בידוד חומרים אנטי-מיקרוביאליים מחיידקים החיים באסוציאציה עם ספוגים

צלחת פטרי עליה בוצע anti-bacterial streak assay

יאנה פרוביץ', המחלקה לזואולוגיה
עבודה לשם קבלת תואר מוסמך
מנחה: פרופ' מיכה אילן, המחלקה לזואולוגיה, אוניברסיטת תל-אביב


צמדת ים הינו השם שניתן לחברה הישיבה של חסרי חוליות ואצות על מצעים בסביבה מימית ובכללה מצעים מלאכותיים כמו צינורות הובלה תת ימיים, כלי שייט, גשרים ומכשור תת ימי. תהליך ההיווצרות של צמדת ים כולל מספר שלבים כאשר בין השלבים הראשונים ביותר מצוי תהליך של היצמדות מיקרואורגניזמים לרובד של מולקולות אורגניות שעל גבי המצע, דבר הקורה תוך מספר דקות. תהליך זה מתמשך ליצירת ביופילם (biofilm), שכבה המכילה חברת מיקרואורגניזמים ביניהם בעיקר חיידקים, ופטריות בצפיפות נמוכה יותר. בשלבים מאוחרים יותר הנמשכים ימים עד חודשים, נצמדים גם חסרי חוליות כמו בלוטי ים, חיטחביים, תולעים ישיבות, ומאקרו-אצות.

מחקר ופיתוח צבעים המונעים צמדת ים מתמקד בהשראה ודימוי של הטבע. ספוגים מהווים מודל חשוב להשראה מסוג זה מכיוון ששטח הפנים של רבים מהם נקי מצמדת ים וגם מכיוון שהם ידועים כמקור עשיר לחומרי טבע רבים עם מגוון פעילויות. כמו כן ידוע שמיקרואורגניזמים החיים באסוציאציה עם ספוגים אחראיים לייצור של חומרי טבע רבים ומהווים מקור פוטנציאלי טוב לחומרים מונעי צמדת ים. חיידקים השייכים למערכת ה-Actinobacteria שרבים מהם ידועים בתור יצרני אנטיביוטיקות, נמצאו כחיים באסוציאציה עם ספוגים מהסוגים Amphimedon ו-Axinella.

המחקר הנוכחי התמקד בבחינת 25 זני חיידקים ממערכת ה-Actinobacteria אשר בודדו בעבר מספוגים והראו פעילות עיכוב של חיידקים אחרים ולכן, נבחרו לעבודה זו. רוב החיידקים בודדו מהספוגים מהסוג Amphimedon מהמינים A. compressa, A. erina  ו-A. chloros ושני זנים של חיידקים בודדו מהספוג Axinella polypoides.

מטרת המחקר היתה למצוא חומרי טבע פעילים כנגד חיידקים ופטריות סביבתיים היכולים לפגוע ביצירת ביופילם ובכך למנוע היווצרות של צמדת ים. לכן, חיידקי הבדיקה נבדקו במבחנים אנטי-בקטריאליים שבחנו פעילות עיכוב כנגד ארבעה חיידקים מזני מעבדה (E. coli, S. aureus, S. albus, P. aeruginosa) ועוד שישה חיידקים סביבתיים. חמישה מינים מבין החיידקים היו גרם-שליליים וחמישה גרם-חיוביים. מתוך חיידקי הבדיקה נבחרו להמשך העבודה ובידוד של חומרי טבע אלה אשר נמצאו כפעילים כנגד לפחות ארבעה חיידקי מטרה. בהמשך, חיידקי הבדיקה הפעילים אנטי-בקטריאלית גודלו בתנאי גידול שונים, עברו מיצוי כימי ונבחנה היכולת של מיצויים אלה לעכב חיידקים בניסוי אנטי-בקטריאלי עם דיסקיות במטרה למצוא מיצויים פעילים ולבחון השפעה של תנאי גידול על הפרשה של חומרי טבע ע"י חיידקי הבדיקה.

מתוך מספר חיידקים אשר המיצויים שלהם נמצאו פעילים נבחר החיידק Streptomyces sp.  אשר בודד מהספוג Amphimedon erina, להמשך העבודה ובידוד החומרים הפעילים. החיידק גודל בנפח תרבית גדול ונעשה מיצוי של החיידק עצמו ושל מצע הגידול שלו בנפרד. בבדיקת פעילות כנגד 6 חיידקים אחרים נמצא כי המיצוי של מצע הגידול של Streptomyces sp. פעיל יותר ממיצוי תאי החיידק עצמו ולכן, הופרדה התמצית ממיצוי מצע הגידול. בידוד חומרי הטבע בוצע בליווי של מבחנים אנטי-בקטריאליים.

בתום שני ניסיונות של גידול חיידק ה- Streptomyces sp. על אגר בנפח גדול, מיצוי כימי והפרדות כרומטוגרפיות, בודדו מהמיצויים מספר חומרי טבע. בין החומרים הללו היו: קבוצה של כשבעה חומרים חדשים, אחד מהם עבר פענוח ספקטראלי ונמצא כמורכב מפפטיד ציקלי בעל 9 יחידות של חומצות אמינו ויחידת פלאבין (פענוח ספקטראלי של מבנה טרם הסתיים), מספר דיקטופיפראזינים בעלי פוטנציאל אנטי-בקטריאלי וחומר הטבע סטאורוספורין הידוע כבעל פעילות אנטי-פטרייתית.

בנוסף לבחינת פעילותם האנטי-בקטריאלית של החיידקים והמיצויים, ובידוד חומרי טבע (המלווה במבחנים אנטי-בקטריאליים ובדיקות NMR), בוצעו מבחנים אנטי-פטרייתיים למיצויי החיידקים הפעילים. המבחנים היו כנגד 4 פטריות סביבתיות אשר בודדו מים תיכון ומסדימנט: שתיים מהסוג Penicillium, אחת מהסוג Trichoderma ואחת מהסוג Aspergillus. נמצא כי המיצויים היו פעילים כנגד הפטריות הסביבתיות, כאשר מיצויים של מספר חיידקי בדיקה עיכבו גידול של הפטריות הסביבתיות ביותר מ-50%.

עיכוב גידול הפטריות והחיידקים שנמצא במחקר מצביע על כך שהחומרים הפעילים המיוצרים ע"י החיידקים החיים באסוציאציה עם הספוגים יכולים לתת להם הגנה כימית בפני מיקרואורגניזמים פולשים סביבתיים וייתכן ומונעים את התיישבותם על גבי הספוג. חומרים אלו לכן יכולים להוות מקור פוטנציאלי מתאים לפיתוח חומרים מונעי צמדת ים.

תכנים