באיזה אזור בארץ סובלים הכי הרבה מסטרס? התשובה אצל חיידקי הביוב

נחשו באיזה אזור בישראל סבלו התושבים מהמתח הנפשי הרב ביותר אחרי מתקפת 7.10. האם היו אלה האזורים המטווחים ביותר בטילים, האזורים שאליהם פונו תושבי עוטף עזה או האזורים שמהם יצאו הכי הרבה לוחמים לעזה? התשובה לשאלה הזאת, מתברר, נמצאת בביוב. על חיישני הביוב של פרופ' אריאל קושמרו, מהפקולטה להנדסה והנדסת ביוטכנולוגיה באוניברסיטת בן גוריון, כתבנו בתקופת הקורונה, אז הם סייעו לזהות את כיוון ההתפשטות של המגפה. המגפה שככה מאז אבל היכולות נשארו, והן מאפשרות היום לזהות בין היתר את רמות המתח באוכלוסייה.

● ניסוי אחד וזהו: ה־FDA משנה באופן דרמטי את הכללים בדרך לאישור תרופות
● אל תגלו לרוג'ר ווטרס: מה מצאו חוקרים בטכניון על הלהיט של פינק פלויד?

"אנחנו יכולים לעקוב אחרי הורמוני הסטרס, וגם אחרי צריכת ניקוטין, קפאין ותרופות אנטי־חרדתיות, ואלה נתונים שאגב לא כל כך קל להשיג, לא עבור מחקר אקדמי, ולא עבור הממשלה".

והתוצאה?
"להפתעתנו, בחודשים שאחרי 7.10, כולם היו בסטרס, כמעט באותה רמה. באר שבע, שחטפה הרבה טילים, לא הציגה יותר סטרס מדימונה השכנה, שכמעט לא נפגעה פיזית. גם שום מגזר לא היה פטור מהסטרס - לא תל אביבים, לא חרדים וגם לא ערבים או בדואים".

כולנו באותה סירה, גם אם היא שטה על מי ביוב. זה מסר מאחד.
"כרגע כן, ובכל זאת זהו כלי מעניין לבדל בעתיד בין רמות של מצוקה באזורים שונים, אוכלוסיות בטראומה שאולי לא זוכות לטיפול, כדי להפנות לשם משאבים".

תוכל למצוא, נניח, גם בית ספציפי שבו מישהו בסטרס קיצוני, נניח כדי לזהות אלימות במשפחה?
"זה בעייתי ברמה האתית, אבל כן נעשו בעולם עבודות לניטור בתי ספר מסוימים, כדי לראות אם מגיעים בהם לרמות גבוהות של עישון, צריכת אלכוהול או מזון מעובד, ולהטמיע תוכניות חינוכיות בהתאם. כבר שנים משתמשים בביוב כדי לאתר צריכת סמים בבתי כלא, אבל זה קל יחסית כי מחפשים מולקולות ספציפיות. החידוש שלנו הוא היכולת למצוא סמנים או מדדים יותר מורכבים שמצביעים על בריאות האוכלוסייה ברמה של עיר.

"אפשר לנטר את האוכלוסיה כולה כדי לראות, למשל, אם מס על משקאות ממותקים אכן הפחית את צריכת הממתיקים המלאכותיים, או להשוות בין תוכניות רווחה שונות לחלוקת מזון. הביוב הופך לכלי לבריאות הציבור, והיישום הכי ברור הוא איתור המגפה הבאה".

חיישני הביוב הם רק דוגמה אחת ליכולות שפותחו במעבדתו של קושמרו. החידוש העיקרי שלו הוא היכולת לקחת "מרק" - דגימה ממי ים, מהאדמה, משפכי ביוב או אפילו מגוף האדם, ולזהות יחסית בזול ובמהירות מהם רצפי ה־DNA של כל היצורים החיים והווירוסים בדגימה, ואת החומרים שכולם מפרישים.

