תַקצִיר
לכולנו יש חיידקים במעיים - כמו לכל החיות, כולל עופות. החיידקים האלה מועילים לנו בצורות רבות, ועוזרים לנו לעכל את המזון שאנחנו אוכלים. בדרך כלל, אצל חיות מאותה משפחה (כמו כלבים ותַנים) נמצאות קבוצות דומות של חיידקי מעיים. לא ברור בדיוק למה. אולי זה מפני שחיות דומות אוכלות מזון דומה, או בגלל נקודות דמיון אחרות בין אותם מינים של בעלי חיים – אולי אפילו פשוט מפני שהם חיים קרוב זה לזה. עשינו ניסוי מדעי כדי להבין מדוע לחַיות שיש ביניהן קירבה גנטית יש חיידקי מעיים דומים, אבל התוצאות לא היו פשוטות כפי שקיווינו. כאן אנחנו מסבירים את הצעדים שעשינו בניסיון לענות על השאלה.
חיות, חיידקים ו“מיקרוֹבּיוֹם”
נוצות צבעוניות, שירה נעימה, מעוף, דאייה, ניתור. כל אלו הם רעיונות שעולים במוחנו כשאנחנו חושבים על ציפורים. רובנו יודעים את שמות הציפורים בסביבה, ומבחינתנו ציפור היא בעל חיים קטן ומעופף שאוכל גרעינים, פירות או חרקים. אבל מה בנוגע לציפורים שאינן מתאימות לתיאור הזה? הפינגווין אינו מעופף, ושוחה באוקיאנוס לצוד דגים. גם היעֵן לא יכול לעוף, והוא גבוה וכבד יותר מגבר בוגר. הנשר אוכל מזון רקוב. מיני הציפורים שונים ומגוּוָנים ממש כמו מיני היונקים. יש יונקים מכל הצורות והגדלים, מעטלפים ועד דולפינים, בני אדם, וצבוֹעים. למרות ההבדלים הרבים בין בעלי החיים האלה, יש לכולם דבר אחד במשותף. כל אחד מהם הוא הבית של מיליארדי פטריות וחיידקים מיקרוסקופיים הנקראים מיקרוֹבּים. מיקרובּים אלה חיים על פני העור, בפֶּה, ובעיקר במעיים.
אנשים רבים חושבים שכל המיקרובּים גורמים למחלות, אבל למעשה רובם דווקא מועילים – ורבים מהם אפילו חיוניים – לבּריאות של החיה שבתוכה הם גרים. המיקרובים במעיים של האדם עוזרים לנו לעכל מזון, ומייצרים בתוך המעיים חומרי מזון שהגוף שלנו זקוק להם. הם גם עוזרים לנו לשמור על גוף בריא, ורבים מהם נלחמים בהרעלות מזון ובמחלות. במעיים של חיה ממוצעת נמצאים יותר מטריליון (כלומר 1,000,000,000,000 !) חיידקים. לכל אוסף החיידקים הזה קוראים מיקרוֹבּיוֹם. מדענים גילו שאצל מינים שונים של יונקים שחיים בצורה דומה ואוכלים מזון דומה, גם מיקרוֹבּיוֹם המעיים דומה. המיקרוֹבּיוֹם של פרות וכבשים הוא דומה, למשל, אבל לא המיקרוֹבּיוֹם של פרות וארָיות. מזה אפשר להבין כי אף על פי שלכל מין של חיה יש מיקרובּיוֹם טיפוסי משלה, המיקרוֹבּיוֹם של כל חיה תלוי גם במזון ובאורַח החיים שלה. רק לאחרונה התחלנו לגלות עד כמה כל מיקרובּיוֹם הוא מיוחד ושונה, ולהבין מדוע עדיין לא גילינו את רוב ה“כללים” הקובעים מה יהיה בו.
מה קובע את הרכּב המיקרוֹבּיוֹם?
