הגן הטרויאני של הנגיף הימי

נגיפים ימיים מפעילים מהלך טרויאני מתוחכם המאפשר להם לפרק את מערכות האנרגיה של חיידקים באוקיינוסים ולנצל את תוצרי הפירוק לשכפול עצמי. כך עולה ממחקר שנערך בפקולטה לביולוגיה בטכניון ופורסם בכתב העת היוקרתי Nature.

המאמר ב- Nature הוא פרי שיתוף פעולה ייחודי בין שלושה חברי סגל – פרופ’ דבי לינדל, פרופ’ עודד בז’ה ופרופ’ עודד קליפלד – ושלושה חוקרים צעירים: ד”ר עומר נדל, ד”ר רואד חנה וד”ר אנדרי רוזנברג.

לחיידקי הציאנובקטריה הזעירים החיים באוקיינוסים חשיבות עצומה במערכת האקולוגית הגלובלית, שכן הם תורמים למשק החמצן ומייצרים סוכרים בתהליך הפוטוסינתזה. סוכרים אלו הם חלק מחומרי הגלם של שרשרת המזון כולה,  ובכך הציאנובקטריה משפיעים על מחזור הפחמן הגלובלי.

חיידקים חיוניים אלה מותקפים תדיר על ידי נגיפים ייחודיים המכונים ציאנופאג’ים, המתמחים בהדבקה של חיידקי הציאנובקטריה הימיים ובהשמדתם. במהלך האבולוציה “חטפו” נגיפים אלה גנים מחיידקים שהדביקו בעבר ושילבו אותם בגנום שלהם. חוקרי הטכניון מוכיחים לראשונה כי מהלך זה מקנה לנגיפים יתרון משמעותי.

החוקרים התמקדו בגן בשם nblA, המתעורר בחיידק במצבי עקה דוגמת רעב. במצבים אלה הוא מפרק את מערכות הפוטוסינתזה לקצירת אנרגיה של החיידק כדי לשחרר חומצות אמינו החיוניות להישרדותו.

המנגנון הייחודי שהתפתח בנגיפי הציאנופאג’ מוביל לכך שכאשר הם מדביקים את החיידק מופעל אותו גן בנגיף ומפרק את מערכות קצירת האנרגיה של החיידק – אך לא לטובת החיידק אלא לרעתו. חומצות האמינו המתקבלות מפירוק זה משמשות את הנגיף העוין לטובת שכפול עצמי מהיר. כך ממיר הנגיף את מערכת קצירת האנרגיה של החיידק המאכסן למשאבים המשמשים לצמיחת אוכלוסיית הנגיפים. זהו מהלך אבולוציוני מתוחכם, שבו הנגיף רותם את מנגנון ההישרדות של החיידק לטובתו, מנצל את משאביו של התא המאכסן, ולבסוף מביא להחרבתו מבפנים.

ממצאי המחקר הושגו כאמור הודות לשיתוף פעולה בין שלוש קבוצות המחקר, המתמחות בהיבטים ביולוגיים שונים, וכן באמצעות שילוב של טכנולוגיות שונות ובהן מניפולציות גנטיות מדויקות בציאנופאג’ים המאפשר השוואה בין נגיף עם ובלי הגן, פרוטאומיקה מתקדמת שאיפשרה לבחון בזמן אמת את כל החלבונים (הן של החיידק והן של הנגיף), ומטאגנומיקה סביבתית שסיפקה תמונה רחבה של שכיחות התופעה במערכות ימיות ברחבי העולם. שילוב הגישות הללו העניק לראשונה תמונה מערכתית מלאה של יחסי הגומלין בין נגיפים לחיידקים ימיים.

לדברי החוקרים, המנגנון שנחשף מפחית בכ־5% את כמות האנרגיה הפוטוסינתטית שמייצרים חיידקי הציאנובקטריה באוקיינוסים, ירידה הנחשבת משמעותית בקנה מידה עולמי, שכן חיידקים אלו מניעים כאמור חלק מרכזי במערכות הביוגיאוכימיות של כדור הארץ ואחראים לייצור ניכר מהחמצן והפחמן האורגני הגלובליים. שינוי כזה עלול להשפיע על מחזורי הפחמן והחמצן ועל האיזון האקולוגי – מהמיקרואורגניזמים הזעירים ועד האקלים הגלובלי.

המחקר נתמך על ידי מענקי האיחוד האירופי ERC Advanced Grant ו-ERC Consolidator Grant וכן על ידי הפקולטה לביולוגיה, תוכנית האנרגיה ע”ש ננסי וסטיבן גרנד בטכניון (GTEP), הקרן הלאומית למדע ו-Simons Foundation.

למאמר בכתב העת Nature  – לחצו כאן

קרדיט צילום: רמי שלוש, דוברות הטכניון