פיתוח חדש:
חיידקים עמידים לקרינה

קרינה מייננת היא קרינה חזקה בעלת אורך גל קצר ותדירות גבוהה. לקרינה מייננת יש מספיק אנרגיה כדי "לתלוש" אלקטרונים מאטומים ולהפוך אותם ליונים (אטומים בעלי מטען חשמלי), ומכאן שמה. קרינה זו מסוכנת ליצורים חיים, שכן עוצמתה גדולה מספיק כדי לגרום לשברים ב-DNA. כאשר השברים אינם מתוקנים כראוי, נגרמות מוטציות שיכולות לגרום לסרטן ולמחלות אחרות. דוגמאות לקרינה מייננת הן קרני רנטגן (קרני X), קרני גמא (סוג של קרינה רדיואקטיבית) ואור על-סגול.

רובם המוחלט של האורגניזמים רגישים לקרינה מייננת, אך יש אורגניזמים אחדים שעמידים בפניה. אחד מהם הוא החיידק Deinococcus radiodurans, שיכול לעמוד ברמות קרינה של 5,000 גריי – פי 2,000 מהרמה הדרושה להרוג אדם. למנגנונים שבעזרתם תאים מתגברים על נזקי DNA יש חשיבות רבה בחקר הסרטן, ולכן יש עניין רב בחיידק הזה. לאורך השנים ניסו חוקרים לפצח את סוד העמידות של החיידק בפני קרינה ולגלות כיצד הוא מצליח לתקן נזקי DNA במהירות וביעילות רבה. אך עד לאחרונה, לא הצליח איש לפענח את המנגנונים האחראים לעמידות הזאת.

צוות המחקר של מייקל קוקס (Cox) מאוניברסיטת ויסקונסין חוקר זה שנים רבות כיצד תאים מצליחים לתקן נזקי DNA. במחקר שהתפרסם בכתב העת Journal of Bacteriology, ניסו החוקרים לגרום לחיידק רגיש לקרינה, Escherichia coli, לפתח עמידות לקרינה, ואז להתחקות אחר המנגנונים המולקולריים שאפשרו זאת. החוקרים חשפו ארבע מושבות של חיידקים לקרינה בעוצמה שהורגת 99 אחוזים מהם. את האחוז הנותר גידלו וחשפו שוב לקרינה חזקה יותר, שהרגה 99 אחוז מהחיידקים. החוקרים חזרו על התהליך 50 פעם, עד שהתקבלו מושבות עמידות לקרינה בעוצמה גבוהה פי שלושה מהמושבות המקוריות. למעשה, החוקרים הפעילו על החיידקים לחץ ברירה חזק, כך ששרדו רק חיידקים בעלי מוטציות שתורמות להישרדות בתנאי קרינה חזקה.

הסטודנט שהוביל את המחקר, סטיבן ברוקבאואר, עם שותפות למאמר | צילום: R. DAVIES, University of Wisconsin-Madison

מוטציות חדשות

גישה זו כבר נוסתה בעבר, אך במחקר הנוכחי הכניסו החוקרים שני שיפורים: ראשית, הם הקרינו את החיידקים בעזרת מכשיר Linac, אשר משמש להקרנות של גידולים סרטניים. זהו למעשה מאיץ חלקיקים קטן, אשר מייצר זרם חזק וקבוע של אלקטרונים. במחקרים קודמים נעשה שימוש בחומרים רדיואקטיביים, שאינם יציבים ועוצמת הקרינה שהם פולטים יורדת עם הזמן. נוסף על כך, החוקרים חשפו את החיידקים לרמת קרינה עולה עם כל מחזור גדילה. ואכן, לאחר 50 מחזורי גדילה, קיבלו החוקרים מושבות עמידות לקרינה בעוצמה גבוהה יותר ממה שתואר בעבר.

לאורך כל תקופת המחקר, עקבו החוקרים אחר השינויים הגנטיים שעברו החיידקים, וכך הצליחו למפות את כל המוטציות שהובילו לעמידות לקרינה. מבין כ-400 מוטציות, מצאו החוקרים מוטציות רבות אשר מעורבות בתהליכי תיקון שברים ב-DNA, כמה מהן חדשות למדע ולא תוארו מעולם בהקשר זה. החוקרים הצליחו לזהות כמה מוטציות שהיו משותפות לארבע המושבות, והיו אחראיות לשיפור ניכר ביעילות התיקון של נזקי DNA. מבין אלה, החוקרים זיהו מוטציות בשני חלבונים מרכזיים, recD ו-rpoB/C. כעת החוקרים מתמקדים בהבנת המנגנון שבאמצעותו מוטציות בחלבונים הללו ובאחרים משפרות את תיקון הנזקים ב-DNA.

היכולת להנדס חיידקים עמידים לקרינה עשויה להיות שימושית לניקוי אתרים מזוהמים בפסולת גרעינית, וכן כטיפול פרוביוטי בעבור מטופלים שעוברים הקרנות הפוגעות בחיידקי המעי וגורמות לתופעות לוואי קשות. ממצאי המחקר מדגישים את החשיבות של חקר הכוחות המולקולריים המניעים התאמה אבולוציונית.