הנשק ההגנתי ההתקפי
של החיידקים

אחד ממנגנוני ההגנה היעילים שיש לחיידקים נגד אויביהם מבוסס על התקהלות במבנים תלת-ממדיים דביקים שנקראים ביופילמים. בעבר חשבו שהחיידקים יוצרים את המבנים הרב-תאיים הללו כדי להגן על עצמם מפני גורמים שמסכנים אותם. מחקר חדש מראה שחיידקי הכולרה משתמשים בביופילם גם כנשק התקפי נגד מערכת החיסון.

חיידקים חשופים למגוון רב של איומים. כדי לשרוד הם צריכים להתמודד עם אלפי סוגים של נגיפים שהורגים אותם, עם חומרים אנטיביוטיים ועם תאי מערכת החיסון שתוקפים אותם. כתוצאה ממרוץ החימוש האבולוציוני המתמשך בין החיידקים לאויביהם, החיידקים פיתחו מנגנוני הגנה מתוחכמים שעוזרים להם לשרוד בסביבה העוינת.

יש חיידקים שנעזרים בשיתוף פעולה כדי ליצור מעין קהילות המאפשרות להם לשרוד בסביבות עוינות וליישב נישות חדשות. הם מתקבצים במבנה תלת-ממדי דביק בשם ביופילם, שעשוי שכבות רבות של חיידקים. המבנה הזה מוקף בשכבת הגנה ומספק לחיידקים שבתוכו מקלט יעיל.

ביופילמים מדאיגים מאוד את עולם הרפואה, מאחר שהחיידקים החמקניים שמסתתרים בהם מפתחים עמידות לאמצעי ריפוי וטיפול. שכבת ההגנה של הביופילם מקשה על תרופות אנטיביוטיות ונגיפים תוקפי חיידקים לפעול נגד היצורים החד-תאיים שבתוכה ומגינה עליהם ממערכת החיסון. לפיכך, כדי להרוג חיידקים בביופילם נדרשת כמות אנטיביוטיקה גדולה פי עשרה עד פי אלף מזו שתקטול בהצלחה חיידקים בודדים – מינון שעלול לסכן גם את המטופל.

דוגמאות נפוצות לנזק שנגרם מביופילם הן למשל פלאק - רובד החיידקים שנוצר על השיניים, ועלול להוביל לעששת ולפגוע בבריאות השיניים והחניכיים. כשביופילם מתפתח בתוך הגוף, למשל בדרכי השתן ובדרכי הנשימה, הנזק עלול להיות הרבה יותר חמור, וכך גם בפצעים עקשנייים בעור שאינם נרפאים. וכשביופילם נוצר על שתלים רפואיים כמו קוצבי לב, שסתומי לב מלאכותיים, מפרקים וכדומה, קשה מאוד להגיע אליו ולטפל בו. לא פעם חייבים במקרה כזה להחליף את השתל המזוהם בניתוח.

בעבר חשבו שחיידקים יוצרים את המבנים הרב-תאיים הללו רק כדי להגן על עצמם. אבל חוקרים מאוניברסיטת באזל בשווייץ גילו לראשונה כי לביופילם יש עוד תפקיד, מסוכן לא פחות. ממחקרם עולה שחיידקי כולרה משתמשים בו גם  כנשק התקפי להשמדת תאי דם לבנים שאמורים להילחם בהם.

כולרה נפוצה בעיקר באזורים עם רמת תברואה נמוכה. חיידקי Vibrio cholerae גדלים בצלחת פטרי | AnaLysiSStudiO, Shutterstock

יחידות תקיפה וחניקה

כולרה היא מחלת מעיים זיהומית חריפה ומידבקת שפורצת כשנדבקים בחיידק ויבריו כולרה (Vibrio cholerae). המחלה נפוצה בעיקר באזורים עם רמת תברואה נמוכה, שבהם מקורות המים והמזון נגועים בחיידק. כשהחיידקים מגיעים למערכת העיכול הם מדביקים את תאי המעי הדק ונצמדים אליהם. משם הם מפרישים רעלן שיוצר דלקת אשר מלווה בשלשול מימי קשה ובהקאות. אובדן הנוזלים בשלשול עלול להוביל להתייבשות ואפילו למוות.

במחקר שפורסם בכתב העת Cell, חוקרים גידלו במעבדה תרביות של חיידקי כולרה וחשפו כל תרבית לסוג מסוים של תא חיסון אנושי (תאי דם לבנים). הם הבחינו שבתחילה החיידקים התרבו במהירות, התקבצו סביב תאי החיסון ונצמדו אליהם. כתוצאה מכך נוצר סביב תאי החיסון רובד עבה של חיידקים. בתוך שעות לא רבות תאי החיסון מתו והחיידקים התפזרו לכל עבר.

תמונות מיקרוסקופ מראות שהביופילם החיידקי נצמד בעיקר למקרופאגים – תאים של מערכת החיסון שעומדים בקו ההגנה הראשון נגד פולשים שחודרים לגוף. המקרופאגים בולעים חיידקים ומעכלים אותם. בנוסף הם מפרישים חלבונים הקרויים ציטוקינים, שמאותתים לגוף על זיהום אפשרי ומגייסים תאי חיסון נוספים למלחמה בפולש.

חיידקי Vibrio cholerae (כחול) מתאספים בביופילם הרסני על פני השטח של תאי מערכת החיסון (אדום) | מקור: Biozentrum, University of Basel

ביופילם שונה

החוקרים הבחינו שהביופילם שנוצר סביב המקרופאגים היה שונה במבנהו ובהרכבו מביופילם רגיל שנוצר על משטחים מוצקים. תחילה חשבו שהביופילם מנטרל את המקרופאגים ומונע מהם לבלוע את החיידקים ולהפריש ציטוקינים למחזור הדם וכך התגובה החיסונית מדוכאת. אך בהמשך התברר שהחיידקים נקטו גישה אלימה יותר. לאחר שהקיפו תא דם לבן, הם הפרישו עליו רעלן בשם המוליזין, שמחורר את קרום התא וגורם לזליגה בלתי מבוקרת של תכולתו, עד שהתא המותקף מת.

נראה אם כן שחיידקי הכולרה פיתחו מנגנון מתוחכם שהורג את התאים שבאים לתקוף אותם. הם לא משתמשים בביופילם רק כמקלט כדי לחמוק מתאי מערכת החיסון, כפי שעושים חיידקים אחרים, אלא משתמשים בביופילם ככלי התקפי. כך הם הופכים על ראשם את יחסי הכוחות בינם לבין מערכות ההגנה שגופנו מפעיל נגדם – ממותקף לתוקף. 

עדיין לא ברור אם גם חיידקים אחרים משתמשים באסטרטגיה הזאת. נותר גם לבדוק אם הביופילמים של חיידקי הכולרה ממלאים תפקידים נוספים מעבר להרג תאי דם לבנים, ואם היכולת הזאת ממלאת תפקיד מרכזי בהתקדמות המחלה ובתסמיניה הקשים.

המחבר הראשי של המאמר קנוט דרשר (Drescher) סיכם: "אסטרטגיית ההתקפה החדשה הזאת מצד חיידקים עשויה להשפיע באופן משמעותי על התקדמות המחלה. בשלב הבא אנו שואפים לחקור אם גם חיידקים מחוללי מחלה אחרים יוצרים ביופילם אגרסיבי כזה. פענוח האסטרטגיות של גורמי מחלה חיידקיים יאפשר לפתח גישות חדשות למלחמה בהם".