על חיידקים וכלכלה
בחינה של חוקי גידול ידועים שהתגלו באחרונה, הובילה לגילוי חוקי גידול חדשים
אוניברסיטת בן-גוריון|המחלקה להנדסה תעשייה וניהול
החיים עצמם:
רמי פוגץ׳ הוא מרצה בכיר במחלקה להנדסת תעשייה וניהול ועמית מחקר במכון לפיזיקה תיאורטית ע״ש עבדוס סאלאם בטרייסט, איטליה. הוא מכור לראמן ולאספרסו, ונוהג לייגע את סביבתו בציטוטים מהחמישייה הקאמרית. בזמנו הפנוי הוא דואג במגוון נושאים. בהיותו סקפטי מקדמת דנא הוא גם מסרב להתנחם בידיעה שיהיה בסדר. נשוי לרופאה, ולהם שתי בנות, בן וכלב רוח איטלקי שנקרא סנופקין. ממליץ על הספר ״אדם חוזר הביתה״ של יורם עשת. זה מכבר התנסה בכתיבה על עצמו בגוף שלישי ומצא את הדבר מספק בצורה מטרידה.
במשך יותר מ-100 שנים, חוקרים ביולוגים 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, מצאה קבוצת מחקר המכונה ״אסכולת קופנהגן״, חוקיות הקושרת את קצב הגידול של בקטריות סלמונלה, לקצב ייצור החלבונים בתא על ידי ריבוזומים. ב-2010 היה זה פרופ’ 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 אלה, המקשרים בין הפעילות הריבוזומים לקצב הגידול של התא, נקראים “חוקי הגידול הבקטריאלים”, ובאפשרותם לספק תמונה כמותית מקיפה של פעילות התא החיידקי.
מה השאלה?
מהם הגורמים שקובעים את קצב הצמיחה של חיידקים? האם יש קשר בין שאלה זו לשאלה מהם הגורמים הקובעים את קצב הצמיחה של כלכלה?
על אף שחוקים אלה זכו להצלחה רבה, נצפו מקרים שבהם חוק הגידול חזה תוצאה שלא התממשה בניסוי, בפרט, כאשר נעשה שימוש באנטיביוטיקה המשבשת את פעולת האר-אן-אי פולימרז, המשעתק את המידע האצור בגנים למולקולות הנושאות את ההוראות לבניית חלבונים, אותם מתרגם הריבוזום.
המחשה גרפית התא כיחידה כלכלית ד”ר רמי פוגץ’
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-דוקטוריאלי ד”ר אנג’אן רוי והדוקטורנט דותן גוברמן, הסתייעו בהבנה של תהליכי השכפול התאי ובמודל כלכלי שפותח בשנות ה-50 של המאה ה-20, על ידי חתן פרס נובל לכלכלה, וסילי לאונטיף, שהסביר צמיחה כלכלית כתוצר של יחסי גומלין בין מגזרים שונים בכלכלה. על פי לאונטיף, כדי להבטיח צמיחה מתמשכת, על כל מגזר לייצר סחורות בכמויות הנדרשות על ידי כל המגזרים האחרים, לרבות צריכה עצמית.
בתאים חיים, ובהם תאים חיידקיים, צמיחה מתמשכת מושגת אף היא כאשר כל המגזרים מקבלים אספקה שוטפת ומספקת. אך בשונה מכלכלה, בכל התאים הידועים למדע קיים מגזר יצרני מיוחד הנקרא “מנגנון השעתוק- תרגום”, שהריבוזומים והאר-אן-אי פולימרז הם חלק ממנו.
״מנגנון השעתוק-תרגום הוא גילום של רעיון המכונה האוניברסלית שהומצא על ידי ג׳ון פון נוימן, מענקי הרוח והמדע של המאה ה-20״ מסביר ד״ר פוגץ׳. “המכונה האוניברסלית היא מכונה שיכולה, בדרך של 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 לחריגה מחוקי הגידול הידועים במקרים מסוימים קשורה לכך שהריבוזום אינו חזות הכל, אלא הוא חלק ממכלול של מכונות שמהן מורכבת המכונה האוניברסלית – המשעתקת-מתרגמת את המידע האצור בדי-אן-אי. כאשר האנטיביוטיקה תוקפת דווקא את המכונה המשעתקת ולא את המכונה המתרגמת, ההנחות בבסיס חוק הגידול השגור אינן תקפות עוד, ויש צורך בנוסחה אחרת, אותה פיתחנו כדי שנוכל לחזות את ההשפעה של האנטיביוטיקה על קצב הגידול״, אומר ד”ר פוגץ’.
באמצעות השוואת מערכת החיידקים לכלכלה צומחת שהמגזר המוביל בה את הייצור הוא מגזר השעתוק-תרגום, ובסיוע מענק מחקר מהקרן הלאומית למדע, הצליחו המדענים להפיק מגוון של חוקי גידול מתמטיים חדשים המסבירים בפירוט כיצד מושפעת הצמיחה מהטמפרטורה או מנוכחותם של חומרים אנטיבקטריאליים.