לשבש את התקשורת

הטכנולוגיה הזאת ואחרות שפותחו במעבדה של קושמרו וצוותו ניתנות ליישום במגוון כמעט אינסופי של יישומים הקשורים לבעיות הבוערות ביותר של האנושות, ובהן פירוק פלסטיק, ניקוי נפט מהים, מניעת עששת שיניים וטיפול בפצעים כרוניים, מניעת עמידות לאנטיביוטיקה, ניטרול ריחות בשפכים, ועוד ועוד.

כשאנחנו חושבים על מאסה של חיידקים מזיקים שהולכת ומתרבה בגוף שלנו, אנחנו בדרך כלל חושבים עליהם כעל צבא של חיידקים דומים, אך עם השנים למדו חוקרים שמושבות של חיידקים מתנהלות כמעט כמו מושבות של בני אדם. לפרטים שונים יש תפקידים שונים, והחלוקה הזאת מאפשרת לקבוצה כולה להשיג תוצאות טובות יותר, ובתנאי שיש סנכרון בין הפרטים.

אצל החיידקים הסנכרון מתבצע באמצעות תקשורת כימית, וכשהוא מוצלח, החיידקים יהפכו לרוב מקבוצת פרטים ל"ביו־פילם", משטח של חיידקים וחומרים שהופרשו, כמו הפלאק שמצטבר על השיניים. הביו־פילם הזה בדרך כלל נדבק למשטחים כמו השיניים, העור ורקמות שונות - פצעים, מערכת העיכול ועוד.

"במחקרים שלנו בסביבה הימית (בשיטת פירוק המרק), מצאנו כמה חומרים שמשבשים תקשורת בין חיידקים. חיפשנו אותם בסביבה הימית דווקא, כי זו סביבה מאוד תחרותית לחיידקים, ובסביבות תחרותיות, מינים שונים פיתחו כלים לשבש את פעילותם של מינים אחרים".

התברר שאותם חומרי שיבוש מהסביבה הימית עובדים גם בסביבת הפה. "לכולנו יש חיידקי עששת", אומר קושמרו. "הכמות שלהם ויכולתם ליצור מושבות תלויה באופן שבו מצחצחים, בחוזק ציפוי השן ובגנטיקה. החומר הזה עשוי לשבש את היכולת שלהם להיצמד ולייצר ביופילם על השיניים. הוא אומר להם להיות סוליסטים".

כמו בוט של מדינה עוינת שזורע פילוג בעם.
"פחות או יותר. לחיידקים יש 'חישת מניין'. הם יודעים אם הם יחד או לבד, וכאשר הם לבד, הם נזהרים יותר במה שהם עושים, מאחר שהם פגיעים יותר וחשופים לסביבה ולמערכת החיסון, אבל אם יש סביבם מיליונים, הם מרגישים פחות פגיעים ומתחילים לעשות דברים שנוח להם לעשות יחד. כקהילה הם הופכים אלימים יותר".

הם אומרים לעצמם, אני צריך פחות הגנה כרגע ויכול להפנות משאבים להפריש טוקסין?
"אני מעריך שמשהו כזה, אם כי כמובן לא שאלתי אותם".

היישום המסחרי הצפוי הוא להוסיף את החומרים הללו למי פה או למשחות שיניים. לצד עששת, החומר הזה יכול לשבש גם פעילות של חיידקים בתוך פצעים כרוניים, לטפל בפצעי אקנה וגם למנוע תחלואה של בעלי כנף או דגים בחקלאות, ולהפחית את השימוש באנטיביוטיקה".

הבנו שאתה מחפש את הרכב החיידקים בתוך "מרק" באמצעות ריצוף גנטי, ואז מבצע עיבוד מתוחכם של המידע כדי להבין אילו חיידקים סביר שיש באותו מרק. אבל איך אתה מזהה את החומרים שהחיידק מפריש?
"למשל, אנחנו לוקחים חיידק שאנחנו מכירים היטב (לדוגמה E. coli) ומהנדסים אותו גנטית כך שהתגובה שלו לחומר שמעכב תקשורת תהיה עלייה או ירידה של ביולומנסנציה או פלואורסנציה, כלומר ליצור אור. אם שמנו חיידקים בדגימה והיא כעת זוהרת, סימן שיש לנו שם חומר כלשהו שמעכב תקשורת, גם אם איננו יודעים מהו. ואז אנחנו מבודדים את החומרים, ומאפיינים את המבנה ואת הפעילות שלהם. זה אולי נשמע פשוט, אבל כל מילה שאמרתי פה זה דוקטורט או שניים, המון שנים והמון מאמץ".

