הקדמה

כל האורגניזמים, כולל חיות, חיים בקשרים הדוקים עם חיידקים. חיידקים יכולים לחיות על כל משטח של החיה, והם שוכנים בתוך התאים שלה או ביניהם. חלק מהחיידקים יכולים להימצא רק במערכות איברים מסוימות, כמו החיידקים מייצרי האור באיבר האור של דיונונים מעוגלים, או החיידקים שבבטן הפרה. חֶבְרָה של חיידקים ושל מיקרואורגניזמים או מיקרובים (אורגניזמים מיקרוסקופיים) שחיים בסביבה מסוימת, כמו למשל הסביבה שבתוך חיה, נקראת מיקרובּיוֹם. כשאנו מדברים על חיה (שנקראת פונדקאי או מאכסן) והיא מקושרת למיקרוביום, אנו מכנים אותה מֶטָה-אורגניזם [1]. מדענים הבינו שחשוב לחקור כיצד מיקרוביומים משפיעים על בריאותם של פונדקאים ועל רבייתם.

אינטראקציות רבות עם חיידקים מהסביבה מתרחשות על עורו של הפונדקאי. כאשר העור ניזוק מפציעה, חיידקים מהסביבה עשויים להיכנס לפצע ולהתפשט בתוך האורגניזם המארח. בזנים מסוימים היפצעוּת מתרחשת באופן קבוע, כמו למשל במהלך מאבק. בחיות אחרות פצעים נוצרים במהלך הזדווגוּת. חיידקים גם חיים על איברי הרבייה של זכרים ונקבות, ויכולים להיות מועברים בין בני הזוג להזדווגות. זה נכון עבור זני חיות רבים, כמו למשל חרקים, ציפורים ובני אדם [2]. עדיין איננו יודעים ממש כיצד חיות מכינות את עצמן למתקפות חיידקיות אחרי הזדווגות, וכיצד המיקרוביום של הפונדקאי מתנהג כלפי החיידקים הפולשים. בחלק מהמטה-אורגניזמים המיקרוביום המקומי מסייע לפונדקאי להילחם בחיידקים הפולשים. החיידקים של מיקרוביום מקומי עושים זאת באמצעות “שיחה” שהם מקיימים זה עם זה (אשר נקראת חִישַׁת מניין), ובאמצעות עצירת התקשורת של הזנים הפולשים (איור 1). אנו יודעים שהתקשורת הזו מסייעת לנו לְשַׁמֵּר גם את היציבוּת של קהילת המיקרובים וגם את היציבות של המטה-אורגניזם כולו [1]. אולם איננו יודעים הרבה על האופן שבו התקשורת הזו בין המיקרוביום והחיידקים הפולשים מתרחשת.

מדוע חיידקים מְתַקְשְׁרִים?

כפי שציינו קודם, חיידקים יכולים לתקשר עם חיידקים מהסוג שלהם וגם עם סוגים שונים של חיידקים [3]. התקשורת יכולה לסייע לשלוט בכמות החיידקים שחיים במרחב הסובב. הדבר אף יכול לסייע לקבל מידע על מספר החיידקים, שהוא חשוב אם חומרי ההזנה דלים או אם החיידקים מתחרים על אותם חומרי הזנה. אולם לא רק חיידקי הפונדקאי מתקשרים; החיידקים הפולשים יכולים גם הם לעשות זאת. לדוגמה, חיידקים פולשים מתקשרים כשהם פועלים יחד במהלך זיהומים. התקשורת יכולה לסייע לחיידקים פולשים להימנע מתגובות חיסוניות של הפונדקאי, ויכולה לשפר את סיכוייהם של הפולשים לזהם את הפונדקאי. לבסוף, הן החיידקים המארחים הן החיידקים הפולשים יכולים להפריע זה לזה לתקשר, ויכולים להפסיק את הגדילה אחד של השני.

האם הפונדקאי יכול “לדבּר” חזרה עם החיידקים שלו?

