מערכות ההגנה של החיידקים

מערכת עריכת הגנים, CRISPR, היא אחת התגליות המשמעותיות של השנים האחרונות. יש לה פוטנציאל רב בתיקון גנים ובריפוי מחלות בבני אדם,  אך  מקורה בחיידקים, שם היא התגלתה, והיא משמשת מערכת חיסון המגנה על החיידקים מפני נגיפים התוקפים אותם. 

כיום חוקרים מבינים שלחיידקים יש כמה וכמה מערכות הגנה מפני נגיפים  ו-CRISPR היא רק אחת מהן, אבל לא כולן התגלו עדיין. לכן חוקרים ממעבדתו של פרופ׳ רותם שורק ממכון ויצמן למדע החליטו לצאת לחפש את מערכות ההגנה הנסתרות של החיידקים. תוצאות המחקר שלהם מתפרסמות היום בכתב-העת המדעי Science.

במחקר רחב פיתחו החוקרים שיטה לאיתור מערכות ההגנה הנסתרות. מה שהנחה אותם הייתה הידיעה שגנים שקשורים למערכות ההגנה בחיידקים נוטים להתקבץ יחד בגֵנום באזורים המכונים ,איי הגנה". לכן החליטו החוקרים לחפש גנים שנמצאים בקרבת איי ההגנה אבל זהותם לא ידועה.

תהליך הסינון החל ברשימה של 335 משפחות גנים הממוקמים בקרבת איי הגנה ויכולים להיות חלק ממערכות החיסון בחיידק. החוקרים רצו לבדוק אם משפחות הגנים הללו וגנים אחרים שנמצאים איתן בתוך איי ההגנה קיימים בחיידקים רבים  וגם בארכאונים, מיקרואורגניזמים הנחשבים קדומים מהחיידקים. החוקרים שיערו שאם הגנים האלה נמצאים אצל חיידקים רבים,  הם כנראה בעלי חשיבות גדולה חלק ממערכת ההגנה של החיידק.

לאחר שסיננו גנים שתפקידם לא רלוונטי או כאלו שהיו קשורים למערכות הגנה מוכרות, נשארו החוקרים עם 28 "איי הגנה" פוטנציאליים שעשויים להיות מערכות הגנה שטרם התגלו. השלב הבא היה לבדוק אם האיים הללו אכן  מגינים על חיידקים מפני נגיפים. לשם כך החדירו החוקרים בהנדסה גנטית את איי ההגנה לחיידקי מעבדה שמערכות החיסון הטבעיות שלהם שותקו. הם הדביקו את תרבית החיידקים בנגיפים ובדקו אם התוספת החדשה הצליחה להגן עליהם.

 עשר מהמערכות שנבחנו הקנו לחיידקים הגנה מפני הנגיפים. שורק ומובילות המחקר, ד"ר שני דורון ושרה מלמד, החליטו לקרוא למערכות ההגנה החדשות על שם ישויות ממיתולוגיות שונות בעולם, כמו זוֹרְיָה מהמיתולוגיה הסלאבית, דְרַאוּנְטִיָה מהמיתולוגיה הגאליתאו תֵאוֹרִיס, ישות המגינה על הלידה והפוריות במיתולוגיה המצרית.

החוקרים עדיין אינם יודעים כיצד מערכות ההגנה החדשות פועלות, אך חלק מהגֵנים שהם זיהו דומים לגנים אחרים שפעילותם ידועה כבר, לעיתים באורגניזמים אחרים. כך למשל אחד הגנים דומה לגֵן המקודד לחלבון בשם Toll-Interleukin (TIR) הקיים במערכת החיסון של בני אדם אך לא היה מוכר עד כה כחלק ממערך ההגנה של חיידקים. אחרים דומים במידה מסוימת לגנים המקודדים את החלבונים המרכיבים את השוטון של חיידקים, מעין זנב ארוך המאפשר להם תנועה, בדומה לתאי זרע, או לחלבונים במעטפת של תאים. אפילו נמצא דמיון לגן המקודד לחלבון שמגן על ה-DNA במהלך חלוקת התא.

"המערכות שגילינו אינן דומות לשום דבר אחר שהכרנו עד כה", אמר שורק. "לדעתנו, אחת או שתיים מהן עשויות להרחיב את 'ארגז הכלים' לעריכה גנטית, ואחרות עשויות להצביע על מקור מערכת החיסון באדם".

הממצאים החדשים מוסיפים אור להבנה שלנו כיצד מתפתחות מערכות חיסון בטבע וכמו כן יכולים להוביל לפיתוח של כלים רבי עוצמה בעולם הרפואה והמחקר. "כל מערכת חיסון, מעצם הגדרתה, צריכה לזהות מולקולות של פולשים באופן מאוד ספציפי, ואנו יכולים להשתמש בספציפיות הזו למטרות ביוטכנולוגיות – כפי שעשינו כבר עם CRISPR", אמר שורק. "כל אחת מהמערכות החדשות שמצאנו עשויה להיות כלי העריכה הגנטי הבא – או אולי הבסיס של כלים מולקולריים מסעירים אף יותר".