תַקצִיר
חומרים אנטיבִּיוֹטיים חשובים מאוד לטיפול בזיהומים חיידקיים בבני אדם, בחיות מחמד ובמִקְנֶה. אולם, שימוש בלתי תקין בהם הוביל לפיתוח עמידוּת לאנטיביוטיקה, מה שמקשֶׁה על טיפול בזיהומים מסוימים. קיים צורך דחוף לגלות סוגי אנטיביוטיקה חדשים, אך כיצד נמצא אותם? תשובה פוטנציאלית קשורה בדבורים ובדבש שהן מייצרות. דבורים שניזונות מצמחים ייחודיים מייצרות דבש בעל רמות גבוהות של פעילוּת אנטיביוטית, כתוצאה מהימצאותן של תרכובות אנטי-בקטריאליוֹת בצוּף שהדבורים אוספות כדי לייצר דבש. נוסף על צוף, הדבורים אוספות אבקה, אשר מכילה דגימה מהדנ''א הייחודי של כל צמח שבו הן ביקרו. על ידי חקירת דנ''א זה, זיהינו את צמחי המקור לתרכובות האנטי-בקטריאליוֹת שמצאנו בדבש. כעת אנו עוסקים בפיתוח סוגי אנטיביוטיקה חדשים מהדבש הזה, וכחלק מכך התקנּוּ כוורות על גבי בניינים באוניברסיטה כדי ליצור את דבש-העל הפרטי שלנו.
מהם חומרים אנטיביוטיים ומדוע הם חשובים?
חומרים אנטיביוטיים הם תרופות המשמשות לטיפול בזיהומים שנגרמים על ידי חיידקים – אורגניזמים זעירים שלא ניתן לראות בעין בלתי מזוינת. החיידקים מכילים דופן תא שמקיפה את החומר הגנטי, ואת הרכיבים האחרים המרכיבים את החיידק. ישנם כ-30,000 מינים שונים של חיידקים, במגוון צורות וגדלים. שלא כמו בני אדם ויונקים, חיידקים מתרבים על ידי חלוקה, כלומר תא אחד הופך לשניים, שני תאים הופכים לארבעה, וכך הלאה. חלק מהחיידקים טובים עבור בני אדם ואנו זקוקים להם כדי לשרוד, כמו למשל החיידקים שנמצאים במערכת העיכול שלנו, המסייעים לנו לעכל מזון. אולם, חלק מהחיידקים אינם טובים עבורנו ועלולים לגרום לנו לחלות.
אנטיביוטיקה היא תרכובת שהורגת חיידקים על ידי כך שהיא עוצרת אותם מביצוע פעילויות הדרושות להישרדותם. חלק מסוגי האנטיביוטיקה פועלים על ידי גרימת נזק לדופן התא, מה שעוצר את החיידק מהתרבּוּת על ידי חלוקה. סוגי אנטיביוטיקה אחרים חוסמים את ייצורם של חלבונים מסוימים שהחיידקים זקוקים להם כדי לִחיות. בטבע, חומרים אנטיביוטיים מיוצרים על ידי חיידקים ופטריות במטרה להרוג את מתחריהם, מה שמפנֶה מקום לשגשוגם של הפטריות והחיידקים. בני אדם אימצו את הגישה הזו להריגת חיידקים שמזיקים לנו!
האנטיביוטיקה המפורסמת ביותר, פֶּנִיצִילִין, התגלתה על ידי הרופא והמדען הסקוטי, פרופסור אלכסנדר פלמינג, בשנת 1928, בטעות [1]. פלמינג חזר מחופשה והֵחֵל לסקור את צלחות הַפֶּטְרִי (משמשות לגידול תרבּיוֹת יצורים זעירים במעבדה) שלו, שהכילו מושבות של סְטַפִילוֹקוֹקוּס (Staphylococcus) – חיידקים הגורמים לנפיחויות מודלקות בעור, לכאבים בגרון ולמֻרְסוֹת. הוא הבחין בכך שעל צלחת פטרי אחת היה אזור של עובש שגדֵל, ובאזור סביב לו לא היו חיידקים, כאילו העובש שחרר משהו שעצר את גדילתם (איור 1). דבר זה הוביל לתגלית של פניצילין – האנטיביוטיקה הראשונה. לפני שחומרים אנטיביוטיים התגלו, שלוש מכל עשר מיתות נגרמו על ידי זיהומים חיידקיים. אולם הודות לסוגי האנטיביוטיקה השונים שהתפתחו, זיהומים שקודם לכן היו קטלניים, ניתנים כעת לריפוי!
