פיתוחם של חיידקים שאפשר לאתר בגוף באמצעות אולטרסאונד עשוי לאפשר שיגור של תרופות ליעדים ממוקדים בגוף ומעקב יעיל אחריהן
בשנים האחרונות עולם הרפואה מסדר לחיידקים הסבה מקצועית ומגייס אותם להילחם עבורנו במחלות. הרעיון מיושם למעשה כבר תקופה ארוכה, בעיקר כהמלצה בריאותית לאכול יוגורט כדי לחזק את מערכת העיכול או בתרופות פרוביוטיות לשיקום אוכלוסיית החיידקים החיונית בגוף. לצד תפקידם הטבעי בשמירה על התפקוד השוטף של הגוף, חוקרים מנסים לפתח חיידקים רפואיים שיוכלו להוביל תרופות אל מטרתן הסופית או לתקוף רקמות סרטניות. כעת, מחקר פורץ דרך מזניק את התחום צעד חשוב הלאה, על ידי פיתוח חיידקים שמחזירים גלי קול, כך שאפשר לעקוב אחריהם במכשירי אולטרסאונד.
כדי לעשות שימוש רפואי יעיל בחיידקים צריך דרך לעקוב אחריהם ואחרי פעילותם בתוך הגוף – אתגר לא פשוט בהתחשב בגודלם המיקרוסקופי והקושי להבדיל בינם לבין שאר החיידקים והתאים בגוף. רוב שיטות הדימות הקיימות משתמשות בחיידקים שהונדסו לבטא חלבונים פלואורסצנטיים מיוחדים שפולטים אור. הידוע שבהם הוא החלבון הפלואורסצנטי הירוק GFP, שהתגלה בשנות ה-60 במדוזות ליד חופי יפן וחולל מהפכה ביכולתנו לצפות בתאים בודדים ובמרכיביהם.
הבעיה היא שאי אפשר לעקוב אחרי אור בתוך הגוף, אלא אם כן מחדירים בצורה פולשנית מצלמות לתוך הרקמות. כדי לפתור את המגבלה הזאת פיתחה קבוצת המחקר של מיכאיל שפירו מהמכון הטכנולוגי בקליפורניה חיידקים שאפשר לעקוב אחריהם באמצעות גלי קול.
לדברי שפירו, המקור לרעיון היה בא מחיידקים החיים במים בשם בצילוס מגטריום (Bacillus megaterium) ואנבאנה פלוס-אקווה (Anabaena flos-aquae), שמכילים שלפוחיות חלבון מלאות גז שמסייעות להם לצוף. השלפוחיות אינן לוכדות את הגז, אלא מאפשרות מעבר חופשי של מולקולות גז מתוכן החוצה ולהיפך, כך שהחיידקים מסוגלים לשלוט בצפיפותם היחסית וביכולת הציפה שלהם.
החוקרים כבר הוכיחה שכאשר מזריקים את השלפוחיות האלה למערכת העיכול של עכברים, אפשר לעקוב אחריהם באמצעות אולטרסאונד בצורה פשוטה ויעילה, שמבדילה אותן משאר רקמות הגוף.
במקום זיהוי החיידקים באמצעות אור, ימצאו אותם בעזרת גלי קול. איור של חיידק בצורת צוללת | מקור: Caltech
המטרה הבאה של החוקרים הייתה להנדס זן של חיידקי אי-קולי (E. coli), שמצויים באופן טבעי במערכת העיכול שלנו, כך שהם יוכלו לייצר את שלפוחיות הגז. התהליך התאפשר כשהחדירו לחיידקי האי-קולי תערובת של גנים משני זני חיידקים אחרים, שכללו את ההוראות לייצור השלפוחיות. גנים מכל חיידק תורם לבדו לא הביאו את האי-קולי לייצר שלפוחיות גדולות מספיק לדימות בגלי קול, אלא רק השילוב של שניהם.
במאמר מציין מוביל המחקר, ריימונד בורדו, שהיה צורך במערך שונה של גנים מכל חיידק תורם כדי ליצור את החיידקים החדשים. אחד מהם תרם את הגנים שיוצרים את אבני הבניין הדרושות להרכבת השלפוחיות והשני סיפק גנים לחלבונים שמסייעים להרכבתם הנכונה ותומכים בתהליך הבנייה.
המחקר הסופי, שפורסם בכתב העת Nature, המחיש שאפשר לזהות את החיידקים באמצעות אולטרסאונד בתוך גופם של עכברים, לאחר שהזריקו אותם ישירות למעי. יתר על כן, ניתן היה לזהות את מקומם המדויק של החיידקים מחזירי הקול ברמת הפרדה (רזולוציה) גבוהה של כעשירית המילימטר – טוב בהרבה ממה שמאפשרים חיידקים פלואורסצנטיים.
עם זאת, הביטוי של הגנים הזרים גבה מחיידקי האי-קולי מחיר – הם צרכו יותר אנרגיה והתקשו יותר לגדול. אף שהגנים לא היו קטלניים עבורם, עדיין יש מקום לשפר את השיטה, ורצוי גם לבחון אם הם שורדים במערכת העיכול לאחר שצורכים אותם בבליעה. התקווה היא שחיידקי האולטרסאונד יניעו בעתיד מהפכה דומה בהיקפה ובחשיבותה לזאת שהניב גילוי חלבון ה-GFP.
