כשגופו של הדיונון זורח לפתע, האור היפה מגיע למעשה מקהילת חיידקים גדולה המאכלסת את גופו. ומה שמעניין שהחיידקים הרבים האלה יודעים כולם "להידלק" ולהתחיל לזרוח באותו רגע בדיוק, והם עוברים למצב הזה רק כשהם יודעים שמספרם גבוה דיו. כיצד הם מצליחים לתאם ביניהם את הרגע שבו הם מתחילים לזרוח במתואם, וכיצד כל זה יכול לעזור לנו במלחמה העיקשת בחיידקים חסיני האנטיביוטיקה?

אנחנו נוטים להתייחס לחיידקים כאל יצורים זעירים ופשוטים, אך התבוננות בחיי הקהילה שלהם מגלה מציאות אחרת. הם מסוגלים לתקשר זה עם זה וליצור מושבות משותפות המגבירות את שרידותם. כך הם הופכים למתוחכמים, קשוחים ומאורגנים הרבה יותר ממה שהעלינו בדעתנו. הם אף יכולים לזהות שמספרם בסביבה גדול ועובר סף מסוים, ואז לשנות בן רגע את אופן פעילותם – מפעילות כבודדים חסרי השפעה הם מתחילים לתפקד כיצור רב תאי כשעל חיידקים שונים מוטלים תפקידים שונים.

ה"אספרנטו" של החיידקים

כשמספרם של החיידקים מועט הם יודעים שאין טעם לתקוף, אז הם מתרבים להם בשקט תוך שיתוף פעולה מועט יחסית. אבל מתברר שהם מסוגלים לספור את עצמם ולדעת מה ריכוזם בסביבה. כשהם מגלים שיש מהם מספיק, הם מסוגלים בבת אחת ובשיתוף פעולה מסונכרן לתקוף אותנו במתואם ולעבור לתפקוד קבוצתי.

אז איך הם מצליחים לספור את עצמם? באמצעות תהליך ספירה שקיבל את השם "חישת קוורום" (Quorum Sensing) שמבוסס על שפות כימיות. לכל זן חיידקים יש שפה פרטית נפרדת, ונוסף לה, יש גם שפה אחידה לכל החיידקים. כך גם חיידקים מזנים שונים לחלוטין מסוגלים לתקשר בניהם באמצעותה, בדומה לשפת ה"אספרנטו" הבין-לאומית שניסתה לגשר בין אנשים ממוצאים שונים. השפה של החיידקים היא כימית והמילים בה מורכבות ממולקולה ייעודית ("משרן עצמי") שהחיידקים פולטים לסביבה.

איך זה פועל בשטח?

כשיש חיידקים רבים, וכל אחד מהם פולט את אותו "משרן עצמי", ריכוזו של המשרן בסביבה עולה וכך יכולים החיידקים ללמוד על ריכוזם בסביבה. כשהם מבינים שמספרם עבר סף מסוים, הם משנים את התנהלותם ומתחילים לפעול כקבוצה מתואמת. ברמה הביולוגית זה אומר שכשריכוז ה"משרן העצמי" גבוה מספיק, הוא חודר לתאי החיידקים וכמו בהפעלת מתג, גורם להם להפעיל גנים אחרים, כאלה הנדרשים במצב של שיתוף פעולה קבוצתי. במקרה של חיידקי הדיונון למשל, במצב שיתוף הפעולה מופעלים הגנים המעורבים בהפקת האור.

אמצעי נוסף המאפשר לחיידקים לפתח חסינות לאנטיביוטיקה הוא יכולתם לשתף זה את זה באופן מיידי במידע גנטי. אם בעקבות "משא ומתן" שני חיידקים מחליטים להעביר מידע גנטי זה לזה, נפרסת ביניהם צינורית דקיקה שדרכה מועבר המידע. כך החיידק שמקבל את המידע יכול ללמוד כיצד להתמודד עם אנטיביוטיקה מסוימת, ולשדרג את עצמו במהירות ברמה הגנטית כדי לשפר את עמידותו.

ביופילם – חוסן שנוצר משיתוף פעולה

בשנים האחרונות מתברר שמאחורי רבים מהחיידקים חסיני האנטיביוטיקה, ניצבים "ביופילמים" – הצטברויות גדולות של חיידקים הנצמדים למשטחים ויוצרים מבנים מורכבים ונוקשים. מבנים אלה גם ניצברים מאחורי רבות מהמחלות הכרוניות.

