חוקרים גילו איך הנגיף בעל הזנב העצום נשאר יציב ושורד טמפרטורות גבוהות וקיצוניות למרות אורכו
בקטריופאג'ים, או פאג'ים בקיצור, הם נגיפים שתוקפים חיידקים. הם נמצאים בכל מקום שחיידקים חיים בו – באדמה, במקווי מים, וגם בתוך גוף האדם. חלקם אף מגינים עלינו מפני חיידקים מזיקים. הפאג'ים מצוידים במעין זנב שבעזרתו הם מזהים את החיידקים, נצמדים אליהם ומזריקים לתוכם את החומר התורשתי שלהם. החומר הזה משתלט על המערכות של החיידק, משעבד אותן לצרכיו וגורם לו לייצר המון נגיפים חדשים, שמשמידים את החיידק, פורצים החוצה ותוקפים חיידקים חדשים.
הזנבות של בקטריופאג'ים שונים זה מזה באורך ובמבנה שלהם. הם יכולים להיות ארוכים או קצרים, גמישים או נוקשים. הזנב הארוך ביותר מביניהם מגיע לאורך של כמעט מיקרומטר אחד (אלפית המילימטר), פי עשרה מרוב הפאג'ים וכמחצית מאורכו של חיידק טיפוסי. הזנב יוצא הדופן הזה זיכה את הנגיף הנושא אותו בכינוי "בקטריופאג' רפונזל", על שם גיבורת המעשייה של האחים גרים המספרת על נערה בעלת צמה ארוכה, הכלואה בראש מגדל גבוה.
הנגיף רפונזל פוגע באופן ספציפי בחיידקים מהמין תרמוס תרמופילוס (Thermus thermophilus), שחיים במעיינות חמים, בטמפרטורה שעשויה להגיע עד 80 מעלות צלזיוס. למרות התנאים הקשים הפאג' מצליח לייצב את הזנב הארוך שלו, להיצמד באמצעותו לחיידקים ולהדביק אותם.
הפאג'ים מצוידים במעין זנב שבעזרתו הם נצמדים לחייידקים ומזריקים לתוכם את החומר התורשתי שלהם. תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים שמראה פאג'ים רבים תוקפים חיידק, זנבותיהם מתחברים לדופן שלו | ויקיפידה, Professor Graham Beards
ארוך, גמיש ועמיד
זנב הפאג' מורכב מחלבונים. הבנת צורתם של החלבונים הללו, והאופן שבו הם משתלבים יחד, עשויה לסייע בפיתוח טיפולים למחלות ויישומים אחרים המבוססים על פאג'ים. במחקר שפורסם בכתב העת Journal of Biological Chemistry פענחו חוקרים מאוניברסיטת מסצ'וסטס את מבנה הזנב הארוך של הרפונזל ואת תהליך בנייתו.
חלבונים הם מבנים זעירים במיוחד, וגם בעזרת מיקרוסקופ משוכלל קשה לקבל תמונה מדויקת שלהם. אפשר לשפר את התמונה על ידי קריסטלוגרפיה – שיטה המבוססת על צילום בקרני רנטגן - אך לשם כך צריך לארוז את החלבונים יחד לגביש יציב ומאורגן. מכיוון שהזנב של הבקטריופאג' מורכב מחלבונים רבים המסודרים שכבות-שכבות, במבנה מפותל וגמיש, קשה לארגן אותו לגביש יציב.
כדי לפתור זאת החוקרים השתמשו במיקרוסקופ אלקטרונים קריוגני, שמאפשר הדמיה מתקדמת. בשיטה הזאת שומרים את החלבונים בשכבה דקה מאוד של נוזל ומקפיאים אותם. לאחר מכן יורים אלקטרונים לעבר הדגימה ויוצרים באמצעותם אלפי תמונות. לבסוף תוכנת מחשב מעבדת את התמונות הללו יחד לתמונה תלת-ממדית חדה של החלבון, בהגדלה משמעותית.
החוקרים גילו כי הזנב הארוך של "רפונזל" בנוי מחלבונים רבים שמתחברים זה לזה ויוצרים צינור ארוך ויציב. כשאבני הבניין הללו נפרדות זו מזו, גמישותן גוברת ומאפשרת להן לשנות מעט את צורתן כך שיתאימו טוב יותר לאבני בניין נוספות.
הזנב הארוך של "רפונזל" בנוי מחלבונים רבים שמתחברים זה לזה ויוצרים צינור ארוך ויציב. הזנב של רפונזל בהשוואה לזה של פאג' רגיל | Shutterstock, Alila Medical Media
החלבונים מתחברים זה לזה בשלבים. בשלב הראשון נוצר מבנה טבעתי שבצידו האחד יש בליטות ובצד השני שקעים. בתחילה השקעים הללו חסומים והם נחשפים רק כשכל חלקי הטבעת מתחברים יחד. לאחר שנוצרה טבעת יציבה, נבנית על גביה טבעת נוספת שנקשרת אליה בקשר הדוק המזכיר קוביות לגו, כך שהבליטות של טבעת אחת משתלבות בצורה מושלמת בשקעים של טבעת סמוכה, ובמרכזן נוצרת תעלה חלולה. כך התהליך ממשיך הלאה. המבנה הזה מייצב את המכלול כולו, ושומר על עמידות הזנב גם בטמפרטורות גבוהות באופן קיצוני.
החוקרים גם הבחינו שהטבעות שמרכיבות את הזנב של נגיף הרפונזל בנויות ממספר חלבונים קטן יחסית לזנבות של נגיפים אחרים. לדברי בריאן קלץ' (Kelch), שהוביל את המחקר, "אנו חושבים שמה שקרה הוא שנגיף קדום כלשהו איחה כמה חלבונים קטנים לחלבון אחד גדול. תארו לעצמכם ששתי לבני לגו קטנות מתמזגות ללבנה אחת גדולה ללא חיבורים. הזנב הזה מורכב מאבני בניין גדולות ועמידות יותר שמייצבות את הזנב בטמפרטורות גבוהות".
כיום, כשההתפתחות של חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה הופכת לאיום הולך וגובר על בריאות האדם, מומחים רבים פונים לפאג'ים בתור שובר השוויון שיביס את החיידקים העמידים. הבנה מעמיקה של מבנה הפאג'ים והדרך שבה הזנבות שלהם נוצרים, עשויה להוביל לפיתוח שיטות טיפול יעילות נגד חיידקי-על עמידים ולהוביל ליישומים חדשים בתחומי הבריאות, שימור הסביבה, בטיחות המזון ועוד.
