החיידק נגד הזכרים

החיידק המידבק הנפוץ בעולם שונא זכרים ובעל חולשה לזוויג החזק באמת – הנקבות. קוראים לו וולבכיה והוא מדביק חרקים, פרוקי רגליים אחרים – אקריות, טחביות, עכבישים, עקרבים ועוד – וגם תולעים טפיליות. שבעה מכל עשרה מיני חרקים נושאים את החיידק, מגפה של ממש. ברגע שהוא מדביק בעל חיים, החיידק מתאים אותו לצרכיו. הוא משתלט על מערכת הרבייה שלו, מגן עליו מפולשים מתחרים ולעתים אפילו מעניק לו יכולות מיוחדות.

את הוולבכיה גילו בשנת 1924 מרשל הרטיג (Hertig) וסימאון סרט וולבך (Wolbach) בתוך תאי מערכת הרבייה של היתוש הנפוץ כולכית הבית (Culex pipiens). כמה שנים לאחר הגילוי קיבל החיידק את שמו Wolbachia pipientis, על שם וולבך והיתושה שבה התגלה. במשך עשרות שנים לאחר גילויו, הוולבכיה כמעט נשכח, בין השאר מאחר שנראה שאינו מסוגל להדביק בני אדם. רק כשהתברר עד כמה הוא נפוץ בטבע והתגלו תכונותיו המוזרות, החלו לחקור אותו במרץ.

חיידקי וולבכיה יכולים להתקיים ולהתרבות רק בתוך תאי המאכסנים שלהם. זוהי אנדוסימביוזה, מערכת היחסים האינטימית ביותר שיכולה להתקיים בין שני יצורים בטבע, שבה יצור אחד מתקיים בתוך יצור אחר. למעשה, אנו חבים את חיינו למערכת יחסים כזו. ברוב תאי גופנו יש אברונים רבים הקרויים מיטוכונדריה, המספקים לתא אנרגיה באמצעות פירוק סוכרים בנוכחות חמצן. הם גם שולטים על מותו וקשורים לתהליך ההזדקנות של התאים ושל היצורים המורכבים מהתאים הללו.

המיטוכונדריה נמצאים בתאי כל היצורים הרב-תאיים, בבעלי חיים, בצמחים, ובפטריות ואף ביצורים חד-תאיים רבים. הם חסרים בחד-תאיים חסרי הגרעין – החיידקים והארכאונים – מאחר שמקור המיטוכונדריה בחיידקים שחדרו לפני כמיליארד וחצי שנים לתא גדול, שלימים יהיה האב הקדמון של כל התאים בעלי הגרעין. החיידקים הללו – שהם קרובים רחוקים של הוולבכיה – פיתחו שותפות צמודה עם התא שאליו חדרו. עם הזמן הם הפכו מחיידקים עצמאיים החיים בתא לאברונים, שאמנם שמרו על חלק מהחומר הגנטי החיידקי שלהם, אך העבירו חלק ממנו גם ל-DNA הנמצא בגרעין התא המאכסן.

מערכת יחסים אינטימית ביותר, המשנה את שיווי המשקל בטבע. חיידקי וולבכיה | מקור: Science Photo Library

מי צריך זכרים? 

המיטוכונדריה עוברים בתורשה רק מצד האם. אם אתם זכרים, המיטוכונדריה שלכם בצרות – אפילו אם תעמידו צאצאים אתם מבוי סתום מבחינתם. המיטוכונדריה ימותו אתכם בלי לעבור לדור הבא. חיידקי וולבכיה סובלים מבעיה דומה. הם אמנם מסוגלים להדביק מדי פעם יצורים חדשים בדרך "המקובלת", שבה חיה בריאה נדבקת בחיידקים של חיה אחרת, אך דרך ההעברה העיקרית שלהם היא מהאם לצאצאיה.

חיידקי וולבכיה עוברים מדור לדור דרך ביציות מודבקות. תאי הזרע פשוט קטנים מדי בשבילם ואין לחיידקים מקום להסתתר בהם. כך קורה שרק נקבות נשאיות יכולות להבטיח את המשך השושלת של הוולבכיה. זכרים הם סוף הדרך מבחינתו, ומכאן נובעת "שנאת הזכרים" שלו.

