מעבר לכל עץ החיים – "קניבליזם תאי" נפוץ הרבה יותר ממה שחשבו מדענים

מחקר חדש מגלה שתופעות תא בתא, שבהן תא אחד צורך אחר, נפוצות בכל צורות החיים וחשובות לתפקודים ביולוגיים תקינים, לא רק קשורות לסרטן.

במאמר סקירה שנערך לאחרונה, קרלו מאלי וצוותו באוניברסיטת אריזונה סטייט חוקרים את תופעות התא בתא שבהן תא אחד בולע ולעיתים צורך אחר. המחקר מראה שמקרים של התנהגות זו, כולל קניבליזם של תאים, נפוצים על פני עץ החיים.

הממצאים מאתגרים את התפיסה הרווחת שאירועי תא בתא מוגבלים במידה רבה לתאים סרטניים. במקום זאת, נראה שאירועים אלה שכיחים על פני אורגניזמים מגוונים, מאמבה חד-תאית ועד לבעלי חיים רב-תאיים מורכבים.

ההתרחשות הנרחבת של אינטראקציות כאלה בתאים שאינם סרטניים מעידה על כך שאירועים אלו אינם מטבעם התנהגויות "אנוכיות" או "סרטניות". במקום זאת, החוקרים מציעים כי תופעות תא בתא עשויות למלא תפקידים מכריעים בהתפתחות תקינה, הומאוסטזיס ותגובת לחץ במגוון רחב של אורגניזמים.

המחקר טוען שיש לוותר על התמקדות באירועי תא בתא כגישה לטיפול בסרטן, שכן תופעות אלו אינן ייחודיות לממאירות.

על ידי הוכחה שהתרחשויות משתרעות על קשת רחבה של צורות חיים ומושרשות עמוק במבנה הגנטי שלנו, המחקר מזמין אותנו לשקול מחדש מושגים בסיסיים של שיתוף פעולה תאי, תחרות, והטבע המורכב של הרב-תאי. המחקר פותח אפיקים חדשים למחקר בביולוגיה אבולוציונית, אונקולוגיה ורפואה רגנרטיבית.

המחקר החדש, שפורסם בכתב העת Nature דוחות מדעיים, הוא הראשון שחקר באופן שיטתי תופעות תא בתא על פני עץ החיים. ממצאי הקבוצה יכולים לעזור להגדיר מחדש את ההבנה של התנהגות סלולרית והשלכותיה על רב-תאי, סרטן והמסע האבולוציוני של החיים עצמם.

"תחילה נכנסנו לעבודה הזו כי למדנו שתאים לא רק מתחרים על משאבים – הם הורגים ואוכלים זה את זה באופן פעיל", אומר מאלי. "זהו היבט מרתק של האקולוגיה של תאים סרטניים. אבל מחקר נוסף גילה שתופעות אלו קורות בתאים נורמליים, ולפעמים אף אחד מהתאים לא מת, וכתוצאה מכך נוצר סוג חדש לגמרי של תאים היברידיים".

מאלי הוא חוקר במרכז הביו-עיצוב למחשוב ביו, אבטחה וחברה; פרופסור בבית הספר למדעי החיים ב-ASU; ומנהל מרכז אבולוציית הסרטן באריזונה.

המחקר נערך בשיתוף עם הסופרת הראשונה סטפניה א.קפסטקי, לשעבר ב-ASU וכיום חוקרת באוניברסיטת טאפטס, ולואיס סיסנרוס, לשעבר ב-ASU וכיום חוקר ב-Mayo Clinic.

מאינטראקציות תאים שיתופיות אנוכיות

אירועי תא בתא נצפו זמן רב אך נותרו מובנים בצורה גרועה, במיוחד מחוץ להקשר של תגובות חיסוניות או סרטן. הגנים המוקדמים ביותר שאחראים על התנהגות תא בתא מתוארכים למעלה מ-2 מיליארד שנים, מה שמרמז על כך שלתופעות יש תפקיד חשוב, אם כי טרם נקבע, באורגניזמים חיים. הבנת התפקודים המגוונים של אירועי תא בתא, הן בפיזיולוגיה רגילה והן במחלות, חשובה לפיתוח טיפולי סרטן יעילים יותר.

הסקירה מתעמקת בהתרחשות, בבסיס הגנטי ובהיסטוריה האבולוציונית של תופעות תא בתא, ושופכת אור על התנהגות שפעם נחשבה לאנומליה. החוקרים סקרו יותר מ-500 מאמרים כדי לקטלג את הצורות השונות של תופעות תא בתא שנצפו על פני עץ החיים.

