חיידקים (מדעי החיים)

 מאת: אמיר עדן
פורסם ב"גליליאו" גיליון 32, עמ' 5-4, ינואר/פברואר 1999.
בכל גרם אדמה מצויים, להערכת המומחים, כמיליארד חיידקים. אולם סבורים המומחים, מכלל מיני החיידקים הקיימים על פני כדור הארץ, זוהו עד כה רק כשני אחוזים. אחת הסיבות לכך היא הקושי במציאת תנאי הגידול המתאימים לכל חיידק. סיבה נוספת המתבררת לאחרונה היא שבחלק מן המקרים החיידקים לא יכולים להתקיים בזכות עצמם אלא רק בחברת חיידקים אחרים. כל חיידק חדש שמתגלה צופן בחובו הפתעות חדשות. כבר שמענו על חיידקים הניזונים מנפט ומשמשים לטיהור כתמי נפט, על חיידקים הגדלים בטמפרטורה של 200oC (ראו:"חיים ברתיחה", גליליאו 5, עמ' 36), על חיידקים אוהבי מלח (ראו "חיים בים המוות", גליליאו 18, עמ' 36) ועוד נפלאות לרוב. רב-גוניותה של ממלכת החיידקים מעוררת התלהבות מחודשת בקרב המדענים, וזו באה לידי ביטוי במגוון ממצאים ושימושים חדשים המתפרסמים בעיתונות המדעית. במדור נביא הפעם מספר דוגמאות בנושא זה שהתפרסמו לאחרונה.


ציידי החיידקים מחפשים מוקשים


חומרי-נפץ הם חומרים עתירי אנרגיה, המשתחררת בעת הפיצוץ. אולי אך טבעי הוא שבין חיידקי הקרקע נמצאו גם כאלה המסוגלים לנצל אנרגיה זו לצרכיהם. לא על-ידי פיצוץ אלא על-ידי פירוק אנזימטי מבוקר. מגלי החיידקים הללו מבקשים להשתמש בהם לאיתור מוקשים בשדות מוקשים ישנים.

באזורים שונים בעולם טמונים עדיין מוקשים רבים ממלחמות ישנות ועד היום נעשה איתורם באופן ידני. החוקרים הראו בעבר שמעט חומר-נפץ דולף מן המוקש אל הקרקע סביבו וכמות זו מספיקה כדי לאפשר גדילה והתרבות טובה של החיידקים.

אילו הייתה נמצאת דרך פשוטה לאתר ולזהות את מוקדי הגדילה של החיידקים, ניתן היה לחפש אותם בשדות המוקשים ולאתר בדרך זו את מיקום חומרי הנפץ. מסתבר כי דרך כזו קיימת: יש בטבע קבוצות חיידקים המייצרות אור זוהר כאשר התנאים להתרבותם טובים. כל שעל החוקרים לעשות הוא להעביר תכונה זו ל"חיידקי הנפץ", לפזר אותם על-פני שדה המוקשים, ולהמתין לחשכה. במקומות בהם טמון מוקש והקרקע מכילה מעט חומר נפץ, יתאפשר ריבוי של החיידקים ומוקדי האור שיתקבלו יסמנו את מיקום המוקשים. הפרויקט קרוב לסיומו ובקרוב יחל שימוש ניסיוני בשיטה.


"סופר-חיידק"


הממיסים האורגניים (בכללם פנול, כלורופורם, טולואן, פורמאלדהיד ועוד) הם קבוצה של חומרים מסוכנים המקובלים בתעשייה - שימוש נרחב בהם קיים בתעשיית הפלסטיק, הצבעים, הדבקים והרהיטים. לאחרונה עלו לכותרות חיידקים המפרקים אחדים מן הממיסים האורגניים. המקום המתבקש לשימוש בחיידקים אלה הם אתרי הפסולת הרעילה, דוגמת רמת-חובב. בסקר שנערך לאחרונה ב-91 אתרי פסולת בארה"ב נמצא שבכשליש מהם הזיהום הרעיל מחלחל לקרקע או למי-התהום. החיידקים החדשים שנמצאו עשויים לצמצם את הזיהום.

אולם, מסתבר כי דווקא באתרי הפסולת לא ניתן להשתמש בחיידקים. הסיבה לכך נעוצה בעובדה שבדרך-כלל באתרי הפסולת מרוכזת פסולת כימית וגם פסולת רדיואקטיבית, והקרינה הרדיואקטיבית מחסלת את החיידקים הרבה לפני שהספיקו לפעול. הפתרון לבעיה נמצא בקופסת שימורים. בשנות החמישים, במהלך ניסיונות לחיטוי קופסאות שימורים באמצעות קרינה, התגלה חיידק עמיד לקרינה רדיואקטיבית. אולם, חיידק זה התברר כרגיש לממיסים אורגניים. לכן, על מנת להקנות לו את היכולת לפרק חומרים רעילים, נדרש מחקר ממושך של תכונותיו הגנטיות. כך ניתן יהיה להחדיר גנים זרים לתוכו על מנת לקבל את הפעילות הרצויה. קבוצת חוקרים אמריקאים בראשות דאלי (Dally) הצליחה לאחרונה להעביר את הגן האחראי לפירוק הממיסים האורגניים מהחיידקים מפרקי הממיסים אל החיידקים העמידים לקרינה רדיואקטיבית. החיידק המהונדס ענה על הציפיות והצליח לגדול בסביבה רדיו-אקטיבית ומזוהמת בממיסים אורגניים, תוך פירוק החומרים המזיקים. אך גם בחיידק זה לא ניתן להשתמש באתרי הפסולת, כיוון שאתרים אלה מזוהמים בדרך כלל ברעלים נוספים, כמו למשל מתכות כבדות. עתה מתכוונים החוקרים להמשיך ולהנדס את החיידק ולהקנות לו עמידויות נוספות. שאיפתם היא ליצור מעין "סופר-חיידק" שיצליח להתקיים בסביבה העוינת ביותר על כדור-הארץ ובו בזמן ינטרל המרכיבים המזיקים שבה. במקרה כזה יהיה עליהם לוודא שבשעת הצורך ניתן יהיה להשמיד או לרסן חיידק זה ולמנוע את התפשטותו. אחת הדרכים לעשות זאת היא לשתול בתוכו מנגנון השמדה עצמית המופעל על-פי בחירת המשתמש.


