לגלות את סודות הווירוסים של המערכה השלישית של עולם הטבע

אנחנו נוטים לחשוב על נגיפים בהקשר של מחלות - כשנגיף מדביק אורגניזם ומשתכפל בתוך תאיו עד שהאורגניזם מביס את הנגיף או מת מהמחלה שהוא גורם לה. אולם ההתקדמות במחקר הביו-מולקולרי של העשורים האחרונים חשפה עולם מגוון ורב-גוני בהרבה של תפקידים ואינטראקציות בין נגיפים לאורגניזמים שונים. פרופ' אורי גופנא מבית הספר שמוניס לביו-רפואה וחקר הסרטן עובד כדי לחשוף את המגוון הנגיפי הזה כפי שהוא בא לידי ביטוי במערכה השלישית והמסתורית ביותר של עולם הטבע: מערכת הארכאה.

ארכאה הם אורגניזמים חד תאיים חסרי גרעין, כמו חיידקים, בו נשמר החומר הגנטי. אולם מלבד דמיון זה לחיידקים, מרבית המנגנונים המולקולריים בתוך תאי הארכאה דומים יותר למה שניתן למצוא בתאי גופנו ובתאי שאר האורגניזמים הרב-תאיים - כמו גם באורגניזמים חד תאיים בעלי גרעין שונים כמו אמבות, מערכה של עולם הטבע שנכללת תחת השם אאוקריוטים. דמיון זה במנגנונים הוא הבסיס להנחת המקובלת כיום שכל התאים האאוקריוטיים התפתחו מקבוצה מסוימת של תאי ארכאה. בשנים האחרונות, בזכות פריצות דרך מדעיות וטכנולוגיות שונות, ובראשון היכולת המשתכללת לרצף גנומים שלמים בקלות, ההבנה של הארכאה התקדמה באופן משמעותי, כמו גם המחקר של נגיפים שמדביקים תאים אלה.

"נגיפים אלה הם ייחודיים לארכאה, והם גם שונים מכל מה שאנחנו מכירים מנגיפים שמדביקים תאים אאוקריוטיים. שונים ברצף הגנטי שלהם ואפילו בצורתם. אפשר למצוא נגיפים של ארכאה במגוון צורות שאנחנו לא מכירים מנגיפים של אורגניזמים אחרים, כמו נגיף בצורת לימון או בקבוק, ומגוון צורות מפתיעות נוספות", אומר גופנא.

פרופ' אורי גופנא, בית הספר שמוניס לביו-רפואה וחקר הסרטן

הפתעה נוספת במחקר של נגיפים אלה היא שבשנים האחרונות מתברר שמרביתם אינם קטלניים. "באאוקריוטים וחיידקים, מרבית הנגיפים שאנחנו מכירים נוהגים להשתכפל בתוך כל תא שהם מדביקים עד שהם הורגים את התא, או עוברים למצב רדום בו הם מסתתרים בתוך התא - עד שקורה משהו והם חוזרים להשתכפל והורגים את התא", מוסיף גופנא. אולם נגיפי הארכאה ברובם פועלים בדרך שונה: הם מדביקים את התא הדבקה כרונית. "הם נותרים פעילים וממשיכים להשתכפל בקצב שמשמעותו שהתא חולה מעט. הוא משחרר נגיפים ללא הפסקה, אבל נותר בחיים".

בהדבקה ויראלית קלאסית, ההיגיון האבולוציוני מעודד את התא להרוג את עצמו לפני שלנגיף יש זמן להשתכפל מספיק כדי להרוג תאים נוספים בסביבה שלהם אותו מטען גנטי כמו התא הראשון. אולם היגיון זה אינו תקף במקרה של הדבקה ויראלית כרונית. "אתה לא קופץ מהגג כי הצטננת, גם אם המשמעות היא שתדביק 20 מאחיך ואחיותיך", מסביר גופנא את כוונתו.

בימים אלה, במעבדתו של גופנא עושים התקדמות משמעותית בהבנת סוג זה של הדבקה ויראלית כרונית, שנחקר הרבה פחות מסוגי הדבקה אחרים. מחקרים קודמים מצאו כי בארכאה ניתן עדיין למצוא "מנגנוני הרג עצמי" הדומים לאלה שנמצאים בתאי חיידקים ואאוקריוטים, למרות שאין לתאי הארכאה היגיון להשתמש בהם במקרה של הדבקה כרונית בנגיף. "המחקר החדש שלנו מתחיל להבין מה הסיבה לכך. המערכת אותה אנחנו חוקרים פועלת דרך סילוק מהתא של מולקולה שחיונית לפעולה התקינה שלו, וכך גורמת למותו. כשהדבקנו תא ארכאה עם המערכת הזו בנגיף כרוני ציפינו לראות שמושבת התאים תגווע ותמות כתוצאה מהפעלת מנגנון ההרס העצמי בתגובה לנגיף. במקום זאת, קיבלנו אחרי זמן מה מושבות שהצליחו להיפטר מהנגיף", מספר גופנא.

המחקר החדש מעלה כי במפגש עם נגיף כרוני, מערכת ההרס העצמי של הארכאה מסוגלת גם לפעול כדי לשבש את פעילות הנגיף ישירות, בלי להרוג את התא המאכסן. "אנחנו עדיין פועלים לפענח את הפרטים המלאים של מה קורה, אבל נראה שחלבון שמערכת זו מייצרת משבש את היכולת של הנגיף לייצר את המעטפת שמשמשת אותו כדי להדביק תאים נוספים, וגם, כאשר התא עצמו מתחלק, מונעת מהנגיף מלהדביק את תאי הבת שנוצרים כתוצאה מההתחלקות".

למרות ההתקדמות של השנים האחרונות, המחקר של ארכאה בכלל ושל נגיפי ארכאה בפרט, מפגר אחרי המחקר של חיידקים ואאוקריוטים, והמחקר של התחום טומן בחובו פוטנציאל לתגליות משמעותיות. בנוסף, הבנת מנגנוני המוות התאי מסקרנת כי מדובר במערכת קדומות מאוד שניתן למצוא כדוגמתם בכל רחבי עולם הטבע, מצמחים ועד לבעלי חיים. המחקר של גופנא גם מדגיש את העובדה שמערכות הגנה תאיות אלה נחקרות לרוב בתנאים ספציפיים מאוד, ושהמחקר שלהן בהתמודדות עם נגיפים כרוניים מצביע על כך שיש למערכות אלה תפקידים מגוונים ורבי פנים יותר מלבד תפקידן בהרג התא.

"כדאי גם לזכור שבאזורים מסוימים בגופנו, כמו למשל העור, ניתן למצוא מגוון עצמום של נגיפים, שמכיוון שהם לא גורמים לכל מחלה, הם כמעט לא נחקרים ואיש לא יודע בדיוק מה הם עושים", מציין גופנא. "הבנת האינטראקציות בין נגיפים כרוניים, מהערכות הגנה תאיות ואורגניזמים עשויה גם להוביל להבנה טובה יותר של הביולוגיה האנושית והיצורים המיקרוסקופיים שחיים עמנו".