הדברים אפילו מעניינים יותר מאחר שהמארח עצמו יכול לתקשר עם החיידקים הפולשים. היות שמתקפות חיידקים יכולים להיות רעות מאוד עבור הפונדקאים, הפונדקאים יכולים להפריע לתקשורת החיידקית ולהאט את המהירות שבה מידע מתפשט בין חיידקים מזהמים, או להפריע לגדילה החיידקית כדי למנוע זיהום. לדוגמה, פונדקאים יכולים להעלות את הטמפרטורה של הרקמה שבּה החיידקים חיים, את חומציותהּ או אפילו את מידת הדביקוּת שלה כדי להפחית את יכולתם של החיידקים לגדול.

עדיין איננו יודעים הרבה על שני הסוגים האלה של תקשורת חיידקית – תקשורת בין החיידקים עצמם ובין המיקרוביום והפונדקאי. הניסויים שנספר לכם עליהם כאן עושים את הצעד הראשון בכיוון הזה: בפשׁפשׁים, אשר חוֹוִים פציעות באופן קבוע, בחנו את הצד החיידקי של התקשורת לפני היפצעות הפונדקאים ואחריה.

כיצד זכרי פשפשים פוצעים נקבות במהלך ההזדווגות?

הפשפש הממוצע הוא באורך של כ-5 מילימטרים, הוא חוּם ונראה קצת כמו חצי עדשה. הוא מתחבא בסדקים וחללים חלולים במיטות או בקירות של חדרי שינה, מאחר שהוא ניזון מדם אנושי. מדי פעם פשפשים מגיחים בלילה וניזונים על-ידי מציצת דם מבני אדם ישנים. פשפשים זקוקים לשש ארוחות כדי להפוך לבוגרים. הפשפש הזכר הוא בעל איבר הזדווגות שדומה למחט (אשר נקרא Paramere) שבאמצעותו הוא עוקץ את הנקבה (חותך את עורה ויוצר פצע) בכל פעם שהם מזדווגים [4] (איורים 2A, 2B ו-3). התנהגות ההזדווגות הזו נקראת “הַזְרָעָה טראומטית”. הדבר נשמע מוזר אולם הוא מתקיים במספר לא מועט של חיות [5]. חיידקים נמצאו על איבר הרבייה של הזכר והם יכולים להיות מועברים לנקבה. לפעמים זה גורם למותן של נקבות הפשפש [6, 7]. בתגובה, הנקבות פיתחו איבר חיסוני שנקרא Mesospermalege. האיבר הזה מלא בתאים חיסוניים שמסייעים לנקבה לחיות זמן רב יותר, למרות נוכחות החיידקים. קושי אחד בניסוי שלנו היה שנקבות פשפשים לעיתים קרובות מזדווגות אחרי שהן ניזונות, לכן היינו צריכים להעלות רעיון שיאפשר לנו לוודא שאנו מסתכלים רק על ההשפעות של ההיפצעות ולא של ההזנה.

היו לנו שלוש מטרות לניסויים שלנו: (1) לזהוֹת את החיידקים שחיים על איברי הרבייה של הפשפש; (2) לחקור כיצד היפצעות והזנה משפיעות על המיקרוביום של נקבות הפשפש; ו-(3) להבין אם החיידקים במיקרוביום של הפשפש יכולים לתקשר זה עם זה.

חברות מיקרוביות של נקבות פשפשים משתנות אחרי היפצעות

חקרנו את החיידקים של שמונה חברות פשפשים שונות על-ידי גידולן בתרבית בצלחות פֶּטְרִי (צלחות קטנות מלאות במזון מוצק שעליו החיידקים גדלים) (איור 2A). זיהינו את כל החיידקים מהסביבה של הפשפש וגם מעורם של הזכרים והנקבות, ה-Paramere של הזכר, דמהּ של הנקבה וה-Mesospermalege (איור 2A). השווינו גם נקבות מזווגות עם נקבות שמעולם לא הזדווגו, כך שיכולנו להסתכל בנפרד על ההשפעה של הזנה ושל היפצעות על המיקרוביום.

