האם נגיפים הם יצורים חיים?
למרות שנגיפים קוראים תיגר על תפיסת המושג "חיים" הם חיוניים לקיום מרקם החיים. האם מדובר ביצורים חיים, מהו חלקם של הנגיפים באבולוציה, והאם ייתכן שגרעין התא היה בעבר נגיף?
באחד הפרקים של קומדיית הטלוויזיה הקלאסית משנות החמישים The Honeymooners, נהג האוטובוס, רלף קרמדן מברוקלין, מסביר בצעקות לאשתו אליס, "את יודעת שאני יודע איך את חוטפת וירוס בקלות." לפני חצי מאה אפילו אנשים פשוטים כמו בני משפחת קרמדן ידעו שנגיפים הם יצורים מיקרוסקופיים מחוללי מחלות. אך סביר להניח שהם לא ידעו בדיוק מהו נגיף. הם לא היו היחידים אז, וגם לא עכשיו.
זה כבר כ-100 שנים שהקהילה המדעית משנה את דעתה שוב ושוב על מהות הנגיפים. בתחילה ראו בהם כעין רעלים, אחר כך כמין צורות חיים, לאחר מכן ראו בהם כימיקלים ביולוגיים וכיום סבורים שהם מצויים בתחום האפור שבין החי לבין הדומם: אין הם יכולים להתרבות בעצמם אבל הם יכולים להתרבות בתוך תא חי אמיתי והם יכולים להשפיע השפעה מכרעת על תא הפונדקאי שלהם. לראיית הנגיפים כחומר דומם במהלך רוב התקופה המודרנית של מדע הביולוגיה הייתה השפעה לא מכוונת: רוב החוקרים התעלמו מן הנגיפים במהלך חקר האבולוציה. אך עתה מדענים מתחילים להבין שנגיפים ממלאים תפקיד בסיסי בתולדות החיים.
עניין של הגדרה
קל להבין מדוע היה קשה לסווג את הנגיפים. נראה שזהותם תלויה בעין המסתכל. העניין הראשוני בנגיפים התעורר בעקבות הקשר שלהם למחלות. ואכן מקור המילה "וירוס" (נגיף) הוא במונח הלטיני "רעל". בסוף המאה התשע-עשרה הבינו חוקרים שמחלות מסוימות, כגון כלבת ומחלת הפה והטלפיים, נגרמות על ידי חלקיקים המתנהגים כחיידקים אך קטנים מהם בהרבה. מכיוון שהיה ברור שחלקיקים אלו הם חלקיקים ביולוגיים ושאפשר להפיץ אותם מקורבן לקורבן, ראו בנגיפים את צורת החיים נושאת הגנים הפשוטה ביותר.
בשנת 1935 וונדל מ' סטנלי ושותפיו למחקר במוסד שנקרא כיום אוניברסיטת רוקפלר בניו יורק, גיבשו לראשונה נגיף שנקרא נגיף מוזאייקת הטבק ובעקבות כך הורדו הנגיפים בדרגה והוכרזו כימיקלים דוממים. החוקרים ראו שהנגיף מורכב אמנם מחבילת ביוכימיקלים מורכבים, אך חסרות לו המערכות החיוניות לצורך חילוף חומרים - הפעילות הביוכימית של החיים. בעבור עבודתו קיבל סטנלי פרס נובל, בכימיה דווקא ולא בפיזיולוגיה או ברפואה..
מחקרים נוספים שנערכו בידי סטנלי ואחרים ביססו את העובדה שנגיף מורכב מחומצות גרעין (דנ"א או רנ"א) הנתונות בתוך מעטפת חלבונית שיכולה להכיל גם חלבונים נגיפיים המשתתפים בתהליך ההדבקה. על פי התיאור הזה, נגיף נראה כמו מערכת כימית ולא כמו אורגניזם חי. ואולם כשנגיף נכנס אל תא חי (הנקרא פונדקאי אחרי ההדבקה), הוא רחוק מלהיות סביל. הוא משיל את מעטפת החלבונים, חושף את הגנים שלו וגורם למערכת השכפול של התא לייצר את הדנ"א או הרנ"א של הפולש ולייצר עוד חלבונים נגיפיים על פי ההוראות הכתובות בחומצת הגרעין הנגיפית. הפיסות הנגיפיות החדשות מתקבצות יחד ונוצרים עוד ועוד נגיפים היכולים גם להדביק תאים נוספים.
התנהגות זו הוליכה רבים לחשוב על נגיפים כעל יצורים המתקיימים על הגבול שבין עולם הכימיה ובין עולם החי. הווירולוג מארק ה' ו' ואן רגנמורטל מאוניברסיטת שטרסבורג בצרפת ובריאן ו' ג' מאהי מן המרכזים לבקרת מחלות ומניעתן תיארו זאת בדרך פיוטית כשאמרו לאחרונה שבשל התלות שלהם בתא הפונדקאי הנגיפים מנהלים "סוג של חיים שאולים". מעניין, שעל אף שביולוגים דבקו זמן רב בהשקפה שנגיפים הם רק תיבות של כימיקלים, הם ניצלו את הפעילות הנגיפית בתאים פונדקאים כדי לקבוע איך חומצות גרעין מקודדות לחלבונים. ואכן, הביולוגיה המולקולרית המודרנית נשענת על יסודות מידע שהושג בעזרת נגיפים.
