בקטריופאג'

איור של פאג'

בקטריופאג' (או בקטריופאז, בקיצור פאג'; מאנגלית: Bacteriophage) הוא נגיף התוקף חיידקים.
השם בקטריופאג' הוא הלחם של המילים "בקטריה" (חיידק) ו"פאג'אין" (במקור מיוונית) שפירושה "לאכול", ומשמעותו "אוכל חיידקים".

סוגי בקטריופאג'ים ומסלולי התרבות

כשאר הוירוסים, הבקטריופאג' מורכב מחומצת גרעין (DNA ב-95% מהפאג'ים) וממעטפת חלבונית. רוב הבקטריופאג'ים מצוידים ב"זנב" המשמש לחדירה לתאי החיידקים; חדירה זו הנה הכרחית להתרבות הנגיף. התרבות הנגיף בגוף החיידק יכולה להתרחש בשני מסלולים:

• המסלול הליטי: הנגיף מזריק את ה-DNA המשמש כחומר התורשתי של הבקטריופאג' אל החיידק. על בסיס אותו DNA, מנגנוני השעתוק והתרגום של החיידק מייצרים את מרכיביו השונים של הנגיף, ובתוך גוף החיידק נוצרים נגיפים חדשים רבים. על מנת לצאת מחוץ לחיידק הבקטריופאג'ים החדשים "מפוצצים" את המעטפת של החיידק (מבצעים ליזיס, המסה; מכאן שם המסלול), משתחררים אל הסביבה ומדביקים חיידקים אחרים.
• המסלול הליזוגני: ה-DNA של הבקטריופאג' חודר אל החיידק ומשתלב בכרומוזום החיידקי; מקטע ה-DNA הבקטריופאג'י המשולב בכרומוזום החיידקי נקרא פרופאג'. כשתא החיידק מתחלק, גם מקטע ה-DNA שמכיל את הרצף המקודד למרכיבי הנגיף עובר שכפול. כך הפרופאג' הוכפל ועתה הוא נמצא בשני תאי הבת שנוצרו מתא החיידק המקורי. מצב זה יכול להתקיים זמן רב (הבקטריופאג' נמצא במצב רדום) ומכאן יוצא כי חיידקים רבים יכילו בתוכם את הפרופאז'. לאחר זמן מה, לעתים בשל שינויים בתנאי הסביבה של החיידק או בשל עקות שונות, עלול הפרופאג' לעבור שעתוק, ולעבור למצב הליטי שתואר קודם. ייתכן גם מצב שבו פאג'ים מסוימים יתרבו בתא החיידק ויצאו ממנו מבלי לפוצץ אותו(ללא ליזיס).

בקטריופאג'ים המתרבים רק במסלול הליטי מכונים פאג'ים אלימים ואילו בקטריופאג'ים המתרבים גם במסלול הליזוגני נקראים פאג'ים מתונים. לרוב, הפאג'ים המתונים מתרבים במסלול הליזוגני, ולעתים (כתוצאה מגירויים מגוונים) עוברים למסלול הליטי.

ציטוט שנון וידוע מאת המיקרוביולוג מארק מילר מתייחס למסלול הליטי: Bacteria don't die, they just phage away.

הבקטריופאג' הנחקר ביותר בביולוגיה הוא הפאג' המתון למדא.

טרנסדוקציה

בקטריופאג'ים מהווים את אחת הדרכים שבעזרתן יכול DNA לעבור מחיידק לחיידק. מעבר DNA באמצעות פאג'ים נקרא טרנסדוקציה (בעברית: התמרה) (מעבר DNA ללא תיווך של פאג' נקרא קוניוגציה). תהליך זה מתרחש במסלול הליטי:

• לפני שהפאג' משמיד את תא החיידק, הוא ממיס את הכרומוזום החיידקי ומפרקו לפיסות DNA קצרות.
• כמה מפיסות אלו משתלבות ב-DNA של הפאג'ים הנמצאים בתוך התא.
• הפאג'ים משמידים את התא, משתחררים לסביבה ומדביקים חיידקים חדשים.
• ה-DNA הפאג'י, הכולל פיסת DNA מכרומוזום החיידק המקורי, מבצע שחלוף עם ה-DNA הכרומוזומלי של החיידק הנוכחי. הגנים החדשים, שמקורם בתא החיידק הראשון, מחליפים את הגנים הקיימים.