מסע לגילוי אנטיביוטיקה

במחקר חדש שפורסם ב־2025, ביקש קושמרו לתקוף את הבעיה הבוערת של עמידות חיידקים לאנטיביוטיקה מכיוון נוסף. "אחת הדרכים שבהן חיידקים מפתחים עמידות היא על ידי פירוק האנטיביוטיקה, וספציפית פניצילין, שהוא כזכור חומר שפטריות פיתחו כדי להגן על עצמן מחיידקים. האנטיביוטיקה הפופולרית אוגמנטין, למשל, היא למעשה פניצילין עם חומרים שמונעים את הפירוק שלו (האמוקסיצילין קוטל את החיידקים והחומצה הקלאוולאנית מונעת מהחיידקים לנטרל את האנטיביוטיקה). היום ידועים רק 3־4 חומרים כאלה.

"פיתחנו אוסף של חיידקים עמידים לאנטיביוטיקות מסוג פניצילין, שכשהם נחשפים אליו בריכוז נתון הם לא מאירים, ומאירים רק כשיש נוכחות של חומר המבטל את העמידות. בהמשך שמנו אותם בתוך תמיסות עם כל מיני חומרים שהפקנו מסביבה ימית או יבשתית. שתי תמיסות (מיצוי מפטריות מהסביבה הימית) גרמו לחיידקי האינדיקטור להאיר, כלומר בתמיסות האלה היה חומר שגם לחיידקים לאבד את היכולת לפרק את הפניצילין. עכשיו אנחנו יוצאים למסע לגלות מה החומר שגרם לכך, וזה ייקח כמה שנים".

כרגע ידוע שגם במקרה הזה, החומרים מופרשים על ידי פטריות.

בינתיים אתה יכול לשתות את כל המרק או לאכול את הפטרייה?
"לא, הפטריות הללו מפרישות עוד המון חומרים, ואנחנו רוצים להבין היטב את ההשלכות לפני שאנחנו מגיעים לשלב של טיפול".

אותה בעיה אפשר לתקוף מכיוון אחר לגמרי, על ידי הפחתת השימוש באנטיביוטיקה בחקלאות. "במסגרת שיתוף פעולה עם פרופ' רז ילניק וד"ר אורית מלכה מהמחלקה לכימיה באוניברסיטה, יצרנו יוגורט מסוג קפיר, שאם אנחנו ממצים ממנו את התוצרים, ללא היוגורט, ונותנים אותם לעגלים בחודשיים הראשונים לחייהם, אנחנו מייצרים אצלם עמידות למחלות שיכולה לחסוך שימוש באנטיביוטיקה. עגלים בני יומיים־שלושה מועברים מרפתות החלב לפיטום ומפסיקים לקבל קולוסטרום, חלב האם הראשוני שהוא עשיר בפקטורים חיסוניים. לכן יש להם תחלואה כל כך גבוהה והם צריכים כל כך הרבה אנטיביוטיקה כדי לשרוד - אנטיביוטיקה שגם מגיעה אלינו בסופו של דבר.

"גם מי שצמחוני יסבול מזה כי החיידקים של העגלים מפתחים עמידות ומופרשים לסביבה.

"התוסף שלנו מעלה את רמת החסינות של העגלים, משנה את המיקרוביום שלהם, ולא רק שהם בריאים יותר, הם גם מייצרים פחות מתאן, החומר שתורם להתחממות הגלובלית. זה פרויקט שאמור לצאת למסחור בקרוב".

