חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה הם אחד האיומים הגדולים ביותר על הרפואה המודרנית. עשרות אלפי אמריקאים מתים מדי שנה מזיהומים עמידים, ומספר המקרים ממשיך לעלות. ״האבולוציה חזקה, ובחיידקים, עמידות לאנטיביוטיקה מתפתחת מהר״, אומר החוקר ביל קלמונס. כעת, מדענים גילו נקודת תורפה קריטית בחיידקים שעשויה לפתוח דרך חדשה לטיפול.
התגלית מתמקדת בחלבון בשם MurJ, שממלא תפקיד מרכזי בבניית דופן התא של חיידקים. דופן התא הוא מעין שריון שמגן על החיידק, ובלעדיו החיידק מת ומדענים התמקדו זה מכבר בשיבוש מסלול ייצור החומר שממנו בנוי הדופן, הפפטידוגליקן. מסלול זה הוא מטרה אטרקטיבית במיוחד כי פפטידוגליקן קיים בחיידקים אך לא בתאים אנושיים. פניצילין ותרופות דומות כמו אמוקסיצילין כבר פועלים נגד שלבים מאוחרים בתהליך הבנייה, אבל החיידקים פיתחו עמידות רבה כנגדם.
שלושה חלבונים חיוניים מעבירים את רכיבי הפפטידוגליקן דרך קרומי החיידק: MraY, MurG ו-MurJ. כשל באחד מהם מונע את בניית הדופן וגורם למוות החיידק, ולכן הם מועמדים מבטיחים לפיתוח תרופות.
החוקרים גילו שוירוסים הפוגעים בחיידקים, וירוסים מיוחדים המכונים בקטריופאג'ים, מצאו דרך טבעית לנטרל את אחד החלבונים, החלבון MurJ. הבקטריופאג'ים חייבים לחדור את שכבת הפפטידוגליקן כדי להימלט מהתאים הנגועים, לאחר שיצרו העתקים שלהם בתוך החיידק, ולהפיץ את העתקיהם. לשם כך הם מייצרים חלבונים זעירים ורעילים שנצמדים ל-MurJ ונועלים אותו במקומו. כשהחלבון מושבת, החיידק אינו יכול לבנות את דופן התא שלו ומת.
באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים במכון CALTEC, החוקרים בחנו כיצד שני חלבונים ויראליים שונים, SglM ו-SglPP7, הורגים חיידקים. MurJ פועל כמשאבה מולקולרית שמשנה צורה כדי להעביר חומרי בנייה דרך קרום התא. שני החלבונים הויראליים נצמדים לחריץ ב-MurJ ומונעים ממנו לשנות צורה, ובכך עוצרים את הובלת חומרי הבנייה.
הממצא המפתיע ביותר היה שהחלבונים הללו אינם קרובים מבחינה אבולוציונית ובכל זאת פיתחו אסטרטגיה כמעט זהה לתקיפת אותו חלבון. תופעה זו היא תופעה ידועה במדע ונקראת "אבולוציה מתכנסת". החוקרים אף מצאו דוגמה שלישית באמצעות ניתוח גנומי: חלבון בשם SglCJ3, שמקורו בגנום בקטריופאג' בשם Changjiang3, שגם הוא נועל את MurJ באותה תצורה. ״הפפטידים הללו גילו איך לתקוף את MurJ בדרך דומה מאוד. הופתענו!״ אמר קלמונס.
העובדה ששלושה חלבונים ויראליים שאינם קשורים ביניהם התכנסו לאותו מנגנון מחזקת את הראיות ש-MurJ הוא נקודת תורפה מצוינת. קלמונס מציין שהתצורה החיצונית של MurJ, החשופה לסביבה, עשויה להיות נגישה יותר לתרכובות תרופתיות עתידיות בהשוואה לתצורות פנימיות. התגלית פותחת כיוון מבטיח לפיתוח דור חדש של אנטיביוטיקה.
