מדענים מוצאים קרם הגנה טבעי החבוי בחיידקי מעיינות חמים

ציאנובקטריה הם חיידקים פוטוסינתטיים המייצרים חמצן וידועים ביכולתם לשרוד בסביבות קשות. כדי להתמודד עם מתח קיצוני, הם מייצרים מגוון רחב של תרכובות כימיות. בין אלה ניתן למנות חומצות אמינו דמויות מיקוספורין (MAA), שהן מולקולות קטנות ומסיסות במים הקולטות קרינה אולטרה סגולה (UV). MAA מסייעים בהגנה על התאים מפני נזקי השמש ומתפקדים כנוגדי חמצון על ידי נטרול מיני חמצן תגובתיים (ROS) הנגרמות על ידי מתח. למרות שהמולקולות הללו חולקות מסגרת מבנית בסיסית, הווריאציות שלהן גורמות לפעילויות ותפקודים ביולוגיים שונים.

עניין גובר בהגנת UV בטוחה יותר

כאשר החששות מתגברים על חשיפה ל-UV ועלייה בשיעורי סרטן העור, מדענים מחפשים תרכובות בטוחות יותר המציעות הגנה יעילה מהשמש. מסנני קרינה כימיים קונבנציונליים יכולים לחסום קרני UV, אך הם גם קשורים לתגובות אלרגיות ותופעות לוואי לא רצויות אחרות. MAA בולטים מכיוון שהם תואמים ביו ונחשבים בטוחים לשימוש אנושי. תכונות אלו הופכות אותם למועמדים מבטיחים לביוטכנולוגיה בת קיימא וייצור בקנה מידה גדול של חלופות קרם הגנה טבעיות.

גילוי במעיינות החמים של תאילנד

במחקר חדש, חוקרים בראשות פרופסור Hakuto Kageyama מאוניברסיטת Meijo ופרופסור Rungaroon Waditee-Sirisathha מאוניברסיטת Chulalongkorn זיהו MAA חדש המיוצר על ידי ציאנובקטריה תרמופילית החיים במעיינות חמים בתאילנד. מעבר לזיהוי מולקולה חדשה, המחקר שופך אור על האופן שבו אורגניזמים אלו מסתגלים לסביבות קיצוניות. "הבנת הביוסינתזה המגיבה ללחץ בציאנובקטריה קיצונית עשויה להאיץ את הביוטכנולוגיה התעשייתית לייצור פיגמנטים טבעיים ונוגדי חמצון", אומר פרופ' קגייאמה כאשר הוא מתאר את המוטיבציה מאחורי העבודה. המחקר הפך לזמין באינטרנט ב-01 בדצמבר 2025, ופורסם מאוחר יותר בכרך 1009 של Science of The Total Environment ב-20 בדצמבר 2025.

מולקולה ייחודית עם תכונות כימיות נדירות

צוות המחקר בודד שמונה זנים של ציאנובקטריות עמידות בחום מהמעיין החם בו קלואנג במחוז ראצ'אבורי, תאילנד. במהלך ניסויי מעבדה, זן אחד המכונה Gloeocapsa species BRSZ יצר תרכובת סופגת UV שלא הייתה ידועה בעבר כאשר נחשף לאור UV-A ו-UV-B. התרכובת, שזוהתה כ-β-Glucose-bound hydroxy mycosporine-sarcosine (GlcHMS326), נבחנה לאחר מכן בפירוט כדי להבין את המבנה והתפקוד שלה.

GlcHMS326 בולט כשהוא עובר שלושה שינויים כימיים ברורים: גליקוזילציה, הידרוקסילציה ומתילציה. שינויים אלה לא דווחו בעבר ב-MAAs שמקורם בציאנובקטריה. ניתוח גנטי גילה שהציאנובקטריה האחראית לייצור תרכובת זו מכילה קבוצה ייחודית של גנים הקשורים לשינויים כימיים אלו.

מופעל על ידי אור UV ולחץ מלח

הייצור של GlcHMS326 גדל באופן משמעותי כאשר הציאנובקטריות נחשפות לתנאי UV-A, UV-B ומלח גבוה. למרות שהאורגניזמים מקורם במעיינות חמים, תרכובת ספציפית זו אינה מופעלת על ידי מתח חום. השינויים הכימיים שנמצאו ב-GlcHMS326 תורמים למבנה יוצא הדופן שלו ולביצועים משופרים.

מתילציה ידועה כמשפרת את היציבות, ספיגת UV ופעילות נוגדת החמצון של תרכובות MAA. מאמינים כי גליקוזילציה תומכת עוד יותר ביציבות, הגנת הפוטו והגנה נוגדת חמצון. בהשוואה ל-MAA נפוצים יותר, GlcHMS326 מפגין פעילות חזקה יותר של ניקוי רדיקלים חופשיים, מה שמעיד על כך שהמבנה המותאם שלו ממלא תפקיד מפתח בהגברת פוטנציאל נוגדי החמצון שלו.