במקרים רבים מקודדים הגנים החדשים לחלבונים בעלי השפעה גדולה על תכונות החיידק. דבר זה מתרחש, למשל, בתופעת העמידות החיידקית בפני אנטיביוטיקה. טרנסדוקציה היא הדרך העיקרית בה מעבירים החיידקים ביניהם גנים המקנים עמידות.

גילוי תופעת הטרנסדוקציה (ב-1952) פתח עולם חדש של אפשרויות בתחומי הביוטכנולוגיה וההנדסה הגנטית; גם כיום נעשה שימוש נרחב בפאג'ים בשני תחומים אלו. חומצות הגרעין אף הן התגלו תוך שימוש בבקטריופאג'ים.

ההיסטוריה של גילוי הפאג'

גילוי

הפאג'ים התגלו בתקופת מלחמת העולם הראשונה על ידי המיקרוביולוג האנגלי פרדריק טוורט והביולוג הקנדי ממוצא צרפתי, פליקס ד'הרל (Felix d'Hérelle), ממכון פסטר בפריז. היה זה ד'הרל שאפיין אותם והעניק להם את שמם במאמר שכתב ב-1917, וצפה מהפכה בטיפול במחלות מידבקות.

ד'הרל גילה את הבקטריופאגים בזמן שעבד ב-1910 בחצי האי יוקטן במקסיקו. הוא הבחין בהם בבדיקת צואת חרק הארבה שפשט באותם ימים על השדות ביוקטן. ד'הרל אסף כמה חרקים חולים ובדק את צואתם. הוא הגיע למסקנה שהם סובלים מהרעלת דם שנגרמה מחיידק. ד'הרל מרח חלק מהצואה על צלוחיות האגר כדי לגדל תרבית, והבחין בכתמים עגולים בהירים על המשטח, דבר שהצביע על תמותת החיידקים באותם אזורים, מסקנתו הייתה כי דבר מה "זולל" את החיידקים.

עם שובו למכון פסטר, ב-1915 חזר ד'הרל על הניסוי. הפעם השתמש בצואת חיילים צרפתים מיחידה פריזאית שסבלה ממכת דיזנטריה ואותה תוצאה נתקבלה שוב ללא התערבות חיצונית. באותה שנה הגיע לתוצאות דומות גם פרדריק טוורט, שעסק בחקר גידול נגיפים. גם הוא גילה, די בטעות, שהבקטריות שהתרבו על גבי צלוחיות המעבדה שלו נעלמו כליל.

עידן הטרום פניצילין

בתחילה השתמש ד'הרל בהצלחה בפאג'ים למיגור מגפת טיפוס שפקדה עופות. מ-1919 ואילך טיפל בפאג'ים בבני אדם. ב-1925 ד'הרל קיבל תואר דוקטור לשם כבוד מאוניברסיטת ליידן הוותיקה בהולנד ואת אות ליבנהוק.

ד'הרל גם עבד במצרים במחלקת התברואה באלכסנדריה והשתמש בפאג'ים כדי לרפא עולי רגל שחזרו ממכה ומאל-מדינה. משם עבר להודו וכשחזר משם הוצעה לו משרת פרופסור באוניברסיטת ייל.

השימוש בפאגים היה אקראי למדי, וזאת כיוון שנתגלעו בעיות בהפיכת התגלית לתרופה. בעת הכיבוש הבריטי בהודו, קצינים בריטים שפכו ריכוזים של פאג'ים בתוך בארות נגועות בכולרה, אבל השימוש לא הניב תוצאות מובהקות שיעודדו את המשך המחקר במערב. הבעיות שנגלו היו למשל כי ישנם מאות סוגי פאגים, וכל אחד מהם הורג רק סוג אחד של חיידק. הטורף והנטרף חייבים להתאים זה לזה באופן מוחלט. יותר מזה, התגלו בעיות בהליך הטיהור. כשהפאגים פורצים החוצה מתא ההמותקף על ידו, הם משאירים פסולת שעלולה לגרום לזיהום קטלני. טכנולוגיות הטיהור שהיו קיימות בבתחילת המאה לא הצליחו להתמודד עם הבעיות האלה.

