"חיידקים שולטים בכדור הארץ באופן שקשה לנו להבין"

פרופ' פול פולקובסקי, שהתחיל את פרויקט הריצוף הגנטי של חיידקים ויצורים זעירים, מוקסם ממושאי מחקרו, אבל מזהיר מהנדסה גנטית לא מבוקרת שתפר את האיזון בין החיידקים ותוביל לכך שהם יפסיקו לעשות את מה שהם אמורים לעשות

פרופסור פול פולקובסקי / צילום באדיבות האוניברסיטה העברית
פרופסור פול פולקובסקי / צילום באדיבות האוניברסיטה העברית

אם נסתכל על העולם דרך העיניים של פול פולקובסקי, נראה משהו דומה ל"מטריקס", אלא שבמקום עולם המתפרק לשורות קוד, נראה עולם שכל כולו מורכב מחיידקים ותלוי בהם. פולקובסקי, פרופסור לחקר האוקיינוס באוניברסיטת רוטגרס בניו ג'רזי, ארה"ב, מעריץ חיידקים: הם אלה שיצרו את החמצן המאפשר חיים בכדור הארץ וחלקם ניצחו את המוות וחיים מיליוני שנים. "בני אדם הם בסך הכול חיידקים משופרים", הוא אומר. "כמעט כל תהליך בגוף שלנו נעשה עוד קודם לכן בחיידק. כיצורים רב-תאיים, עברנו אבולוציה משמעותית, אבל אותם מנגנונים בסיסיים שמניעים תהליכים אנרגטיים בחיידקים הם המנגנונים שמניעים תהליכים בתאים שלנו".

קיראו עוד ב"גלובס"


לאורך שנים רבות המדע התעלם מחיידקים, כי קשה לחקור מה שלא נראה לעין. לאחר פיתוח המיקרוסקופ התרחשה קפיצת המדרגה הראשונה, וכעת מתרחשת קפיצת מדרגה נוספת: הטכנולוגיה לפענוח רצף גנטי מאפשרת לנו לדעת בדיוק ממה חיידקים מורכבים, ואפילו לשחק עם המרכיבים האלה במעבדה.

פולקובסקי הגיע לאחרונה לישראל כדי להשתתף בכנס בנושא אפקטים קוונטיים אפשריים במערכות ביולוגיות (Quantum Effects in Biological Systems). שערך המכון הישראלי ללימודים מתקדמים באוניברסיטה העברית בירושלים.

תודה על החמצן

"חיידקים שולטים בכדור הארץ באופן שקשה לנו להבין", אומר פולקובסקי. "לפני מיליארדי שנים לא היה כלל חמצן על פני כדור הארץ. חיידקים יצרו את החנקן ואת החמצן שאפשרו את התפתחות הצמחים ואחר כך את התפתחות בעלי החיים. אין צמחים שיכולים לצמוח בלי חיידקים החנקן באדמה אינו מספיק. גם כאשר הצמחים קיימים, הם ממחזרים חמצן מפחמן דו-חמצני אבל הם לא מביאים לעולם חמצן חדש. יש רק גורם אחד שיכול להפוך מים לחמצן, וזה חיידק. זה קרה כנראה לפני 8.2 מיליארד שנה. אנחנו צריכים להודות לחיידקים על האוויר".

חוקרים מאמינים שהיה רגע אחד לפני 1.9 מיליארד שנה שבו יצור חד-תאי בלע בקטריה פוטוסינתטית והפך למעשה לצמח הראשון, שממנו התפתחו כל הצמחים, ובזכותו התאפשרו כל החיים בעולם. אף אחד לא יודע איך קרה התהליך הזה, שבו נוצרה הפוטוסינתזה, ופולקובסקי רואה בכך מסתורין גדול שעל המדע לפתור. אולם, מה שברור הוא שכל כוכב אחר שבו נרצה לחיות חיים דומים לשלנו, יצטרך לכלול בקטריות.