ביולוגים מולקולריים גיבשו מאז את רוב המרכיבים החיוניים של התא והיום הם רגילים לחלק את מרכיבי התא, למשל ריבוזומים, מיטוכונדריה, ממברנות, דנ"א וחלבונים לשלוש קבוצות: מכונות כימיות, חומרי גלם של מכונות כימיות או תוצריהן. חשיפה נרחבת זו למבנים כימיים מורכבים היא מן הסתם הסיבה שביולוגים מולקולריים אינם משקיעים מחשבה רבה בשאלה, אם נגיפים הם יצורים חיים. בשבילם זהו תרגיל מחשבתי הזהה לשאלה אם מרכיבי התא הם יצורים חיים העומדים לעצמם. קוצר ראייה זה מאפשר להם לראות רק איך נגיפים משתלטים על תאים או גורמים למחלות. השאלה הגורפת יותר על תרומתם של הנגיפים להיסטוריה של החיים על פני כדור הארץ, שבה אדון עתה, נשארת בדרך כלל ללא מענה ולרוב אף אינה נשאלת.
להיות או לא להיות
השאלה הפשוטה,לכאורה, אם נגיפים הם יצורים חיים, הנשאלת לעתים קרובות בידי הסטודנטים שלי, נותרה ללא תשובה פשוטה שנים רבות כל כך, כנראה משום שהיא נוגעת בנושא בסיסי: "מה בדיוק מגדיר 'חיים' "? הגדרה מדעית מדויקת לחיים היא דבר חמקמק למדי, אך רוב המדענים מסכימים שהחיים כוללים תכונות נוספות חוץ מן היכולת להתרבות. לדוגמה, ישות חיה מתקיימת במצב התחום על ידי לידה ומוות. יצורים חיים גם אמורים להזדקק לאוטונומיה ביוכימית כלשהי כדי לבצע את הפעולות המטבוליות שמייצרות את המולקולות ואת האנרגיה הדרושות לקיים את האורגניזם. דרגת אוטונומיה זו היא מרכיב חיוני ברוב הגדרות החיים.
לעומת זאת, נגיפים הם טפילים כמעט בכל ההיבטים הביומולקולריים של החיים. כלומר, הם תלויים בתא הפונדקאי לצורך חומרי הגלם והאנרגיה הדרושים לצורך סינתזה של חומצות גרעין וחלבונים, עיבוד והובלה וכל פעילות ביוכימית אחרת שמאפשרת לנגיפים להתרבות ולהפיץ את עצמם. אפשר להסיק אפוא שעל אף שתהליכים אלו מבוקרים על ידי הנגיף, נגיפים הם פשוט טפילים לא חיים המתקיימים על מערכות מטבוליות חיות. אך ייתכן שיש גוני ביניים בין מה שהוא בוודאות חי לבין חומר דומם.
אבן אינה חיה. שק בעל פעילות מטבולית שאין בו חומר גנטי והוא חסר יכולת רבייה, גם הוא אינו חי. חיידק, לעומת זאת, חי. למרות שהוא תא יחיד, הוא יכול לייצר אנרגיה ואת המולקולות הדרושות כדי לקיים את עצמו והוא יכול להתרבות. אבל הזרע מהו? אפשר אמנם שלא לראות בזרע יצור חי, אך טמון בו הפוטנציאל לחיים וגם אפשר להשמיד אותו. במובן הזה, נגיפים דומים לזרעים יותר ממשהם דומים לתאים חיים. בנגיפים טמון פוטנציאל כלשהו שאפשר לקטום אותו, אך אין הם מגיעים לכדי צורת חיים אוטונומית יותר.
דרך אחרת להסתכל על החיים היא לראותם כתכונה המתהווה מאוסף פרטים דוממים. הן החיים והן התודעה הם דוגמאות למערכות מורכבות כאלה. כדי שכל אחת משתי המערכות האלה תתהווה, נדרשת דרגת מורכבות קריטית מסוימת. תא עצב יחיד, או אפילו רשת עצבים, אינם בעלי תודעה, לשם כך נדרשת רמת מורכבות של מוח שלם. ובכל זאת, אפילו מוח אנושי שלם יכול להיות חי מבחינה ביולוגית אך חסר תודעה, במצב של "תרדמת"(coma) . באופן דומה, גנים או חלבונים יחידים, הן תאיים והן נגיפיים, אינם חיים כשהם לעצמם. תא חסר גרעין מצוי במצב הדומה לתרדמת משום שהוא חסר את דרגת המורכבות הקריטית המלאה שלו. גם הנגיף אינו מגיע לרמת מורכבות קריטית. כלומר החיים הם מצב מתהווה, אך הם מורכבים מאותן אבני בניין פיזיקליות בסיסיות המרכיבות את הנגיף. על פי נקודת השקפה זו, הנגיפים אינם חיים לגמרי, אך אפשר לראות בהם יותר מחומר דומם: הם מצויים על סף החיים.