- איור 1 - צלחת פטרי שכוסתה חיידקים, עליה מוצגים אזורים ללא גדילת חיידקים סביב לדיסקים המכילים אנטיביוטיקה.
- תמונה זו דוומה למראה שפרופסור אלכסנדר פלמינג ראה כשעובש גדל על צלחות הפטרי שלו, ומנע מהחיידקים לגדול! מקרא: Area of no bacterial growth – אזור ללא צמיחת חיידקים Bacterial growth – צמיחת חיידקים Antibiotic disk – דיסק אנטיביוטי Petri dish – צלחת פטרי.
מדוע אנו זקוקים לסוגי אנטיביוטיקה חדשים?
חיידקים נמצאים בסביבה במשך יותר מ-3 מיליארדי שנים, והם אחת מצורות החיים המוצלחות ביותר בכדור הארץ. בהינתן התנאים הנכונים, חיידק כמו אי קוֹלי (Escherichia coli) יכול להתחלק בכל 20 דקות. המשמעות היא שבתוך 7 שעות בלבד, חיידק אחד יכול לייצר יותר מ-2 מיליון צאצאים! חיידקים חבים את הצלחתם ליכולת שלהם להסתגל לשינויים בסביבתם מהר הרבה יותר מבני אדם. קיוו כי שימוש נרחב בחומרים אנטיביוטיים לטיפול בזיהומים חיידקיים אנושיים יפחית את פוטנציאל גרימת המחלות של האורגניזמים האלה. לרוע המזל, כפי שעשו תמיד, חיידקים פשוט הסתגלו לשימוש בחומרים אנטיביוטיים, ופיתחו מנגנונים המאפשרים להם להימנע מהשפעותיהם המזיקות של חומרים אלה – הם היו לחיידקים עמידים לאנטיביוטיקה.
אומנם ישנם יותר מ-100 סוגי אנטיביוטיקה שונים, אך רק 10 מהם מצויים בשימוש קבוע על ידי רופאים. חיידקים נבדלים ברגישותם לסוגי אנטיביוטיקה שונים, ולכן חשוב שרופאים ינפקו מִרשם לתרופה הכי יעילה. אם האנטיביוטיקה הלא נכונה נמצאת בשימוש, לא זו בלבד שהמטופל לא יחלים, אלא שהחיידק עלול לפתֵּח עמידוּת לאנטיביוטיקה. באופן דומה, אם נוטלים מינון שגוי של מנה, או אם לא מסיימים ליטול את התרופה בהתאם להוראות, גם אז עלולה להתפתח עמידות לאנטיביוטיקה. מטופלים רבים הסובלים משיעול או צינון מבקשים אנטיביוטיקה מרופאיהם, אך לעיתים קרובות התסמינים שלהם נגרמים על ידי זיהום נגיפי (וִירָלִי), ולא זיהום חיידקי. אנטיביוטיקה אינה פועלת כנגד נגיפים, ולכן חשוב מאוד להקשיב לרופאים וליטול תכשיר אנטיביוטי רק כשאנו זקוקים לכך.
נוסף על טיפול בזיהומים אצל אנשים, לעיתים חומרים אנטיביוטיים מצויים בשימוש בתעשיית החקלאות, לצורך הגנה על חיות מֶשֶׁק מפני זיהומים. עבור חקלאים, זול יותר וחסכוני בזמן לתת אנטיביוטיקה לכל החיות שלהם, בין אם יש להן זיהום בין אם לאו. זהו גורם מוביל לעמידות לאנטיביוטיקה. הדבר נאסר על ידי האיחוד האירופי, אך הוא עדיין מהווה נוהל שכיח באזורים רבים בעולם [2].