הדמיון וההבדלים בין המיקרוֹבּיוֹם של חיות שונות מעלים שאלה: האם למינים האוכלים מזון דומה יש מיקרוֹבּיוֹם דומה, או שהמיקרוֹבּיוֹם דומה רק כי המינים האלה הם קרובים גנטית? למשל: האם נמצא אצל דולפין ופינגווין מיקרובּיוֹם דומה כי שניהם אוכלים דגים – או שלמרות המזון הדומה, המיקרוֹבּיוֹם שלהם שונה כי הם שייכים למינים שונים מאוד? (איור 1). במחקר מדעי מתחילים בדרך כלל בהשערת מחקר, ואז מתכננים ניסוי או שורת ניסויים כדי לבדוק אם היא נכונה. את התוצאות מפרסמים בכתב-עת מדעי מהימן. מדענים אחרים קוראים אותו ומקבלים רעיונות חדשים. השערת המחקר שלנו הייתה שנמצא חיידקים דומים אצל ציפורים ויונקים שהמזון שלהם דומה. כדי לבדוק את ההשערה הזאת נדרשים ניסויים רבים, כי צריך להשוות בין המיקרוֹבּיוֹם של ציפורים שונות. ניסוי אחד לא מספיק לכך. לכן השתמשנו בשיטה הנקראת מֶטא-אנליזה [1] - השווינו בין תוצאות של מחקרים רבים על אותו נושא. כך יכולנו לבדוק נתונים שגילו חוקרים רבים אחרים, להשוות אותם זה לזה, ולזהות דפוסים שאולי לא הבחינו בהם בעבר.
- איור 1 - במסגרת הסגולה מופיעים כמה מינים של ציפורים (פינגווין, נשר ודרור) ובמסגרת התכולה – כמה מיני יונקים (עטלף, דולפין וצבוֹע).
- הם מופיעים במסגרות שונות כי הם שונים זה מזה, אף על פי שהתפתחו מאב קדמון משותף.יש שתי השערות כלליות בנוגע למיקרוֹבּיוֹם: 1. המיקרוֹבּיוֹם דומה כשהחיות דומות (כל היונקים, כל הציפורים וכו’), או 2. המיקרוֹבּיוֹם דומה כשהתזונה דומה (אוכלי בשר, אוכלי חרקים וכו’). במסגרת הוורודה מופיעים כמה סוגים של אוכלי בשר, אבל היא מחולקת לשתי מסגרות קטנות כדי להראות את שני הסוגים של אוכלי בשר. השערת המחקר שלנו היא שהמיקרוֹבּיוֹם דומה בגלל תזונה דומה.
כמו שאמרנו, סוגי החיידקים במעיים של כל חיה תלויים במזון שהיא אוכלת. לחיידקים, כמו לנו, יש סוגי אוכל שהם אוהבים במיוחד. למשל, במעיים של חיות אוכלות-צמחים נמצאים חיידקים אוכלי-צמחים, ובמעיים של אוכלי-בשר יש חיידקים אחרים. אפשר בקלות לחשוב שאצל בעלי חיים שאוכלים מזון דומה, גם המיקרוֹבּיוֹם יהיה דומה, אבל יש דברים נוספים שצריך לקחת בחשבון. למשל, אצל בני אדם ויונקים אחרים, הקיבה היא סביבה חומצית, אבל אצל חרקים לא, וההבדל הזה משפיע על המיקרוֹבּיוֹם. כשהתחלנו במחקר, ידענו כבר על שני מחקרים שבדקו את ההבדלים במיקרוֹבּיוֹם, בדרכים שונות. באחד מהם נבדקו חיות בגן חיות, והתברר שהמיקרוֹבּיוֹם שלהם מושפע מהמזון שהן אוכלות [2]; במחקר השני נבדקו חיות בר, ובו התברר שהמיקרוֹבּיוֹם דווקא מושפע יותר מסוג החיה (עוף, יונק, חרק) שבתוכה הוא נמצא [3].
