ראשי » מדע ומחשבים » מדע » חידושים והמצאות

בעקבות הוליווד: אבולוציה בשידור חי

פלטפורמה חדשנית מאפשרת מעקב מדויק אחר חיידקים המפתחים עמידות לאנטיביוטיקה תוך כדי תנועה. המערכת, שהרעיון לה בוסס על הסרט התפשטות, מציגה הדגמה ראשונה מסוגה של הקשר בין הסתגלות גנטית לאילוצים מרחביים

מדענים בבית הספר לרפואה בהרווארד ובטכניון פיתחו פלטפורמה מרחבית ראשונה מסוגה למעקב אחר האבולוציה של חיידקים הנחשפים לאנטיביוטיקה ומפתחים עמידות נגדה. המערכת, הנחשפת במאמר בכתב העת Science, תקדם לא רק את המחקר המדעי בתחום האבולוציה של חיידקים אלא גם את האופן שבו מונגשים תהליכים אבולוציוניים לתלמידים, לסטודנטים ולציבור הרחב.

לעוד ידיעות בערוץ המדע של nrg:
- נמצא הפשר לחלומות חוזרים
- סופיה רוצה להקים משפחה רובוטית משלה

המערכת החדשה היא צלחת פטרי עצומה בצורת מלבן בגודל 0.6X1.2 מ', שבתוכה 14 ליטרים של אָגָר - מצע לתרביות חיידקים. הצלחת מחולקת לרצועות ישרות ושוות המכילות ריכוזי-אנטיביוטיקה בשיעורים הולכים וגדלים ככל שמתקרבים למרכז הצלחת.
 
בתחילת הניסוי ממוקמות מושבות של חיידקי E. coli בשתי הרצועות הקיצוניות, הנקיות מאנטיביוטיקה. החיידקים מכלים את המזון ברצועות אלה ונעים לכיוון המזון ברצועות האחרות האחרות. בכל פעם שהם מגיעים לרצועה הבאה הם נבלמים על ידי האנטיביוטיקה. מצלמה בתקרת המעבדה מצלמת במשך שבועיים תצלומים בהפרשים קבועים, והתוצאה היא אבולוציה בתנועה: המחשה בווידיאו של תנועת החיידקים – אלה שמתו ואלה שפיתחו עמידות לתרופה.

 

הסרטון שמצולם מראה כיצד כל "חומת אנטיביוטיקה" חדשה, קו שמאחוריו גדל מינון האנטיביוטיקה פי 10, בולמת את התפשטות החיידקים. רוב החיידקים נקטלים; עם זאת, התפתחותן של מוטציות, שחלקן עמידות לאנטיביוטיקה, גוררת "הסתננות" של חיידקים בודדים לרצועה הבאה, ובעקבותיהם שושלת שלמה של צאצאים העמידים לאותה רמה של אנטיביוטיקה.

כך קורה גם בהיתקלות ברצועות הבאות: בלימה, התגנבות יחידים ופלישה המונית של צאצאים עמידים. לאחר כעשרה ימים מצליחים החיידקים לפלוש גם לאזור העוין ביותר – זה שרמת האנטיביוטיקה בו גבוהה פי 1,000 מזו שברצועת האנטיביוטיקה הראשונה. במילים אחרות, אותם חיידקים צעירים מצליחים לשרוד בריכוז אנטיביוטיקה הגדול פי אלף מזה שהרג את אבות אבותיהם.

סוגיית עמידות החיידקים לאנטיביוטיקה, והחשש מעידן - שבו זיהומים ופציעות קלות יגרמו נזק בריאותי כבד כתוצאה מכך שחיידקים כבר לא יגיבו לשום אנטיביוטיקה - מניעה מחקרים רבים בכל רחבי העולם. מחקרים אלה מתחקים אחר האבולוציה של העמידות החיידקית לתרופות בודדות ולקוקטיילים של תרופות, בתקווה למצוא דרכים לניטרול עמידות זו ולהחזיר לאנטיביוטיקה את יעילותה.

ואכן, בעשורים האחרונים נצבר ידע רב בנושא זה, אולם ידע זה מבוסס על "מיקרו-ניסויים" שאינם משקפים את ההיבט המרחבי של ההסתגלות החיידקית ולכן מקשים על מיפוי אוסף המסלולים האבולוציוניים השונים המובילים לעמידות. ההתקן החדש שופך אור על הקשר בין השינוי הגנטי המאפשר לחיידקים להסתגל לאנטיביוטיקה לבין תמרוניהם במרחב.
 

ד״ר מייקל ביים, פוסט-דוקטורנט מהמעבדה של פרופ׳ קישוני בהרווארד, אומר כי "אנו מבינים די טוב את המנגנונים המאפשרים לחיידקים להתגבר על אנטיביוטיקות, אבל איננו יודעים כיצד הם נעים במרחב בזמן שהם מפתחים עמידות".

"למרחב יש משמעות רבה בתהליכים האמורים," מסביר פרופ' קישוני. "הרי החיידק שפיתח עמידות יכול להמשיך להיאבק עם שאר החיידקים על המשאבים הקיימים, אבל בניסוי שלנו אנחנו רואים שהוא עושה משהו יעיל יותר – הוא חודר לאזור שבו רק הוא יכול לשרוד, ושם הוא אינו צריך להיאבק על אותם משאבים. אנו רואים גם – אולי בניגוד לאינטואיציה – שהמוטנטים שמובילים את החזית אינם דווקא אלה העמידים ביותר; מוטנטים עמידים דווקא נחסמים אחרי המוטנטים האמיצים שפילסו להם את הדרך לתוך האזור המסוכן יותר".

"מעבר לתגליות המדעיות שהתאפשרו הודות למערכת, חשיבותה גם בכך שהיא מקרבת אלינו תופעות המתרחשות הרחק מעינינו - ברמה המיקרוסקופית או המולקולרית". אמר עידן ילין סטודנט שלקח חלק במחקר. "הסרטונים הופכים מושגים מופשטים בתחום אבולוציה של אוכלוסיות למוחשיים, ומאפשרים לצופה לראות באופן בלתי אמצעי איך חיידקים משתנים ורוכשים יכולות חדשות לנגד עיניו".
 

פרופ' קישוני, חבר סגל בפקולטות לביולוגיה ובמדעי המחשב בטכניון, החל בפיתוח הרעיון עוד כפרופ׳ בפקולטה לרפואה בהרווארד. "זה לא היה רעיון שלנו – הקרדיט מגיע להוליווד," הוא אומר. "נתקלנו בכרזה של הסרט 'התפשטות' (Contagion)– מותחן שבו נאבק צוות רופאים בווירוס המאיים לחסל את ארה"ב. בכרזה הזאת רואים צלחת פטרי עצומה שעליה גדלים המוני חיידקים צבעוניים.

 

זו היתה ההשראה לפלטפורמה הנוכחית שלנו, שמאפשרת לחיידקים לשחות ולהתפשט במרחב מאתגר, שבו הם נתקלים במחסומי אנטיביוטיקה".

המחקר נתמך על ידי מכוני הבריאות האמריקאים (NIH) וכן על ידי האיחוד האירופי (מענק ERC). חוקרים נוספים בצוות המחקר הם אריק קלסיק, רמי חייט, רותם גרוס ועידן ילין.

היכנסו לעמוד הפייסבוק החדש של nrg