ככל שהעמידות לאנטיביוטיקה גוברת, גדֵל הסיכון שסוגי האנטיביוטיקה הניתנים על ידי רופאים, לא יהיו מסוגלים לרפא מחלות אנושיות. כתוצאה מכך, זיהומים שכיחים ובעלי סיכון נמוך עלולים להיעשות מְסכני חיים. ממשלת בריטניה פרסמה דוח שחוזה כי עד לשנת 2050, יתרחשו ברחבי העולם 92 מיליון מיתות, ו-10 מיליון מתוכן יהיו כתוצאה מעמידות לאנטיביוטיקה [3]. לכן, אנו נדרשים למצוא סוגי אנטיביוטיקה חדשים בדחיפוּת, כדי לטפל בזיהומים חיידקיים ולוודא שאנשים יישארו בריאים.
כיצד דבורים יכולות לסייע לנו במציאת סוגי אנטיביוטיקה חדשים?
התכונות המְּרפאות של דבש מצויות בשימוש כבר כאלף שנים, כשהתיאורים המוקדמים ביותר של דבורים מתוארכים לסביבות 4,000 עד 5,000 לפני הספירה. נוסף על הכלַת חומרים שפועלים כמו אנטיביוטיקה, ומכונים תרכובות אנטי-מיקרוֹבּיאליוֹת, נמצא כי דבש מכיל חומרים אחרים המְּגרים את מערכת החיסון, מורידים את לחץ הדם ומגינים על תאים מפני נזק. דבש ומוצרים טבעיים מועילים עבור אנשים הסובלים מזיהומים חיידקיים, ומסייעים לאנשים בריאים לשמור על בריאותם. לדבש יש היסטוריה ארוכה של שימוש תֶּרָפּוֹיְטִי, במיוחד כשהוא נמרח על העור במטרה לטפל בפצעים, בכוויות ובמצבים שונים בעור כמו למשל פצעי חום ורוֹזָצֵיאָה (מחלת עור דלקתית הגורמת לאדמומיות בפָּנים). דבש רפואי נמצא כיום בשימוש בטיפול בפצעים. הוא הורג את החיידקים המזהמים ומעודד החלמה של פצעים באמצעות הפחתַת דלקת וכאבים.
דבורים מייצרות דבש על ידי ביקור בפרחים, שָׁם הן אוספות את המיץ הסוכרי מהפּריחות, אשר נקרא צוּף, על ידי מציצתו החוצה באמצעות הלשון. לאחר מכן, הדבורים מאחסנות את הדבש בבטנֵי הדבש שלהן, השוֹנוֹת מבטני המזון שלהן. כאשר בטן הדבש שלה מלאה, הדבורה עפה חזרה לכוורת ומעבירה את הצוף לדבורים פועלות אחרות שתפקידן ללעוס אותו. כשהוא מועבר מדבורה לדבורה, הצוף הופך בהדרגה לדבש. הדבורים מאחסנות את הדבש בתאי הכוורת. תחילה הוא מעט רטוב, ואז הן מנפנפות עליו באמצעות כנפיהן כדי לייבשו ולגרום לו להיות דביק יותר. יצירת דבש אינה מטלה קלה. דבורה אחת צריכה לעוף למרחק של כ-145,000 קילומטרים כדי לייצר 500 גרם של דבש – כמות השווה למחצית שקית סוכר. 145,000 קילומטרים הוא מרחק זהה להקפַת העולם שלוש פעמים! בטיול איסוף אחד, דבורה צריכה לבקר בין 50 ל-100 פרחים.
הפעילות האנטיביוטית של דבש נובעת חלקית מנוכחותם של חומרים אנטיביוטיים המופקים על ידי צמחים המצויים בצוף, שממנו דבורים ניזונות. לא כל הצמחים מכילים תרכובות אנטיביוטיות, ולכן דגימות של דבש עשויות להיות שונות מאוד, כתלות בצמחים שהדבורים ביקרו. למשל, דבש מָנוּקָה מפורסם בשל הפעילות האנטי-בקטריאלית שלו, כתוצאה מנוכחוּת אנטיביוטיקה שנקראת מֵתִילְגְלִיוֹקְסַל בצוף של עץ המאנוקה.
