“נייצ’ר” מגלה: חוקרי הטכניון מצאו תשובה לשאלה כיצד מתאפשר דו-קיום ארוך טווח בין חיידקים פוטו-סינתטיים לבין הווירוסים שמדביקים אותם

כיצד מתאפשר דו-קיום ארוך טווח בין חיידקים בים לבין הווירוסים שמדביקים אותם? שאלה זו הטרידה מדענים במשך שנים רבות. עתה מצאו חוקרי הטכניון מהפקולטה לביולוגיה תשובה לשאלה זו. כך מגלה כתב העת המדעי היוקרתי “נייצ’ר”. דו-קיום זה מתאפשר הודות לשונות באוכלוסיית החיידקים בתכולת הגנים המאפשרים את הצמדות הוירוסים לחיידקים והדבקתם.

ציאנובקטריה הם חיידקים המבצעים פוטוסינתיזה בדומה לצמחים. החשיבות האקולוגית שלהם טמונה ביצור סוכרים המהווים את בסיס מארג המזון בים, וביצירת חמצן שכלל הייצורים על פני כדור הארץ נושמים. כמו כן, הציאנובקטריה קולטים פחמן דו-חמצני (CO₂), שהוא גז חממה האחראי לשינויי אקלים, ובכך מצמצמים את כמותו באטמוספירה.

הדו-קיום בין כמויות גדולות של ציאנובקטריה לבין הווירוסים שמדביקים אותם נמשך מיליוני שנים ומאפשר את המשך מילוי תפקידם האקולוגי החשוב של הציאנובקטריה. באופן תיאורטי כמות כזו של וירוסים היתה אמורה לגרום לקריסת אוכלוסיית הציאנובקטריה.

אחד המנגנונים שיכולים להסביר את הדו-קיום של הווירוסים והציאנובקטריה הוא שבאוכלוסיית הציאנובקטריה קיימים פרטים העמידים לווירוסים וכן כאלו שרגישים אליהם.

“חיפשנו ציאנובקטריה עמידים לוירוסים כדי לבדוק מה מוביל לעמידות זו”, אומרות החוקרות, דוקטור דבי לינדל והדוקטורנטית שרית אברני. “השתמשנו בטכנולוגיה חדשה המאפשרת לרצף מחדש את הגנום, בעלות זולה יחסית, דבר שאיפשר לנו לבדוק זנים רבים ולעשות עבודה מעמיקה”.

הן נטלו זנים של ווירוסים וציאנובקטריה, עירבבו וגידלו אותם. “רוב הציאנובקטריה מתים שכן הווירוסים הורגים אותם,” מסבירה שרית. “המעט ששרדו הם למעשה חיידקים שהווירוסים לא יכלו להם. הפקנו וריצפנו את הגנום שלהם ומצאנו את המוטציות שהביאו לעמידות הזו ואת מיקומן בגנום הציאנובקטריה. רוב המוטציות היו בגנים שאחראים ליצור חלבונים המשפיעים על מבנה פני השטח של הציאנובקטריה. המוטציות למעשה מנען מהווירוס להיכנס לתוכן.

החוקרות עבדו בשיתוף עם ד”ר איתי שרון, פוסט-דוקטורנט מהטכניון, ועם ד”ר רותם שורק והדוקטורנט עמרי וורצל ממכון ויצמן.

החוקרים מצאו שמרבית המוטציות נמצאו באזור ספציפי בגנום הנקרא “אי גנומי”. זהו אחד מחמישה “איים גנומיים” הידועים בקבוצה זו של ציאנובקטריה. איים אלו הם אזורים בהם תכולת הגנים שונה בין פרטים שונים באוכלוסיות בטבע. בליל זה של גנים מקורו לא באבותיהם אלא בייצורים אחרים לחלוטין. לעומת זאת, מרבית הגנום מכיל את אותם הגנים המאורגנים בסדר זהה בכל הפרטים באוכלוסיה.

משמעות מיקום המוטציות באי גנומי היא שחלק קטן מהאוכלוסיה מכיל את הגנים שמאפשרים לוירוס מסוים להדביק אותם, וחלק אחר של האוכלוסיה מכיל גנים שונים שמאפשרים לוירוס אחר להדביק אותם, וכן הלאה, כך שאוכלוסית הציאנובקטריה מורכבת מתתי קבוצות רבות, כל אחת הנדבקת על ידי חלק אחר של אוכלוסית הוירוסים. במצב כזה קיים סיכוי נמוך מאד שוירוס יצליח למצוא ולהדביק ציאנובקטריה מתאים לו במהלך חייו. כך נמנעת קריסת אוכלוסיית הציאנובקטריה ונוצר דו-קיום ארוך טווח.

השלכות נוספות לממצאים אלה הן שעל ידי מנגנון זה, וירוסים “מעודדים” את קיומה של שונות גבוהה בתכולת הגנים באיים הגנומיים של אוכלוסיות הציאנובקטריה, ובדרך זו משפיעים על אבולוציית הגנום שלהם. שונות זו עשויה לאפשר לציאנובקטריה לשרוד בתנאי סביבה משתנים.