Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי פורסם: 25 בינואר, 2019

בקטריופאג’ים: האויבים של החיידקים הרעים הם החברים שלנו!

תַקצִיר

חיידקים מסוימים יכולים להיכנס לגוף האדם ולגרום למחלות. בדרך כלל אפשר לרפא את המחלות האלה על-ידי חומרים אנטיביוטיים, אבל לפעמים החיידקים עמידים לחומרים אלה, כלומר: החומרים האנטיביוטיים אינם הורגים אותם. במקרים כאלה, החיידקים מסוכנים מאוד. בקטריופאג’ים הם נגיפים התוקפים חיידקים, אבל הם עצמם אינם מזיקים לאדם. כדי להתרבוֹת הם חודרים לתוך תא חיידק, שם הם מתרבים, ולבסוף הם פורצים את תא החיידק כדי לשחרר את הנגיפים החדשים. כך הבקטריופאג’ים הורגים חיידקים. במאמר זה נסביר איך אפשר להשתמש בבקטריופאג’ים לטיפול במחלות זיהומיות או לסילוק חיידקים ממקומות אחרים שבהם הם אינם רצויים.

חיידקים מסוימים עלולים להיות מסוכנים מאוד

תאי חיידקים הם קטנים כל כך שאפשר לבחון אותם רק במיקרוסקופ. סוגי חיידקים מועילים חיים בחלקים שונים של גופנו, שם הם חשובים מאוד לבריאותנו. למשל, חיידקים טובים אלה מְגִנים על העור שלנו מחיידקים רעים, וחיידקים טובים החיים במעי עוזרים בעיכול המזון שאנו אוכלים מדי יום ביומו! אולם חיידקים אחרים עלולים להזיק לבריאות שלנו, והם הגורמים למחלות שונות. חיידקים מזיקים אלה נקראים “חיידקים פתוגניים”. כשאנשים נהיים חולים בגלל חיידקים הם צריכים ללכת לרופא, וייתכן שהוא ייתן להם מרשם לאנטיביוטיקה או אולי אפילו זריקה כואבת! חומרים אנטיביוטיים הם תרכובות כימיות אשר הורגות חיידקים, ובכך עוזרות לנו להחלים ולהרגיש טוב יותר.

כבר יותר ממאה שנים נעשה שימוש בחומרים אנטיביוטיים כדי לטפל במחלות חיידקיות בבני אדם ובבעלי חיים. לאורך התקופה הזו חיידקים פיתחו אסטרטגיות כדי לשרוד למרות טיפולי האנטיביוטיקה [1]. דמיינו שדה קרב שבו אוכלוסיית חיידקים מותקפת על-ידי כדורים קטנים (חומרים אנטיביוטיים). אם אחד החיידקים יוכל למצוא מָגֵן כדי להגן על עצמו הוא ישרוד (איור 1). לחיידק שישרוד יהיה יתרון על פני האחרים בכך שהוא עמיד לחומרים האנטיביוטיים לָנֶצַח, וכך גם צאצאיו. זו הסיבה לכך שכאשר נהיים חולים צריך לקחת את כל כדורי האנטיביוטיקה שרשם הרופא, גם אם מרגישים טוב יותר. הדבר חשוב ביותר כדי למנוע ”שורדים“ בשדה הקרב! החיידקים שעמידים לחומרים אנטיביוטיים נקראים ”חיידקי על.“ הם מסוכנים עבורנו מאוד כי אין לנו כלי נשק כדי להילחם בהם. נוסף על כך חיידקים עמידים אלה עלולים לעבור לאנשים אחרים ואפילו לבעלי חיים. כיום יש מספר רב של חיידקים שנהיו עמידים לסוגים שונים של חומרים אנטיביוטיים, והדבר מאיים על בני האדם ברחבי העולם.

איור 1 - חיידקים הגורמים למחלות נקראים ”חיידקים פתוגניים“.
  • איור 1 - חיידקים הגורמים למחלות נקראים ”חיידקים פתוגניים“.
  • מחלות חיידקיות מטופלות על-ידי חומרים אנטיביוטיים, ורוב החיידקים מתים מחומרים אלה. לפעמים חיידק אחד שורד כי הוא עמיד לאנטיביוטיקה. חיידק כזה נקרא ”חיידק על“. חומרים אנטיביוטיים אינם הורגים את החיידקים האלה, החיידקים מתרבים, והתוצאה היא חיידקים רבים שעמידים לחומרים אנטיביוטיים. Antibiotic treatment = טיפול אנטיביוטי Pathogenic bacteria = חיידק פתוגני Superbug multiplies and all descendants are resistant to antibiotics = חיידק־על מתרבה וכל צאצאיו עמידים לאנטיביוטיקה Dead bacteria = חיידקים מתים Survivor (”Superbug“ resistant to antibiotics) = שורד (חיידק־על שעמיד לאנטיביוטיקה).

