כולסטרול בכמות גדולה פי 15 מאשר תודרנית לבנה רגילה (משמאל)

ייתכן שבעתיד תסייע שיטה זו בהפקת חומרים שונים, המבוססים על כולסטרול, לתועלת האדם. דוגמאות אפשריות לכך הן ההורמון פרוגסטרון, המשמש אצל נשים לטיפולים הורמונליים בגיל המעבר; וכן חומרים מקבוצת הגליקואלקלואידים, הפועלים נגד סרטן. עוד חומר רב-ערך שייתכן שאפשר יהיה להפיק בתהליך הוא ויטמין D. המדעים גילו, כי בשלב לפני אחרון בתהליך היצירה של כולסטרול בצמחים, נוצר חומר המוצא לוויטמין (פרו-ויטמין). "בעתיד, נוכל אולי לחסום את השלב האחרון, ובכך לגרום לכך שכמויות גדולות מהחומר יצטברו בצמח", אומר ד"ר סונאוואן. "לאחר מכן נוכל להפיק את הוויטמין מהצמח. אפשרות אחרת היא שאנשים יאכלו את הצמח, ובכך יסייעו לגוף להתגבר על מחסור בוויטמין D".

קבוצת המחקר כללה את סייאנטן פנדה, ד"ר ג'דרזג'י יעקב סזימנסקי, חסן מסאלחה, מדעני הסגל ד"ר סרגיי מליצקי וד"ר אילנה רוגצ'ב, אפרת אלמקיס זיגל, טכנאית המעבדה ד"ר שגית מאיר, פבלו קרדנס ואתאר מסרי מהמחלקה למדעי הצמח והסביבה; מיטל יונה ומדענית הסגל ד"ר תמר אונגר מהמרכז לפרוטאומיקה מבנית על-שם דנה ויוסי הולנדר שבמכון ויצמן למדע; וד"ר מרינה פטרייקוב וד"ר ארתור שפר ממינהל המחקר החקלאי – מרכז וולקני. עוד היו שותפים במחקר מדענים מבלגיה, מצרפת ומהודו.
 

המאמר פורסם לראשונה במסע הקסם המדעי ב-20.2.17