דלג לתוכן העמוד

מחקר פורץ דרך מגשר לראשונה בין תחומי המחקר 'גנטיקה של מערכת החיסון' ו'רשתות אקולוגיות'

25 נוב' 2014
שי פילוסוף, דוקטורנט במחלקה לאקולוגיה מדברית שבמכונים לחקר המדבר ע"ש בלאושטיין של אוניברסיטת בן-גוריון בנגב ועמיתיו, גישרו לראשונה בין שני תחומי המחקר 'גנטיקה של מערכת החיסון' ו'רשתות אקולוגיות'. המחקר חושף שהאבולוציה של גנים של מערכת החיסון במין אחד של פונדקאי תלויה למעשה בקשרים בין פונדקאים וטפילים בכלל המערכת האקולוגית.

פונדקאים וטפילים בטבע נמצאים במרוץ חימוש תמידי. במהלך האבולוציה מפתחים הפונדקאים מנגנוני חיסון כנגד הטפילים והטפילים מפתחים מנגנונים שנועדו לעקוף את מערכות החיסון של הפונדקאי. גנים מקבוצת ה-MHC, השייכים למערכת החיסון של כל החולייתנים, כולל בני אדם, חיוניים לתגובה חיסונית תקינה. גנים אלו מקודדים לחלבונים שמזהים טפילים כגון וירוסים, חיידקים ותולעים טפיליות ובכך מתחילים תגובה חיסונית. אחד ממוקדי המחקר של תחום שנקרא 'גנטיקה של מערכת החיסון' (Immunogenetics) מתרכז בפענוח ההתפתחות האבולוציונית של MHC תחת השפעת טפילים.

אולם, עד עתה, הקשר בין MHC וטפילות נחקר בעיקר במערכות של טפיל ממין אחד, המתפתח באוכלוסיות של מין אחד של פונדקאי. זאת, למרות שבטבע טפילים מטפילים בדרך כלל כמה מינים של פונדקאים ומין מסוים של פונדקאי בדרך כלל מוטפל על ידי כמה מיני טפילים. המורכבות באינטראקציות בין טפילים ופונדקאים היא קריטית מכיוון שהיא יוצרת דרכים עקיפות בהן דפוסי ההטפלה של טפיל מסוים בפונדקאי מסוים תלויים בפונדקאים ובטפילים אחרים במערכת. הדרך הטובה ביותר לתאר ולנתח מורכבות שכזו היא בעזרת גישה מתמטית שנקראת ניתוח רשתות (network analysis) (ראה איור). רשתות פונדקאי-טפיל שכאלה נחקרות באופן מקיף בתחום שנקרא רשתות אקולוגיות (Network Ecology) שמטרתו להבין את התהליכים שמובילים למבנה רשת מסוים ואת ההשלכות של מבנה הרשת על האבולוציה והאקולוגיה של המינים המרכיבים אותה.

במחקר שהתפרסם לאחרונה בכתב העת Nature Communications, חקרו שי ועמיתיו כיצד משפיע מבנה רשת פונדקאי-טפיל על המגוון הגנטי של קומפלקס ה-MHC. לכל גן של MHC יש מספר אללים (אלל הוא גרסה מולקולרית של גן) שמסוגלים לזהות טפילים מסוימים. החוקרים השתמשו במידע שנאסף בדרום-מזרח אסיה על חברה של 14 מיני מכרסמים, התולעים הטפיליות שלהם ואללים של גן מקבוצת ה-MHC שהם נושאים. בהשוואה בין מבנה רשת פונדקאי-טפיל למבנה רשת פונדקאי-אלל התגלה כי המבנים קשורים אחד בשני כך שפונדקאים המוטפלים על ידי טפילים דומים חולקים אללים דומים. למעשה, החוקרים הצליחו לחזות את מבנה רשת הפונדקאי-אלל בהינתן רשת הפונדקאי-טפיל. בעזרת ניתוח עמוק יותר של הרשתות, גילו החוקרים קבוצות של אללים וטפילים שלהם קשרים חזקים יותר בינם לבין עצמם מאשר לאללים או טפילים בקבוצות אחרות. ממצא זה מעיד על פוטנציאל לאבולוציה הדדית (co-evolution) בתוך קבוצות של אללים וטפילים ברמת חברת הפונדקאים ולא ברמת המין הבודד.

המחקר חושף שהשפעות עקיפות בין פונדקאים וטפילים במערכת משפיעות על המגוון הגנטי של MHC בכלל הפונדקאים. בכך, מעלה המחקר את תיאורית ה-MHC מרמת המין הבודד לרמת החברה. למחקר גם השלכות יישומית מכיוון ששינויים סביבתיים שנגרמים על ידי האדם יכולים לשנות אינטראקציות במערכות של פונדקאים וטפילים. למשל, מכרסמים, והטפילים שלהם, יכולים לפלוש לאזורים שעברו הפרעה על ידי אדם וליצור קשרים בין מכרסמים מקומיים וטפילים חדשים. למקרים כאלה יכולות להיות השלכות על ההתפתחות האבולוציונית של MHC. מכיוון שמכרסמים הם נשאים של טפילים זואונוטיים (המועברים לאדם מבעלי חיים), לשינויים ברשתות פונדקאי-טפיל ופונדקאי-אלל יכולות להיות השלכות על סיכון למחלות בבני אדם. המחקר של שי פילוסוף ועמיתיו פותח אופקים חדשים למחקרים עתידיים שיכולים לבדוק השערות מסוג זה.
 
MHC.png

דוגמה לרשת פונדקאי-טפיל (משמאל) ורשת פונדקאי-אלל (מימין). החצים מסמלים הטפלה של פונדקאי מסוים בטפיל מסוים. קווים מצביעים על אללים של MHC שנמצאים בפונדקאי.