חיידקים עמידים לתרופות נמצאו במערה בת ארבעה מיליוני שנים

במעמקי קרביה של מערה בניו מקסיקו שעד כה לא נגעה בה יד אדם, גילו מיקרוביולוגים כמעט מאה זנים של חיידקים שאינם נכנעים לתרופות אנטיביוטיות מודרניות.

החיידקים מצפים את כתליה של מערכת המערות לצ'וגייה
(Lechuguilla), ששוכנת בעומק של  כמעט 500 מטרים מתחת לפני הקרקע. עד לאחרונה לא פגשו היצורים המיקרוסקופיים הללו בבני אדם או באנטיביוטיקה מודרנית בזכות כיפת הסלע העבה, שבודדה את המערה לפני שבעה עד ארבעה מיליוני שנים. אם מחלחלים אליה מים, נדרשות  להם כעשרת אלפים שנים כדי להגיע למעמקי המערה – ומכאן שהחיים התת-קרקעיים התקיימו בה בלי שום אפשרות של מגע עם הרפואה המודרנית.

חיידקי המערה אינם מדביקים בני אדם, והם מסוגלים לעמוד בפני קבוצות רבות של תרופות אנטיביוטיות, לרבות תרופות סינתטיות חדשות. התגלית פותחת אשנב למבקשים להבין כיצד מופיעות מחלות חדשות, העמידות בפני תרופות.

"זוהי חידה שמיקרוביולוגים קלינים תוהים לגביה זה זמן רב מאוד. כשמכניסים אנטיביוטיקה חדשה לבית חולים, העמידות מופיעה באופן בלתי נמנע בתוך זמן קצר, חודשים עד שנים," מסביר ג'רי רייט, ראש צוות המחקר, ביולוג כימי מאוניברסיטת מקמסטר באונטריו.

"אך עדיין נותרת שאלה גדולה: מנין באה העמידות? כמעט אף אחד לא חשב להסתכל על חיידקים אחרים, כלומר על כאלה שלאו דווקא גורמים מחלות."

לצ'וגייה היא אחת ממערכות המערות העמוקות והמסועפות ביותר בפארק הלאומי מערות קרלסבד (Carlsbad Caverns National Park) בניו מקסיקו.  בלצ'וגייה יש מנהרות ממופות שאורכן עולה על 200 קילומטרים, וזוהי המערה השביעית באורכה הידועה בעולם.

ב-1984 התחילו חוקרי מערות לפלס דרך בשפוכת של פיר מכרה ישן ומצאו פתח המוליך אל מערה שבקיומה חשדו קודם לכן. החוקרים פרצו לתוכה ב-1986 וחשפו אחת מהסביבות האחרונות עלי אדמות שיד אדם טרם נגעה בהן.

שירות הפארקים הלאומיים של ארצות הברית מגביל בחומרה את הכניסה למערה, אבל מאז 2008 ניתן לגיאומיקרוביולוגית הייזל ברטון מאוניברסיטת צפון קנטקי וצוותה להיכנס למערה כדי ליטול דגימות מהחיידקים החיים בתוכה.

"הייזל אספה דגימות ממקומות שברור כי אף יד אדם לא נגעה בהם קודם. מכיוון שזה מקום בתולי לגמרי, אפשר לראות איפה התהלכו שם אנשים – כל האנשים שנכנסו לשם אי פעם," אמר רייט. "צריך מאוד לאמץ את הדמיון כדי להעלות על הדעת שאחד האתרים שנדגמו בא באיזשהו מגע משמעותי עם משהו מעל פני השטח."

ברטון גירדה את פני הסלע, ארזה דגימות של ביופילם – משטחים עבים של חיידקים – שגדלו על כותלי המערה, והעבירה אותן למעבדתו של רייט.  צוותו חיפש  סימנים כלשהם של עמידות לאנטיביוטיקה בדגימות במשך שלוש

שנים.

החיידקים גורמי המחלות נעשים חסינים יותר ויותר בפני רבות מעשרות הקבוצות של תרופות אנטיביוטיות המיועדות להילחם בהם. זנים אלה, שנהוג לכנותם "חיידקי-על", מסוגלים לשתק תרכובות אנטיביוטיות טבעיות או סינתטיות, לזלול אותן או לחסום את פעולתן.

חיידקי-על מופיעים כמעט תמיד בבתי חולים ובחוות של בעלי חיים, שבהם נעשה שימוש מרובה באנטיביוטיקה. בסביבות אלה הלחץ האבולוציוני העז דוחף את החיידקים לפתח במהירות עמידות בפני תרופות רבות.

אבל השאלה כיצד זה קורה היא בעיה מתסכלת, אומר רייט, בהתחשב בכך שהמחקר מלמד כי השגת העדפה של גנים הנלחמים באנטיביוטיקה אמורה להימשך בין אלפי למיליוני שנים.

