מה הקשר בין חיידקים לכלכלה?

במשך יותר ממאה שנים, ביולוגים חוקרים את השאלה - מה קובע את קצב הגידול התאי בסביבה נתונה? בד בבד, כלכלנים שאלו שאלה דומה- מהם הגורמים הקובעים צמיחה כלכלית?

בשנות ה-70 של המאה שעברה, קבוצת מחקר המכונה ״אסכולת קופנהגן״ מצאה חוקיות הקושרת את קצב הגידול של בקטריות מזן סלמונלה, לקצב ייצור החלבונים בתא על ידי ריבוזומים. ב- 2010 היה זה פרופסור טרי הווא ושותפיו שניסחו לראשונה חוק מתמטי והכלילו אותו כך שיהיה תקף גם בסביבות שונות ובנוכחות ריכוזים משתנים של אנטיביוטיקה התוקפת את פעולת הריבוזומים. חוקים אלו, המקשרים בין הפעילות הריבוזומים לקצב הגידול של התא, נקראים בשם 'חוקי הגידול הבקטריאלים' ובאפשרותם לספק תמונה כמותית מקיפה של פעילות התא החיידקי. 

למרות שחוקים אלו זכו להצלחה רבה, נצפו מקרים בהם חוק הגידול חזה תוצאה שאינה נצפתה בפועל בניסוי, בפרט כאשר נעשה שימוש באנטיביוטיקה המשבשת את פעולת ה'רנא-פולימרז', המשעתק גנים להוראות הפעלה עבור הריבוזום.

זו הייתה נקודת הכניסה של קבוצת המחקר מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב, בראשות ד"ר רמי פוגץ' מהמחלקה להנדסת תעשייה וניהול. ד"ר פוגץ' וצוותו, החוקר הפוסט-דוקטורט ד"ר אנג'אן רוי והדוקטורנט דותן גוברמן, הסתייעו בהבנה של תהליכי השכפול התאי ובמודל כלכלי שפותח בשנות החמישים על ידי חתן פרס נובל, הכלכלן וסילי לאונטיף, שהסביר צמיחה כלכלית כתוצר של יחסי גומלין בין מגזרים שונים בכלכלה. על פי לאונטיף, על מנת להבטיח צמיחה מתמשכת, על כל מגזר לייצר סחורות בכמויות הנדרשות על ידי כל המגזרים האחרים, כולל צריכה עצמית.

בתאים, צמיחה מתמשכת מושגת אף היא כאשר כל המגזרים מקבלים אספקה. אך בשונה מכלכלה, בכל התאים הידועים למדע קיים מגזר מיוחד הנקרא 'מנגנון השעתוק- תרגום', שהריבוזומים והרנא פולימרז הם חלק ממנו והוא האחראי על בניית כל המכונות המולקולריות  בתא ומסוגל גם לשכפל את עצמו.

״מנגנון השעתוק-תרגום הוא גילום של רעיון המכונה האוניברסלית שהומצא על ידי ג׳ון פון נוימן, מענקי הרוח של המאה ה-20״, מסביר ד״ר פוגץ׳, "המכונה האוניברסלית היא מכונה שיכולה על ידי תרגום הוראות לייצר כל מכונה אחרת, לרבות עותקים של עצמה״. מנגנון השעתוק-תרגום (transcription-translation machinery) של חיידקים הוא מנגנון אוניברסלי שיודע לקרוא הוראות המקודדות בגנים ולייצר את כל המכונות בתא ובנוסף, מסוגל, באמצעות תהליך הרכבה עצמית, לייצר גם עותקים של עצמו". 

"הסיבה לאי ההצלחה של חוקי הגידול במקרים מסוימים קשורה לכך שהריבוזום אינו חזות הכל אלא הוא חלק ממכלול של מכונות שמהם מורכבת המכונה האוניברסלית – המשעתקת-מתרגמת DNA. כאשר האנטיביוטיקה תוקפת דווקא את המכונה המשעתקת ולא את המכונה המתרגמת, ההנחות בבסיס חוק הגידול השגור אינן תקפות עוד ויש צורך בנוסחא אחרת אותה פיתחנו על מנת לחזות את ההשפעה של האנטיביוטיקה על קצב הגידול״, אמר ד"ר פוגץ'.

על ידי השוואת מערכת החיידקים לכלכלה צומחת שהמגזר המוביל בה את הייצור הוא מגזר השעתוק-תרגום, צוות המחקר הצליח בנוסף להפיק מגוון של חוקי גידול מתמטיים חדשים המסבירים בפירוט כיצד הצמיחה מושפעת מהטמפרטורה או מנוכחותם של חומרים אנטיבקטריאליים.

המחקר נתמך על ידי הקרן הישראלית למדעֿ, מענק מחקר מספר 776/19.