כיצד חיידקים ווירוסים חודרים לגופנו?

אנו מצויים כל הזמן במגע עם חיידקים ווירוסים שנמצאים בסביבתנו. חלק מהחיידקים והווירוסים האלה עשויים לגרום לזיהומים, והם נקראים פתוגנים מיקרוביאליים. שתי דרכים עיקריות שבהן פתוגנים מיקרוביאליים יכולים להיכנס לגופנו הן דרך מערכת הנשימה ודרך מערכת העיכול. חלל הפה, האף והגרון שייכים למערכת הנשימה העליונה, בעוד שהסימפוֹנוֹת והריאות הן חלק ממערכת הנשימה התחתונה. החשיפה המתמדת של מערכת הנשימה לאוויר שאנו נושמים, אשר עשוי להכיל טיפות קטנות של נוזלים שמכילים חיידקים או וירוסים, פתוגנים מיקרוביאליים יכולים להיכנס לריאות ולגרום לזיהום חמוּר שנקרא דלקת ריאות. הפה, הוושט, הקיבה והמעיים הם חלק ממערכת העיכול, שאליה מזון ונוזלים מעבירים מיקרואורגניזמים באופן רציף ומתמשך. מרבית החיידקים והווירוסים שנכנסים לגוף דרך המזון מומתים או מושבתים בנוזל הקיבתי החומצי, אך חלק עשויים להגיע למעיים ועלולים לגרום לזיהומי קיבה ומעיים, ולשלשולים. מערכות הנשימה והעיכול הן כאמור נקודות הכניסה השכיחוֹת ביותר של פתוגנים מיקרוביאליים לגופנו, אך ישנן גם דרכים אחרות להדביק בני אדם, בין השאר בהעברה דרך דם, פצעים פתוחים, מגע מיני ועקיצות חרקים.

כיצד הגוף מגן על עצמו?

כדי להילחם בהצלחה בחיידקים ובווירוסים, הגוף האנושי פיתח דרכים רבות למניעת זיהומים. אלה כוללות מחסומים פיזיים דוגמת העור, אשר מגבילים את גישתם של מיקרואורגניזמים לרקמות עמוקות יותר, כמו גם הריר והנוזלים בממברנות הריריות שלנו, אשר מנקזים החוצה חיידקים ווירוסים, ומכילים מולקולות שהורגות ומשביתות אותם. הגנה ספציפית יותר כנגד פתוגנים מיקרוביאליים בלתי רצויים נקראת מערכת החיסון, אשר מכילה שני מערכות משנה. מערכת חיסון מוּלֶדֶת – מוכנה לתקוף פתוגנים מיקרוביאליים בפעם הראשונה שאנו נתקלים בהם, על ידי זיהוי תבניות מיקרוביאליות מסוימות. במטרה להיות מוכנים טוב יותר למתקפה השנייה, מערכת חיסון נרכּשת לומדת מהמגע הראשון עם פתוגן מיקרוביאלי, ויכולה לזכור מיקרובים שראתה בעבר, מה שמאפשר לה להגיב מהר ובעוצמה רבה יותר אם הפתוגן חוזר.

במאמר זה, נתמקד באחד החלקים החשובים של מערכת החיסון המוּלדת, שנקרא פפטידים אנטימיקרוביאליים, שנמצאים ברקמות ובאיברים רבים, או על פני שטח של רקמות ריריות או של העור. על העור האנושי בלבד, נמצאו יותר מ-20 פפטידים אנטימיקרוביאליים שונים.

מהם פפטידים אנטימיקרוביאליים?

