יום שלישי, 26 בנובמבר 2013

מכסחי החלבונים


החלבונים הם ה"גמדים הקטנים" בתאים חיים שמוציאים לפועל את כל התפקידים התאיים. חלבונים מתורגמים מהצופן הגנטי,  הוא הדנ"א, וחולשים על כל תחומי החיים – החל בפעילויות היצור השלם (למשל תנועה, נשימה וחילוף חומרים), ועד ויסות של פעילות אנזימים והורמונים בתוך תאים.
אבני הבניין של חלבונים הן 20 חומצות אמיניות שיוצרות שרשראות ארוכות. חלבונים שונים נבדלים זה מזה באורך השרשרת, רצף החומצות האמיניות שלה וצורת הקיפול שלה למבנה תלת מימדי. חלבונים שונים זה מזה אף בתכונה נוספת – זמן החיים שלהם. יש חלבונים שחיים ומתפקדים לזמנים ארוכים מאוד, ואילו אחרים פועלים לטווחי זמן קצרים ביותר. חלבון שסיים את תפקידו חייב לעבור חיסול מיידי וממוקד על מנת שלא יישאר בתא ויפריע לתפקודו. חלבון שכזה מסומן בחלבון מוות המוכר כ"אוביקויטין", ועל גילויו זכו שני חוקרים ישראלים בשנת 2004 בפרס נובל לכימיה. חלבון שמסומן באוביקויטין מיועד לפירוק באחת משתי מערכות ייעודיות המצויות בתא. הראשונה היא הפרוטאזום - צבר ענק של חלבונים היוצר מבנה של מגרסה זעירה, וקוצץ את החלבונים לפיסות קצרצרות. המערכת השנייה נקראת ליזוזום - אברון דמוי בועית בתוך התא שפועל כמו "מיקרו- קיבה" שמפרקת את החלבונים.


הפרוטאזום: קווים לדמותו. איור: טלי ברמן

פירוק יעיל של חלבונים הוא קריטי לתיפקודו התקין של התא ושל היצור השלם. מחלות רבות נובעות מכך שחלבונים פגומים, או כאלה שסיימו את תפקידם, לא מסולקים כראוי ומצטברים בתא. מחלות מוכרות הן הנטינגטון, פרקינסון ואלצהיימר. הפגיעה בפירוק החלבונים נובעת מתפקוד לקוי של הפרוטאזום. האם במצב כזה ניתן להגביר את פעילות הליזוזום, מערכת פירוק החלבונים החליפית, ולהחזיר את התא לתפקוד תקין?

במעבדה של ד"ר אלה פיק מהחוג לביולוגיה וסביבה חושבים שכן. במעבדה חוקרים שמרי אפיה, יצורים בעלי תא יחיד, שהמבנה הבסיסי שלו דומה לתא אנושי. בתאי השמרים, כמו גם בתאים שלנו, פועל צבר חלבוני חשוב נוסף המכונה CSN. צבר זה מבקר את סימון החלבונים המיועדים לפירוק בפרוטאזום. במחקר משותף עם חוקרים מאיטליה עלה הרעיון, שעיכוב צבר ה CSN עשוי לייעל את פירוק החלבונים בליזוזום במקרים שבהם פעילות הפרוטאזום לקויה.


צוות המחקר הישראלי-איטלקי
ניסויים במעבדה הראו, כצפוי, שפגמים בפרוטאזום גורמים להצטברות של חלבונים לא מקופלים בתאי השמרים.  אולם , אם הפגם בפרוטאזום משולב עם פגם בCSN , התוצאה היא שהליזוזום גדל, וככל הנראה פועל ביתר מרץ כמערכת פירוק משלימה ש"מפצה" על המחסור בפעילות הפרוטאזום. בימים אלה מנסות הקבוצות לברר האם תוצאות הניסויים בשמרים תקפות גם בתאי אדם. אם כן, ניתן יהיה בעתיד לטפל במחלות שנובעות מפגיעה בפעילות הפרוטאזום על ידי תרופות המונעות את פעילות הCSN . כך אפשר יהיה להתגבר על הפגיעה על ידי הפעלת מערכת הפירוק השנייה – ולפרק חלבונים בליזוזום.





השותפים האיטלקים נמצאים בדרכם לביקור אינטנסיבי בארץ על מנת לסכם את המחקר עד כה ולתכנן את שלבי המחקר הבאים. המחקר ממומן על ידי משרד המדע הישראלי וממשלת איטליה.





יום רביעי, 20 בנובמבר 2013

משק כנפי הצמחים

לצמח הדבורנית, קרוב משפחה של הסחלב, יש דרך ייחודית למשוך דבורים מאביקות: פרח הדבורנית נראה כמו דבורה, ומדיף ריח שמחקה את ריח הגוף של נקבות דבורים. זכרי הדבורים נמשכים לפרחים, עולים עליהם ומנסים להזדווג אתם. תוך כדי ניסיונות ההזדווגות, הם מעבירים אבקה מפרח לפרח, מה שמאפשר לדבורנית הפריה ורבייה.