המבנה נוצר כשחיידקים בודדים נצמדים למשטח ויוצרים שכבה ראשונית שאליה נדבקים חיידקים נוספים. כדי להבטיח את המבנה המגובש של קהילה זו ולגונן על חלקיו הפנימיים של המבנה, החיידקים דואגים להקיף את עצמם בחומר נוקשה ודביק שקיבל את הכינוי "מטריקס". חומר זה מבוסס על סוכר מורכב והוא מונע מחומרים אנטיביוטיים לחדור פנימה לביופילם. הביופילם יכול להתפתח על משטחים חיצוניים, כמו וילונות או צינוריות פלסטיק, או בתוך גופנו, כמו על השיניים או בכלי הדם.

הביופילם מתפקד כישות רב-תאית שמתקיימת בה חלוקת תפקידים ברורה. חלק מהחיידקים אחראים על פירוק הסוכרים, אחרים אחראים להיקשר לחומרים כמו חמצן או מינרלים ולאסוף אותם, וקיימים עוד תפקידים רבים נוספים. מוקמת גם מערכת תעלות מסועפת שתפקידה לוודא שכל החומרים הנדרשים יופצו בקרב כל חיידקי הקהילה, שהפסולת תפונה ושמולקולות המשמשות לתקשורת יוכלו לעבור בין החיידקים.

"הארכיטקטורה הזאת מאוד מעניינת", אומרת פרופ' חנה אנגלברג-קולקה מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית בביה"ס לרפואה של האוניברסיטה העברית בריאיון לאפוק טיימס, "אבל לעת עתה היא עדיין חידה מסוימת".

מרגע שנוצרת קהילת הביופילם בעלת מבנה נוקשה, קשה הרבה יותר למערכת החיסון שלנו ולתרופות המקובלות להגיע לחיידקים שבתוכה. אמנם האנטיביוטיקות מסוגלות להרוס חלק מהביופילם, אך די בחיידקים ספורים המצליחים לשרוד את ההתקפה ולהתפתח שוב מייד לאחר סיומו של הטיפול האנטיביוטי, וכך חזרנו לנקודת ההתחלה. במצב זה, החיידקים ששרדו עוד ועוד התקפות אנטיביוטיות מפתחים חסינות מוגברת יותר ויותר.

במקרה של מחלות כרוניות, ביופילמים חסונים וגדולים מתפקדים גם כמאגרים המחזיקים בקרבם כמות מסוימת של חיידקים "חופשיים" שמהם הם משחררים מעט בכל פעם. אותם חיידקים "חופשיים" המשתחררים בגוף מעוררים שוב את הסימפטומים של המחלה וגורמים להתקף מחודש שלה.

בשנות ה-70 וה-80 התבררה שכיחותם הרבה של מבני הביופילמים, וגם עד כמה חיי הקהילה בהם עשירים ומפותחים. במקביל, החלו החוקרים לזהות את הקשר הישיר שלהם למגוון מחלות המטרידות אותנו זמן ממושך, חלקן אפילו קטלניות כמו מגפת הכולירה, מחלת הסיסטיס פיברוזיס הכרונית, ומחלות רבות נוספות.

פרופ' אשל בן יעקב מבית הספר לפיזיקה באוניברסיטת תל אביב, מהחלוצים בחקר התקשורת הבין-חיידקית, טוען, "ברגע שמבינים שהם יצורים אינטליגנטים, מפתחים דרכים להתחכם להם".

הלוחמה בביופילם

כפי שציינו, קשה יחסית להיפטר מהחיידקים מרגע שהצטרפו לקהילת הביופילם, ולכן רבים מהמאמצים מופנים למניעת היווצרות הביופילם מלכתחילה.

לדוגמה, מתברר שברזל חיוני הן כמרכיב להתפתחות החיידקים עצמם והן כחומר המשמש בתקשורת ביניהם. לפיכך יש המציעים לפגוע ביכולתם של החיידקים לספוג אליהם ברזל.