פפטידים אנטימיקרוביאליים הם מנגנון הגנה עתיק שעשוי להימצא כמעט בכל האורגניזמים החיים [1]. מרבית הפפטידים האנטימיקרוביאליים הם די קטנים, ומכילים כ 50-20 חומצות אמינו, שהן אבני הבניין של חלבונים. פפטידים אנטימיקרוביאליים מיוצרים על ידי תאי עור ותאים של מערכת החיסון שנמצאים על הרקמות הריריות או על עורנו. תאים מסוימים של מערכת החיסון המוּלדת מייצרים פפטידים אנטימיקרוביאליים משלהם, אך ניתן לייצר פפטידים אנטימיקרוביאליים גם על ידי חיתוך של חלבונים אחרים גדולים יותר, שבדרך כלל מבצעים תפקודים שונים לגמרי בגוף. החלקים הקטנים של חלבונים גדולים רוכשים את היכולת לתקוף פתוגנים מיקרוביאליים, ולכן החלבונים הגדולים יותר, שנקראים קוֹדְמָנֵי פפטידים אנטימיקרוביאליים, משרתים שני תפקודים.

דוגמאות לקודמני פפטידים אנטימיקרוביאליים אנושיים

קודמן הפפטיד האנטימיקרוביאלי או החלבון המקורי צריך להיות נוכח בריכוזים גבוהים על מנת לוודא שמספיק פפטידים אנטימיקרוביאליים מיוצרים כאשר הוא נחתך. ידוע שכל החלבונים המשחררים פפטידים אנטימיקרוביאליים מצויים בשפע רב, וניתן למצוא אותם כמעט בכל מקום בגוף האדם. דוגמה אחת היא המוגלובין, מבנה פפטידי המכיל-ברזל ונמצא בתאי דם אדומים, אשר בחיתוכו נוצרים פפטידים אנטימיקרוביאליים רבים עם פעילות אנטי-חיידקית ואנטי-ויראלית [2]. דוגמה חשובה אחרת היא פִיבְּרִינוֹגֶן. חלבון זה מעורב בקרישת דם ובהחלמה מפציעות, כלומר הוא עשוי להאיץ את תהליך החלמת הפצע על ידי סיוע הן בקרישה הן בייצור פפטידים אנטימיקרוביאליים במטרה לשמור על הפצע לא מזוהם. תְּרוֹמְבִּין הוא מקור חשוב אחר לפפטידים אנטימיקרוביאליים. אנזים זה ממלא תפקיד חשוב במערכת הקרישה של הדם. דוגמאות נוספות לקודמני פפטידים אנטימיקרוביאליים כוללות פוספטאז חומצי בערמונית ו-semenogelins, שמצויים בשפע בנוזל זרע אנושי. כאשר חלבוני נוזל הזרע האלה נחתכים לפפטידים אנטימיקרוביאליים, הם יוצרים סיבים שיכולים ללכוד חיידקים במערכת הרבייה הנשית, מה שמסייע לתאי מערכת החיסון להרוס חיידקים ביעילות רבה יותר [3].

כיצד מיוצרות פיסות החלבונים?

קודמני הפפטידים האנטימיקרוביאליים הגדולים נחתכים לפפטידים אנטימיקרוביאליים על ידי חלבוני חיתוך מיוחדים שנקראים פרוֹטאזוֹת. פרוטאזות הן אנזימים שחותכים חלבונים לפיסות קטנות יותר (פיסות חלבונים נקראות פפטידים אם הן באורך של פחות מ-100 חומצות אמינו). פרוטאזות נמצאות בעיקר במעיים, ומשמשות לעיכול חלבונים במזון. מאחר שפרוטאזות אינן יכולות להבחין בין החלבונים של גוף האדם לבין חלבוני מזון שצריכים להיחתך, פעילותן מְוֻסֶּתֶת באופן הדוק כדי למנוע עיכול בלתי רצוי של חלבונים הנחוצים לתיפקוד התקין של הגוף. ישנן פרוטאזות שתפקידן לחתוך את ההמוגלובין שנכנס לרקמותינו בהתרחש פציעה או דימום. לפפטידים אנטימיקרוביאליים שמיוצרים מהמוגלובין שנחתך יש פעילות אנטי-חיידקית ואנטי-ויראלית, שאין לחלבון ההמוגלובין השלם.

כיצד פפטידים אנטימיקרוביאליים עוצרים חיידקים?