"עד כה לא מצאנו בקטריות או עדות מבוססת לקיומן בשום כוכב אחר מלבד שלנו", הוא אומר. "זה אחד הדברים שאנחנו מקווים למצוא במאדים. אבל עלינו גם להיזהר שאיננו הורסים את המאדים עם החיידקים שאנחנו שולחים לשם, עוד לפני שנגלה מה נמצא שם לפני הגעתנו. מאוד קשה לשלוט בזה משום שנוחתים על מאדים עם מעין מצנחים שקשה להפוך אותם לסטריליים. כנראה כבר הבאנו חיידקים למאדים, אך לא כאלה שיכולים לשרוד בתנאים הקשים שם".

- האם מדענים מעריכים שיש סיכוי סביר למצוא חיידק על מאדים?

"מצאנו מטאוריט באנטארקטיקה שכנראה הגיע ממאדים ונמצאו בו גבישים של מגנטיט - גרסה של ברזל שבכדור הארץ מיוצרת רק על ידי חיידקים. זה סימן לאפשרות שבמאדים אכן יש חיידקים או שהיו פעם, אבל זו לא הוכחה. ישנה עדות גם לכך שבעבר היו מים על מאדים, אבל לא מצאנו שם שום חומר אורגני. ממשיכים לנסות. בירח אירופה, אחד מירחי צדק, יש מים, ולאחרונה נשלחה לשם משימה כדי לבדוק זאת. השאלה היא אם ניתן להגיע אל המים שלו".

...
WOBI

מאזן החיידקים בסכנה

ככל שמבינים טוב יותר את המשמעות הקריטית שיש לחיידקים ולאיזון ביניהם בחיינו, כך גובר החשש שבני אדם יפרו את האיזון העדין הזה. פולקובסקי אינו דואג לחיידקים - הם ישרדו כאן הרבה הרבה אחרינו, אלא מכך שהם יפסיקו לעשות את מה שהם אמורים לעשות כדי לאפשר את חיינו הנוחים על כדור הארץ.

"אחד הדברים הגרועים שאנחנו עושים לעולם החיידקים הוא שימוש יתר באנטיביוטיקה, בדגש על תעשיית הבשר. שימוש היתר נועד לשיפור היבול, כלומר לכך שכל תרנגולת או פרה יהיו גדולות ומניבות יותר. זהו שיקול עסקי ולא שיקול בריאותי. ניתן בהחלט לגדל בשר ללא אנטיביוטיקה, כך עושים ברוב אירופה. אז מתח הרווחים של החקלאים יהיה מעט נמוך יותר, מחיר הבשר יעלה והעניים ביותר לא יוכלו לרכוש בשר בכל יום, אבל עוף עדיין יהיה בשר די זול וזה שווה את התמורה - הפסקת ההרג של חיידקים החיוניים להמשך הקיום שלנו בכדור הארץ. כך גם נפסיק לפתח בחיידקים שלנו עמידות שהורגת כבר היום אנשים בבתי חולים, מצב שאין לו היום פתרון".

- איך זה שלא מצליחים לפתח אנטיביוטיקה שהורגת את החיידקים העמידים?

"גם זה עניין עסקי. האנטיביוטיקה הרי התגלתה בסוף המאה ה-19 ושימשה תחילה בחיילים ורק אחר כך באוכלוסייה כולה, ואז היה מעין 'בום' של פיתוח אנטיביוטיקה, ופותחו המון סוגים והשתמשו בהם בהמון דרכים. אלא שאז הפטנטים נגמרו, התחרות התחזקה ומתח הרווחים ירד באופן שאינו מתמרץ את חברות התרופות ליצור אנטיביוטיקה מסוג חדש, אנטיביוטיקה סינתטית".