איך אנו יכולים להילחם בחיידקים עמידים לאנטיביוטיקה?

הדרך העיקרית למנוע מעוד ועוד חיידקים להיהפך לעמידים לחומרים אנטיביוטיים היא להשתמש נכון בחומרים האנטיביוטיים. כלומר, להישמע לחלוטין להוראות הרופא. כך, חשוב מאוד ליטול את האנטיביוטיקה רק כאשר היא נחוצה. לעולם אין ליטול את התרופות האלה ללא מרשם רופא, שֶׁכֵּן רק הרופא יודע מתי זקוקים להן למעשה. נוסף על שימוש נכון בחומרים האנטיביוטיים, חיוני למצוא אסטרטגיות חדשות כדי להילחם בחיידקים, ובעיקר באלה שעמידים לסוגים שונים של חומרים אנטיביוטיים. למרבה המזל יש בטבע מיקרואורגניזמים נוספים שכבר הצליחו להרוג חיידקים: הבקטריופאג’ים.

מהם בקטריופאג’ים?

בקטריופאג’ים הם סוג אחד מסוגי הנגיפים הרבים. נגיפים הם חלקיקים זעירים שמסוגלים להתרבות רק בתוך תא חי של אורגניזם אחר. כאשר נגיפים תוקפים בעלי חיים, צמחים או בני אדם הם נקראים ”נגיפים אאוקריוטים“ (eukaryotic), ואם הם תוקפים חיידקים הם נקראים ”בקטריופאג’ים“. כל הנגיפים קטנים מאוד, ואפשר לראותם רק לאחר הגדלה עצומה, תוך שימוש במיקרוסקופ מיוחד (איור 2).

איור 2 - תמונות של כמה בקטריופאג’ים כפי שהם נראים במיקרוסקופ.
  • איור 2 - תמונות של כמה בקטריופאג’ים כפי שהם נראים במיקרוסקופ.

הבקטריופאג’ים מצויים בשפע בטבע; למעשה, יש אלפי מיליונים של בקטריופאג’ים סביבנו, אף שאיננו יכולים לראותם. הם חיים בכל מקום: בקרקע, באוקיאנוסים, בגוף שלנו וגם במזון (אנו אוכלים חיידקים ובקטריופאג’ים מדי יום ביומו!). אבל אין לנו סיבה לדאוג מהבקטריופאג’ים כי הם אינם מזיקים לנו, לבעלי חיים ולצמחים. בקטריופאג’ים מסוכנים רק לחיידקים, כי הם זקוקים לחיידקים כדי להתרבות. הרבייה של הבקטריופאג’ים די שונה מזו של בעלי חיים ושל צמחים. תהליך הרבייה שלהם, הנקרא ”מחזור ליטי,“ מתרחש מהר מאוד; עבור בקטריופאג’ים אחדים התהליך נמשך 30 דקות בלבד! לו הּיינו יכולים לעצור את התהליך ולראות מה קורה בתוך התא, היינו מבחינים בשלושה שלבים שונים (איור 3). בסיום המחזור הליטי, החיידקים מתים. מכאן, בקטריופאג’ים הם האויבים הטבעיים של החיידקים. בטבע, גם החיידקים וגם הבקטריופאג’ים נחוצים לקיום פעילות תקינה של מערכות אקולוגיות מיקרוסקופיות. הדבר דומה למה שקורה בְּקֶרֶב בעלי חיים, כאשר הטורף (שועל) והטֶּרֶף (ארנבת) חיים יחד באותו מקום, למרות היותם אויבים.