צמחים מחקים חרקים: פרח הדבורנית
זכרי דבורים מתחרים על "הזדווגות" עם פרח דבורנית


במאמר שהתפרסם לפני כשנה, מציעים הפרופסורים שמחה לב-ידון וגידי נאמן  מהחוג לביולוגיה וסביבה תפקיד נוסף למראה יוצא הדופן של פרחי הדבורנית. בעלי חיים רבים, מזחלי פרפרים ועד פילים, נרתעים מדבורים. אולי פרחים המחקים דבורים מספקים לדבורנית הגנה מפני אוכלי צמחים?
האפשרות שצמחים מחקים חרקים, וזוכים בהגנה מפני טריפה, נבדקה בעבר בצמחים אחרים. לדוגמה, העלים של חלק  ממיני הפסיפלורה מנוקדים בנקודות צהובות. נקודות אלה דומות מאוד לביצי הפרפר,  שזחליו ניזונים מהפסיפלורה. ידוע ממחקרים קודמים של חוקרים אמריקאים, שהפרפרים נמנעים מלהטיל על עלים מנוקדים, אולי כי נדמה להם שיש כבר הטלה קודמת על העלים.  

נקודות דמויות ביצי פרפרים על עלה פסיפלורה
ביצי פרפרים אמיתיות על עלי הפסיפלורה
אם לוקחים את הרעיון צעד אחד הלאה, אפשר לחשוב גם על צמחים שמחקים פרפרים בוגרים. בצמח הטרופי דסמודיום, העלעלים שבבסיס העלים נעים באופן עצמאי מדי כמה דקות, כפי שרואים בסרטון שלמטה. במאמר נוסף שהתפרסם לאחרונה, לב-ידון מעלה את האפשרות, שהתנועה הזו מחקה את משק כנפיו של פרפר בזמן נחיתה על הצמח. האם גם חקיינות כזו מגינה על הצמח מפני מתקפות של חרקים אמיתיים?


יום שלישי, 12 בנובמבר 2013

הכל דבש: חיידקים בצוף פרחים

מקורו של הדבש שאנחנו אוהבים לאכול הוא בצוף, תמיסה עשירה בסוכרים שנמצאת בכמויות זעירות בפרחים. דבורי הדבש מבקרות בפרחים רבים בזה אחר זה, מלקקות את הצוף שבתוכם ובולעות אותו. אחרי שהדבורים חוזרות לכוורת, הן מקיאות את הצוף לתאי אגירה בחלת הדבש. לאחר מכן הדבורים חותמות את התאים בדונג, והדבש שבפנים נשמר עד שהכוורנים רודים אותו. יש אנשים שהמחשבה על התהליך הזה מטרידה אותם.

דבורה אוספת מזון בפרח

מעניין לא פחות לגלות שהצוף עצמו שוקק חיים. תלמידות המחקר סבטלנה פרידמן ויאנה אייזנברג-גרשטיין, יחד עם ד"ר מלכה הלפרן, פרופ' עדו יצחקי וד"ר יורם גרשמן, מצאו חברות עשירות ומגוונות של חיידקים החיים בתוך צוף פרחים. הצוות דגם צוף משלושה מיני צמחים: שקד, אשכולית וטבק. כל צמח התאפיין בהרכב חיידקים שונה. יתר על כן, כמחצית ממיני החיידקים שנמצאו בצוף אינם מוכרים משום מחקר קודם, כלומר אלה הם כנראה חיידקים ייחודיים לסביבת החיים של הצוף.


 





הרכב החיידקים בצוף נבדק בפרחי האשכולית (עליון), השקד (אמצעי) והטבק (תחתון)

מאיפה מגיעים החיידקים לצוף? אחת ההשערות היתה שהם נישאים על גופן של דבורי דבש, ועוברים יחד איתן מפרח לפרח. לכן אפיינו החוקרים גם את הרכב החיידקים על הרגליים והלשון של דבורים. הם גם כיסו ניצני פרחים של שקד ואשכולית בעזרת כילות בד, כך שדבורים לא יכלו לנחות עליהם. אחרי שהפרחים נפתחו, בדק הצוות האם הצוף שבתוכם מכיל חיידקים למרות שפרחים אלה לא באו במגע עם דבורים.

הלשון והרגליים נוגעים בפרח בזמן שהדבורה אוכלת

חיידקים רבים ומגוונים נמצאו בכל שלושת בתי הגידול שנבדקו: על גוף הדבורים, בצוף הפרחים שנחשפו לביקורי דבורים ובצוף הפרחים שכוסו בכילות.  אבל הרכב מיני החיידקים לא היה אחיד בבתי הגידול השונים: על גוף הדבורים ובצוף הפרחים שהן ביקרו חיו חיידקים דומים, ואילו בצוף הפרחים המכוסים נמצאה חברת חיידקים שונה לגמרי.

