מחקר: מוטציות בחיידקי E. coli יסייעו לאתר בקלות רבה יותר מוקשים באדמה

ספטמבר 29, 2020
בתמונות - ההבדלים בין קרקע שהכילה חומר נפץ [משבצת שמאלית עליונה] לקרקע נקייה [משבצת שמאלית תחתונה], וכימות של עוצמת ההארה [משבצת ימנית]

חוקרים מהאוניברסיטה העברית שפיתחו שיטה לאיתור מרחוק של מוקשים החבויים בקרקע על-ידי חיידקי E. coli מהונדסים, ביצעו מחקר המשך, והצליחו לשפר משמעותית את התגלית שלהם. שתי מוטציות של החיידקים זיהו את המוקשים בצורה טובה יותר וגרמו לפליטת אור בצורה הניתנת לזיהוי גם בעין אדם, ללא צורך במכשור. המחקר החדש פורסם בכתב העת New Biotechnology

 

בתמונות - ההבדלים בין קרקע שהכילה חומר נפץ [משבצת שמאלית עליונה] לקרקע נקייה [משבצת שמאלית תחתונה], וכימות של עוצמת ההארה [משבצת ימנית]לפני כשלוש שנים התפרסם בכתב העת  NATURE BIOTECHNOLOGYמאמר שהתייחס לשיטה חדשה לאיתור מוקשים מוטמנים בקרקע, שפותחה במעבדות האוניברסיטה העברית בירושלים. השיטה מבוססת על הנדסה גנטית של חיידקים שתוכנתו כך שכאשר הם נמצאים בסביבתו של מוקש הם מסוגלים "להריח" את אדי חומרי הנפץ העולים ממנו ומצטברים בקרקע שמעליו, ובתגובה מייצרים אות פלואורסנטי הניתן למדידה מרחוק. על המחקר היו חתומים שלושה חוקרים בכירים, פרופ' שמשון בלקין מהמכון למדעי החיים באוניברסיטה, פרופ' אהרון אגרנט מהמחלקה לפיזיקה יישומית, ופרופ' עמוס נוסינוביץ' מהפקולטה לחקלאות, מזון וסביבה באוניברסיטה.

פרופ' שמשון בלקין מסביר על הגילוי מבחינה מדעית: "מסתבר שכשחיידקי Escherichia coli, או בכינוים המוכר E. coli, נחשפים לחומר נפץ מסוג TNT, מופעלים אצלם גנים מסוימים שהפעלתם מסייעת ככל הנראה לחיידקים להתמודד עם רעילות החומר. אנו ניצלנו עובדה זו כדי לבנות מעגל גנטי, בדומה למעגל חשמלי, שבו פרומוטור של אחד הגנים (האזור המשמש כמתג של המעגל), המופעל בנוכחות אדי חומרי נפץ, גורם לביטוי של חלבון פלואורסנטי, הפולט אור ירוק כאשר מאירים עליו באורך גל מסוים. וכך, החוקרים הצליחו לסמן את כל האזורים שבהם נפלט אור שכזה, ויצרו מפה שבה צוין המיקום של כל המוקשים שנמצאו. במאמר מתוארות תוצאותיו של ניסוי בו הצליחו החוקרים לגלות את מיקומם של מוקשי נעל צבאיים אמיתיים.

במחקר חדש שביצעו פרופ' בלקין ופרופ' אגרנט וצוותם, ופורסם און ליין לפני כשבוע בכתב העת המדעי "New Biotechnology", הם ניסו לשפר את הרגישות של אותו מתג כדי לאפשר את גילויים של מוקשים שאותם היה קשה יותר לאתר באמצעות השיטה שפתחו. לשם כך החליפו את החלבון הפלואורסנטי הירוק באנזים שמייצר אור (לוציפראז), ובכך למנוע את הצורך להאיר את השטח הנבדק כדי לראות את תגובת החיידקים. בנימין שמר, מצוות המחקר של פרופ' בלקין מסביר כי "כדי לזהות באופן יעיל מוקשים, ובעיקר מוקשים ישנים שאולי כבר פולטים פחות אדים רעילים אך עדיין מסוגלים להתפוצץ, היה חשוב לנו להגביר את רגישותו של מעגל החישה הגנטי, ולגרום לו להיות מופעל גם בעקבות חשיפה לכמויות מזעריות של חומרי נפץ, אשר באופן טבעי אינן מפעילות את המתג הביולוגי (הפרומוטור) הקיים. לצורך שיפור הרגישות של המתג ביצענו סריקה מקיפה של מוטציות בגנום של החיידק שיוצר את פליטת האור. מצאנו כי המוטציות ygdD ו-eutE הפכו את החיידקים לחיישנים הביולוגיים הרגישים ביותר שתוארו אי פעם לגילוי עקבות של חומרי נפץ".

כדי להדגים את יכולות השיטה, קובעו החיידקים המהונדסים בכדוריות פולימריות זעירות, ופוזרו מעל חומר נפץ שנטמן באדמה למטרה זו. ואכן, החיידקים זרחו בצורה הניתנת לזיהוי גם בעין, ללא צורך במכשור כלשהו. "ניתן היה לראות בבירור את ההבדלים בין קרקע שהכילה חומר נפץ לקרקע נקייה", מסביר פרופ' בלקין. "כימות של האות הראה תגובה חזקה מאוד של החיידקים כשלוש שעות מרגע פיזורם על הקרקע".

למחקר במלואו: https://europepmc.org/article/med/32622861