במהלך האבולוציה פיתחו חיידקי הוולבכיה כמה דרכים להתגבר על הזכרים הבעייתיים ולהבטיח את הישרדותם של החיידקים עצמם. החיידק מתנהג לשם כך כטפיל רבייתי – הוא משתלט על מערכת הרבייה של מאכסניו ומשנה אותה, כך שתוצאות הרבייה יתאימו לצרכיו. במינים מסוימים של דבוראים (נמלים, דבורים, צרעות ועוד), אקריות ותריפסאים (סדרה של חרקים זעירים), שבהם זכרים מתפתחים מביצים לא מופרות, הוולבכיה מנטרל לגמרי את הצורך בזכרים. הוא מקנה למאכסנות שלו את היכולת לרביית בתולין: הביצים הלא מופרות שהאם מטילה מתפתחות לבנות שהן שיבוט שלה, במקום לבנים. אין צורך בהפריה ולכן גם לא בזכרים הלא שימושיים.

היכולת הזו של הוולבכיה התגלתה ב-1990 כשריצ'רד סטאוטהיימר (Stouthamer) מאוניברסיטת קליפורניה ועמיתיו שמו לב שאנטיביוטיקה "ריפאה" את רביית הבתולין של צרעות טפיליות מהסוג טריכוגרמה (Trichogramma). לאחר הטיפול האנטיביוטי הזכרים הופיעו מחדש ואף הזדווגו עם הנקבות. כשלוש שנים לאחר התגלית זיהו סטאוטהיימר ועמיתיו את האשמים – חיידקי וולבכיה.

להרוג אותם כשהם קטנים

בחלק מפרוקי הרגליים שהוא מדביק, כגון פרפרים ועשים, חיפושיות, זבובים וזוטקרבים, החיידק נפטר מהזכרים בדרך תנ"כית והורג אותם בעודם עוּבָּרים. אמילי דייסון (Dyson) וגרגורי הרסט (Hurst) מיוניברסיטי קולג' בלונדון גילו לדוגמה בשנת 2001 כי אוכלוסיות פרפרי הנימפית Hypolimnas bolina באיי סמואה, אופולו וסוואיאי כללה כמעט אך ורק נקבות. חיידקי הוולבכיה טבחו בזכרים, כך שעל כל 99 נקבות נמצא רק זכר אחד.

הרג מאכסנים זכרים נראה במבט ראשון כבזבוז זמן, שכן כשוולבכיה הורגים זכר הם מתים עמו. עם זאת, כשהנקבות המודבקות בוקעות – לאחר שאחיהן מתו בעודן בביצה – הן אינן צריכות להתחרות בהם על המזון. כמו כן, במקרים רבים האחים המתים הופכים לארוחה הראשונה של הנקבות הצעירות, והרג האחים גם מצמצם את הסכנה לגילוי עריות. כל אלו משפרים במקצת את סיכוי הנקבות לשרוד, להתרבות ולהעביר את החיידקים לדור הבא.

על פי תאוריית האבולוציה צפוי כי הרג נרחב כזה של זכרים יגרום לברירה חזקה להופעת זכרים מוטנטים, שעמידים להרג. ואכן, כבר בשנת 2007 דיווח הרסט שבאיים אופולו וסוואיאי, היחס בין זכרים לנקבות התאזן והגיע ליחס המוכר לנו של 50:50. תוך פחות מעשרה דורות הופיע באוכלוסיית הפרפרים גן לעמידות, בדוגמה לאבולוציה מהירה ביותר. הרסט אומר כי אפשר שהגן התפתח באוכלוסיית הפרפרים באיים או הגיע אליהם בדרך כלשהי מאוכלוסיות פרפרים מאותו מין בדרום מזרח אסיה, שכבר היו עמידות לטבח הזכרים בידי הוולבכיה.

