הגנטיקה הגמישה של המיקרוביום

ד”ר נעמה גבע-זטורסקי (משמאל) והדוקטורנט נדב בן-אסא (התמונה צולמה לפני הקורונה)

ד”ר נעמה גבע-זטורסקי והדוקטורנט נדב בן-אסא מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט יחד עם עמיתים מהרווארד פענחו מנגנון של השתנות גנטית הפיכה המסייע לחיידקי המעי להתמודד עם שינויים בסביבת המחיה שלהם. הממצאים פורסמו בכתב העת Nucleic Acids Research הרואה אור בהוצאת אוקספורד.

חיידקי המעי הם אוכלוסיית אורגניזמים משמעותית ביותר במיקרוביום האנושי. חיידקים אלה התפתחו במשך מאות מיליוני שנים באבולוציה משותפת (co-evolution) עם האדם ועם אבותיו, עד שכיום איננו יכולים לחיות בלעדיהם; הם חיוניים לתפקודה התקין של מערכת החיסון ולבריאותו של הגוף כולו.

חיידקי המעי נדרשים להתמודד עם הדינמיות העצומה של המעי, כלומר עם שינויים מבניים, מכניים וכימיים המתרחשים בו ללא הרף. אחד המנגנונים המסייעים להם בכך הוא שינויים מהירים והפיכים בגנומים שלהם, בתגובה לגירוי חיצוני.

ד”ר נעמה גבע-זטורסקי

במאמר הנדון נבחן מנגנון זה באחד החיידקים הנפוצים במעי,Bacteroides fragilis . חיידק זה מסוגל להחליף אזורים מוגדרים ברצף הגנטי שלו. החוקרים התמקדו בתפקידה של יכולת זו להשפיע על הביטוי הגנטי של החיידק.

החוקרים בחנו את הביטויים הגנטים של אותם שינויים (שחלופים) ומצאו שינויים נרחבים בגנום החיידקי. “בין השאר מצאנו שינויים בסוכרים המקיפים את החיידק,” אומרת ד”ר גבע-זטורסקי. “הסוכרים האלה מהווים מעין ‘תעודת זהות’ המסייעת לחיידק לנהל תקשורת עם הסביבה. כך הם גם מסייעים לגוף שלנו, וליתר דיוק למערכת החיסון, לזהות את סוג החיידק ולהגיב אליו. לכן אנחנו משערים שהשינויים במעי משנים את אותה תעודת זהות וכך מאפשרים לתאים שלנו להגיב לחיידק באופנים שונים.”

החוקרים מדגישים כי מדובר בשינויים גנטיים הפיכים המבוססים על שחלופים של אזורים בגנום במערכת מרכזית בחיידק. לכן יש לשחלופים הללו השפעות נרחבות על הביטוי הגנטי של החיידק, כולל על מולקולות חיוניות שונות.

הדוקטורנט נדב בן-אסא

האנליזה הגנטית נערכה באמצעות SMRT – טכנולוגיה חדשנית של חברת פסיפיק ביוסיינסז (PacBio) שפותחה בעשור האחרון. טכנולוגיה זו מאפשרת למפות רצפים ארוכים במולקולות די-אן-איי ויתר על כן, לזהות מודיפיקציות אפיגנטיות על מולקולות ה די-אן-איי. במערכת הנחקרת השפיעו השחלופים בגנום על מודיפיקציות גנטיות ועל הביטוי הגנטי של החיידק כולו. למערכת זו יש גם יכולות זיהוי של גורמים עוינים, כמו בקטריופאג’ים ובכך עוסק מחקר ההמשך המבוצע כרגע במעבדה.

המחקר נתמך על ידי קרן הנשיא של הטכניון, מלגת אלון, ISF, קרן משפחת אפלבאום, גוטווירט וHuman Frontiers-.

למאמר ב-Nucleic Acids Research לחצו כאן