לחיות שיש ביניהן קירבה גנטית יש מיקרוֹבּיוֹם דומה
לקחנו דגימות מהמיקרוֹבּיוֹם של חיות רבות ומגוונות, והדבר עזר לנו להבין מדוע התוצאות של שני המחקרים שונות כל כך. כשבדקנו את התוצאות שלנו, גילינו בין השאר שיש הבדלים קטנים בלבד בין המיקרוֹבּיוֹם של זוחלים לבין אלה של ציפורים. הופתענו, כי ציפינו לכך שהמיקרוֹבּיוֹם של ציפורים יהיה דומה יותר לזה של יונקים, מאשר לזה של זוחלים, מפני שלשניהם יש דם חם. עדיין לא ברור לנו לגמרי למה לציפורים ולזוחלים יש מיקרוֹבּיוֹם דומה, אבל אם ראיתם את הסרט “פארק היורה”, אולי תצליחו לנחש. היות שציפורים וזוחלים קרובים גנטית, גם הרכב המעיים שלהם די דומה. אפשר לקשר בין שתי העובדות האלה ולהגיע למסקנה שאם המעיים דומים, גם המיקרוֹבּיוֹם יהיה דומה. לא מספיק רק למיין בעלי חיים לקבוצות של חרקים, יונקים, זוחלים, עופות וכו’: זאת שיטה פשוטה מדי. ככל שהחיות קרובות יותר גנטית, ההבדלים בין המיקרוֹבּיוֹם שלהן קטנים יותר.
מה הכי חשוב – סביבת מִחיה, מזון, או סוג החיה?
המחקר שנערך בגן חיות כלל רק יונקים, וזאת הסיבה שלפי התוצאות שלו, הגורם המשפיע ביותר על המיקרוֹבּיוֹם היה המזון. המחקר השני כלל סוגים שונים של בעלי חיים, לא רק יונקים, כך שהתזונה מילאה תפקיד פחות חשוב. כשבדקנו רק ציפורים, גילינו שמזון אמנם משפיע מאוד על המיקרוֹבּיוֹם, אבל הוא לא הגורם החשוב ביותר. המחקר שלנו הראה דווקא הבדלים הרבה יותר משמעותיים בין המיקרוֹבּיוֹם של מיני ציפורים שונים. היה ברור שחסרה כאן חתיכה בפאזל. מה המשותף לאריה, עטלף, קיפוד, פנדה וכבשה שחיים בגן חיות? ובכן... העובדה שהם חיים בגן חיות! בעלי החיים שם אמנם שונים, אבל מכיוון שכולם גרים באותו איזור, כולם גם חיים עם אותם סוגי לכלוך, אבק ומחלות. הם חשופים לאותם מיקרובים, גם אם התזונה שלהם גורמת לחיידקים שונים במעיים שלהם. כשהתחלנו את מחקר המטא-אנליזה שלנו, לא ציפינו שפיסת הפאזל שנמצא תהיה כל כך גדולה! כשבעלי חיים מאותו מין חיים יחד, המיקרוֹבּיוֹם שלהם דומה יותר מאשר כשהם חיים במקומות שונים [5 ,4].
האם התוצאות האלה סותרות זו את זו?
האמת שלא. כל הגורמים חשובים: הקירבה הגנטית בין שתי החיות, הדמיון בתזונה שלהן, ועד כמה סביבת המחייה שלהן משותפת. אבל החשיבות של כל אחד משלושת הגורמים האלה תלויה גם בשני הגורמים האחרים (איור 2). תוצאות המחקר שלנו מראות שמדע הוא לא רק עניין של “נכון” ו“לא נכון”. יש הרבה דברים שצריך לקחת בחשבון כשמחליטים על השערת מחקר. וכשמחליטים עליה, האם היא תמיד נכונה? ברור שלא – הרי המחקר שלנו הוכיח זאת. השערות מחקר משתנות לפעמים לפי נתונים שמתגלים במהלך המחקר. אבל אנחנו לומדים מהטעויות שלנו. וגם כשאנחנו מגלים סיבה לתופעה כלשהי, בדרך כלל התגלית הזאת נכונה רק בנסיבות מאוד מסוימות. ייתכן שמישהו אחר יגיע לתוצאה הפוכה אם המחקר שלו נערך בתנאים שונים. בשבילנו, זה הכיף שבמדע. בעבודה הזאת יש אמנם תסכולים לפעמים, אבל בסופו של דבר היא רק עושה לנו חשק להמשיך ולחקור את העולם שאנחנו חיים בו.