סך הכול מצאנו 20 זני חיידקים שונים: 10 בסביבת הפשפשים, 11 באיברים הנקביים ורק שניים באיבר ה- Paramere של הזכרים. חלק מהזנים נמצאו ביותר ממיקום אחד. מספרם וסוגם של החיידקים היה שונה בין פריטים מזווגים ובלתי מזווגים; בין נקבות מוזנות ובלתי מוזנות ובין איברים שונים. רק ל-30% מהנקבות המזווגות היו חיידקים ב- Mesospermalege שלהן בעוד של-62% מהנקבות שלא היו מזווגות לא היו חיידקים שם. ראינו את אותו הדפוס בדם (ל-20% מהנקבות המזווגות ול-31% מהנקבות הבלתי מזווגות היו חיידקים). מספר זני החיידקים היה גדול יותר עבור נקבות שהזדווגו ביחס לנקבות שלא הזדווגו (7 לעומת 3 זנים). נקבות שניזונו היו בעלות סיכוי גדול יותר להיות בעלות חיידקים (7 מ-8 נקבות) מאשר נקבות שלא ניזונו (3 מתוך 8 נקבות). לא נמצאו חיידקים בנקבות שהיו מזווגות אבל שלא ניזונו. חלק מהתוצאות האלה היו מעט מפתיעות עבורנו אולם הממצאים שזכרים ונקבות נושאים מקרוביומים שונים תואמות לממצאים של זנים רבים אחרים, כמו למשל בני אדם, עכברים וזבובים. מציאת חיידקים מעטים יותר ב- Mmesospermalege אחרי הזדווגות מציעה שאיברי הנקבה האלה עשויים לשחק תפקיד מרכזי בשליטה על חיידקים על-ידי מערכת החיסון של הנקבה.

חיידקים מאיברי רבייה של פשפשים יכולים לתקשר ולעצור חיידקים אחרים מלתקשר זה עם זה

כדי למצוא אם החיידקים האלה יכולים לתקשר ולעצור חיידקים אחרים מלתקשר זה עם זה (איור 2B), ערכנו שני מבחנים. במבחן הראשון גידלנו חיידקים על גבי מזון מיוחד שהופך סגול אם החיידקים שנאספים מאיברי הפשפשים יוצרים מולקולות שנדרשות כדי לתקשר. במבחן השני השתמשנו במזון אחד שהופך לבן חלבי אם חיידקים עוצרים את מולקולות האיתוּת של חיידקים אחרים (איור 2B).

יותר ממחצית זני החיידקים היו מסוגלים לתקשר, ובסביבות שלושה רבעים (72%) היו יכולים לעצור חיידקים אחרים מלתקשר. מחצית מזני החיידקים היו אפילו מסוגלים לעצור את הגדילה של חיידקים אחרים. אף על פי שעצירת הגדילה של חיידקים אחרים אינה ממש תקשורת, חיידקים שמסוגלים לעשות זאת מעלים בצורה מרשימה את אפשרותם לשרוד ולקבל חומרי הזנה.

מרבית איברי הרבייה שהסתכלנו עליהם נשאו חיידקים שיכלו גם לתקשר וגם לעצור אחרים מלתקשר (איור 4). אף אחד מזני החיידקים מדמן של נקבות מזווגות לא היו מסוגלים לתקשר, אולם כמחצית מהחיידקים ב- Mesospermalege של נקבות מזווגות היו מסוגלים לתקשר ולעצור אחרים מלתקשר. מצאנו את ההיפך בנקבות בלתי מזווגות: חיידקים היו מסוגלים לתקשר ולעצור אחרים מלתקשר בתוך הדם, אולם לא ב-Mesospermalege (איור 4). איננו יודעים בוודאות אולם הממצאים שלנו מציעים שתקשורת חיידקית עשויה להיות שונה על איברים שונים, וגם בין נקבות שהזדווגו לאחרונה ובין נקבות שלא הזדווגו.

מה למדנו על פשפשים ועל החיידקים שלהם?