תובנות לגבי אבולוציה וסובלנות ללחץ

המחקר מציע תובנה חדשה לגבי האופן שבו ציאנובקטריות בסביבות קיצוניות פיתחו מסלולים מטבוליים מיוחדים לייצור תרכובות טבעיות להגנה מפני קרינת UV. נראה כי ה-MAA הייחודי הזה ממלא תפקיד חשוב בסיוע למיני Gloeocapsa לסבול מתח סביבתי וככל הנראה משרת מספר פונקציות בתוך הציאנובקטריות התרמופיליות הללו.

בהדגשת החשיבות הרחבה יותר של המחקר, קובעת פרופ' וואדי-סיריסאטה, "ציאנובקטריות נחשבות לייחודיות בעולם המיקרוביאלי. המחקר האחרון שלנו מדגיש שציאנובקטריות קיצוניות הן לא רק חשובות מבחינה אקולוגית, אלא גם מייצגות תחום מחקר מרכזי עבור דיסציפלינות מרובות".

פוטנציאל עבור מסנני קרינה ידידותיים לסביבה ומעלה

התרכובת שזוהתה לאחרונה בולטת בזכות הרבגוניות והפוטנציאל שלה לייצור בר-קיימא בקנה מידה גדול באמצעות "מפעלים ביולוגיים" ציאנובקטריאליים. זה יכול לשמש חלופה למסנני UV סינתטיים מסוימים המעוררים חששות סביבתיים, ומסייעים לקדם את הפיתוח של מסנני קרינה ידידותיים יותר לסביבה. תכונותיו נוגדות החמצון מציעות גם שימושים אפשריים במוצרי אנטי אייג'ינג, פורמולציות לטיפוח העור ותרופות.

"תגלית זו מזכירה לנו שהטבע עדיין טומן בחובו הפתעות כימיות רבות. ציאנובקטריות אקסטרמופיליות חושפות מולקולות לא שכיחות שיכולות לעורר כיוונים חדשים במדע בסיסי וביוטכנולוגיה בת קיימא", מסכם פרופ' קגייאמה.

על פרופסור Hakuto Kageyama מאוניברסיטת Meijo

ד"ר Hakuto Kageyama הוא פרופסור בבית הספר לתואר שני למדעי הסביבה והאדם באוניברסיטת Meijo ביפן. הוא קיבל את הדוקטורט שלו בשנת 2006 מבית הספר לתואר שני למדעים באוניברסיטת נגויה, שם חקר את השעון הצירקדי בציאנובקטריה. המחקר שלו מתמקד בתרכובות שמקורן בציאנובקטריה וביישומיהן הביוטכנולוגיים. הוא פרסם 70 מאמרי מחקר וחיבר או כתב שותף חמישה ספרים. בשנת 2021, הוא קיבל את פרס KOSÉ Cosmetology Award מקרן KOSÉ Cosmetology Research.

על פרופסור Rungaroon Waditee-Sirisathha מאוניברסיטת Chulalongkorn

ד"ר Rungaroon Waditee-Sirisathha הוא פרופסור במחלקה למיקרוביולוגיה, הפקולטה למדע, באוניברסיטת Chulalongkorn בתאילנד. היא קיבלה את הדוקטורט שלה. מאוניברסיטת Chulalongkorn בשנת 2001 ובהמשך השלים מחקר פוסט-דוקטורט עם האגודה היפנית לקידום המדע, יפן. עבודתה מתמקדת כיצד אקסטרמופילים מסתגלים לסביבות קשות, גילוי של תרכובות חדשות המיוצרות על ידי אורגניזמים אלה, והנדסה מטבולית ליישומים ביוטכנולוגיים. היא תרמה ל-100 מאמרי מחקר שפורסמו.

מידע מימון

מחקר זה נתמך על ידי קרן המחקר והחדשנות המדע של תאילנד Chulalongkorn University (FOOD_FF_68_121_2300_022) (ל-Rungaroon Waditee-Sirisattha), משרד החינוך הסינגפורי MOE-T2EP30123-0007 (ל-Rungaroon Waditee-Sirisattha), מ-Histance Science Grantto Pointingha ו-Stefan Science B. Kageyama), האגודה היפנית לקידום המדע KAKENHI Grants 24K08623 (להאקוטו Kageyama), והמלגה לפוסט-דוקטורט, קרן המאה השנייה (C2F), אוניברסיטת Chulalongkorn (ל Sasiprapa Samsri).