הצמח שמנטרל רעלים

בני אדם, בדומה ליצורים רבים אחרים, רגישים מאוד ליסוד ארסן, שנחשב לרעל חזק. אך יש משפחה מיוחדת של צמחים שיכולים לגדול גם על קרקע שיש בה ריכוזי ארסן גבוהים ביותר. מחקר חדש שופך אור על המנגנון המאפשר לצמחים לנטרל את הרעל.

ארסן הוא יסוד כימי הדומה בתכונותיו לזרחן. מאחר שזרחן הוא אחד המרכיבים הבסיסיים של ה-DNA – החומר התורשתי – הארסן נוטה לתפוס את מקומו וכך משבש את תפקוד ה-DNA. בעקבות זאת הוא עלול לגרום להתפתחות גידולים סרטניים אצל בני אדם ובעלי חיים רבים.

במקומות רבים בעולם, האדמה ומי תהום מזוהמים בארסן ממקורות תעשייתיים וטבעיים, ומאות מיליוני אנשים נחשפים לריכוזים רעילים שלו. הארסן שבאדמה נספג בשורשים של גידולים חקלאיים כמו אורז, והם עלולים במינון גבוה ובצריכה קבועה להיות רעילים לאדם. אם נבין טוב יותר איך בדיוק הארסן נספג בצמחים אולי נוכל לצמצם את החשיפה של בני אדם לחומר הרעיל.

בדומה לבעלי חיים, גם רוב הצמחים רגישים לכמויות ארסן גדולות ומאחסנים אותו בעיקר בשורשיהם. עם זאת, קבוצת הצמחים הקרויים אברתיים חסינים במיוחד לריכוזי ארסן גבוהים. בניגוד לשאר הצמחים, האברתיים מעבירים את הארסן במעלה הגבעול שלהם אל העלים ומאכסנים אותו שם באיברי אחסון מיוחדים. באדמות שבהן גידלו צמחים כאלה רמות הארסן הופחתו בחצי, כך שאפשר להשתמש בהם לניקוי קרקעות מזוהמות. האברתיים הם צמחים פשוטים למדי – שרכים – כך שהם יכולים להיות מטרה מוצלחת למחקר שינסה לפענח איך פועל מנגנון העמידות שלהם לארסן.

מסוגלים להפחית במחצית את כמות הארסן בקרקעות מסוימות. צמחי אברה ארוכת עלים | מקור: Shutterstock

צימוד לחומר אורגני

ואכן במחקר חדש שפורסם בכתב העת Current Biology השתמשו חוקרים בצמחי אברה ארוכת עלים (Pteris vittata), השייכים למשפחת האברתיים, כדי להבין את המנגנון המולקולרי האחראי על העמידות לארסן. החוקרים ידעו מבעוד מועד על שני חלבונים המעורבים כנראה בספיגת הארסן בצמחים הללו, אך המנגנון שמוביל את הרעל אל האברונים שבעלים נותר נסתר.

כדי לזהות בדיוק אילו חלבונים חשובים לעמידות הצמח לארסן, גידלו צמחים בנוכחות ריכוזי ארסן גבוהים וללא ארסן, ומיפו את כמות החלבונים בכל צמח. החוקרים זיהו ובודדו כעשרים חלבונים שהכמות שלהם בצמחים עלתה עקב החשיפה לחומר הרעיל. מביניהם הם אפיינו לעומק שלושה חלבונים שנראו מבטיחים במיוחד. עיכוב הפעילות כל אחד מהם בצמח גרמה לו לאבד את העמידות לארסן, דבר שמצביע על התפקיד המרכזי של החלבונים האלה בעמידות לארסן.

כדי להבין איפה החלבונים הללו נמצאים בתאי הצמח, תייגו אותם בסמנים פלואורסצנטיים ועקבו אחריהם במיקרוסקופ. התברר ששלושתם נמצאים בערך באותו מקום בתוך תא הצמח, בתוך בועיות קטנות העטופות קרום. כשאפיינו את הפעילות של שניים משלושת החלבונים, מצאו שהם מסוגלים לצמד את הארסן לחומרים אורגניים כמו גליצראלדהיד וכך לנטרל אותו.

לפיכך החוקרים משערים כי הצמחים מכניסים את הארסן לתוך התאים, שם הם משנים אותו כימית. בהמשך הם מכניסים אותו לבועיות תוך תאיות שבהן הוא עובר שינויים נוספים וממשיך הלאה לאחסון לטווח ארוך. לכל אחד משלבים אלו אחראי חלבון נפרד. המחקר הוא צעד משמעותי הלאה בהבנה שלנו את המנגנונים שמאפשרים לצמחים לנטרל את הארסן הרעיל, ועשוי לסייע לנו להוריד את כמות הארסן שאליה נחשפים אנשים ברחבי העולם.