לנבא סירחון ולנקות נפט

קושמרו עוסק לא רק בפרויקטים שקשורים לעולם הרפואה. המעבדה שלו ממוקדת לא פחות ביישומים לתחום הסביבה, למשל פרויקט עם נאות חובב, שפועל זה כ־20 שנה וחוסך מפגעי ריח.

מתברר שהריח של תרכובות גופרית האופייני נובע לא מהשפכים עצמם אלא רק משינוי שלהם על ידי חיידקים מחזרי גופרית לגז הסולפיד שגורם ריח חריף של ביצים סרוחות. "אנחנו מנטרים באופן קבוע את כמות החיידקים שרלוונטיים לבעיה בפארק התעשייה של נאות חובב. מעבר לסף מסוים, התעשיות מקבלות הודעה שעליהן לפעול. בשנות ה־2000 האזור הזה אופיין במטרדי ריח מאוד קשים, והיום הבעיה כמעט לא קיימת".

הפתרון הזה ייחודי לכם?
"לא ידוע לי שקיים באיזשהו מקום בעולם פרויקט של ניבוי ריח על פי חיידקים או בכלל. בכתבה על כך בעבר קראו לפתרון 'אף מולקולרי', אבל זה לא באמת אף, כי הוא לא חש את הריח עצמו, אלא את רצפי ה־DNA של החיידקים".

מעבר לניבוי ריח, במעבדה של קושמרו עובדים גם על ניקוי קרקעות בעזרת חיידקים, וזה פיתוח רלוונטי במיוחד נוכח הגילוי האחרון שהקרקע בשדה דב מזוהמת ותוכניות הבנייה שם עלולות להתעכב זמן רב.

קושמרו מציין אתרים אחרים עם בעיית זיהום, "כמו במפעל תע"ש, או באזור סידני עלי, שם מדי פעם עוד מדווחים שהתפוצץ משהו בקרקע", ומספר על מאגד חדש שהמעבדה שלו חברה בו. "המאגד, שנקרא 'אדמה ירוקה', ממומן על ידי משרד החדשנות ומטרתו ניקוי קרקעות מדלקים ומחומרי נפץ על ידי מיקרואורגניזמים, בתקווה לפני שהם מגיעים למי התהום. תוצרי הפירוק הם מים, CO2 ולפעמים גם חנקן, כך שהאדמה אפילו מרוויחה מזה. בשלב זה הפיתוח הוא ברמת המעבדה. בעוד כשנה וחצי עד שנתיים נגיע גם לטיפול בשטח".

האתגר הגדול הוא פירוק של פלסטיק. "מי שהתחיל בכך, ופיתח את הנושא לאורך שנים, כולל מול חברות בינלאומיות, הוא פרופ' אלכס סיוון שנפטר לפני כמה שנים, אך הפרויקט שלו ממשיך. בהקשר זה, אני שותף למאגד בשם 'ביו+', שילוב של חברות פלסטיק בישראל ואנשי אקדמיה. במסגרת המשימות פיתחנו יכולת לנבא תוך כמה שבועות אם וכמה זמן ייקח לפלסטיק להתפרק. בדרך כלל זה לוקח חצי שנה עד שנה, אם לא יותר".

איך האצתם את התהליך? גם במקרה הזה בעזרת חיידקים?
"כן, גידלנו במעבדה חיידקים בעלי יכולת לפרק פלסטיק שאנחנו מדגירים יחד עם פלסטיק, ובאמצעות שיטה שמודדת את אורכי הגל של האור המוחזר, אני יכול לדעת איזה שינוי מולקולרי עשו החיידקים לפלסטיק. אנחנו בוחנים כך טיפולים ותוספים שמזרזים את הפירוק של הפלסטיק, ואז אפשר לראות אם התוסף אכן מאיץ את התהליך או לא.