גילוי הפניצילין

בשנות ה-30 החלו חברות התרופות הגדולות לפתח את "תרופת הפלא" החדשה, בין היתר חברה אמריקאית בשם חברת "אלי לילי" ייצרה בשנות ה-30 תרופה בקטריופאג'ית ושיווקה אותה בארצות הברית. המצאת הפניצילין ב-1928 והכנסתו לשימוש המוני בשנות ה-40 השכיחו את הבקטריופאג'ים בעיקר באמריקה ובמערב אירופה, בהיות הפניצילין קל לשימוש וקוטל-כל, אך מדענים סובייטים המשיכו את המחקר והפיתוח של תרופות מבוססות פאג'ים.

לאחר מלחמת העולם השנייה שיחקו הפאג'ים תפקיד מרכזי במחקר הDNA. המבנה המולקולרי הפשוט שלהם איפשר לחוקרים הצצה לעולמם הפנימי של הגנים. סר פרנסיס קריק ומקס דלבריק, שניים מאדריכלי תאוריית הDNA, היו חוקרי פאג'. חקר הפאג', תרם רבות לפענוח הביולוגיה המולקולרית באותה תקופה בה נעלמו הפאג'ים מזירת הרפואה באמריקה ובמערב אירופה.

הקוטג' של ד'רל

ב-1934 נענה פליקס ד'הרל להזמנה של סטלין להצטרף למכון לבקטריולוגיה בטביליסי, שהוקם ב-1923 על ידי מיקרוביולוג גאורגי, גיאורגי אליאבה (George Eliava). האחרון התידד עם ד'הרל בעת ביקורו במכון פסטר והתוודע לבקטריופאג'ים רק בשנת 1926. ד'הרל נשאר בטביליסי כשנה לסירוגין, היה לקומוניסט ומעריץ של סטלין, ואף הקדיש לסטלין את אחד מספריו, "הבקטריופאג' ותופעת ההחלמה", שנכתב ויצא לאור בטביליסי ב-1935.

מכון אליאבה לבקטריופאג'ים, מיקרוביולוגיה ווירולוגיה, מומן על ידי סטלין, למטרות ביצוע מחקר, דגימה וייצור של פאג'ים. ברבות השנים הפך למרכז עולמי לחקר שימושים רפואיים בפאג'ים. אחת מהצלחותיו הראשונות של המכון הייתה בפיתוח פאג' רב עוצמה למלחמה בדיזנטריה, שבו השתמש הצבא האדום במהלך מלחמת העולם השנייה ובשנים שלאחר מכן. המכון החל לספק פאג'ים מתאימים וממוקדים למחלות ספציפיות, עבור בתי חולים ברחבי הגוש הקומוניסטי. עם השנים הפך מכון אליאבה לספריית הפאג'ים הגדולה בעולם, עם "מוזיאון" קבע של למעלה מ-300 סוגי פאג'ים. בשנות השמונים המאוחרות הגיע צוות המכון לשיא של כ-1,200 מדענים העוסקים במחקר ופיתוח וכ-2 טון פאג'ים שיוצרו מדי יום. עד היום, תושבי גאורגיה בולעים כדורי פאג', שותים תרופות פאג' ומחטאים את פצעיהם בקרמים על בסיס פאג'.

המכון עדיין ממוקם בטביליסי ומשקיף על נהר הקורה. מעבר לחומה שלו אפשר להבחין בקוטג' היפה שבנה סטלין לד'הרל. הוא עדיין מכונה "הקוטג' של ד'הרל", על אף שמאוחר יותר שכנה בו מפקדת הק.ג.ב. הגאורגית. מנהל מחלקת מחקר הפאגים כיום, אמירן מייפריאני, נמצא שם מאז 1946.

בהתחשב בבעיות הכרוכות בביצוע עבודה מדעית בגאורגיה, נראים ההישגים של מכון אליאבה יוצאים מגדר הרגיל. ובמיוחד, יצירת טיפול תוך ורידי לחיידק הקטלני staph aureus .