זיהוי דבש-העל הפרטי שלנו
במטרה לזהות את דבש-העל האנטי-בקטריאלי הפרטי שלנו, והצמחים שאחראיים לו, סרקנו יותר מ-200 דגימות דבש שנתרמו על ידי כוורנים מרחבי וויילס שבבריטניה. השׁערתנו הייתה שעל ידי כך שנזהה את הדבש בעל הפעילוּת האנטי-בקטריאלית הגבוהה ביותר, נוכל להתחקוֹת אחר עקבותיו במטרה לזהות את הצמחים שאחראיים לו. כל דגימת דבש נבחנה במעבדה עבור יכולתה לדכא גדילת חיידק עמיד לאנטיביוטיקה שנקרא סטפילוֹקוֹק זהוב (Staphylococcus aureus). חיידק זה לעיתים קרובות נמצא בבתי חולים. באמצעות גישה זו זיהינו דגימת דבש מצפון וויילס בעלת רמות פעילות אנטיביוטית דומות לאלה של דבש מנוקה (איור 2) [4]. התרכובות האנטי-מיקרוביאליות בדבש הזה פעלו גם כנגד חיידקי אי קוֹלי ו- Pseudomonas aeruginosa.
- איור 2 - בחנּוּ את דבש-העל האנטי-בקטריאלי שלנו באמצעות ניסוי שנקרא דיפוזיית בְּאֵר אָגָר.
- דגימות ביקורת של סוכר (שאינן מכילות חומרים אנטי-מיקרוביאליים; משמאל), דבש מנוקה (באמצע), והדבש שלנו (מימין, Tywyn raw) הוּספוּ לצלחות פטרי שכוסו בחיידקים. כעבור 12 שעות, בחנּוּ את הצלחות במטרה לבדוק אם סוכר הביקורת או סוגי הדבש השונים מנעו גדילה של חיידקים. עבור שני סוגי הדבש, ראינו אזור נקי, שנקרא אזור האינהיביציה, סביב לנקודות שבהן הדבש הוסף. האזורים הנקיים האלה הצביעו על כך ששני סוגי הדבש מנעו את גדילתם של חיידקים.
הצעד הבא היה לזהות את הצמחים שהיו המקור לתרכובות האנטי-מיקרוביאליות הללו. צמחים מייצרים צוף כדי למשוך דבורים ולהפיץ את הדנ''א שלהם בצורה של אבקה. בזמן שהן ניזונות מצמחים, אבקה נדבקת לדבורים ונישאת לצמח הבא. העברַת הדנ''א הזו ידועה בשם האבּקה, והיא ממלאה תפקיד מפתֵּח בהתרבּוּת צמחים. למרבה המזל, חלק מהאבקה הזו נכלאת בדבש, והיינו מסוגלים לזהות את הצמחים שהדבורים שלנו ביקרו כשיצרו את דבש-העל שלנו, באמצעות שתי שיטות מעבדה.
ראשית, השתמשנו במיקרוסקופ חזק ביותר שנקרא מיקרוסקופ אלקטרונים, כדי לבחון את גרגירי האבקה מהדבש שלנו. תחת הגדלה גדולה זו, קל לראות את המאפיינים של גרגירי האבקה, אשר מספקים לנו רמזים בנוגע לצמחים שמהם הם הגיעו (איור 3). נוסף על כך הסרנו דנ''א מהאבקה וניתחנו אותו במטרה לקבוע את הרצף שלו [5]. אז יכולנו להשוות את רצפי הדנ''א שהתקבלו מהאבקה לרצפי הדנ''א המוכרים של צמחים מקומיים רבים. כאשר הרצפים תאמו זה לזה, יכולנו ללמוד אֵילוּ צמחים היו המקורות של האבקה בדבש שלנו.
- איור 3 - גרגירי אבקה שהוצאו מאחת מדגימות הדבש האנטי-מיקרוביאלי, כפי שנראים תחת מיקרוסקופ אלקטרונים.
- לגרגירי אבקה מסוגים שונים של צמחים יש צורות ומבנים ייחודיים, כך שבאמצעות שיטה זו יכולנו לזהות אֵילוּ צמחים הדבורים שלנו ביקרו.
העתיד: יצירת תרופות חדשות ודבש-על!