מלבד אנטיביוטיקה בתעשיית הבשר, פולקובסקי מוטרד גם מהשימוש של התעשייה בחיידקים עצמם, לדוגמה לצורך התססה של יוגורט ומשקאות אלכוהוליים שונים. בתעשיית הביוטק, מתכננים חיידקים כך שיפרישו תרופות באופן שלא ניתן להפריש באופן סינתטי. הבעיה, אומר פולקובסקי, היא שהחיידקים האלה מהונדסים גנטית ויש בהם גנים שלא היו קיימים קודם לכן בעולם. ממילא הגנום החיידקי משתנה כל הזמן, כחלק מתהליך אבולוציוני, אולם כאשר משנים גנים באופן מלאכותי, לרוב נותנים לחיידק המהונדס יתרון תחרותי כדי שיתרבה מהר וישרוד היטב בתנאי התעשייה שלא תמיד מפנקים. התוצאה של שחרור מיקרובים כאלה, מהונדסים וחזקים מאוד, אל סביבה שלא מכירה אותם, עלולה להיות לכל הפחות בלתי צפויה.

"בינתיים עוד לא שמענו על אסון אקולוגי בגלל מיקרוב שברח, רק משום שיש תקנות מאוד קפדניות לגבי שחרור מיקרובים מהונדסים לסביבה או גידול שלהם בכמויות במקום פתוח. אלא שאנשים עושים זאת גם במדינות שבהן החוקים פחות נוקשים. בני אדם כבר יצרו בעבר נזק נורא באמצעות העברה של מיקרובים לסביבות שבהן הם לא היו מוכרים, למשל המגיפות שהביאו האירופאים למערב ומחקו חלק נכבד מאוכלוסיית הוואי המקורית. ואז עוד היה מדובר בחיידקים שהעולם הכיר. עכשיו אלה חיידקים שונים מאוד מכל מה שקיים בטבע. לרוב, כשאנשים משחקים את אלוהים באופן כזה, התוצאה רעה".

- זו גם הגישה שלך ביחס להנדסה גנטית של צמחים?

"ובכן, גם הנדסה גנטית של צמחים היא קצת 'העמדת פני אלוהים', אבל בזכותה אולי נצליח לקיים את כל בני האדם בכדור הארץ. החברות המסחריות, משיקוליהן המסחריים, מהנדסות את הצמחים הללו כך שאינם יכולים להתרבות, והתוצאה היא צמח שהוא גם הרבה יותר בטיחותי מבחינה אקולוגית. מעבר לכך הגנים שבצמחים המהונדסים אינם חדשים, אלא לרוב כבר היו קיימים בצמחים אחרים, אבל הונדסו לתוך צמח אחר או לתוך זן אחר של אותו צמח. לכן אני חושב שהחשש במקרה של הנדסה גנטית בצמחים הוא היום מעט מוגזם".

מיליארד גנים של חיידקים

- עד כמה דומה גוף האדם או כל יצור רב-תאי אחר למושבת חיידקים?

"שאלה טובה. כל חיידק חי במושבה של חיידקים שעובדת בשיתוף פעולה, כמו בגוף. אחד מפרק את הפסולת של האחרים ומייצר מזון לאחרים. כל חיידק נמצא באינטראקציה עם כמה עשרות אחרים, וזה די דומה לפעולה של גוף רב-תאי".

- האם תא אנושי יכול להיות חלק פעיל בקונסורציום של החיידקים?

"לפעמים בהחלט נראה שכן. אנחנו עדיין לא יודעים בדיוק מהם הסימנים ההדדיים שנותנים החיידקים לתאים אנושיים והתאים שלנו נותנים לחיידקים. זה חוד החנית של מדע המיקרוביום, וכנראה הבסיס של חקר מחלות כמו קרוהן וצליאק ואפילו פרקינסון. ההשערה היא שייתכן שהמחלות הללו הן תגובה לשדר שהגוף מקבל מהחיידקים. קשה מאוד לחקור מושבות חיידקים כי מדענים לא לגמרי הצליחו לשחזר אותן במעבדה, ואין לנו גם תיעוד מאובנים של רוב המיקרובים כדי לדעת כיצד התפתחה האבולוציה שלהם".