שיקום ביולוגי


אלה מאתנו שהם בעלי מודעות גבוהה לסביבה נמנעים מלהשליך סוללות משומשות לאשפה. במקומות העבודה, במרכולים, במשרדי-הממשלה ובמקומות ציבוריים פזורות נקודות איסוף לסוללות משומשות. הצורך בטיפול מיוחד נובע מהכמות הגדולה של מתכות כבדות המצויה בסוללות. מתכות כבדות, דוגמת עופרת, כספית, אבץ, כרום וקדמיום הם חומרים רעילים ויציבים מאוד. בנוסף לייצור סוללות (כולל מצברים לרכב וסוללות לטלפונים, מצלמות וידאו וכד') נעשה שימוש נרחב במתכות הכבדות בתעשיית הצבע, הצילום וחומרי ההדברה. מאז התבררה מידת הרעילות של המתכות הכבדות צומצם מאוד השימוש בהן, אך עדיין נותרו אזורי תעשיה רבים בהם מצוי זיהום מסוכן.

כיום מקובל לפנות פסולת המכילה מתכות כבדות לאתרים מיוחדים שם היא נקברת באופן שימנע את דליפתה לסביבה ובמיוחד למי-התהום. אזורים שזוהמו במתכות כבדות בשל תאונה, רשלנות או הזנחה, נותרים חשופים מצמחיה ומבעלי-חיים במשך שנים רבות, מצב שגורם לסחיפת הקרקע מהם ולהתפשטות הזיהום. האמצעים הקיימים היום לטיהור השטח יקרים מאוד וברוב המקרים הפתרון הוא לסגור את השטח ולהמתין. עתה מציעים חוקרים מאוניברסיטת ג'ורג'יה בארה"ב לנצל את הטבע לשיקום אזורים אלה.

אחת המתכות הרעילות הנפוצות היא הכספית. לכספית כמה צורות כימיות - הרעילה ביותר היא הצורה היונית (Hg2+). לפני מספר שנים נמצאו חיידקים עמידים לכספית, והתברר כי הם מייצרים אנזים ההופך את הכספית היונית לצורת היסוד (Hg0) הפחות רעילה ומאוד נדיפה. אך כדי לנצל אנזים זה לשם טיהור אזורים מזוהמים צריך למצוא דרך יעילה להחדירו אל הקרקע. החוקרים בחרו לצורך המשימה בעצי הצפצפה.

נבטי צפצפה הגדלים על מצע מזוהם בכספית במבחנה סגורה
המחוברת למערכת המודדת את פליטת הכספית המנוטרלת.




נבטי צפצפה מהונדסים גנטית הגדלים על מצע מזוהם בכספית.
משמאל נבטי צפצפה רגילים שמתים בתנאים אלה.





בשלב ראשון השתמשו החוקרים בצמח הארבידופסיס (המקובל במחקר הגנטי כצמח מודל), והראו שניתן לקבל בצמח עמידות לכספית על-ידי העברת גן יחיד מן החיידק לצמח. עתה, במאמר שפרסמו בכתב העת נייצ'ר-ביו-טכנולוג'י, מדווחים החוקרים כי הצליחו לגדל עצי צפצפה עמידים לכספית, המצליחים לנטרל אותה באופן יעיל. גישה זו של שיקום-ריפוי ביולוגי (Bioremediation) הולכת ותופסת תאוצה בשנים האחרונות ויש לשער שבעתיד הקרוב נתחיל לראות את יישומה בפועל.


מטאוריט חסר חיים


בשנת 1996 הודיעה סוכנות החלל האמריקנית כי במטאוריט שנמצא על כדור הארץ ושמקורו במאדים נמצאו עדויות לקיום יצורים דמויי חיידקים. הספקות לגבי ממצא זה החלו מיד אחר-כך, ובראשית נובמבר השנה התכנסה במרכז החלל שביוסטון, טקסס, קבוצת מומחים כדי לסכם שנתיים של עמל (בהשקעה של 2.3 מיליוני דולרים) בהן נבדק המטאוריט בקפדנות ובשיטות שונות. מסקנתם הייתה שלא סביר שהחלקיקים שנמצאו הם שרידים מאובנים של צורת חיים דמוית חיידק. לדעתם הצורות שנמצאו הן למעשה גבישים של מינרלים ובחלק מהמקרים מדובר בתוצרים מלאכותיים שהתקבלו במהלך הכנת הדגימות להתבוננות במיקרוסקופ. שיקול נוסף שסייע להחלטה היה גודלם הקטן של החלקיקים שאינו מתאים, לדעת המומחים, לצורות החיים המוכרות מכדור הארץ.


יצור חי או מינרל? עקבות שנתגלו במטאוריט מהמאדים שנמצא על פני כדור הארץ.

באדיבות מערכת גליליאו.