איך נגיפים מחליטים האם להישאר ידידותיים?

מחקר חדש של בית הספר שמוניס לביו-רפואה וחקר הסרטן בפקולטה למדעי החיים, אוניברסיטת תל אביב פיענח את מנגנון קבלת ההחלטות המורכב שמאפשר לנגיף לבחור אם להפוך אלים או להישאר ידידותי לחיידק בו הוא נמצא. באופן מפתיע, מסתבר שהנגיפים נעזרים במערכת שנועדה להגן על החיידק מפניהם. במסגרת המחקר החוקרים מראים כיצד הנגיף רותם לעזרתו את מערכת החיסון של החיידק, זו שמיועדת להילחם בנגיפים כמוהו, במסגרת קבלת החלטות זו.
 

המחקר נערך בהובלת הדוקטורנטית פולינה גולר, מהמעבדה של פרופ' אביגדור אלדר, בית הספר שמוניס, אוניברסיטת תל אביב ובשיתוף חברי מעבדה נוספים. המחקר פורסם בכתב העת המדעי המוביל Nature Microbiology,
 

בקטריופאג'ים, או "פאג'ים", הם נגיפים שמתמחים בהתקפה של חיידקים לצורכי התרבות. משמעות השם "בקטריופאג’" היא "אוכל חיידקים" ביוונית עתיקה. אולם למרות שמם התוקפני, פאג’ים רבים יכולים לאמץ מצב פעולה "רגוע", שבו הנגיף נטמע בדנ"א של החיידק ונותר רדום בו. למעשה, במקרים רבים נראה שבמצב פעולה זה, הפאג’ים יכולים אפילו לנהל מערכת יחסים של תועלת הדדית עם החיידק המארח אותם.

לדברי פרופ' אלדר, פאג’ים דווקא נוטים להעדיף להישאר במצב הרדום, שבו החיידק דואג לצרכיהם ועוזר להם להשתכפל בשלווה. כפי שהראו במחקר קודם הם מחליטים אם להפוך לאלימים בתגובה לשני סוגי מידע – המצב הבריאותי של המארח, ואותות שנקלטים מבחוץ שמעידים על נוכחות פאג'ים אחרים בסביבה. "פאג’ לא יכול להדביק חיידק שכבר מכיל בתוכו פאג’ אחר מאותו סוג. לכן, במסגרת קבלת ההחלטות הנגיפית, אם פאג’ מזהה שהמארח שלו נפגע אבל קולט גם אותות המעידים על כך שיש פאג’ים אחרים בסביבה, הוא יבחר להישאר אצל המארח הנוכחי, בתקווה שזה יתאושש. אם הוא לא מזהה אות מבחוץ, הפאג’ 'מבין' שייתכן שיש מקום עבורו במארח אחר בסביבה ואז הוא יהפוך לאלים, יהרוג את המארח שלו ויעבור לקורבן הבא". 

במחקר החדש, אלדר ועמיתיו פענחו מנגנון חדש שמאפשר לנגיף לקבל את ההחלטות הללו. "גילינו שבתהליך זה, הפאג’ בעצם משתמש במערכת שהחיידק פיתח כדי להילחם בפאג’ים", מספרת הדוקטורנית פולינה גולר. כאשר אין אותות מבחוץ המעידים על נוכחות פאג’ים אחרים בחיידקים סמוכים – הפאג’ מפעיל אסטרטגיה אחת שמנטרלת את מערכת ההגנה החיידקית נגדו. "ואז, כשמערכת ההגנה מנוטרלת, הפאג’ נכנס למצב האלים, משתכפל והורג את המארח שלו", מתארת גולר את ההתרחשויות. "אולם אם הפאג’ קולט שיעור גבוה של אותות מבחוץ, הוא בוחר באסטרטגיה השנייה, ובמקום לנטרל את מערכת ההגנה נגדו, הוא משתמש במתקפה שלה בכדי להכנס למצב השינה שלו בגנום של החיידק, בו המערכת אינו פועלת עליו יותר". 

פרופ' אלדר מוסיף: "המחקר חושף רמה חדשה של תחכום במרוץ החימוש בין החיידקים לנגיפים. עד היום, מרבית המחקר של מערכת החיסון החיידקית התמקד בעיקר בהתמודדות של חיידקים עם פאג’ים אלימים בלבד, והמנגנונים שקשורים לאינטראקציה בין חיידקים ונגיפים במצב הרדום נותרו מוכרים הרבה פחות. "גם לחיידקים יש בעצם אינטרס לשמור את הנגיפים במצב רדום, קודם כל כדי לשרוד, אבל גם כי הגנים של הפאג’ים הרדומים עשויים לתרום לתפקוד של החיידק", הוא אומר. 
 

"הממצאים הללו מעניינים ממגוון סיבות. סיבה אחת היא שיש חיידקים, כמו החיידק שגורם למחלת הכולרה, שהופכים להיות אלימים יותר אם הם מכילים פאג’ים רדומים. בחיידקים אלה, הרעלנים העיקריים שהחיידק מייצר וגורמים לנו נזק למעשה מקודדים בגנום של הפאג’, שמשולב בדנ"א של החיידק", מסביר פרופ' אלדר. "בנוסף, פאג’'ים יכולים לשמש גם ככלים למלחמה בחיידקים ולשם כך חשוב להבין את מנגנוני הפעולה שלהם. לבסוף, אנחנו חוקרים פאג’ים כדי להבין טוב יותר כיצד נגיפים פועלים באופן כללי. גם נגיפים רבים שגורמים למחלות בבני אדם יכולים לעבור בין מצב הפעולה האלים לרדום".