- כמה סוגי חיידקים עם גנים ייחודיים יש בעולם?

"אף אחד לא יודע אבל אנחנו משערים שבערך מיליארד סוגים, ומתוכם בערך מיליון נמצאים באינטראקציה ישירה עם בני האדם".

- אז בעצם לא עשינו כלום בריצוף הגן האנושי. מהלך חיינו נקבע על ידי גנום הרבה יותר מורכב ומבוזר.

"הו, אבל אנחנו לומדים המון. הרי איך חקר הגנום התחיל? באמצע שנות ה-80 דווקא משרד האנרגיה בממשלת ארה"ב החל להתעניין בריצוף הגנום האנושי. הם לא חשבו על ההשפעה המדעית, אלא על היישומים התעשייתיים של זה, שלא ניתן היה אז לנחש אותם, אבל כל פריצת דרך בסדר גודל כזה מובילה ליישומים תעשייתיים.

"זה נעשה דווקא במשרד האנרגיה כי היו להם המחשבים הכי טובים, הכי חזקים. כשפרויקט הגנום הבשיל, המחשבים אכן השתפרו כי היה צריך לעמוד בכל המידע הזה. מהפכת הביג דאטה נבעה בין היתר מההתפתחות הזאת. ידוע שבשלב הזה היה מרוץ בין המכון הלאומי לבריאות שניהל אז את הפרויקט הממשלתי על גבי שרתי משרד האנרגיה לבין חברה פרטית בשם סלרה, ושתיהן השקיעו משאבים רבים בפרוייקט כדי לנצח ומאז הייתה התקדמות מהירה בתחום.

"במקביל, בסוף שנות ה-90, התבקשתי על ידי הממשלה לחבר כמה מומחים מתחום הגנום עם מומחים מלימודי הסביבה, כדי להתחיל בפרויקט ריצוף "הגנום הסביבתי", כלומר של חיידקים ויצורים זעירים אחרים. זה פרויקט שנמשך עד היום וממומן על ידי גורמים רבים בארה"ב - ממשלתיים, פילנתרופיים ופרטיים. רבים רואים בו את המחקר החשוב ביותר המבוצע היום. הצלחנו לאתר את הרצפים של הרבה מאוד סוגים של בקטריה, כולל גנים שלא היה לנו מושג שהם קיימים.

"רצפים שאנחנו מגלים הם רק חלק ממה שמתגלה במקביל בתעשייה. הם לא חושפים את התגליות שלהם, אבל יום אחד נדע. למשל, חברת האנרגיה אקסון חוקרת בקטריה שיכולה לנקות כתמי נפט. יש לי סטודנטים שגויסו לעבוד בתעשייה, בחברה חדשה וסודית בשם סינטטיק ג'נומיקס שהקים קרייג וונטר, שהיה ממייסדי סלרה, החברה שבזמנו פענחה את הגנום. הם חתומים על הסכמי סודיות מפה ועד הודעה חדשה. כשהם הולכים הביתה הם חייבים להפקיד את המחברות שלהם בכספת. אפשר רק לנחש מה הם כבר גילו שם, ואיזו התקדמות תהיה כשהמסמכים שלהם ייחשפו".

"אם טראמפ יממש את מדיניות המדע שלו, לא נדע אפילו לחזות את מזג האוויר"

פרופ' פול פולקובסקי, שייעץ לממשלו של ברק אובמה בנושאי אנרגיה חלופית ונושאים סביבתיים, מזועזע לחלוטין מהיחס של הנשיא הנבחר דונלד טראמפ לנושא ההתחממות הגלובלית בפרט ולסוגיות מדעיות בכלל. "הגישה של טראמפ למדע היא נוראית", הוא אומר. "לא ראיתי בחיי שום דבר שמתקרב לכך - כזה מאמץ למעוך כל מוסד מדעי לכל רוחב היריעה. אני לא חושב שזה יצליח".