בשלב מסוים נשארו 99 נקבות על כל זכר. נקבה של Hypolimnas bolina | מקור: ויקיפדיה

עדיפות לנקבות נשאיות

למרות שובם של הזכרים, הוולבכיה לא הפסיד במלחמה. הוא חיידק רב תחבולות ועדיין משגשג גם באוכלוסיות הפרפרים העמידות לכאורה. כשהוא מאפשר לזכרים לחיות, או כשהם מצליחים לפתח נגדו עמידות ושורדים, הוא עובר לטקטיקה אחרת הקרויה "אי התאמה ציטופלזמית". החיידק אמנם איננו מסוגל לחדור לתאי זרע, אך יכול להשפיע על הייצור שלהם. הוא משנה את תאי הזרע כך שלא יוכלו להפרות ביציות שלא מודבקות בחיידק מאותו זן. לכן, כשנקבה בריאה – ללא וולבכיה – מזדווגת עם זכר מודבק, ביציה לא יופרו. לעומת זאת, כשנקבה נשאית תזדווג עם זכר כלשהו – נשא או לא נשא – היא תטיל ביצים פוריות וצאצאיה יישאו את החיידק.

המצב הזה מעניק לנקבות הנשאיות יתרון עצום על פני נקבות בריאות. נקבות נשאיות יכולות להזדווג ולהעמיד צאצאים עם כל זכר, בשעה שהבריאות יכולות לעשות את זה רק עם זכרים בריאים. כתוצאה מכך הנקבות המודבקות יהפכו יותר ויותר נפוצות במהלך הדורות, ועד מהרה חלק ניכר מהאוכלוסייה יורכב מזכרים ונקבות נשאים. זו המניפולציה הנפוצה ביותר שעושה החיידק ואפשר למצוא אותה כמעט בכל היצורים שהוולבכיה מדביק.

ניתוח לשינוי מין

הדרך הרביעית שבה החיידק מתמודד עם זכרים היא להפוך אותם לנקבות. רואים את התופעה הזאת במינים מסוימים של פרפרים, פשפשים וסרטנים שווי-רגליים, כגון כדרוּרוֹנים ("אורי כדורי", Armadillidium vulgare).

אצל הכדרורונים, כמו אצלנו, הזוויג נקבע על פי כרומוזומי המין. אצל בני אדם כרומוזום Y קובע את זוויגו של העובר. פרט למקרים יוצאי דופן לנקבות יש שני כרומוזומי מין זהים – XX – ולזכרים שני כרומוזומים שונים – XY. אצל הכדרורונים המצב הפוך, לנקבות יש שני כרומוזומי מין שונים (ZW) ולזכרים יש זוג זהה (ZZ).

אולם באוכלוסיות רבות של "אורי כדורי" הנקבות הן הרוב. באוכלוסיות האלו חיידקי וולבכיה פוגעים בבלוטה מיוחדת של זכרים שנושאים אותם, וכך משרים שינוי הורמונלי שגורם לעוברים עם המטען הגנטי הזכרי ZZ להתפתח לנקבה פורייה. באוכלוסיות כאלה כל ביצית מופרית מודבקת תתפתח לנקבה, בלי קשר להרכב הגנטי שלה. במהלך הדורות כרומוזום המין הנקבי, שייצא משימוש באוכלוסייה המודבקת, ייעלם: לנקבות שהן זכרים גנטיים מודבקים אין כרומוזום נקבי, ולכן הן לא מעבירות אותו לצאצאים שלהן. הזוויג נקבע רק על פי סטטוס ההדבקה בוולבכיה: נקבות הן כדרורונים מודבקים וזכרים הם כדרורונים בריאים.

למרות זאת, נמצאו אוכלוסיות של "אורי כדורי" שכבר אינן מודבקות בוולבכיה אך שומרות על רוב נקבי. על פי הכרומוזומים שלהן הנקבות באוכלוסיות הללו הן זכרים, אך הם אינם נושאים את החיידק.

