חיידקים מדברים

פרופ' אהוד בנין, מדעי החיים וננו-טכנולוגיה

פרופסור אהוד בנין
בשישה מכל עשרה מקרים שמטופלים היום בבתי החולים מתמודדים הרופאים עם חיידקים שנמצאים בתצורה של ביופילם, שקשה מאוד להיפטר מהם, כך מעריכות רשויות הבריאות האמריקניות. פרופ' אהוד בנין, מיקרוביולוג, עוסק בחקר חיידקים המתקבצים במבנה תלת-ממדי דמוי מבנה רב-תאי, הנקרא ביופילם

 

פרופ' אהוד בנין, מדען חוזר שהגיע אלינו בשנת 2006 לאחר פוסט-דוקטורט בארה"ב, באוניברסיטת איוֹוָה ובאוניברסיטת וושניגטון, משמש היום חבר סגל בפקולטה למדעי החיים ובמרכז לננו-טכנולוגיה וחומרים מתקדמים באוניברסיטת בר-אילן. פרופ' בנין הקים את המעבדה לחקר ביופילם באוניברסיטה.

ביופילם מוגדר כצורת גידול חברתית של חיידקים. "יצירת ביופילם דורשת תקשורת ותיאום מהלכים בין חיידקים, זהו תהליך התפתחותי," מסביר פרופ' בנין ומוסיף "יש חוקרים הרואים בתהליך זה את הבסיס להיווצרותם של יצורים רב-תאיים."

התכונה הבולטת של ביופילם, שהופכת אותו לתחום מחקר חשוב ומעניין, היא העובדה שחיידקים שנכנסו לתצורת ביופילם עמידים מאוד לתנאי עקה, כגון, טמפרטורה קיצונית, קרינה, יובש, פעילות של מערכת החיסון שלנו ועוד. חומרים כימיים שהורגים חיידקים כשהם חופשיים לא יצליחו להרוג את אותם חיידקים כאשר הם מופיעים במבנה ביופילם, וכתוצאה מכך מתפתחת בעיה קשה של זיהום במגוון רחב של נישות, גם אקולוגיות גם תעשייתיות, והבעיה הקריטית ביותר היא בתחום הרפואה.

 

כל המחלות הבקטריאליות הכרוניות, לדוגמה: דלקת בדרכי השתן, עששת בחניכיים, דלקות אוזניים כרוניות, דלקת בריאות, האופיינית לחולי סיסטיק פיברוזיס – בכל אלה יושבים החיידקים במבני ביופילם, ומערכת החיסון והתרופות לא מצליחות להיפטר מהם. כמו כן, ביופילם נוצר במהרה על משטחים לא-ביולוגיים, והרפואה מרבה להשתמש במשטחים כאלה בהתקנים כגון קוצבי לב, קתטרים ומפרקים מלאכותיים – כל אלה הם קרקע מצוינת להיווצרות של חיידקים, שמתקבצים למבנה ביופילם. מרגע שנוצר ביופילם על פני ההתקנים, התפתחות זיהום בגוף, באזור הקרוב לשתל, היא רק עניין של זמן. לעתים קרובות הדרך היחידה לנסות ולטפל בזיהום היא לפתוח את האזור ולהוציא את השתל.