איור 3 - אופן הריבוי של הבקטריופאג’ים שלב 1: בקטריופאג’ פוגש חיידק ונצמד אליו; שלב 2: החומר התורשתי של הבקטריופאג’ נכנס לתא החיידק ומשכפל את עצמו, וכך יוצר בקטריופאג’ים חדשים; שלב 3: החיידק מלא בבקטריופאג’ים ומתפוצץ! בקטריופאג’ים חדשים יכולים להדביק חיידקים אחרים.
  • איור 3 - אופן הריבוי של הבקטריופאג’ים שלב 1: בקטריופאג’ פוגש חיידק ונצמד אליו; שלב 2: החומר התורשתי של הבקטריופאג’ נכנס לתא החיידק ומשכפל את עצמו, וכך יוצר בקטריופאג’ים חדשים; שלב 3: החיידק מלא בבקטריופאג’ים ומתפוצץ! בקטריופאג’ים חדשים יכולים להדביק חיידקים אחרים.
  • חיידקים ובקטריופאג’ים חיים יחד בטבע.

האם הבקטריופאג’ים שימושיים עבורנו?

כן, הם שימושיים. אנו יכולים להשתמש בבקטריופאג’ים כדי להרוג חיידקים רעים באופן דומה לשימוש שאנו עושים בחומרים אנטיביוטיים [2]. נוסף על כך, לבקטריופאג’ים יש כמה יתרונות על פני חומרים אנטיביוטיים. למשל, חומרים אנטיביוטיים בדרך כלל הורגים מינים שונים של חיידקים, בעוד שבקטריופאג’ים בדרך כלל תוקפים סוג אחד של חיידק. כתוצאה מכך, בקטריופאג’ים שהורגים חיידקים מזיקים אינם פוגעים בחיידקים מועילים, שהרי רוב הזמן איננו רוצים לחסל את כל החיידקים, רק את ”החבר’ה הרעים“. כמובן, בטרם נוכל לתת לאנשים בקטריופאג’ים כתרופה יש לחקור את הבקטריופאג’ים כדי להיות בטוחים שאין בהם שום סכנה. מספר רב של מדענים עובדים בתחום מחקר זה, והם מצאו גם שימושים אחרים לבקטריופאג’ים. למשל, אפשר להשתמש בבקטריופאג’ים כדי לנקות בתי חולים או משטחים תעשייתיים, שֶׁכֵּן הם יכולים להרוג חיידקים בלתי רצויים בדיוק כפי שעושים חומרי חיטוי. ייתכן שגם אפשר יהיה להכניס בקטריופאג’ים למזון, שם יפעלו בדומה לחומרים מְשַׁמרים [3]. בקטריופאג’ים יחכו במזון עד שחיידקים רעים יזהמו אותו, וכך, כמו במשחק מחבואים, כשימצאו הבקטריופאג’ים את חיידקי המטרה שלהם, הם יתפסו אותם! האם עכשיו אתם מאמינים שבקטריופאג’ים הם כלי נשק יעיל למלחמה בחיידקים?

מילון מונחים

חיידק (Bacteria): מיקרואורגניזם שעשוי להיות מועיל לאדם או עלול להיות מסוכן עבורו.

חיידקים פתוגניים (Pathogenic): מיקרואורגניזמים מסוימים הגורמים למחלה.

אנטיביוטיקה (Antibiotics): תרכובת כימית שיכולה להרוג חיידקים.

חיידקי־על (Superbugs): חיידקים שעמידים לכמה סוגי אנטיביוטיקה.

בקטריופאג’ים (Bacteriophages): סוג של נגיפים אשר זקוקים לחיידקים כדי להתרבות.

נגיפים (Viruses): המיקרואורגניזמים הפשוטים ביותר אשר מֻכָּרים.

מחזור ליטי (Lytic cycle): תהליך הרבייה של הבקטריופאג’ים.

מערכות אקולוגיות (Ecosystems): מערכות של אורגניזמים חיים והמקום שבו הם חיים.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.


מקורות

[1] Nikaido, H. 2009. Multidrug resistance in bacteria. Annu. Rev. Biochem. 78:119–46. doi: 10.1146/annurev.biochem.78.082907.145923

[2] Kutter, E., De Vos, D., Gvasalia, G., Alavidze, Z., Gogokhia, L., Kuhl, S., et al. 2010. Phage therapy in clinical practice: treatment of human infections. Curr. Pharm. Biotechnol. 11:69–86. doi: 10.2174/138920110790725401

[3] García, P., Martínez, B., Obeso, J. M., and Rodríguez, A. 2008. Bacteriophages and their application on food safety. Lett. Appl. Microbiol. 47:479–85. doi: 10.1111/j.1472-765X.2008.02458.x