כאשר יותר ויותר סוגי חיידקים מפתחים עמידות לסוגי אנטיביוטיקה קיימים, גוברת החשיבוּת למציאת חומרים אנטיביוטיים חדשים. זאת במטרה להגן על בני אדם ועל חיות כנגד זיהומי חיידקים מסוכנים. עבודה עם דבורים מצביעה על כך שהן עשויות להיות מסוגלות לסייע לנו! הודות לדבש שדבורים מייצרות, השתמשנו באבקה שמצאנו בו במטרה לזהות טווח של צמחים המכילים רמות גבוהות של תרכובות אנטי-מיקרוביאליות טבעיות. בתרכובות אלה יכולנו להשתמש כדי לייצר סוגי אנטיביוטיקה חדשים.
כיום, עבודתנו מתמקדת בזיהוי התרכובות הפרטניות מכל צמח שאחראיות על הפעילות האנטי-בקטריאלית שראינו בדבש שלנו. כאשר התרכובות האלה יזוהו, ייתכן שנוכל לפתֵח מהן סוגי אנטיביוטיקה חדשים במטרה לטפל בחיידקים עמידים לאנטיביוטיקה! לצורך סיוע לעבודתנו, התקנּוּ כוורות בבניינים של אוניברסיטת קארדיף, ואנו מְגדלים את הצמחים האנטי-בקטריאליים בקמפּוּס של האוניברסיטה, כדי לספּק מזון למאביקים וליצור את דבש-העל הפרטי שלנו1!
מילון מונחים
חומרים אנטיביוטיים (Antibiotics): ↑ תרופות שמכילות תרכובות אנטי-בקטריאליות, משמשות לטיפול בזיהומים.
חיידקים (Bacteria): ↑ אורגניזמים חד-תאיים שנמצאים בכל סביבת מחיה בכדור הארץ.
חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה (Antibiotic Resistant Bacteria): ↑ חיידקים שיכולים לשרוד בנוכחוּת אנטיביוטיקה.
תרכובות אנטי-מיקרוביאליות (Antimicrobial Compounds): ↑ תרכובות שניתן להשתמש בהן כדי להרוג חיידקים, ולנצל אותן עבור פיתוח חומרים אנטיביוטיים.
תרפויטי (Therapeutic): ↑ שקשור לריפוי מחלה.
צוף (Nectar): ↑ נוזל מתוק בפרחים שמפתה את הדבורים להגיע אליהם.
אבקה (Pollen): ↑ חומר אבקתי ועדין שצמחים מייצרים במטרה לייצר זרעים.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כל המחקר נערך בהעדר כי קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
הערת שוליים
1. ↑ תוכלו ללמוד עוד על הפרויקט בטוויטר: ,@pharmabees באינסטגרם: https://www.instagram.com/pharmabees/ או באתר שלנו: https://www.cardiff.ac.uk/pharmabees
מאמר המקור
↑ Hawkins, J., de Vere, N., Griffith, A., Ford, C. R., Allainguillaume, J., Hegarty, M. J., et al. 2015. Using DNA metabarcoding to identify the floral composition of honey: a new tool for investigating honey bee foraging preferences. PLoS ONE 10:e0134735. doi: 10.1371/journal.pone.0134735
מקורות
[1] ↑ Tan, S. Y., and Tatsumura, Y. 2015. Alexander Fleming (1881-1955): discoverer of penicillin. Singapore Med. J. 56:366–7. doi: 10.11622/smedj.2015105
[2] ↑ Guglielmi, G. 2017. Are antibiotics turning livestock into superbug factories. Science. doi: 10.1126/science.aaq0783
[3] ↑ Public Health England. 2015. Health Matters: Antimicrobial Resistance.
[4] ↑ Hawkins, J. 2015. Investigating Antibacterial Plant-Derived Compounds From Natural Honey. Cardiff University.
[5] ↑ Hawkins, J., de Vere, N., Griffith, A., Ford, C. R., Allainguillaume, J., Hegarty, M. J., et al. 2015. Using DNA metabarcoding to identify the floral composition of honey: a new tool for investigating honey bee foraging preferences. PLoS ONE 10:e0134735. doi: 10.1371/journal.pone.0134735