לצורך מציאת פתרונות לבעיה עוסק פרופ' בנין הן במחקר בסיסי והן במחקר יישומי. בתחום המחקר הבסיסי מנסה פרופ' בנין להבין כיצד מתפתחים מבני ביופילם, מהם תהליכי הבקרה המעודדים או מעכבים את החיידק החופשי להתקבץ בביופילם. הבנה של תהליכים אלו תאפשר פיתוח אמצעים שיאפשרו התמודדות יעילה יותר נגד הביופילם. "אין חיידקים טובים וחיידקים רעים," מדגיש פרופ' בנין, "אנחנו מגדירים אותם ככאלה לפי ההשלכות שלהם. המטרה של כל החיידקים היא למצוא מזון ולהתרבות. החיידקים הפתוגניים פשוט פיתחו תהליכים להשגת מזון מאתנו, בני האדם, ודרכים להתמודד עם מנגנונים שנועדו לחסל אותם. ההסתכלות על המאחסן (הגוף שלנו) כמקור מזון היא הסתכלות חדשה בתחום שלנו, ודרכה אנו מנסים לבחון מהו הרכב התזונה שמשפיע על ההחלטה של החיידקים לייצר ביופילם, ומה מעכב אותם מליצור מבנה כזה. ברזל, למשל, חיוני לגידול כל האורגניזמים שחיים על פני כדור הארץ, מהחיידקים ועד בני האדם, ואחת השיטות הבסיסיות של הגוף לעכב גידול חיידקים היא לשמור על רמות נמוכות מאוד של ברזל חופשי." בדומה לכך מנסה פרופ' בנין, בשיתוף פרופ' מוטי חביון מהאוניברסיטה העברית, לייצר "סוסים טרויאניים". "השתמשנו במידע על חשיבות הברזל ויצרנו סוס טרויאני, מולקולה שהיא תרופה מאושרת לטיפול ביתר-ברזל, שהחיידקים משתמשים בה לטובת קליטה של ברזל. בתנאים של הרעבה לברזל החיידקים רוצים לקלוט את המולקולה הזאת ולהשיג את הברזל שבה. אנחנו לקחנו את החומר הזה ובמקום ברזל הטענו אותו במולקולה רעילה. החיידק חושב שהוא מקבל את הברזל אבל מוצא במולקולה רעל. התוצאה – המולקולה פעלה יפה במניעת היווצרות ביופילם ובהריגת ביופילם קיים."

 

מחקר נוסף של פרופ' בנין בשיתוף פרופ' (אמריטוס) אהרן גדנקן מן המרכז לננו-טכנולוגיה וחומרים מתקדמים מתמקד בניסיון לייצר חומרים ננומטריים חדשים. במעבדות עובדים על פיתוח ציפויים המורכבים מננו-חלקיקים של תחמוצות מתכת או תחמוצות פלואוריד לציפוי התקנים רפואיים, כגון, קתטרים. היתרון בשיטת ההדבקה של פרופ' גדנקן, המבוססת על סונוכימיה, הוא בחיסכון בחומר ובאפשרות לצפות חומרים מגוונים, כגון, נייר, טקסטיל, מתכות, זכוכית ועוד. התוצאות בקתטרים מראות יעילות במניעת התפתחות ביופילם במגוון של חיידקים פתוגניים. "פלואוריד נמצא בכל משחות השיניים שאנו משתמשים בהן והוא בטוח לשימוש – בניסוי שלנו לא נראו כל סימנים של רעילות, ובעתיד אנו מקווים להוציא את הטכנולוגיה לשימוש," אומר פרופ' בנין.

בעיה דומה של התפתחות ביופילם מתרחשת גם בשתל קוכוליארי – זהו מכשיר שמיעה פנימי, שמושתל בעיקר בילדים כבדי שמיעה או חירשים, ונוטה להזדהם. מעבדתו של פרופ' בנין שותפה בפרויקט אירופי NANOCI, שעסק בחיפוש פתרון לבעיה זו. "ילדים ממילא חשופים יותר לפגיעה ולזיהומים, והבעיה הקשה היא," מסביר פרופ' בנין, "שאם המכשיר מזדהם ומוציאים אותו, אי אפשר להשתילו שוב באותה אוזן משום שהאזור נגוע ומדולק. ההשתלה מתבצעת באוזן השנייה, וזה אומר שאם חס וחלילה נוצר זיהום קיצוני גם באוזן זו – אי אפשר להשתיל שוב את ההתקן, והילד יישאר כבד שמיעה או חירש. גם כאן מנסים החוקרים לפתח מכשיר שיהיו לו יכולות אנטי-מיקרוביאליות – משמעות הדבר היא שהמכשיר עצמו יוכל למנוע היווצרות ביופילם וישמש עוד קו הגנה לזה שמספק הגוף שלנו.

"לסיכום," אומר פרופ' בנין, "החלום שלנו כאן בבר-אילן הוא לפתח את המחקר המיקרוביולוגי. אנו מעוניינים להקים באוניברסיטה את המרכז הארצי לחקר ביופילם. במרכז יהיה ציוד מתקדם לגידול ולוויזואליזציה של ביופילם, שייתן תמיכה לכל מרכזי המחקר ולתעשייה בארץ."

למחקריו של פרופ' בנין השפעה רבה על הפרקטיקה, ועולם התעשייה הרפואית מגלה עניין רב במחקריו.

  • Black Facebook Icon
  • Black LinkedIn Icon
  • Black YouTube Icon
  • BIU-16.jpg
צרו קשר

טלפון:​ ​03-5317848

מייל: Israel.Friends@biu.ac.il