חיידקים ונגיפים וגם שאר היצורונים המקיפים אותנו מכל עבר, משפיעים על חיינו מכל מיני כיוונים. בבלוג אספר על אלה המוזכרים מדי פעם בחדשות וגם לחדשות מדעיות הקשורות בהם. כמו כן אשתף אתכם גם בתמונות ודיווחים על יצורים גדולים יותר, שבהם אצפה בטבע. בלוג זה גם יהווה ארכיון לחומרים שכתבתי בעבר ורלוונטיים לנושא.

10.1.15

החיידק ה"אפל" Eleftheri aterrae שמייצר Teixobactin – אנטיביוט חדש ומבטיח!

בכמה זמן, אם בכלל, ידחה סוף עידן האנטיביוטיקה בעקבות גילוי זה?

בשנות ה-40 של המאה ה-20 החל עידן האנטיביוטיקה. עשרות אנטיביוטים בודדו מפטריות (חד-תאיות) וחיידקים שוכני קרקע ואלו שנמצאו מתאימים נרתמו לשימוש נגד חיידקים גורמי מחלות. במקביל, פיתחו החיידקים עמידות לכל האנטיביוטים שבשימוש, והעמידות התפשטה וגרמה לכך שמרבית  האנטיביוטים לא יהיו שמישים. כמה חיידקים וביניהם הזנים העמידים לוונקומיצין ומתיצילין של Staphylococcus aureus (המכונים בקיצור VRSA ו-MRSA) מהווים איום על בריאות הציבור בבתי החולים ובקהילה.

בשנה שעברה הכריז ארגון הבריאות העולמי שסוף העידן האנטיביוטי קרוב. אולם אנטיביוט החדש, שנתגלה בחיידק קרקע במדינת מיין שבארצות הברית, ידחה אולי במקצת את הסוף המאיים.

המקור העיקרי לחומרים אנטיביוטיים הם חיידקים ופטריות שוכני קרקע. כאשר דוגמים חיידקי קרקע (או חיידקים מכל מקור אחר), ומנסים לגדל אותם בתנאי מעבדה, מצליחים לגדל רק כאחוז אחד מתוכם. שאר 99 האחוזים לא ניתנים לתירבות בשיטות הרגילות. אלו מכונים "היצורונים האפלים" (The microbial dark matter), ולפעמים כל המידע שלנו עליהם הוא הרכב הנוקלאוטידים (שלם או חלקי) של החומר התורשתי (DNA) שלהם.

החיידק הקרקעי Eleftheri aterrae  עלה לכותרות בשבוע הראשון של 2015, בעקבות פרסום  בכתב העת Nature. החיידק התפרסם בגלל שתי סיבות: הראשונה - הוא עבר, ביחד עם עוד 10,000 חיידקים אחרים, ממצב של חיידק שאינו ניתן לתירבות מהיצורונים האפלים, למצב שבו הוא ניתן לתירבות בתנאים מיוחדים; השניה - הוא מפריש לסביבתו אנטיביוט יעיל שלא היה מוכר עד כה, המכונה טקסובקטין (Teixobactin).

כיצד הצליחו לבודד את החיידק מהקרקע של מיין? צוות חוקרים בין-לאומי בראשות קים לואיס (Lewis) מאוניברסיטת Northeastern בבוסטון, מסצוסטס, פיתח מתקן מיוחד, בשם IChip, שבו אפשר לגדל יצורונים אפלים.

iChip באדמת מיין
המקור: באדיבות 
 Slava Epstein/​Northeastern University. 
חיידקי אדמה נמהלו לתוך המתקן שבו תאים רבים קטנטנים. ריכוזם המשוער של החיידקים במתקן הוא חיידק אחד בתא. המתקן כוסה על ידי שתי ממברנות שאינן מאפשרות מעבר של חיידקים אך מאפשרות מעבר של מים ומולקולות קטנות. המתקן הוחזר לאדמה המקורית, כוסה באדמה והושאר שם במשך כמה ימים. בזמן זה עוברים דרך הממברנות מים, גורמי גידול ומינרלים מן הקרקע ומאפשרים גידול של מושבה בכמחצית מהתאים בהם התמקם במקור חיידק. הסרת הממברנות מאפשרת גישה למושבות. בשיטה זו מצליחים לתרבת 50 אחוזים מהחיידקים שבדגימה (לעומת אחוז אחד בתנאי מעבדה).

