לפני כעשור, נהוג היה לחשוב כי היכולת של מערכת החיסון לזכור הוא תכונה האופיינית לאנושות וליתר בעלי החוליות, אולם מדענים ישראלים חשפו לאחרונה ממצאים חדשים בהם תוארה יכולתה של מערכת החיסון של החיידקים לזכור פתוגנים שתקפו אותם. סקירת המחקר פורסמה בכתב העת הנחשב נייצ'ר בו תואר המנגנון המולקולרי המסביר את התופעה.
המחקר נעשה בשיתוף של מדענים מהמחלקה למיקרוביולוגיה ואימונולוגיה של אוניברסיטת תל אביב ומכון וייצמן למדע. חיידקים מסתבר זוכרים פולשים נגיפיים על ידי לקיחת דגימות מרצפים קצרים של ה DNA, החומר הגנטי של הווירוסים.
החיידק בהמשך משלב את הרצפים שנלקחו בתוך הדנ"א של עצמו, מנגנון הנקרא CRISPR. כאשר החיידק נתקל ומותקף על ידי הנגיף, יודע כעת להרוס את הרצפים בחומר התורשתי של הנגיף. המדענים הצליחו להבין כיצד מערכת החיסון של החיידק מבחינה בין הדנ"א של עצמה לחומר הגנטי של הוירוס התוקף.
מהו מנגנון ה- CRISPR?
מנגנון ה CRISPR הוצג לראשונה בשנת 1987 והתברר כי מרכיב את החומר הגנטי של כ-40% מהחיידקים. על ידי הבנת המנגנון הוסק כי CRISPRS מסייעים לשכפול, תיקון חומר גנטי ויוצרים חסינות. בסופו של דבר הוסק כי מנגנון זה משתתף בהגנה של קבוצות חיידקים נגד פאגים או פולשים אחרים.
במבט מעמיק יותר צוות המדענים גילה כי מערכת CRISPR באמצעות החלבונים קאש 1 ו -2, מזהה נקודות על הדנ"א שמשתכפלות במהירות. במהלך שכפול הדנ"א נוצרים סדקים זעירים המושכים אליהם אנזימי תיקון. כך החוקרים גילו כי מנגנון התיקון למעשה הוא הצורה שבה ה-CRISPR מייצר את מערכת הזיכרון של החיידק. כך הבינו החוקרים כיצד תאי החיידק משתמשים בתהליכי שכפול הדנ"א והתיקון התקינים שלהם כדי לזהות DNA של הפאגים, בדיקה הנעשית לצורך ווידוא האם אכן מדובר בחומר גנטי עצמי או זר. במחקר החדש הזריקו החוקרים חלקי דנ"א לחיידק, חומרים שהתחקו לנגיפים ומכונים בשם פלסמידים.
ממצאי המחקר ותרומתם למדע
על מנת לשרוד החיידקים זקוקים למערכת חיסונית מתוחכמת ופעילה המבחינה בין העצמי לבין הזר. קבוצת חוקרים במכון ויצמן למדע בשיתוף עם אוניברסיטת תל-אביב גילו בדיוק כיצד החיידקים עושים זאת.
המדענים הצליחו להבין כיצד מערכת ההסתגלות CRISPR עורכת את הגנום, מאמצת רצפי דנ"א מהנגיף הפולש ומאחסת אותם בתוך הדנ"א של החיידק עצמו. רצפים אלה מסודרים במבנים מיוחדים בתוך החומר התורשתי, תופעה היוצרת את זיכרון מערכת החיסון. כאשר הנגיף תוקף את החיידק, CRISPR משתמש ברצפים שסופחו לדנ"א של החיידק, ליצירת רצפי RNA המתחברים לחומר התורשתי של הפאגים התוקפים. כך מופעל מנגנון תקיפת הנגיפים.
הסלקטיביות היא בבירור נושא בעל משקל רב שאסור להתעלם ממנו. בניסויים קודמים שנערכו במעבדתו של אחד המדענים ניראה כי במקרים בהם נלקחה דגימה של החומר התורשתי של החיידק עצמו, מערכת החיסון של החיידק גרמה נזק לעצמה.
תופעה זו עשויה להיות קטלנית עבור קיום החיידק. בשלב זה נחקר כיצד מערכת החיסון של החיידק אם כך מצליחה לקחת רצפים מהתוקף ולא משל עצמה ולשמור אותם כזיכרון חיסוני. וכך נמצא המנגנון של המערכת המורכבת CRISPR.
המדענים גילו כיצד המערכת מאתרת את הפאגים באמצעות זיהוי של נקודות רבות בהן מסתיים תהליך השכפול של הנגיף.
לדברי המדענים ממצאי המחקר פותרים את החידה כיצד מערכת החיסון של החיידק מבחינה בין העצמי לזר וכיצד פועל מנגנון הCRISPR. פענוח המנגנון הינו שלב הכרחי בהבנת מנגנונים נוספים שיסייעו בעתיד לפתח תרופות למחלות שונות.