על פי מחקר שהוצג בספטמבר 2016 בכנס בינלאומי לאנטומולוגיה, הגורם למצב המוזר הזה הוא בכל זאת הוולבכיה. מתברר שהחיידק איננו משחרר את אחיזתו בקלות. הוא אמנם כבר לא נישא בשלמותו בתאיהם של אותם זכרים נקביים, אך חלק ממנו שמור באחד מכרומוזומי ה-Z שלהן. המקטע הגנטי של החיידק, שאחראי על הפיכת כדרורונים זכרים לנקבות, עבר לכרומוזום המין של הזכרים והשתלב בו. למעשה יש באוכלוסיות "אורי כדורי" האלה שני כרומוזומי מין – כרומוזום Z הישן וכרומוזום Z אחר, שמכיל DNA חיידקי והופך את הנושא אותו לנקבה. זוהי אבולוציה של כרומוזום חדש, שאפשר אולי לקרוא לו W.

ניתוח לשינוי מין: החיידק הופך את הזכרים לנקבות באמצעות שינוי הורמונלי. כדרורון | מקור: ויקיפדיה

הנגיף שבתוך החיידק

מעבר של מקטעי DNA מוולבכיה לגנום של מאכסניו מתרחש מדי פעם, כנראה בתיווכו של בקטריופאג' (פאג', בקיצור) – נגיף התוקף חיידקים. ג'ונתן סוויפט כתב בזמנו, "לפרעוש יש פרעושים קטנים יותר שאותו אוכלים, ועליהם פרעושים קטנים יותר שאותם נושכים, וכך זה נמשך עד אין קץ". המשפט הזה נכון לכל היצורים החיים: בתוך כמעט כל חיידקי הוולבכיה החיים בתוך תאים של פרוקי רגליים אפשר למצוא פאג'ים, הקרויים WO על שם החיידק.

אלו פאג'ים מתונים, שיכולים להתרבות בתוך החיידק בשני מסלולים. באחד מהם, הקרוי המסלול הליטי, הפאג'ים משעבדים את מערכות החיידק כדי ליצור עוד ועוד עותקים שלהם, שלבסוף פורצים החוצה תוך שהם ממוססים את החיידק ומביאים למותו. במסלול השני, הליזוגני, ה-DNA של הפאג' משתלב בגנום של החיידק המאכסן ומשתכפל כשהחיידק מתרבה ומתחלק. לעתים פאג' ליזוגני רדום עלול להתעורר ולעבור למסלול הליטי.

כאשר הפאג' פורץ החוצה מחיידקי וולבכיה אל התא המאכסן שלהם, הוא עלול למצוא את עצמו בבעיה. אם אין חיידקי וולבכיה "פנויים" בסביבה הוא צריך לצאת מתוך תא המאכסן, לחדור לתא אחר, למצוא בתוכו חיידקי וולבכיה ולחדור אליהם. האתגר הזה לא פשוט. נגיפים מוגבלים כמעט תמיד לעל-ממלכה אחת של יצורים חיים. למשל נגיפים שמדביקים חיידקים אינם מסוגלים לחדור לארכאונים (סוג של יצורים חד-תאיים) או לתאים בעלי גרעין (כמו של בני אדם ויצורים רב תאיים אחרים) ולהדביק אותם. למרות זאת, נראה ש-WO מצא דרך להתגבר על תאים איקריוטים בדרכו להדביק את מאכסניו החיידקים.

כדי לגלות איך הוא עושה את זה מיפו סת' ושרה בורדנשטיין (Bordenstein) מאוניברסיטת ונדרבילט בטנסי את הגנום של הפאג'. להפתעתם הם מצאו כי כחצי מהחומר הגנטי של הפאג' מקורו בבעלי חיים. אחד מרצפי ה-DNA שהתגלה בו הוא חלק של גן שאחראי על ייצור אחד ממרכיבי הארס של עכבישים מהסוג אלמנה - מרכיב ארס שמסוגל לחורר תאים של בעלי חיים.

בני הזוג בורדנשטיין זיהו גנים נוספים שמקורם בבעלי חיים וקשורים לגרימת מוות תאי, זיהוי גורמי מחלה ובבקרה על מערכת החיסון. הם משערים שהגנים הגנובים, והשילובים החדשים שלהם שנוצרו בפאג', מאפשרים לו לצאת ולהיכנס לתאי בעלי חיים ולהתחמק ממערכת החיסון וממנגנוני הגנה אחרים של היצור שבתוכו החיידק מתאכסן.