תמציות תאים מ-10,000 מושבות שבודדו בצורה זו נבדקו לפעילות אנטיביוטית על מרבדים של חיידקי Staphylococcus aureus. רק 25 מושבות הראו פעילות אנטיביוטית טובה. אחת מהן שבלטה במיוחד נבחרה להמשך המחקר והיא זו שאנו מדווחים עליה כאן. בעקבות קביעת הרצף של ה-DNA הריבוזומלי שלהם, התברר כי החיידקים שיצרו את המושבה משתייכים למין חדש בתת-חטיבת הבטא-פרוטאובקטריה, והם קרובים גנטית לסוג Aquabacteria.  הם כונו Eleftheri aterrae.

החומר הפעיל שבודד מהחיידקים אופיין מבחינה כימית וכונה טקסובקטין (Teixobactin).טקסובקטין הוא אנטיביוט פפטידי, והוא פוגע בסינתזה של דופן החיידק במנגנון שונה מזה של האנטיביוטים המוכרים. פניצילין וונקומיצין פועלים מחוץ לתא החיידק ומונעים את יצירת הקשרים הצולבים בין המונומרים של הפפטידוגליקן, המרכיב העיקרי של הדופן החיידקית (לאחר הפילמור). טקסובקטין פועל בתוך התא, נקשר למולקולה ליפידית (Lipid II) המסייעת בהעברת המונומרים אל מחוץ לתא, ומונע את יציאת  הליפיד (והמונומר) החוצה. הטקסובקטין מעכב גם מולקולה ליפידית נוספת (Lipid III) הקשורה לסינתזת החומצות הטיכואיות – מרכיב נוסף של הדופן החיידקית.

עד כה הוכיח הטקסובקטין את יעילות פעילותו במבחנה על כמות ניכרת של חיידקים גורמי מחלה מחטיבות הפירמיקוטים (ביניהם Staphylococcus aureus ו-Clostridium difficile) והאקטינובקטריה (Mycobacterium tuberculosis). עם זאת, הוא אינו פועל כלל על חיידקים גורמי מחלות מחטיבת הפרוטאובקטריה (Escherichia coli, Salmonella, Klebsiella).

המבנה הכימי של טקסובקטין

שניים מחיידקים הרגישים לטקסובקטין, MRSA וחיידק השחפת (Mycobacterium tuberculosis), גודלו זמן רב במעבדה בנוכחות כמויות תת-קטלניות של האנטיביוט, ולא נמצאו מוטנטים עמידים לטקסובקטין של חיידקים אלה. לכן סוברים החוקרים, שבשימוש זהיר וסביר בטקסובקטין, תדרשנה כמה עשרות שנים להופעת עמידות טבעית כלפיו.

לאחר שנוסה הטקסובקטין בהצלחה בעכברים, וסילק מהם בהצלחה חיידקי MRSA, יש צורך לבדוק שהוא יעיל ואינו רעיל לבני אדם  - דהיינו, להתחיל בניסויים קלינים שיאפשרו את השימוש המסחרי בו. ניסויים אלה צפויים להתחיל בתוך שנתיים, ואם הם יצליחו, יתכן שבעוד כמה שנים יאושר השימוש בטקסובקטין בבני אדם.

החידוש הגדול בעבודה זו אינו הטקסובקטין, אלא השיטה שבה בודדו את Eleftheri aterrae  - החיידקים המייצרים אותו. שיטה זו תאפשר לנו להכיר הרבה מאד מהחיידקים האפלים שאינם מוכרים לנו היום, ובוודאי נזכה להפתעות נוספות .

לקריאה נוספת

המאמר המקורי ב-NATURE

מאמר המערכת ב-NATURE

הרשומה המקורית עובדה לידיעה ב"גליליאו" 198, מרץ 2015.  עודכן

תגובה 1: