מלחמות חיידק בחיידק

בגופו של חולה בארצות הברית התחוללה ב-2014 מלחמה - לא רק בין החיידקים לבין מערכת החיסון, אלא גם בין החיידקים לבין עצמם. מחקרים הראו שהנמק שממנו הוא סבל נגרם עקב שילוב של שיתוף פעולה בין זנים שונים של החיידק בפצע שלו, עם תחרות ביניהם. נראה כי זיהומים רבים פועלים באותה צורה, וכי נוכחות של כמה זנים של אותו חיידק עשויה להשפיע בדרכים מורכבות על התפתחות המחלה.

חיידקים רבים גורמים לזיהומים, ובין החמורים שבהם נמצאים אלה המכונים חיידקים טורפים. מדובר בשם כולל לכמה מיני חיידקים שמסוגלים לגרום להרס רקמות מהיר (נֶמֶק), שעלול להסתיים במוות אם לא מטפלים בו במהירות בתרופות אנטיביוטיות, ולעיתים גם בכריתה של הרקמה החולה. החיידק הטורף השכיח ביותר הוא סטרפטוקוקוס פיוגנס (Streptococcus pyogenes), אך גם חיידקי ויבריו וולניפיקוס (Vibrio vulificus), אירומונס הידרופילה (Aeromonas hydrophila) וסטפילוקוקוס אוראוס (Staphylococcus aureus) יכולים לחולל נמק.

בשנת 2014, חברי קבוצת המחקר של אשוק צ'ופרה (Chopra) מאוניברסיטת טקסס בודדו חיידקים מרגל של חולה שנכרתה בגלל נמק. אף שבבית החולים העריכו שמדובר בזיהום של חיידק יחיד – אירונימוס הידרופילה – החוקרים מצאו ארבעה זנים שונים של אותו חיידק. בדיקה גנטית העלתה שזנים 3 ו-4 התפתחו מזן 2, אך זן 1 שונה מהם.

מחקרי המשך התמקדו בשני הזנים הראשונים. ניסויים על עכברים הראו שזן 2 אלים יותר מזן 1: כאשר החיידקים הוזרקו לשריר במינון נמוך כל העכברים שהודבקו בזן הראשון שרדו, וכל אלה שהודבקו בשני מתו. במינון גבוה יותר כולם מתו, אך אלה שקיבלו את זן 1 שרדו שישה ימים, לעומת יומיים בלבד עם זן 2. החוקרים שיערו שהסיבה לכך היא הרעלן שזן 2 מפריש.

ברגלו של החולה נמצאו ארבעה זנים שונים של אותו חיידק. תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים של החיידק Aeromonas hydrophila | תמונה: Science Photo Library, Eye of Science

התקפה משולבת

במחקר המשך משנת 2016 בדקה קבוצת המחקר של צ'ופרה, בשיתוף קבוצתה של ריטה קולוול (Colwell) מאוניברסיטת מרילנד, מה קורה כשמדביקים עכברים בשני הזנים יחד, כפי שקרה לחולה המקורי. להפתעתם הם גילו שבמקרה הזה זן 1 נהיה אלים יותר ואילו זן 2 נהיה פחות אלים.

מדוע זה קרה? החוקרים גילו שבשעה שחיידקי זן 2 נשארו קרוב למקום הזיהום הראשוני, זן 1 התפשט לאיבריו הפנימיים של העכבר הנגוע. כמו כן, תאי מערכת החיסון של העכבר תקפו ביתר יעילות את החיידקים מזן 2, והתקשו יותר לטפל בזן 1. ולבסוף, באופן מפתיע מתברר שחיידקי זן 1 הרגו בעצמם את חיידקי זן 2.

החוקרים מצאו גם שכשיצרו מוטציה בגֵן של הרעלן בזן 2, חיידקי זן 1 לא הצליחו לחדור לאיברים הפנימיים ולא גרמו למוות. לעומת זאת, כשהוסיפו את הגֵן של הרעלן לזן 1, הוא נהיה אלים יותר. מכאן הסיקו שהרעלן של זן 2 גורם להרס הרקמות, וזן 1 מנצל את זה כדי לחדור לרקמות הפנימיות. אולם לא היה ברור מהם יחסי הגומלין בין שני זני החיידקים, ובייחוד לא איך זן 1 הורג את זן 2.

ייתכן שעוד מחלות זיהומיות מתנהגות באופן דומה, עם כמה זנים של אותו חיידק מתחרים ביניהם. החיידק הטורף Vibrio vulnificus | מקור: Science Photo Library, CDC

חיידק מרעיל חיידק

במחקר חדש של צ'ופרה וקולוול, שפורסם בכתב העת PNAS, נבדק איך חיידקי זן 1 הורגים את זן 2. אצל חיידקים רבים קיימת מערכת טוקסין-אנטיטוקסין – רעלן וחלבון שנוגד אותו. כשהחלבון הנוגד מתפרק, הרעלן נכנס לפעולה. נהוג לחשוב שהרעלנים הללו נועדו להרוג טורפים חד-תאיים של החיידקים, אולם אצל חיידקים מסוימים, ובהם גם אירונמוס הידרופילה, התגלתה מערכת הפרשה שפועלת גם כדי להרוג חיידקים ממינים אחרים. כעת מתברר שהיא עשויה להרוג גם חיידקים מאותו מין, אך מזן אחר.

צ'ופרה וקלווה גילו שבעוד שמערכת ההפרשה הזאת קיימת בזן 1, היא נעדרת בזן 2, ולכן זן 1 מסוגל להרוג את השני. ואכן, כשיצרו אצל חיידקי זן 1 מוטציות שפוגעות בתפקוד המערכת, הם חדלו להרוג את זן 2.

החוקרים ציפו גם שבמקרה הזה, כשזן 2 פועל לצד זן 1 עם המוטציה, המחלה של העכברים תחמיר, שכן זן 2 הוא האלים יותר, והוא לא "סופג אבדות" מצד זן 1. אולם במפתיע נמצא דווקא שיותר עכברים שרדו. הסבר אפשרי אחד, שנתמך על ידי תוצאות ניסויים, הוא שהרעלן המנוטרל פוגע גם בתאי מערכת החיסון של המארח, ולכן חיידקי זן 1 עם המוטציה פגעו פחות הן בחיידקי זן 2 והן במערכת החיסון של העכברים. אולם ממצאים נוספים מראים שהסיפור מורכב אף יותר, ותלוי גם ברעלן שמפריש זן 2 ואפילו במקום הזיהום – הזרקה לשריר או מתחת לעור הבטן. חיסון נגד הרעלן של זן 2 הגן על עכברים שהודבקו רק בזן הזה, אבל לא על אלה שהודבקו בשניהם.

סדרת המחקרים הזאת מדגימה איך מחלות עלולות להיגרם מתערובת של כמה זנים של אותו חיידק, שמקיימים יחסים מורכבים עם הגוף המארח וגם בינם לבין עצמם. המקרה הזה מצטרף למחקר נוסף שהראה איך זיהומים במערכת השתן של חולה נגרמו מכמה זנים של אותו חיידק שחיו שם יחד.

ייתכן שעוד מחלות זיהומיות רבות מתנהגות באופן דומה. מערכת היחסים בין הזנים השונים מכתיבה את חומרת המחלה, ואם נבין אותה לעומק נוכל לפתח חיסונים וטיפולים יעילים יותר נגד גורמי המחלה הללו.