היכולת של הפאג' לאמץ גנים מהמאכסנים של חיידקי וולבכיה עשויה להועיל לחיידקים עצמם. אחרי הכול, כשהנגיף רדום הוא משולב בגנום של החיידק, ולכן אפשר להתייחס לכך כמעבר של מקטעי DNA מהמאכסנים לוולבכיה. בריאיון עם אד יונג (Yong) סיפרו הזוג בורנשטיין שהם מצאו עדויות לכך שחלק מהגנים שמעורבים ביכולת של החיידק להשתלט על מערכת הרבייה של מאכסניו יושבים בגנום של הפאג' ולא של החיידק. הממצאים הללו לא פורסמו עדיין בספרות המדעית.

שיתוף פעולה פורה 

כשהוולבכיה לא משחק במערכות הרבייה של מאכסניו, הוא עוזר להם בדרכים שונות ומגוונות שמשפרות את סיכויי ההישרדות שלהם: זחלים של עש נובר עלים מהמין Phyllonorycter blancardella, החיים בעלים של עצי תפוח, מונעים מחלק העלה שהם חיים בו להצהיב ולמות. חיידקי וולבכיה שחיים בזחלים הרעבים מפרישים חומרים שיוצרים בעלה "איים ירוקים" – כתמים ירוקים של רקמות חיות שמאפשרים לזחל להמשיך לאכול ולהגיע לבגרות; פשפשי מיטה מקבלים מחיידקי וולבכיה ויטמיני B שחסרים בארוחות הדם שלהם.

הגנים לייצור ויטמיני B אינם קיימים אצל רוב חיידקי הוולבכיה. אפשר למצוא אותם רק אצל אלה מהם שחיים בפשפשי מיטה או בקרובי משפחתם פשפשי העטלף. הגנים האלה עברו אליהם מהגנום של חיידקים אחרים. נוכחותם סייעה לפשפשים ולכן גם לחיידקים המדביקים אותם, וכך מערכת היחסים בין הוולבכיה לפשפשי המיטה הפכה לניצול הדדי – לשותפות.

אפילו בני אדם יכולים לנצל את החיידק לעזרתם. הוולבכיה אמנם אינו מסוגל להדביק בעלי חוליות כמו בני האדם, אך בהחלט מסוגל להשפיע על יצורים שגורמים להם למחלות. למשל התולעים הטפיליות שבהן הוא חי אינן מסוגלות להתקיים בלעדיו. הטיפול נגדן – למשל נגד התולעים הגורמות לעיוורון נהרות או לאלפנטיאזיס - הוא טיפול קשה שעלול לפגוע במטופלים עצמם, מאחר שתולעים ובני אדם דומים למדי. לעומת זאת, טיפול אנטיביוטי משמיד את החיידקים החיים בתוך התולעים וכך עוצר אותן בלי לפגוע באדם.

התכונה של חיידק הוולבכיה שהכי חשובה לנו היא יכולתו להגן על המאכסנים שלו מפני גורמי מחלות אחרים. ביתושים, למשל, הוא מפעיל גנים שמשפרים את פעילות מערכת החיסון שלהם ומקשה על נגיפים וטפילים אחרים להדביק את היתוש. בנוסף, החיידק מתחרה ישירות, ובהצלחה יתרה, בגורמי המחלה על חומרי מזון וכך מסוגל לבלום את מחוללי המחלה שחמקו ממערכת החיסון של היתוש. ויתושים שלא נדבקים בגורמי מחלה גם לא יעבירו אותם כמובן לאדם שממנו הם ניזונים.

כל מה שצריך כדי לנצל את החיידק לעזרתנו הוא להביא אותו לאזורים שנגועים למשל בזיקה או בקדחת דנגי, ולהדביק קבוצה של יתושים בוולבכיה. יכולותיו המגוונות לשלוט במערכת הרבייה של מאכסניו יבטיחו שתוך זמן קצר הוא יתפשט וידביק את רוב האוכלוסייה, אם לא את כולה וכך יבלום את מחוללי המחלה.