פולקובסקי מתכוון בין היתר לקיצוצים הצפויים בתקציבי המדע ובתקציב מכון הלאומי לבריאות (NIH). "אני לא חושב שזה יצליח", הוא אומר. "אני חושב שיש רפובליקנים בקונגרס שלא יפקירו את ה-NIH. אולי הם לא יתמכו במשרד להגנת הסביבה (EPA), אבל קיצוץ של תקציבים למחקר רפואי? אני לא מאמין שזה יהיה כל כך חמור כפי שהוא הצהיר.

"בתקופת ממשל אובמה היו במשרד המדע אנשים נהדרים, שהיו מאוד קרובים לנשיא ומאוד השפיעו על החלטותיו. כולם היו מדענים מוכשרים, וכולם פוטרו ברגע שטראמפ הגיע. זה משהו שלא קרה מעולם. כיום יושב במשרד להגנת הסביבה אדם שלא מאמין ששינוי האקלים נגרם על ידי בני אדם או אולי אפילו לא נגרם על ידי פחמן דו-חמצני. איש לא מונה לראשות המרכז לחקר הים. הם כנראה לא חושבים שזה שווה את הזמן שלהם".

לדברי פולקובסקי, הממשל של טראמפ מונע משני שיקולים: הרצון להפחית רגולציה והרצון להפנות תקציבים לתחומים אחרים, כמו בניית החומה מול מקסיקו. "ממשל טראמפ חושש לקצץ בתמיכה בחקלאים, בקשישים ובקהלים אחרים שמצביעים לו", הוא אומר, "ויש גם גישה שעל כל דבר יכולה להיות לכל אחד דעה, שלא קשורה בהכרח לעובדות. בלי תמריצים כלכליים וממשלתיים לא יהיה עוד מדע משנה עולם. אני תמיד אומר לסטודנטים שלי - דרושה רק המצאה אחת כדי לשנות את העולם. למשל מי שגילה את באר הנפט הראשונה הציל את הלווייתנים מהכחדה משום שלפני כן היו משתמשים בשומן לווייתנים למנורות הקרוסין. אבל ממשל טראמפ הולך הפוך, נגד הקדמה. הם חושבים שהם יחזירו לארה"ב את תעשיית הפחם. את העבודות של פעם. אבל היום כמעט שאין כורי פחם בארה"ב, ואפילו בסין אין לזה שוק כמעט.

"בממשל הזה חושבים שהם יחזירו את משרות הייצור לארה"ב. היום הייצור באמת חוזר לארה"ב - אבל באמצעות רובוטים. כן, ארה"ב בהחלט צריכה מקומות עבודה חדשים, אבל עבודה כיום היא לא כריית פחם וטראמפ וממשלתו לא מצליחים להבין את זה".

- אם טרמאפ יממש את מדיניות המדע שלו, מה יהיה הנזק הראשון שנרגיש?

"לווייני מזג האוויר יהיו הראשונים שילכו. טראמפ מאיים לקצץ בתקציב של משרד בשם NOAH, שאחראי על הלוויינים האלה.

"שואלים את תומכי טראמפ 'מאיפה אתם מקבלים את תחזית מזג האוויר שלכם', והם אומרים, 'אני לא מקבל אותה מלוויין ממשלתי אלא מחברה פרטית בשם accuweather, אבל אין להם מושג שהחברה הפרטית מקבלת את המידע שלה מהלוויין הממשלתי! אין להם מושג מהן מגבלות השוק הפרטי ומה היקף המשאבים של חברה כזאת. אז הלוויינים הללו יפעלו כמה שנים ולא ישיקו חדשים. ויום אחד הם יפסיקו לפעול ואז אמריקאים לא יידעו מה מזג האוויר הצפוי ולא יוכלו לחזות הוריקנים".