לעיתים קרובות, לפפטידים אנטימיקרוביאליים יש מטען (חשמלי) חיובי, ולממברנות חיידקיות יש מטען (חשמלי) שלילי. מטענים חיוביים ושליליים מושכים זה את זה, מה שמקל על פפטידים אנטימיקרוביאליים להיקשר לפני השטח החיידקיים. יתרה מזו, פפטידים אנטימיקרוביאליים הם לעיתים קרובות אַמְפִיפָּטִיים, כלומר מולקולה שחלק ממנה נמשך למים, בעוד שחלק אחר שלה נמשך יותר לליפידים (שומנים). הטבע האמפיפטי של פפטידים אנטימיקרוביאליים מסייע להם להיקשר לממברנה החיידקית, מאחר שהממברנה מכילה גם ליפידים וגם חלקים דמויי-מים.

אחרי ההיקשרות, הפפטידים האנטימיקרוביאליים נכנסים לתוך הממברנה החיידקית ועשויים ליצור תעלה קטנה, שנקראת נקבובית. התהליך הזה דומה ליצירת חור בתא החיידקי, אשר מוביל לדליפה של תכולת התא ולמוות של החיידק. ניתן לראות את התהליך השלם באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים (איור 1). ישנם גם פפטידים אנטימיקרוביאליים שלא תוקפים את ממברנת תא החיידק באופן ישיר, אלא מפריעים לתפקוד של מולקולות חשובות בתוך התא החיידקי, כמו למשל למולקולות שמסייעות לבנות את דופן התא החיידקי. חלק מהפפטידים האנטימיקרוביאליים יכולים להיקשר ישירות לדנ''א החיידקי, ולהרוס את יכולתו של הדנ''א להעביר מידע גנטי לבנייה של חלבונים או תאי חיידקים חדשים.

כיצד פפטידים אנטימיקרוביאליים משביתים וירוסים?

וירוסים שונים מחיידקים בכך שהם יכולים להתרבּוֹת רק בתוך תאים – לכן וירוסים צריכים להיכנס לתאים אנושיים לפני שהם יכולים להשתכפל ולגרום למחלות. חלק מהפפטידים האנטימיקרוביאליים יכולים להתערב בצעדים השונים של הִתְרַבּוּת וירוסים. פפטידים אנטימיקרוביאליים שנקראים magainins, שמקורם בעור של צפרדע, נקשרים אל פני השטח החיצוניים של הווירוס, ומשבשים את מבנהו. פפטיד אנושי שנקרא VIRIP, שמבודד מהדם, הוא פפטיד אנטימיקרוביאלי שיכול להשבית את כניסתו של וירוס הכשל החיסוני אל תאים אנושיים. חלק מהפפטידים האנטימיקרוביאליים יכולים לחסום את ההיצמדות של וירוסים לתאים. דוגמה אחת היא הפפטיד שמיוצר מהדם, אשר משבית את ההיקשרות הראשונית של וירוס שנקרא צִיטוֹמֵגָלוֹוִירוס (CMV) אל תאים אנושיים. ידוע שגם פפטידים אנטימיקרוביאליים אנושיים שנקראים דֵפֶנְסִינִים וקָתֵלִיצִידִינִים מסייעים למנוע כניסה ויראלית לתוך תאים, אך הם גם מתערבים בצעדים מאוחרים יותר בתהליך ההתרבּוּת של הווירוס.

מציאת פפטידים אנטימיקרוביאליים חדשים

אף על פי שבשנים האחרונות זוהו הרבה פפטידים אנטימיקרוביאליים אנושיים שונים, ישנם בהחלט רבים שעדיין לא מצאנו. פתוגנים מיקרוביאליים נעשים יותר ויותר עמידים לאנטיביוטיקות שכיחוֹת ולתרופות אנטי-ויראליות, מה שהופך את התרופות האלה לחסרות תועלת בלחימה בזיהומים. לכן, חשוב למצוא פפטידים אנטימיקרוביאליים נוספים עם פעילות אנטי-חיידקית או אנטי-ויראלית, כך שאֵלֶּה בסופו של דבר יפותחו לתרופות חדשות. כדי לְאַתֵּר פפטידים אנטימיקרוביאליים אנושיים חדשים, ניתן ליצור ''ספריות פפטידים'' גדולות מאיברים ומנוזלי גוף שונים, שמכילות מאות אלפי פפטידים שונים. בהסכמתם של התורמים, רקמות שמוּסרוֹת במהלך ניתוחים, ונוזלי גוף שנאספים בהליכים רפואיים, משמשים ליצירת ''ספריות פפטידים'' למטרות מחקר.

