נגיף ה'רפונזל': מוזרות אבולוציונית: זנב ארוך במיוחד מספק חלון לאופן שבו נגיפים מדביקי חיידקים מתאספים

בקטריופגים הם קבוצה של וירוסים שמדביקים ומשתכפלים בחיידקים והם הדברים הנפוצים והמגוונים ביותר על פני כדור הארץ.

"בקטריופגים, או בקיצור פאג'ים, נמצאים בכל מקום שבו נמצאים חיידקים, כולל הלכלוך והמים סביבך וגם במערכת האקולוגית המיקרוביאלית של הגוף שלך", אמרה אמילי אג'נלו, סטודנטית לתואר שני בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת מסצ'וסטס צ'אן והמנהלת מחבר על המחקר.

בניגוד לרבים מהנגיפים שמדביקים בני אדם ובעלי חיים המכילים רק תא אחד, הפאג'ים מורכבים מזנב המחובר למעטפת חלבון דוקרנית דמוית פריזמה המכילה את ה-DNA שלהם.

זנבות פאג', כמו תסרוקות, משתנים באורך ובסגנון; חלקם ארוכים וקופצניים בעוד אחרים קצרים ונוקשים. בעוד שלרוב הפאג'ים יש זנבות קצרים ומיקרוסקופיים, ל-"Rapunzel bacteriophage" P74-26 יש זנב ארוך פי 10 מרובם ואורכו כמעט 1 מיקרומטר, בערך ברוחב של משי של עכביש כלשהו. הכינוי "רפונזל" נגזר מהאגדה שבה ילדה עם שיער ארוך במיוחד ננעלה במגדל על ידי מכשפה רעה.

בריאן קלץ', פרופסור חבר לביוכימיה וביוטכנולוגיה מולקולרית ב-UMass Chan שפיקח על העבודה, תיאר את P74-26 כבעל "מפלצת של זנב".

זנבות הפאג חשובים לניקוב חיידקים, המצופים בחומר צפוף וצמיג. הזנב הארוך של P74-26 מאפשר לו לפלוש ולהדביק את החיידקים הקשים ביותר. לא רק של-P74-26 יש זנב ארוך במיוחד, אלא שהוא גם הפאג' היציב ביותר, המאפשר לו להתקיים ולהדביק חיידקים שחיים במעיינות חמים שיכולים להגיע למעל 170 מעלות פרנהייט. חוקרים חוקרים את P74-26 כדי גלה מדוע וכיצד זה יכול להתקיים בסביבות קיצוניות כאלה.

כדי לעבוד עם פאג' שמשגשג בטמפרטורות גבוהות כל כך, נאלצה אגנלו להתאים את תנאי הניסויים שלה כדי לשדל את זנב הפאג' להרכיב את עצמו במבחנה. קלץ' אמר שאג'לו יצרה מערכת שבאמצעותה היא יכולה לגרום להרכבה עצמית מהירה של הזנב.

"כל זנב פאג' מורכב מאבני בניין קטנות רבות שמתחברות יחד ליצירת צינור ארוך. המחקר שלנו מגלה שאבני הבניין הללו יכולות לשנות צורה, או מבנה, כשהן מתחברות", אמר אג'נלו. "התנהגות משנה צורה זו חשובה כדי לאפשר לאבני הבניין להתאים זה לזה וליצור את המבנה הנכון של צינור הזנב."

החוקרים השתמשו בטכניקות הדמיה בעוצמה גבוהה כמו גם בהדמיות ממוחשבות ומצאו שאבני הבניין של הזנב נשענות זו על זו כדי לייצב את עצמן.

"השתמשנו בטכניקה שנקראת מיקרוסקופ קריו-אלקטרון, שהוא מיקרוסקופ ענק המאפשר לנו לצלם אלפי תמונות וסרטים קצרים בהגדלה גבוהה מאוד", הסביר אג'נלו. "על ידי צילום המון תמונות של צינורות הזנב של הפאג' וערימתם יחד, הצלחנו להבין איך בדיוק אבני הבניין משתלבות זה בזה."

הם גילו ש-P74-26 משתמש במנגנון "כדור ושקע" כדי לחזק את עצמו. בנוסף, הזנב נוצר מטבעות מוערמות אנכית של מולקולות היוצרות תעלה חלולה.

"אני אוהב לחשוב על אבני הבניין של הפאג'ים האלה כמו סוג של לגו," אמר קלץ'. "ללגו יש ניטים בצד אחד והחורים או השקעים בצד השני."

הוא הוסיף: "דמיין לגו שבו השקעים מתחילים סגורים. אבל כשאתה מתחיל לבנות עם הלגו, השקעים מתחילים להיפתח כדי לאפשר לחתיכים בלגו אחרים לבנות מכלול גדול יותר. תנועה זו היא דרך חשובה שבה אבני הבניין של הפאג' הללו מווסתות את ההרכבה שלהן בעצמן."

Kelch ציין שבהשוואה לרוב הפאג'ים, P74-26 משתמש במחצית ממספר אבני הבניין כדי ליצור טבעות ערימה המרכיבות את הזנב.

"אנחנו חושבים שמה שקרה הוא שנגיף עתיק כלשהו איחד את אבני הבניין שלו לחלבון אחד. דמיינו לעצמכם שתי לבני לגו קטנות מתמזגות ללבנה אחת גדולה ללא תפרים. הזנב הארוך הזה בנוי עם אבני בניין גדולות וחסונות יותר", הסביר קלץ'. "אנחנו חושבים שזה יכול לייצב את הזנב בטמפרטורות גבוהות."

החוקרים מתכננים כעת להשתמש במניפולציה גנטית כדי לשנות את אורך זנב הפאג' ולראות כיצד זה משנה את התנהגותו.

הפאג'ים תופסים כמעט כל פינה בעולם והם חשובים למגוון תעשיות כמו בריאות, שימור הסביבה ובטיחות מזון. למעשה, פאגים עם זנב ארוך כמו P74-26 שימשו בניסויים קליניים ראשוניים לטיפול בזיהומים חיידקיים מסוימים.

"בקטריופגים זוכים להתעניינות הולכת וגוברת כחלופה לאנטיביוטיקה לטיפול בזיהומים חיידקיים", אמר Agnello. "על ידי לימוד הרכבת פאג'ים, נוכל להבין טוב יותר כיצד וירוסים אלו מתקשרים עם חיידקים, מה שעלול להוביל לפיתוח של טיפולים מבוססי פאג יעילים יותר… אני מאמין שחקר דברים ייחודיים ומעניינים יכולים להוביל לממצאים ויישומים שאנו יכולים" אפילו עדיין לא לדמיין."