אולי התשובה נעוצה בכך שחיידקים נוהגים להחליף ביניהם גנים עם חיידקים אחרים בסביבתם, לקבל מהם גנים או לגנוב אותם. לכן מיקרוביולוגים רבים חושדים שחיידקים שאינם גורמים מחלות משמשים מאגר ענקי של גנים עתיקים חסיני אנטיביוטיקה, הממתינים להעברה לחיידקים גורמי מחלות.

"בשלב זה זוהי מעין השערה: האורגניזמים הסביבתיים השפירים האלה הם בסיס העמידות," אמר רייט.

"הם כל כך רבים, עם כל כך הרבה גנים לעמידות שמסוגלים לעבור אופקית בין אוכלוסיות," אם ברבייה מינית, אם בהעברה באמצעות נגיפים ואם על ידי קליטת קטעי גנים.

ממצאי המערה מבוססים על עבודתו הקודמת של רייט, שבה מצא חיידקים בעלי גנים לעמידות באדמות בתוליות שיד אדם לא נגעה בהם, בעפר רגיל ובכפור-עד, מציין ג'וליאן דיוויס, מיקרוביולוג מאוניברסיטת קולומביה הבריטית, שלא היה מעורב במחקר.

ממצאים אלה סקרנו את הספקנים, אבל רייט ביקש ראיות מוצקות יותר לטענתו שהגנים לעמידות בפני אנטיביוטיקה הם עתיקים ולא "אופנה" מיקרוביולוגית חדשה.

"עכשיו הוא מצא אותן במערות הבתוליות האלה," אומר דיוויס.

צוותו של רייט הצליח לגדל 500 זנים שונים של חיידקים ממערות לצ'וגייה, אבל רק 93 גדלו במצע המאפשר בדיקת עמידות בפני 26 גורמים אנטי-מיקרוביאליים שונים.

מקרב ה-93 האלה, כ-70 אחוזים היו חסינים בפני שלוש עד ארבע קבוצות של חומרים אנטיביוטיים. שלושה מאותם זנים הם קרובים רחוקים של החיידק המייצר נבגי אנתרקס, והם הדפו 14 מתוך 26 התרופות האנטיביוטיות.

"בכנות, לא ציפיתי למצוא את המגוון העצום הזה של גנים ללחימה בכל התרכובות האנטי-מיקרוביאליות השונות האלה," אמר רייט.

דייוויס ציין שצוותו של רייט נטל זני חיידקים מסביבה זרה, גידל אותם בתנאי מעבדה, ואז הראה גנים שמסוגלים להילחם באנטיביוטיקה – כך שהתוצאה עלולה להיות תוצר לוואי מקרי של גנים שמעולם לא נועדו להילחם באנטיביוטיקה.

"זה מלמד אותנו שהגנים העמידים בפני אנטיביוטיקה הם עתיקים מאוד, אבל מה שזה לא מלמד אותנו הוא איך הם מצאו את דרכם לבית החולים," אומר דיוויס.

סטיוארט לוי, רופא ומיקרוביולוג בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת טפטס, אמר שמחקרו של רייט ודאי יעזור לחוקרים להבין טוב יותר את מקורות העמידות בפני אנטיביוטיקה, אבל הוא מסכים גם לנקודות שהעלה דיוויס.

"האם ההתנגדות מספקת הגנה נוספת לאורגניזמים במעמקי המערה? אולי זה משהו שנראה כמו עמידות בפני אנטיביוטיקה, אבל בעצם הוא משהו אחר לגמרי," אומר לוי, שלא היה מעורב במחקר זה.

"זו שאלה בנוסח מה קדם למה, הביצה או התרנגולת. האם חיידקים ייצרו את האנטיביוטיקה שם במערה, ואחר כך התפתחה עמידות, או שמא זה קרה להיפך?" חיידקי המערה, לפי חשיבה זו, עשויים להפיק אנטיביוטיקה טבעית במהלך "הלוחמה הכימית" שלהם עם חיידקים מתחרים.

לדברי רייט, עד שיעלה בידי החוקרים להתעמק עוד יותר בגנטיקה של זני החיידקים החדשים ולמצוא חומרים אנטיביוטיים טבעיים שנוצרו במערה, אם אמנם היו כאלה,  המחקר צריך להעמיד את הקלינאים על המשמר.

"נניח שאני ראש חברת תרופות שעומדת להשקיע מיליארד דולרים בפיתוח תרופה אנטיביוטית אחת.זה אומר לנו שעלינו לבדוק ראשית אם יש דרכים פשוטות שבהן פתוגנים יכולים להיעשות חסינים, על ידי בדיקת חיידקים מחוץ לבית החולים."


מחקר חיידקי המערה התפרסם בכתב העת  PLoS ONE.

לקריאת כל התגובות ברצף