מחקר משותף של האוניברסיטה, Barcelona Institute of Science and Technology ומכון ויצמן הצליח לרצף בפעם הראשונה את התפקוד הגנטי של כל תא ותא של אלמוג האבן, מה שמאפשר כעת לחוקרים להבין איזה תאים במדויק לוקחים חלק בתהליכים המרכזיים של האלמוג כמו השקעת השלד, המערכת החיסונית ועוד. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Cell. "לשוניות האלמוגים תפקיד קריטי במערכת האקולוגית באוקיינוסים ובימים מכיוון שהם מהווים בית גידול לכ25% מבעלי החיים בים ובונים את המבנה הביוגני הגדול בעולם. התחממות מי הים והעלייה בחומציות מהווים סכנה לעתיד שוניות האלמוגים ולכן לריצוף הגנטי שהשלמנו יש חשיבות רבה בשמירה על עתיד שוניות האלמוגים ועתיד האוקיינוסים", אמרה ד"ר טלי מס מבית הספר למדעי הים ע"ש ליאון צ'רני באוניברסיטה, אחת מעורכות המחקר.

"למרות חשיבותם האקולוגית הרבה מעט מאוד ידוע על הפרופיל הגנטי של כל תא ותא באלמוג. הבנת המבנה התאי יתרום להבנת התהליכים הביולוגים המאפשרים את קיומה של שונית האלמוגים אמרה ד"ר שני לוי מהאוניברסיטה הפוסט-דוקטורנטית שהובילה את המחקר.

לשוניות האלמוגים תפקידים רבים וחשובים לבני האדם. הן מהוות כמובן אטרקציה תיירותית במקומות רבים, הן מסייעות לשמור על קו החוף ומהוות שובר גלים טבעי והן הפכו בשנים האחרונות למקורות פוריים לתעשיות הפרמצוטיקה. אולם עיקר חשיבותן בכך שהן מהוות את "יערות הגשם" של הים: הבסיס המרכזי למערכת האקולוגית ולא פחות חשוב מכך, הקשר הסימביוטי שלהן עם סוג מסוים של אצות הופך אותן למקור המרכזי של תהליך הפוטו-סינתזה בים. "גודלן של שוניות האלמוגים הופכת את תהליך הפוטו-סינתזה לדומה בסדר הגודל שלו למה שמתרחש ביערות הגשם, כך שפגיעה חמורה בשוניות האלמוגים שקולה לכריתה חסרת בקרה של יערות הגשם", אמרו החוקרות. אולם עליית טמפרטורת מי הים בעקבות ההתחממות הגלובלית והעלייה ברמת החומציות במי הים, תהליך הנקרא החמצת האוקיינוסים, מהווה סכנה לקיומן של שוניות האלמוגים ומכאן, סכנה לשיווי המשקל של המערכות האקולוגיות הענפות שתלויות בה.

לדברי החוקרות, האלמוגים הם יצורים חיים יוצאי דופן. הם מתחילים את חייהם בתור פגית פלנקטונית ש"שוחה" במרחבי הים, כאשר בשלב מסויים הפגית מתיישבת, הופכת לייצור נייח, שלא זז ומתחילה להשקיע שלד (להשקיע סידן פחמתי) במהירות רבה. במחקר הנוכחי, ביקשו ד"ר מס מבית הספר למדעי הים ע"ש ליאון צ'רני באוניברסיטת חיפה יחד עם ד״ר ארנאו סב-פדרוס מהמרכז לרגולציה גנומית במכון למדע וטכנולוגיה בברצלונה ופרופ. עמוס תנאי ממכון ויצמן לזהות את התפקוד הגנטי של התאים השונים של האלמוג Stylophora pistillata (שיחן שכיח) – אלמוג הנפוץ מאוד בשוניות הטרופיות ברחבי העולם.

 החוקרים השתמשו בשיטות מתקדמות לריצוף גנטי של כל תא ותא בנפרד (Single cell RNA sequencing) והצליחו לרצף בשיטה זו עשרות אלפי תאים שונים. לאחר עיבוד של הממצאים, הם הצליחו לאפיין כארבעים סוגי תאים שונים של האלמוג לאורך שלבי החיים השונים שלו – החל משלב הפגית ועד לשלב שבו הוא ייצור נייח. כך הצליחו החוקרים לזהות לראשונה את המנגנונים המולקולרים האחראים על התהליכים הבסיסיים לקיומו של האלמוג כמו השקעת השלד (בניית השלד); קיום הסמביוזה בין האצה והמארח; המערכת החיסונית שלו, מערכת העיכול ועוד. למעשה, בזכות הריצוף הצליחו החוקרים לזהות איזה גנים שונים לוקחים חלק בכל תהליך כזה. למשל, החוקרים זיהו כ 800 גנים המתבטאים בתאים המשקיעים שלד, הכוללים טרנספורטרים של פחמן, וגנים חומציים שאופיינו בעבר על ידי ד"ר מס כבעלי תפקיד עיקרי בתהליך בניית השלד. בנוסף החוקרים מצאו שרצפטורים המאפיינים את המערכת החיסונית של האלמוג דומים לאלה שקיימים במערכת החיסונית של יונקים והינםIRF ו- NFATF ובנוסף כוללים גנים הקשורים במוות תאי מתוכנת (אפופטוזה).

בנוסף, בעזרת השוואה של המבנה הגנטי של תאי האלמוג עם בעלי חיים ימיים אחרים, הצליחו החוקרים לפענח את הבסיס האבולוציוני וההתפתחותי המשותף לכל סוג תא.

לאור העובדה שעתידן של שוניות האלמוגים משמעותי ביותר, לאטלס הגנטי החדש משמעות עצומה. בדומה להתפתחויות בתחום הרפואי, בהן מאפיינים את ההשפעה של גנים ספציפיים על תאים סרטניים או על אזורים ספציפיים במוח, כך היכולת להבין איזה תאים ואיזה גנים בדיוק אחראים על הפעולות השונות באלמוג פותחת פתח לאפשרויות חדשות ב"רפואה" של האלמוגים. "בעזרת המידע החדש נוכל לבצע ניסויים הרבה יותר ממוקדים. נוכל לבדוק ברמה הגנטית מדוע יש אלמוגים שעמידים יותר לשינויי חום וכאלה שעמידים פחות. נוכל לבדוק ולבצע ניסויים ממוקדים שקשורים ליכולת של האלמוגים להיות עמידים לעלייה ברמת החמצון במים. נוכל לבחון אם אפשר לשנות את הגנים של האלמוגים כדי להפוך אותם לעמידים יותר ועוד הרבה אפשרויות נוספות", אמרו החוקרים.

לדבריהם, לאור העובדה שפגיעה בשוניות יכולה להיות הרסנית למערכת האקולוגית הימית והרסנית – לפיכך – לכדור הארץ כולו, הם אף פיתחו אפליקציה שמאפשרת לחוקרים אחרים נגישות קלה למידע ויכולת פשוטה לבחון איזה גנים לוקחים חלק בתהליך כזה או אחר.

לאפליקציה:  https://sebe-lab.shinyapps.io/Stylophora_cell_atlas/

5.5.21

צילום: חגי נתיב