אחת הבעיות החמורות שיוצרים הביופילמים היא הזיהום שהם יוצרים על ציוד רפואי חודרני כמו קטטרים וסכינים כירורגיים. לכן חוקרים רבים שוקדים על פיתוח משטחים המונעים הידבקות של ביופילמים. יש מחקרים המתמקדים בפיתוח משטחי פלסטיק ייחודיים ואחרים בציפוי הציוד הרפואי בחלקיקי ננו המונעים מחיידקים להיצמד אליו.

יש המציעים להיעזר בחומרים מן הטבע. חוקרים מטייוואן פרסמו במארס 2011 ש-PGG, מרכיב פעיל בצמחים המשמשים את הרפואה הסינית, יעיל במניעת היווצרות ביופילמים על משטחים פלסטיים.

לוחמה ביולוגית

כיוון נוסף שנבחן הוא חיידקים טורפים שיאכלו את גוש החיידקים ויפרקו אותו מבפנים. ביוני 2011, חוקרים מאוניברסיטת נוטינגהם שבבריטניה הציעו להשתמש בחיידקים טורפים ממין Bdellovibrio, המסוגלים לחדור לתאי חיידקים הגדולים מהם ולעכל אותם מבפנים.

אמצעי אפשרי נוסף הוא שימוש באויביהם הטבעיים של החיידקים – נגיפי הבאקטריופאג', שקיבלו את הכינוי "אוכלי החיידקים". נגיפים אלו חודרים לתאי החיידקים, מתרבים בתוכם ומפרקים אותם מבפנים. חוקרים מה-University College London, הדגימו את יכולתם של בקטריופאג'ים לסייע לסובלים מדלקות אוזניים חוזרות ונשנות שהאנטיביוטיקות המקובלות אינן מסוגלות לעזור להם.

לוחמה אלקטרונית – לשבש את התקשורת

בשנים האחרונות חוקרים רבים לומדים את מנגנון הספירה של החיידקים "חישת הקוורום", כדי ללמוד כיצד לשבש את פעולתו. מרגע שמשתבשת יכולתם של החיידקים לספור את עצמם ולזהות שמספרם גדול דיו, נפגעת יכולתם לעבור לאופן הפעולה הקבוצתי המאפשר את בניית הביופילם. פרופ' בן יעקב מציין כי "המלחמה הטובה ביותר היא לשבש להם את התקשורת… בתקשורת החוכמה היא כל הזמן לבלבל אותם וברגע שאתה מבלבל להם את התקשורת קשה להם יותר לפתח שיטות חדשות".

פרופ' בן יעקב מציע מגוון אמצעי לוחמה מולם. שיבוש התקשורת היא האפשרות הפשוטה ביותר, אך לדבריו ניתן לפנות לכיוונים מתוחכמים יותר: בין היתר הוא מציע לנצל את יכולתם של החיידקים לשתף זה את זה במידע גנטי כדי להפיץ ביניהם מידע גנטי שתול שיזיק להם.

אנגלברג-קולקה מציעה להיעזר במנגנון התאבדות הקיים אצל חיידקים כחלק משיתוף הפעולה שלהם. במצבי עקה מסוימים חלק מהחיידקים מקריבים את עצמם כשהם מפעילים גנים של השמדה עצמית שמצויים בהם, ו"מתאבדים" כדי לשפר את יכולת עמיתיהם להתמודד עם המצב. אנגלברג-קולקה ועמיתיה מצאו חומר המעורב בתקשורת המתאמת את התאבדות הזו, וכך הם מציעים ליזום התאבדות קבוצתית. היא מוסיפה כי תהליכי התאבדות "מתרחשים באוכלוסיות צפופות, גם בביופילמים".

ומה לגבי יישום בשטח, כמו בבתי חולים או בתעשיית התרופות? שני החוקרים טוענים שתעשיית התרופות אינה מדביקה בינתיים את הקצב של המחקר האקדמי. אנגלברג-קולקה סבורה שממשלות צריכות ליזום פרויקט עולמי בנושא.

"כעיקרון, יש ידע ויש כל הכלים. עכשיו למה לא עושים את זה? כי ברפואה, מה שקורה בפיתוח תרופות זה סיפור שלם וארוך ועצוב", אומר בן יעקב, "זה עצוב, אבל התפקיד שלכם כעיתונאים זה לגרום לאנשים לשאול את השאלה 'למה?'".