אפיון מחזורי הארסן ובריום בספוג Theonella swinhoei המונעים על ידי החיידקים הסימביונטים

Theonella swinhoei

רעי קרן, המחלקה לזואולוגיה
עבודה לשם קבלת תואר דוקטור
מנחה: פרופ' מיכה אילן, המחלקה לזואולוגיה, אוניברסיטת תל אביב


הסביבה הימית מכילה ריכוזים נמוכים של ארסן (~2 µg/L) ובריום (0.24-200 µg/L). ארסן מופיע לרוב בתור תחמוצת הארסן (arsenate) ואילו בריום בתור יון או המינרל בריט (barite). ספוגים, אשר ניזונים מסינון כמויות עצומות של מי ים, חשופים לכמויות גדולות של יסודות קורט רעילים, שמצטברים בגופם לאורך זמן. כזהו המקרה של הספוג Theonella swinhoei, מין נפוץ באוקיינוסים ההודי והשקט, המאכלס בתוכו כמויות גדולות של חיידקים סימביונטים.  לאחרונה התגלה כי פרטים של הספוג בצפון ים סוף אוגרים את היסודות בריכוז גבוה שמגיע עד פי מיליון מהריכוז הטבעי במי המפרץ. 

היות ובסביבה הימית, לחיידקים תפקיד מרכזי במחזורים הביוגיאוכימים של שני היסודות ההיפותיזה שלי גורסת כי לחיידקים סימביונטים של הספוג תפקיד דומה בגוף הספוג.

בכדי לחקור את מחזורי היסודות בחנתי שלושה פרמטרים בסיסיים: מקור היסודות, מיקומם בגוף הספוג וזמינות היסודות למסלולים ביולוגיים. בנוסף לכך, תכננתי לאפיין את אוכלוסיית החיידקים הסימביונטים אשר עמידים לארסן. בעבודתי השתמשתי במספר כיווני מחקר: 1) ניתוח כימי של היסודות לקבלת ריכוזם (ריכוז כלל היסוד וריכוז החלק המומס במים). מדידה נוספת נעשתה לארסן לזיהוי התצורות השונות הקיימות בחלק המומס. 2) גידול וזיהוי חיידקים העמידים לארסן, תוך שימוש במצעים סלקטיביים, אשר תכננתי. שתי גישות שימשו לגידול החיידקים, זריעה ישירה של חיידקים על צלחות גידול ואיקלום של החיידקים לפני זריעה במצע גידול נוזלי עם שלד ספוג (חיקוי הסביבה הטבעית בה גדלים החיידקים). 3) אנליזת יסודות וזיהוי מיקומם בספוג השלם ובחיידקים מבודדים, בשיטות תלויות דימות ( SEM-EDX). 4) עבודה השוואתית לבדיקת האגירה של היסודות במיני ספוגים של המשפחה Theonellidae. הספוגים נדגמו על פני תפוצה גיאוגרפית רחבה.

השוואה של ריכוזי ארסן ובריום, לאחר הפרדה של תאי הספוג והחיידקים, העלתה כי 60-80% מתכולת היסודות נמצאים בחלק המועשר בחיידקים. סריקה של הספוג ב SEM-EDXחשפה כי האגירה של היסודות נעשית על ידי  Entotheonella sp., החיידק הסימביוטי הנפוץ כל כך בספוג. לאחר מכן בוצעה הפרדה יותר מלאה לשלוש קבוצות תאים (תאי ספוג, תאים של Entotheonella sp. ושאר החיידקים) שאיששה את האבחנה הראשונית ונתנה תמיכה כמותית להמצאות מרבית הארסן והבריום בתוך תאי ה- Entotheonella sp..  המשך הבדיקה של תצורות הארסן הראתה כי התצורה הדומיננטית, בכל תאים, היא תחמוצת הארסן, רובו נמצא ב- Entotheonella sp.. בנוסף על כך חלק גדול מהארסן אינו מומס כלל. בתוך התאים של Entotheonella sp., ארסן ובריום עוברים גיבוש למינרלים, כאשר הבריום מגובש לבריט ואילו הארסן למוצק לא ידוע. על פי תוצאות עד לשלב זה ניתן היה להסיק כי מקור שני היסודות בספוג הוא ממאגר החומרים המומסים במי הים.

גידול החיידקים העמידים לארסן הניב 32 מינים אשר זוהו ושוייכו לסדרות Actinobacteria, Alphaproteobacteria ו-Gammaproteobacteri. בזמן שבשיטה ה"קלאסית" של זריעה ישירה על צלחות נמצאו חיידקים על שניים משבעת מצעי הגידול, לאחר התאקלמות בנוזל עם שלד ספוג זוהו חיידקים על כל שבעת המצעים. מבחני עמידות לתחמוצת הארסן הראו כי רוב החיידקים יכולים לשאת ולגדול בסביבה המכילה ריכוזים של עד 100 mM מהחומר. בנוסף על כך התגלו שני מיני חיידקים אשר גיבשו מלחי ארסן-מגנזיום. החיידקים אשר גודלו וזוהו הם בעלי פוטנציאל רב לשימוש במערכות ביולוגיות לניקוי מים מזוהמים בארסן.

מדידות של פרטים של T. swinhoei, שנדגמו ביפן, בפיליפינים, באילת ובשארם אל שיך חשפו כי אגירת ארסן ובריום היא תופעה שקיימת רק בפרטים מים סוף. בכך אני מראה כי קיימים "זנים מתכתיים" שונים של T. swinhoei, מופרדים על פי היסודות שהסימביונט  Entotheonella sp. אוגר. תגלית מעניינת נוספת היא שהמין קרוב Theonella conica, אשר נדגם בזנזיבר, גם הוא אוגר יסודות, אך במקרה שלו מדובר ביסוד מוליבדנום. גם כאן זוהה החיידק אשר אחראי על אגירת היסוד, אך זהותו לא ברורה עדיין אם כי הוא נראה דומה  ל .Entotheonella sp.

עבודה זו, איפיינה את מחזורי הארסן ובריום בספוג T. swinhoei המונעים על ידי החיידקים הסימביונטים. החיידקים העיקריים הפועלים במחזורים אלו זוהו ושלושת הפרמטרים של מחזורי היסודות הוצגו. מעבר לכך, תוצאות העבודה הובילו אותי להעלות השערות חדשות בנוגע למסלולים הביוכימיים השונים, שהתגלו במהלך העבודה, הנותנות  בסיס למספר כיווני מחקר חדשים ומרתקים.

תכנים