המחקר מתאר 16 קבוצות טקסונומיות שונות שבהן נמצא התנהגות תא בתא. אירועי התא בתא סווגו לשש קטגוריות נפרדות בהתבסס על מידת הקשר בין המארח ותאי הטרף, כמו גם תוצאת האינטראקציה (האם אחד התאים או שניהם שרד).

קשת של התנהגויות תא בתא מודגשת במחקר, החל מפעולות אנוכיות לחלוטין, שבהן תא אחד הורג ומכלה אחר, ועד לאינטראקציות שיתופיות יותר, שבהן שני התאים נשארים בחיים. לדוגמה, החוקרים מצאו עדויות ל"הרג הטרוספציפי", שבו תא בולע והורג תא של תא אחר מִין, על פני מגוון רחב של אורגניזמים חד-תאיים, רב-תאיים ורב-תאיים מחייבים. לעומת זאת, "הרג בן-ספציפי", שבו תא צורך תא אחר מאותו מין, היה פחות שכיח, ונצפה רק בשלוש מתוך שבע הקבוצות הטקסונומיות העיקריות שנבדקו.

אורגניזמים רב-תאיים מחייבים הם אלה שחייבים להתקיים בצורה רב-תאית לאורך מחזור חייהם. הם לא יכולים לשרוד או לתפקד כתאים בודדים. דוגמאות כוללות את רוב בעלי החיים והצמחים. אורגניזמים רב-תאיים פקולטטיביים הם אורגניזמים שיכולים להתקיים כתאים בודדים או בצורה רב-תאית בהתאם לתנאי הסביבה. לדוגמה, סוגים מסוימים של אצות עשויים לחיות כתאים בודדים בתנאים מסוימים, אך ליצור מושבות רב-תאיות בתנאים אחרים.

הצוות גם תיעד מקרים של תופעות של תא בתא שבהם גם המארח וגם תאי הטרף נשארו בחיים לאחר האינטראקציה, מה שמרמז על אירועים אלו עשויים לשרת פונקציות ביולוגיות חשובות מעבר להרג מתחרים בלבד.

"הסיווג שלנו של תופעות תא בתא על פני עץ החיים חשוב להבנה טובה יותר של האבולוציה והמנגנון של התופעות הללו", אומר קפסטקי. "למה ואיך בדיוק הם קורים? זו שאלה שדורשת חקירה נוספת על פני מיליוני אורגניזמים חיים, כולל אורגניזמים שבהם ייתכן שעדיין לא חיפשו תופעות של תא בתא".

גנים עתיקים

בנוסף לקטלוג ההתנהגויות המגוונות של תא בתא, החוקרים חקרו גם את המקורות האבולוציוניים של הגנים המעורבים בתהליכים אלה. באופן מפתיע, הם גילו שרבים מהגנים המרכזיים של תא בתא הופיעו הרבה לפני האבולוציה של הרב-תאי המחייב.

"כשאנחנו מסתכלים על גנים הקשורים למנגנונים ידועים של תא בתא במינים שהתפצלו מהשושלת האנושית לפני זמן רב מאוד, מתברר שהאורתולוגים האנושיים (גנים שהתפתחו מגן קדמון משותף) קשורים בדרך כלל עם תפקודים נורמליים של רב-תאי, כמו מעקב חיסוני", אומר Cisneros.

בסך הכל, זוהו 38 גנים הקשורים לתופעות תא בתא, ו-14 מהם מקורם לפני למעלה מ-2.2 מיליארד שנים, לפני האב הקדמון המשותף של כמה אורגניזמים רב-תאיים פקולטטיביים. זה מצביע על כך שהמנגנון המולקולרי לקניבליזם התא התפתח לפני המעבר העיקרי לרב-תאי מורכב.

הגנים העתיקים של תא בתא שזוהו במחקר מעורבים במגוון תהליכים תאיים, כולל הידבקות בין תא לתא, פגוציטוזיס (בליעה), הרג תוך תאי של פתוגנים וויסות חילוף החומרים באנרגיה. מגוון פונקציות זה מצביע על כך שאירועי תא בתא שימשו ככל הנראה תפקידים חשובים אפילו באורגניזמים חד-תאיים ורב-תאיים פשוטים הרבה לפני הופעת חיים רב-תאיים מורכבים.