מדעי החיים 2
תקציר העבודה
ציאנובקטריה הינה מערכת חיידקים הנמצאת בתפוצה רחבה באוקיינוס ובמקורות מים נוספים. שני הסוגים בתוך מערכת הציאנובקטריה, סינקוקוקוס ופרוכלורוקוקוס, מייצרים כשמינית מכמות החמצן המיוצר בתהליך הפוטוסינתזה הגלובלי.
בקטריופאג'ים, או בקיצור פאג'ים, הינם וירוסים שמדביקים חיידקים. לדוגמא, ציאנופאג' הינו הפאג' שמדביק ציאנובקטריה. תהליך ההדבקה של פאג' ליטי כולל שלושה שלבים: 1. זיהוי והחדרת הגנום הויראלי אל התא החיידקי. 2. ניצול משאבי התא לשכפול וייצור ויריונים. 3. ליזיס, פיצוץ דופן התא ושחרור הויריונים אל הסביבה. שתי תכונות עיקריות של פאג'ים הן טווח הדבקה ופיטנס. התכונה הראשונה, טווח הדבקה, מוגדרת כמגוון הטקסונומי של החיידקים שפאג' מסוגל להדביק. כלומר, המרחק הגנטי בין המאכסנים של הפאג'. התכונה השניה, פיטנס, מוגדרת ככמות הויריונים המיוצרים לפרק זמן. תכונה זו עשויה להתבטא במהירות ההדבקה או ביעילות ההדבקה. אבולוציה הינה שינוי גנטי הנוצר עקב מוטציות ועלול לשנות את תכונות האורגניזם.
ברירה טבעית היא החוק בבסיס תיאוריית האבולוציה, הטוען שאם מוטציה פוגעת בתכונות האורגניזם המוטציה הזו תיברר מהאוכלוסייה, כתלות בסביבה. לחילופין, אם מוטציה משפרת את ההתאמה של האורגניזם לסביבה, יש לה סיכוי גבוה יותר לעבור לדורות הבאים ולהישמר באוכלוסייה. מחקרים קודמים הוכיחו שטווח הדבקה ופיטנס יכולים להשתנות באבולוציה, אך לא קיימות עבודות שבהן המאכסנים שנכחו בניסוי האבולוציוני היו במרחק גנטי רב. לכן מטרת המחקר הנוכחי היא בדיקת ההשפעה של אבולוציה של פאג' בנוכחות רוב מאכסן עמיד, אליו הפאג' נספח, ומיעוט מאכסן רגיש, הרחוק אבולוציונית מהמאכסן העמיד, על טווח ההדבקה ועל הפיטנס של הפאג'.
הניסוי האבולוציוני במחקר זה כלל שלוש חזרות ביולוגיות של פאג'ים בנוכחות 90% חיידקים עמידים ו-10% חיידקים רגישים, שניהם מסוג הפרוכלורוקוקוס אך רחוקים אבולציונית. כך התקבלו שלוש אוכלוסיות פאג'ים לאחר אבולוציה אשר שונות זו מזו כיוון שאבולוציה הינה תהליך אקראי. בדיקת שינויים בטווח ההדבקה בוצעה בשיטה Host range assay, בה יכולת ההדבקה של כל הפאג'ים לאחר אבולוציה נבדקה על מגוון חיידקים מסוגי פרוכלורוקוקוס וסינקוקוקוס, והושוותה לפאג'ים לפני אבולוציה. בדיקת שינויים בפיטנס בוצעה בשיטת Time to lysis. בשיטה זו כמות הפאג'ים בכל הליזטים הושוותה ולפי קצב קריסת התרביות ניתן להסיק על שינויים בפיטנס. לפי התוצאות שהתקבלו, טווח ההדבקה לא השתנה כלל. לעומת זאת, האבולוציה השפיעה על האינטראקציה של הפאג' עם מאכסן עמיד אחד (MIT0604). הפאג'ים לפני אבולוציה עיכבו את הגדילה של החיידק MIT0604, אך אם טווח ההדבקה לא השתנה ייתכן שישנם שינויים בפיטנס. תוצאות ניסוי בדיקת השינויים בפיטנס הראו שהייתה עלייה בפיטנס באבולוציה גם על המאכסן הרגיש שנכח בניסוי האבולוציוני, וגם על מאכסנים מזנים וסוגים שונים. שינויים אלו קרו ונשמרו ככל הנראה בעקבות המרחק הגנטי הרב בין המאכסנים בניסוי האבולוציוני, כך שעלייה בפיטנס הועדפה על הרחבת טווח ההדבקה. ייתכן שבעקבות כך שההדבקה של הפאג' נתמכה על גנים שמורים, השפעת האבולוציה היא דומה, והפיטנס של אוכלוסיית פאג'ים אחת לפחות גדל בכל זני החיידקים הרגישים. סיבה אפשרית לכך שהאבולוציה השפיעה על האינטראקציה בין החיידק MIT0604 והפאג', היא הקרבה האבולציונית בין הזן MIT0604 והזן העמיד בניסוי האבולציוני. ייתכן שהאבולוציה שהפאג' עבר מנעה את הספיחה לזן העמיד בניסוי האבולוציוני, כדי להימנע מהדבקות סרק. עקב הקרבה בין הזנים ייתכן שהפאג' נספח לזן MIT0604 והאבולוציה מנעה גם את הספיחה או את ההדבקה של הפאג' לזן MIT0604. במחקרי המשך ניתן יהיה לבדוק מה הושפע מהאבולוציה שגרם לתופעה זו. בנוסף, ניתן יהיה לבדוק איך מתבטא השינוי בפיטנס, אם במהירות ההדבקה או ביעילות ההדבקה.
רני במברגר | טכניון - מכון טכנולוגי לישראל
אולפנת סגולה קרית מוצקין
בדיקת השפעות האבולוציה על טווח ההדבקה ותכונות ההדבקה של הפאג' הג'נרליסט על מאכסנים שונים
מנחה אישי: מר יונתן גרינבאום
מנחה קבוצתי: גב' עפרי דופלט פליקשטיין
ראש המעבדה: פרופ' דבי לינדל
מורה מלווה: גב' לילך אנגמר