האם החיידקים שבצוף משפיעים על תכונותיו? על טעמו של הדבש שאנחנו אוכלים? על העדפות הפרחים של הדבורים? על הצלחת ההאבקה של הפרחים? שאלות אלה מציתות את הדמיון ודורשות מחקר נוסף.

מאמר על הקשר בין דבורים, חיידקים וצוף התפרסם לאחרונה בכתב העת PLOS ONE.

יום שלישי, 5 בנובמבר 2013

שומרים על האויבים

חרקים אוכלי צמחים פוגעים ביבולים חקלאיים וגורמים לנזקים כלכליים כבדים בארץ ובעולם. נהוג להדביר את המזיקים החקלאיים באמצעות חומרים קוטלי חרקים, אבל הדברה כזו כרוכה במחיר כבד. מצד אחד, חומרי ההדברה רעילים לאדם ולסביבה, ולכן יש הגבלות רבות על השימוש בהם. ומצד שני, המזיקים מפתחים עמידות נגד קוטלי החרקים תוך שנים ספורות, כך שהחומרים מאבדים מיעילותם עם הזמן.

גישת ההדברה המשולבת מבקשת להפחית את השימוש בקוטלי חרקים, ולשלב שיטות חליפיות לדיכוי המזיקים החקלאיים. אחת השיטות הללו היא הדברה ביולוגית משמרת. הרעיון הוא להפוך את הסביבה החקלאית לידידותית יותר לאויבים טבעיים – טורפים וטפילים מקומיים של החרקים המזיקים. אלה יקטינו את אוכלוסיות המזיקים, מה שיפחית את הנזק לגידול החקלאי.

צרעות טפיליות מטילות ביצים בתוך או על גופם של פרוקי רגליים אחרים, המשמשים להם פונדקאים. הזחלים הבוקעים מביצי הצרעות אוכלים את הפונדקאים ולבסוף הורגים אותם, ולכן הם אויבים טבעיים יעילים. הצרעות הבוגרות, לעומת זאת, ניזונות מצוף פרחים. חלקן אף זקוקות לארוחת צוף כדי להבשיל ביצים במערכת הרבייה שלהן. מחקרים, שנערכים בחוג לביולוגיה וסביבה, מנסים לעודד צרעות טפיליות מועילות בחלקות חקלאיות בעזרת שתילת צמחי צוף בשולי השטח.

כנימות קמחיות


המחקר הראשון נערך על ידי ד"ר תמר קיסר מאורנים בשיתוף עם ד"ר אלי הררי ממרכז וולקני, ד"ר רקפת שרון ממו"פ צפון, ד"ר תרצה זהבי משה"ם וד"ר אפרת גביש-רגב מאוניברסיטת תל-אביב. הכנימה הקמחית של הגפן, מזיק חקלאי חשוב בכרמים, עמדה במרכזו של ניסוי בארבעה כרמי יין באיזור זכרון יעקב. החוקרות שתלו ערוגה עם כוסברה, פטרוזיליה ושמיר בפינה אחת של כל כרם, בתוספת לצמחית הבר שגדלה באופן טבעי בשולי החלקה (חלקת "שתילה"). צמחים אלה התאימו לניסוי מפני שיש להם פרחים עשירים בצוף ונגישים לחרקים קטנים. פינה שנייה, שגבלה בדרך עפר ו\או בשדה חרוש, שימשה כחלקת "כיסוח". פינה שלישית, שגבלה בצמחיה עשבונית מקומית ללא תוספת שתילה, כונתה חלקת ה"עשביה". החוקרות עקבו אחרי הכנימות הקמחיות המזיקות ואחרי האויבים הטבעיים שלהן לאורך הקיץ ועד לבציר.


צמחים שתולים בכרם. צילום: שרון ורבורג-הכט

נראה, שצמחים בשולי הכרם אכן מביאים תועלת: בטיפול הכיסוח היו כנימות מזיקות רבות יותר על הגפנים מאשר בטיפולי השתילה והעשבייה. כמאה מינים של צרעות טפיליות זעירות נמצאו על הצמחים השתולים ועל צמחי הבר שבשולי החלקות. שתי צרעות מתוכן הן טפילות מוכרות של הכנימה הקמחית של הגפן (אחת מהן מוצגת בצילום). ייתכן שגם צרעות נוספות שנמצאות על הצמחים תוקפות את הכנימה הקמחית, אבל כדי לברר זאת דרוש מחקר נוסף.  

הצרעה הטפילית Anagyrus pseudococci, אויב טבעי חשוב של כנימות קמחיות


התברר גם שחלק מהצמחים בשולי החלקות כלל לא הגיעו לפריחה לאורך תקופת הניסוי, אבל בכל זאת נמצאו עליהם צרעות טפיליות בשפע. האם חלק הצרעות אינן זקוקות לצוף שבצמחי השוליים? ואם כך הדבר, מדוע הן בכלל נמצאות על הצמחים? מחקר המשך, שחוקרים בחוג עורכים כעת במטעי רימונים, בודק את השאלות הללו.


כתבה מפורטת על הפרויקט התפרסמה בירחון "יבול שיא".