במטרה ליצור ''ספרייה'' מרקמות, יש תחילה להמיס את הרקמות בכדי לזקק תמצית. תמציות אלה מקוררות מייד, מחומצנות, ואז מוקפאות למניעת שבירה של הפפטידים שבתוכן. פילטר מיוחד משמש לריכוז הפפטידים ולהסרה של חלבונים גדולים מהתמצית. לאחר מכן, הפפטידים מופרדים באמצעות שיטה שנקראת כְרוֹמָטוֹגְרַפְיָה. אחרי הכרומטוגרפיה, אלפים רבים של פפטידים שונים זמינים בתור ''ספריית פפטידים'', באופן שמאפשר לבחון אותם לצורך חיפוש פפטידים שמשביתים גדילה חיידקית או זיהומים ויראליים [4, 5] (איור 2). חלק מ''ספריית הפפטידים'' שמראה פעילות אנטי-חיידקית או אנטי-ויראלית מזוקק עוד יותר על מנת לבחון ולקבוע את זהותו של הפפטיד האנטימיקרוביאלי. לבסוף, ניתן ליצור מחדש את הפפטיד האנטימיקרוביאלי במעבדה ולנתח את רמת הפעילות שלו; את תפקידו במניעת זיהומים ואת יכולתו לשמש כתרופה.

מסקנות

בגופנו נמצאים פפטידים אנטימיקרוביאליים רבים שמסייעים למנוע זיהומים. הם חלק ממערכת החיסון המוּלדת שלנו, ויכולים להיות מיוצרים מחלבונים אנושיים גדולים יותר שיש להם גם תפקודים אחרים בגוף. במטרה למצוא ''ספריות פפטידים'' אנטימיקרוביאליים חדשות, ניתן לסקור פפטידים גדולים, ובסיום התהליך פפטידים אנטימיקרוביאליים יכולים להיות מפותחים לכדי טיפולים אנטי-חיידקיים או אנטי-ויראליים חדשים.

מילון מונחים

פתוגנים מיקרוביאליים (Microbial Pathogens): ↑ חיידקים מחוללי מחלות, מיקרואורגניזמים מזהמים, או גורמי מחלה אחרים, כמו למשל וירוסים, חיידקים, טפילים ופטריות – שיכולים לגרום לזיהומים.

מערכת חיסון מוּלדת (Innate Immune System): ↑ חלק ממערכת החיסון שתוקף פתוגנים מיקרוביאליים בעת מגע ראשון איתם.

מערכת חיסון נרכּשת (Adaptive Immune System): ↑ חלק ממערכת החיסון שנרכש דרך מגע ראשון עם פתוגנים מיקרוביאליים, ומייצר תגובה ספציפית ויעילה לחיסול פתוגנים מיקרוביאליים.

פפטידים אנטימיקרוביאליים (AMPs-Antimicrobial Peptides): ↑ פפטידים קטנים שיכולים להרוס חיידקים ווירוסים.

קודמני פפטידים אנטימיקרוביאליים (AMP Precursors): ↑ חלבון גדול שנחתך לפיסות בעלוֹת פעילות אנטימיקרוביאלית.

פרוטאז (Protease): ↑ אנזים שחותך חלבונים.

אמפיפטי (Amphipathic): ↑ מאפיין של מולקולה שיש לה חלק שנמשך למים וחלק שנדחה על ידי מים ונמשך לליפידים (שומנים).

כרומטוגרפיה (Chromatography): ↑ שיטה להפרדת תערובת של חומרים שונים.

הצהרת ניגוד אינטרסים

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