אליאבה עצמו, התאהב באותה אשה שבה חשק ראש המשטרה החשאית הסטליניסטית, לברנטי בריה. למרות החיבה האישית שרחש סטלין לחבר אליאבה, בריה דאג לכך שאליאבה יוצא להורג בירייה עקב היותו "אויב העם". כך האיש, שביסס את מעמד המרכזי של הבקטריופאג'ים ברפואה הסובייטית, לא זכה לגמול על פועלו. השנה הייתה 1937, וד'הרל, שחשש מהגורל שמצא את חברו, חזר לעבודתו במכון פסטר. ד'הרל, שמת ב-1949, היה מועמד 30 פעם לפרס נובל, אך מעולם לא זכה בו.

שימושים במדינות ברית המועצות לשעבר

פאג' בפעולה על חיידק בצילוס אנתרציס הגורם למחלת האנתרקס

ברפובליקות הקווקז, שם התנאים הסניטריים מתאימים למחלות מעיים, היו ממהרים לרסס את הסביבה בפאג'ים כאשר החלה התפרצות של מחלה. בצבא הגאורגי מחזיק כל חייל תרסיס פאג'ים נגד פצעים וכוויות, במקום יוד, ובבתי החולים מנקים משטחים בריכוזי פאג'ים. שימוש בפאג'ים באזורים אלו מיוחס לנגישות הנמוכה לאנטיביוטיקה בארצות ברית המועצות לשעבר.

ההכרה המאוחרת

המחקר והעבודה על הפאג'ים נמשכה בתקופת המלחמה הקרה מבלי שהמערב היה מודע לה. תרמה לכך העובדה שכל המחקר נכתב בשפה הגאורגית. כמו כן השיטה לא נבדקה באופן עקבי, הניסויים נעשו על בני אדם ולא היו קבילים במערב. הניסוי הקרוב ביותר לסטנדרטים מערביים בוצע בפולין של שנות ה-80 ותוצאותיו הראו מובהקות סטטיסטית גבוהה.

גם המכון בטביליסי ספג משברים שהביאו אותו לירידת פעילותו. מלחמת האזרחים בגאורגיה בתחילת שנות ה-90, ומשבר החשמל שנגרם בעטיה גרם לכך שהמוסד עבר לתאורה בנרות. מחצית מספריית הפאג'ים שנמצאה במקררי המוסד, אבדה עקב כך. המימון הסובייטי הופסק ומחיר האמפולה האמיר והפך אותו ללא מסחרי.

כיום

בעקבות חשיפה בבי.בי.סי בשנת 1997, זכה המכון למספר פרויקטים של שיתופי פעולה עם חוקרי פאג'ים בריטיים. אפילו נאט"ו גילתה עניין באחת ההמצאות במכון - תחבושת המכילה קוקטייל של 5-9 פאג'ים שיכולה לטפל בפצעי כוויה מזוהמים (באותה תחבושת שבה השתמשו החיילים הרוסים בצ'צ'ניה).

חברות רבות לוטשות עיניים לשוק המתהווה:

• חברת "אינטראלינטיקס" מבולטימור שבארצות הברית זכתה באישור FDA ראשון לטכנולוגיה זו, ביוני 2002.
• חברה אמריקנית אחרת מלונג איילנד בשם אקספננטיאל ביותרפיקס גייסה 17 מיליון דולר למחקר בתחום.
• חברת פאג' תרפאוטיקס מסיאטל שהונפקה באה"ב.
• חברה ישראלית שהוקמה בשנת 2000 בשם פאג' ביוטק. החברה ניסתה לייצר תרופות על בסיס פאג'ים, אך התייאשה מהמכשולים הרגולטוריים ברישום תרופת ביולוגית גנריות. החברה עברה לייצר תוספי מזון לשוק הווטרינרי המשמשים השלמה לחומרים פרוביוטיים.

ראו גם

• אנטרובקטריופאג' T4

קישורים חיצוניים

• אביבה משמרי, סודות הריפוי הויראלי , כתבה בגלובס מ-8 באוקטובר 2003
• כתבה על הפאג'ים - מוסף הארץ 28.7.05