- איור 2 - בתחילה חשבנו שהמיקרוֹבּיוֹם של חיה מסוימת מושפע מסוג החיה, מהמזון שלה או מסביבת המחייה שלה.
- ציפינו לגלות שתזונה היא הגורם המשפיע ביותר על המיקרוֹבּיוֹם. אבל גילינו שהדברים הרבה יותר מורכבים. כשמשווים בין סוגים שונים של חיות, נראה כאילו לכל החיות מאותו סוג יש מיקרוֹבּיוֹם זהה – המיקרוֹבּיוֹם של כל הציפורים היה דומה. אבל כשהשווינו ביניהם, גילינו בכל זאת הבדלים קטנים. במקרים אלה, התזונה הייתה גורם חשוב יותר. כשחוקרים חיות מסוגים דומים עם תזונה דומה, סביבת המחייה משחקת תפקיד יותר בולט. באיור מופיעות ציפורים, אבל הדבר נכון גם לגבי יונקים.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
מילון מונחים
מיקרוֹבּ (Microbe, נקרא גםמיקרואורגניזם): ↑ מונח כללי לאורגניזם מיקרוסקופי חד-תאי. מתייחס בדרך כלל לחיידקים, אבל יכול לתאר גם ארכֵאוֹנים, פטריות ווירוסים.
מיקרוֹבּיוֹם (Microbiome): ↑ אוסף החיידקים החיים יחד ומקיימים קשרים ביניהם.
מין (Species) (בטקסונומיה): ↑ קבוצת אורגניזמים הנחשבים דומים. עבור בעלי חיים או צמחים, הם נחשבים לבני אותו מין אם הם יכולים להתרבות ולהוליד צאצאים.
מטא-אנליזה (Meta-Study): ↑ שיטה מחקרית שבה משווים בין תוצאות מחקרים קודמים רבים.
מקורות
[1] ↑Waite, D. W., and Taylor, M. W. 2015. Exploring the avian gut microbiota: current trends and future directions. Front. Microbiol. 6:673. doi: 10.3389/fmicb.2015.00673
[2] ↑Ley, R. E., Hamady, M., Lozupone, C., Turnbaugh, P. J., Ramey, R. R., and Bircher, J.S., et al. 2008. Evolution of mammals and their gut microbes. Science 20:1647–51. doi: 10.1126/science.1155725
[3] ↑Hird, S. M., Carsten, B. C., Cardiff, S. W., Dittmann, D. L., and Brumfield, R. T. 2014. Sampling locality is more detectable than taxonomy or ecology in the gut microbiota of the brood-parasitic brown-headed cowbird (Molothrus ater). PeerJ 2:e321. doi: 10.7717/peerj.321
[4] ↑Yatsunenko, T., Rey, F. E., Manary, M. J., Trehan, I., Dominguez-Bello, M. G., and Contreras, M., et al. 2012. Human gut microbiome viewed across age and geography. Nature 486:222–7. doi: 10.1038/nature11053
[5] ↑Stanley, D., Geier, M. S., Hughes, R. J., Denman, S. E., Moore, R. J. 2013. Highly variable microbiota development in the chicken gastrointestinal tract. PLoS ONE 8:e84290. doi: 10.1371/journal.pone.0084290