חיידקים אנאירוביים, ששגשגו בסביבות נטולות חמצן הרבה לפני צורות חיים תלויות חמצן, חיוניים הן לבריאות האדם והן למערכת האקולוגית, ומשפיעים על כל דבר, מבריאות המעי ועד למחלות. פרויקט AnoxyGen בראשותו של כריסטיאן הרטווק שואף לחקור את הפוטנציאל הביוסינתטי הבלתי מנוצל של חיידקים אלה כדי לגלות תרכובות חדשות, לשפר את ההבנה והיישומים הרפואיים, האקולוגיים והביוטכנולוגיים. קרדיט: twoday.co.il
פרויקט AnoxyGen, בהובלת כריסטיאן הרטווק וממומן על ידי ERC Advanced Grant, בוחן את הפוטנציאל של חיידקים אנאירוביים בביוטכנולוגיה, רפואה ואקולוגיה, במטרה לגלות תרכובות ביו-אקטיביות חדשות.
כדור הארץ היה מאוכלס באורגניזמים רבים הרבה לפני כן פוטוסינתזה הביאו לעולם חמצן חופשי. מכיוון שחמצן היה רעיל להם, הם פיתחו מסלולים מטבוליים שונים לחלוטין מצורות חיים תלויות חמצן כמו בני אדם, בעלי חיים וצמחים.
חיידקים אנאירוביים שרדו את העידנים בנישות מיוחדות נטולות חמצן, חלקן קרובות מאוד אלינו: כחלק חיוני ממיקרוביום המעי, שם יש להם חשיבות עצומה לרווחת האורגניזם. עם זאת, אנאירובים מסוימים יכולים גם לעורר מחלות מסכנות חיים כגון טטנוס או בוטוליזם. לחיידקים אלו יש אפוא השפעה ניכרת על איכות החיים על פני כדור הארץ והם תופסים עמדת מפתח בסביבה. חילוף החומרים המיוחד שלהם הופך אותם גם לכלים מבוקשים בביוטכנולוגיה.
מיקרוסקופ אלקטרוני סורק של Ruminiclostridium cellulolyticum. כריסטיאן הרטווק וצוותו גילו קלוסטיואמיד בחיידק האנאירובי מתפורר תאית – התרכובת הטבעית המשנית הראשונה בקבוצת אורגניזמים זו. קרדיט: ש' ניטשה/EMZ Jena
שחרור פוטנציאל אנאירובי באמצעות פרויקט AnoxyGen
פרויקט "AnoxyGen" של כריסטיאן הרטווק נועד לפתוח את הפוטנציאל הביוסינתטי העצום, שלא נוצל עד כה, של אנאירובים. למרות יכולתם המקודדת בגנום ליצור תרכובות חדשות, רוב הגנים הביוסינתטיים הללו אינם פעילים במעבדה, כך שהמוצרים עדיין לא התגלו.
הרטוויק והצוות שלו רוצים לשנות את זה. באמצעות כלי ביולוגיה מולקולרית וסינתטית שפותחו לאחרונה, החוקרים רוצים לפענח ולרתום את המסלולים המטבוליים הלא ידועים של חיידקים אלה. הפרויקט מקיף מספר תחומי עבודה בהם נעשה שימוש במערכת ביטוי רבת עוצמה לזיהוי ושינוי תרכובות פעילות חדשות. זה גם יאפשר לצוות לייצר ולחקור את הרעלים וגורמי הארסיות של אנאירובים פתוגניים ללא צורך לטפח כמויות גדולות של הפתוגנים בעצמם.
מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של חיידקים אנאירוביים מהמין Clostridium puniceum על פרוסת תפוח אדמה. קלסטרובינים התגלו במערכת מודל זו על ידי צוות בראשות כריסטיאן הרטווק. לקלוסטרובינים השפעה אנטיביוטית ומגנים על החיידקים מפני חמצן בזמן שהם מדביקים את פקעת תפוחי האדמה ומשתמשים בה כמקור מזון. קרדיט: Gulimila Shabuer / Leibniz-HKI ו-EMZ Jena
הכרה וסיכויים עתידיים של פרויקט AnoxyGen
"עם הפרויקט הזה, אנחנו רוצים לספק שיטות וכלים חדשים לקהילה המדעית. אנו מקווים ש-'AnoxyGen' יביא תועלת רבה, במיוחד עבור הרפואה, אבל גם עבור האקולוגיה והביוטכנולוגיה", מסביר הרטווק. "חיידקים אנאירוביים עדיין אינם נחקרים, אך התהליכים המטבוליים שלהם מציעים פוטנציאל גדול לגילוי תרכובות פעילות חדשות. אנחנו יכולים גם לקבל תובנות חדשות לגבי תפקידם כמחוללי מחלות".
פרופ' ד"ר כריסטיאן הרטוויק, ראש המחלקה לכימיה ביו-מולקולרית ב-Leibniz-HKI ופרופסור לכימיה של מוצרים טבעיים באוניברסיטת פרידריך שילר ג'נה, זכה באחד מהמענקים היוקרתיים של ERC Advanced Grants מטעם מועצת המחקר האירופית. קרדיט: אנה שרול/לייבניץ-HKI
הרטובק, שכבר זכה בפרס גוטפריד וילהלם לייבניץ ובפרס ארנסט יונג לרפואה על היצירתיות המדעית הגדולה שלו בזיהוי תרכובות פעילות חדשות ממיקרואורגניזמים מוזנחים, מחזק גם את איזון של המיקרוורס Cluster of Excellence, החוקר את היווצרותן ואיזוןן של קהילות מיקרוביאליות, עם פרויקט זה. חיידקים אנאירוביים מילאו שם עד כה תפקיד כפוף, בין השאר משום שהיה קשה לגשת אליהם מתודולוגית. החוקר רוצה כעת לסגור את הפער הזה.
האנה בוטנר מצוות כריסטיאן הרטווקס עושה ניסויים עם חיידקים רגישים לחמצן מהסוג קלוסטרידיום באטמוספירה מוגנת בקופסה אנאירובית. קרדיט: אנה שרול/לייבניץ-HKI
ה-ERC Advanced Grant, אחד המענקים היוקרתיים ביותר של האיחוד האירופי, מכיר במצוינות ובחדשנות של חוקרים מובילים. פרויקט "AnoxyGen" של כריסטיאן Hertweck נבחר בשל סיכוייו הגדולים להרחיב את ההבנה שלנו בביו-סינתזה של חיידקים ופיתוח יישומים ביוטכנולוגיים חדשים. עם משאבים פיננסיים נוחים, החוקר והצוות הבינתחומי שלו יתמודדו עם נושא זה במהלך חמש השנים הקרובות.
