חוקרים שילבו נוגדנים של יונקים במערכת החיסון של צמחים, כדי להקנות לצמח עמידות מפני נגיפים ומזיקים אחרים
האנושות נשענת לקיומה על היכולת לגדל צמחים למזון ולצרכים אחרים. נגיפים, פטריות וחיידקים עלולים לגרום נזקים כבדים ליבולים ואף להשמיד שדות שלמים – בייחוד כשבשדה גדלים בצפיפות אלפי צמחים דומים שמחולל המחלה יכול לעבור ביניהם בקלות.
כדי להגן על היבולים נוהגים להשתמש בעיקר באמצעי הדברה כימיים או ביולוגיים, או ביצירת זנים עמידים באמצעות הכלאה או הנדסה גנטית. מחקר חדש שנעשה בבריטניה מציע כעת לשלב מרכיבים של מערכת החיסון של בעלי חיים בתוך מערכת החיסון של הצמחים – ועל ידי כך להנדס בקלות ובמהירות צמחים בעלי עמידות גבוהה ומתאימה למזיקים חדשים.
הסתגלות מאוחרת
כמו לכל היצורים בעולמנו, גם לצמחים יש מערכת חיסון. תפקידה הוא לזהות גורמי מחלה (פתוגנים) מזיקים ולנטרל אותם, או להפעיל מנגנון השמדה עצמית בתאים שכבר ניזוקו. הצמח מזהה את מחולל המחלה בעזרת קולטנים שנמצאים על גבי התאים או בתוכם. אלה שבתוך התא, שנקראים קולטני NLR מותאמים להפעיל את מנגנוני ההגנה או ההתאבדות של התא כשהם מזהים חלבונים של הפולש.
אולם למנגנון הזה יש מגבלה גדולה. בניגוד למערכת החיסון של בעלי החיים, שמסוגלת ללמוד, להשתנות ולזכור, מערכת החיסון הצמחית אינה יכולה להסתגל ולהתאים את עצמה למחוללי מחלות חדשים ולא מוכרים במהלך חיי הצמח. כדי לעזור לה להתמודד טוב יותר נעשו בשנים האחרונות כמה ניסיונות להנדס קולטנים של צמחים שיזהו מחוללי מחלות מוכרים. אולם כל אחד מהמחקרים הללו סיפק פתרון לבעיה יחידה – צמח אחד ומחולל מחלה אחד. עדיין נחוץ פתרון כולל שיאפשר להתאים את הצמח במהירות למגוון רב של מחוללי מחלות.
אחד המנגנונים שמאפשרים למערכת החיסון של בעלי חיים להסתגל במהירות לשינויים הוא היכולת שלה לייצר נוגדנים – חלבונים שיודעים לזהות מולקולות זרות לגוף, להיקשר אליהן ולהפעיל תגובה חיסונית. תאי דם לבנים של בעלי חיים מסוגלים להפיק בתוך שבועות ספורים נוגדנים נגד כמעט כל מולקולה. יתר על כן, תהליך הייצור שלהם כרוך בהתאמה מושלמת של הנוגדן כך שייקשר בצורה חזקה מאוד למולקולה של הפולש.
מעבר לתכונות הללו, לנוגדנים של האלפקה ושאר בני משפחת הגמליים יש יתרון נוסף: הם קטנים במיוחד, ומסוגלים להגיע למקומות שנוגדנים רגילים אינם חודרים אליהם. באמצעותם מדענים יכולים לייצר נוגדנים קטנים, שנקראים ננו-נוגדנים. גודלם הזעיר גם מקל לחבר אותם לחלבונים אחרים.
החוקרים פיתחו דרך לשדרג את מערכת החיסון של הצמח. קרוב משפחה של טבק, Nicotiana benthamiana | מקור: Bussakan Punlerdmatee, Shutterstock
אלפקות בשירות הצמחים
במאמר שפורסם בכתב העת Science הציגה קבוצת המחקר של סופין קמון (Kamoun) מאוניברסיטת מזרח אנגליה דרך לנצל את נוגדני האלפקה כדי לשדרג את מערכת החיסון של הצמח Nicotiana benthamiana, שהוא קרוב משפחה של הטבק. באמצעות הנדסה גנטית הם ייצרו קולטן NLR משולב עם ננו-נוגדן שמקורו באלפקה. הנוגדן נבנה כך שייקשר לחלבון פְלוּאוֹרֶסְצֶנְטִי ירוק שהונדס לתוך נגיף, כפי שנוגדן רגיל מזהה חלבונים של נגיפים טבעיים.
החוקרים מצאו שהצמחים המהונדסים היו עמידים לנגיף הזה – כלומר התפתחה תגובה חיסונית שגרמה להשמדת התאים שנדבקו בנגיף לפני שהוא הספיק להתפשט בצמח. לעומת זאת, לא נצפתה תגובה חיסונית משמעותית לנגיף שאליו הצמידו חלבון פלואורסצנטי אחר, אדום, שהנוגדן לא ידע לזהות. רמת ההגנה של הננו-נוגדן הייתה דומה לזו של הגֵן הטבעי שנלקח מתפוח אדמה, שמקנה עמידות נגד הנגיף.
בהמשך, יצרו צמח שהכיל זה לצד זה סוגי קולטנים: אחד עם ננו-נוגדן נגד החלבון הירוק והשני מותאם לפעול נגד החלבון האדום. במצב הזה, תאי הצמח זכו להגנה משולבת מפני שני הנגיפים גם יחד. מכאן עולה שאפשר כנראה להנדס צמחים עם ננו-נוגדני אלפקות שיותאמו לכל איום חדש שעלול לסכן גידולים חקלאיים.
היתרון הגדול של הטכנולוגיה הזאת הוא שקל להגן בעזרתה על גידולים חקלאיים מפני כל מזיק אפשרי. אפשר להפיק במהירות רבה ננו-נוגדנים נגד כל מחולל מחלה שפוגע בצמח, כולל כאלה שהסתגלו לתגובה החיסונית הקיימת. אפשר גם לשלב בצמח אחד כמה ננו-נוגדנים שפועלים נגד מחוללי מחלה שונים, או נגד וריאנטים שונים של אותו מחולל מחלה. ואכן בדיווח נוסף שפורסם באתר של כתב העת סיפרו החוקרים שהם פועלים כעת להנדס צמח שיהיה חסין לנגיף טבעי – אך לא פירטו באיזה צמח ובאיזה נגיף מדובר.
החיסרון העיקרי של הטכנולוגיה הזו הוא ההתנגדות – הפוליטית בעיקרה – לשיווק מוצרי מזון מהונדסים גנטית (GMO) בחלק ממדינות העולם, וביניהן ארצות האיחוד האירופי. אולם החוקרים מציינים שהשוק למוצרי GMO גדול מספיק כדי להצדיק את פיתוח הצמחים העמידים, ומקווים שהטכנולוגיה שפיתחו תסייע בקרוב לחקלאים.