המיקרוביום הוא מרכיב מרכזי בכל חיה, כולל פשפשים. הוא עובר שינויים מסוימים כתוצאה מההיפצעות שמתרחשת במהלך הזדווגות. הראינו שההבדלים בין זכרים ונקבות, כמו גם התנהגויות ההזנה וההזדווגות של החיידקים, משפיעים בצורה חזקה על תערובת זני החיידקים במיקרוביום ועל היכולת של חיידקים אלה לתקשר. הממצאים שלנו בחנו את אחד הצדדים של תקשורת חישת המניין – זה של החיידקים. עבודות עתידיות יכולות לבחון אם חישת מניין יכולה גם להתבצע על-ידי תאים של פונדקאים. באופן כללי, פשפשים יכולים להיות מערכות טובות לחֵקֶר האופן שבו תקשורת חישת מניין פועלת במערכת טבעית.

תרומות המחבּרים

OO הכין את הטיוטה הראשונה של הטקסט. PD ו-KH כתבו את החלקים על תקשורת חיידקית. OO ו-KR כתבו את החלקים על ביולוגיה של פשפשים; אינטראקציות מארח-פתוגן והתוצאות של המחקר. OO הכין את האיורים. כל המחברים תרמו לכל חלק באמצעות סקירת כתיבתם של האחרים.

מילון מונחים

מיקרואורגניזם או מיקרוב (Microorganism or Microbe): ↑ אורגניזם מיקרוסקופי שמופיע או כתא יחיד או כקבוצה (מושבה) של תאים.

סביבה (Environment): ↑ המרחב שסובב את היצורים החיים כולל כל הגורמים שמשפיעים על ההישרדות שלהם ועל התפתחותם ורבייתם, כמו למשל טמפרטורה; לחות; זמינוּת מזון; טורפים; מיקרואורגניזמים וזמינותם של בני זוג להזדווגות.

מיקרוביום (Microbiome): ↑ אוסף של חיידקים שחיים יחד ומתקשרים זה עם זה בחלל מוגדר.

פונדקאי (או מאכסן – Host): ↑ אורגניזם שנושא אורגניזם אחר (יצור סימביוטי). ל“אורח” מסופקים הזנה ומחסה. אם המארח נשדד מהזנתו ונפגע על-ידי האורח אז אנו מדברים על טפיל. אם המארח מקבל משהו בתמורה (כמו למשל חומר הזנה נדיר או הגנה) האורח מכונה מוטואליסט (mutualist). אם המארח אינו מקבל שום דבר בתמורה ולא סובל מהאורח, האורח מכונה קומנסליסט (commensal).

מטה-ארגניזם (Metaorganism): ↑ האורגניזם המארח וכל המיקרובים שקשורים אליו.

חישׁת מניין (Quorum sensing): ↑ חישת מניין היא המונח המדעי לתקשורת בין חיידקים. חיידקים יכולים לדבּר עם חיידקים אחרים או להפריע לתקשורת שלהם על-ידי השתקת חיידקים אחרים או באמצעות הפחתת הגדילה של חיידקים אחרים.

Paramere: ↑ חלק מאיבר הרבייה החיצוני של חרקים זכרים. אצל פשפשים האיבר הזה יוצר איבר הזדווגות שדומה למחט, אשר באמצעותו הפשפש הזכר עוקץ את הנקבה (חותך את עורה) בכל פעם שהם מזדווגים.

Mesospermalege: ↑ איבר ייחודי למשפחת הפשפשים. נקבות הפשפשים פיתחו את האיבר החיסוני הזה בתגובה לעקיצות ההזדווגות של הזכרים. האיבר הזה מלא בתאים חיסוניים אשר מסייעים לנקבות לחיות במשך זמן רב יותר.

הצהרת ניגוד אינטרסים

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

תודות

אנו מודים ללינה אֶמי ולמינה הייטר, שתי תלמידות בנות 12 מדרזדן ומשפילד, עבור הערותיהן יקרות-הערך על הטיוטה האחרונה של הטקסט שלנו, במיוחד עבור ליטוש הסגנון הלשוני ושיפור מילון המונחים.