"אבל העתיד הוא בהכנסת החיידקים לתוך אריזת הפלסטיק עצמה. החיידקים מופעלים רק על ידי התנאים הנמצאים במזבלה, וכך הפירוק של הפלסטיק יכול לארוך כמה שנים בלבד לעומת 40 שנה ויותר נכון להיום. גם אם הם פעילים קצת כשהמוצר אצלך על המדף, בכל מקרה את לא מחזיקה אותו שנים. אני חושב שזה יכול להיות דבר גדול, כי למרות כל מיני ניסיונות להחליף את הפלסטיק בכל מיני תחליפים מחומרים אורגניים כמו סויה, יש לו יתרונות של גמישות וחוזק, שאנחנו אולי לא חייבים לוותר עליהם".

ואם כבר מפרקים פלסטיק, אז למה לא לפנות נפט מהים. אם דמיינתם פעם ספוג גדול שמגיע לים ופשוט סופח את הנפט מתוכו, אז זו ההמציאות בעצם. "פיתחנו חומר בשם Aerogel, שעשוי מתוצרי לוואי של תעשיית הנייר. הוא יכול לספוח דלק ביחס של 1 ל־100 ובתוכו יש כבר מראש חומרי הזנה וחיידקים שמפרקים את הנייר עם הנפט, והחומר מתכלה לגמרי".

מאיפה אתם מביאים חיידקים ייעודיים לכל בעיה? זו הנדסה גנטית?
"לא, זה נגד הרגולציה, למרות שאם את שואלת אותי, הסיכון מהנדסה גנטית של חיידקים נמוך ממה שחושבים. אנחנו מגדלים במעבדה חיידקים סביבתיים, ובוררים מהם ומרבים סלקטיבית את אלה שמתאימים למשימה. גם לגביהם, קיים חשש כלשהו שהם ישנו את האיזון האקולוגי במקום שאליו אנחנו מביאים אותם. ההתערבות הזאת לא לגמרי תמימה. אבל יש לנו דרך לבדוק זאת תוך כדי מחקר. באותן שיטות של ריצוף עמוק, אנחנו בודקים את אוכלוסיית החיידקים אחרי ההתערבות שלנו, ורואים אם האיזון האקולוגי הופר באופן מסוכן".

רעב מתמיד לתקציב

מעבדתו של קושמרו מפתחת פתרונות לכל כך הרבה בעיות, עד שנראה כי אחד האתגרים העיקריים הוא השאלה לאן מפנים את המשאבים. "התקציב תמיד לא מספיק", הוא מודה. "אנחנו מגישים בקשות למענקי מחקר בתחומים שונים, ואלה שמתקבלים מכוונים אותנו במה להתמקד. ככל שהמימון יהיה נדיב יותר, נוכל לעשות מחקרים רבים יותר ולתת יותר טכנולוגיות חדשניות לאנושות בתחומים סביבתיים וקליניים.

"התקציבים בירידה כל הזמן, והתחרות הבינלאומית גדלה. לא מדברים על כך רשמית, אך במאגדים של האיחוד האירופי, שמאוד משמעותיים לעבודה שלי, יש גם גורמים שמעדיפים לא לשתף פעולה עם חוקר ישראלי. קל לנו יותר עם מדינות כגון צ'כיה, פורטוגל, גרמניה, ופחות עם ספרד או צרפת.

"שיתוף הפעולה עם ארה"ב הוא בעייתי כי כל הנושא הסביבתי שם פחות רלוונטי. המדיניות הסביבתית הזאת פוגעת קודם כול בארה"ב, אבל גם בנו. אז ארה"ב ביטלה את התחום, ואילו אירופה לא בעניין שלנו, אז נשארנו עם גורמים מהמזרח. סין מדינה שנויה במחלוקת עבור ישראל מבחינה גיאופוליטית, אבל הם מעניינים עבורנו כי הם שמים דגש על אנרגיה חלופית ומנסים לטפל גם בבעיות בהקשרי סביבה כגון זיהום אוויר ומים.

"כך או כך, בישראל מדענים נמצאים ברעב תקציבי מתמיד. זה מחדד את החושים, אבל גם פוגע בפרויקטים שיכולים להיות משמעותיים".