למעשה, באוקטובר 2004 הכריזו חוקרים צרפתים על ממצאים המדגימים מחדש כמה קרובים נגיפים אל עולם החי. דידיה ראול ושותפיו באוניברסיטת הים התיכון במרסי דיווחו שהם קבעו את רצף הגנום של הנגיף הגדול ביותר המוכר לנו, מימיווירוס (Mimivirus), שהתגלה בשנת 1992.
הנגיף, שגודלו כגודל חיידק קטן, מדביק אמבות. ניתוח של רצף הנגיף גילה גנים רבים שעד כה נחשבו כייחודיים ליצורים תאיים. מקצת הגנים האלה מעורבים בייצור החלבונים המקודדים על ידי הדנ"א הנגיפי וייתכן שהם מקלים על המימיווירוס את ההשתלטות על מערכות השכפול של התא הפונדקאי. כפי שהבחינה קבוצת המחקר, שפרסמה את עבודתה בכתב העת המדעי Science, המורכבות העצומה של גנום המימיווירוס "קוראת תיגר על הגבול המקובל בין נגיפים לבין טפילים שהם יצורים תאיים."
ההשפעה על האבולוציה
ויכוחים על תיוג נגיפים כיצורים חיים הוליכו באופן טבעי לשאלה נוספת: האם השאלה אם נגיף הוא יצור חי או לא היא יותר מתרגיל פילוסופי המשמש בסיס לדיונים ערים אך כמעט ללא השפעה אמיתית? אני חושב שהנושא באמת חשוב, כי הדרך שבה מדענים רואים שאלה זו משפיעה על הדרך שבה הם חושבים על מנגנון האבולוציה.
לנגיפים יש היסטוריה אבולוציונית קדומה משל עצמם, המתחילה ממש עם היווצרות החיים התאיים. למשל, מקצת אנזימי התיקון הנגיפיים, שאחראיים לסילוק ולסינתזה מחדש של דנ"א פגום ומתקנים נזקים הנגרמים מרדיקלים של חמצן וכדומה, ייחודיים לנגיפים מסוימים והתקיימו כנראה כמעט ללא שינוי במשך מיליארדי שנים.
ועם זאת, רוב הביולוגים האבולוציוניים טוענים שמכיוון שנגיפים אינם חיים אין הם ראויים לתשומת לב רצינית כשמנסים להבין את האבולוציה. הם גם סבורים שמוצאם של נגיפים הוא מגנים של הפונדקאי שברחו בדרך כלשהי מן הפונדקאי ועטו מעטפת חלבונית. על פי גישה זו, נגיפים הם גנים פונדקאיים נמלטים שהתנוונו לחיי טפילות. וכיוון שבכך סולקו הנגיפים ממרקם החיים, קל להחמיץ תרומות חשובות שייתכן שהם תרמו למוצא המינים ולקיום החיים. (אכן, רק ארבעה מ-1,205 העמודים של הספר האנציקלופדיה של האבולוציה, משנת 2002 מיוחדים לנגיפים.)
כמובן שביולוגים אבולוציוניים אינם מכחישים שנגיפים מילאו תפקיד כלשהו באבולוציה. אך מכיוון שהם מגדירים נגיפים כדוממים, הם מכניסים אותם לאותה קטגוריה של השפעות חיצוניות כמו, למשל, שינויי אקלים. בגלל השפעות חיצוניות כאלו נוצר תהליך של בררה טבעית בין פרטים בעלי תכונות שונות הנקבעות בצורה גנטית, ורק אותם פרטים המסוגלים לשרוד בדרך הטובה ביותר ולשגשג כשהם עומדים בפני אתגרים כאלה, ממשיכים להתרבות באופן מיטבי ולהעביר את הגנים שלהם לדורות הבאים.
אבל נגיפים מחליפים באופן ישיר חומר גנטי בינם ובין יצורים חיים, כלומר בתוך מרקם החיים עצמו. עובדה שתפתיע את רוב הרופאים, וייתכן שגם את רוב הביולוגים האבולוציוניים, היא שמרבית הנגיפים המוכרים הם בלתי מזיקים ובעלי נוכחות קבועה בתאים. הם מתמקמים בתאים, שם הם נותרים רדומים למשך תקופות ארוכות או מנצלים את מנגנון השכפול של התא כדי להתרבות בקצב איטי וקבוע. נגיפים אלו פיתחו שיטות רבות ומתוחכמות כדי למנוע את זיהויים על ידי מערכת החיסון של הפונדקאי, כך שלמעשה כל שלב בתגובה החיסונית ניתן לשינוי או לבקרה על ידי גנים שונים המצויים בנגיף כלשהו.
יותר מזה, גנום נגיפי (סך תכולת הדנ"א או הרנ"א של הנגיף) יכול להתיישב באופן קבוע בתוך הפונדקאי, כך שהגנים הנגיפיים מתווספים לשושלת של הפונדקאי והופכים, בסופו של דבר לחלק חיוני מן הגנום של הפונדקאי. לכן אין ספק שלנגיפים יש השפעה מהירה יותר וישירה יותר משיש לכוחות חיצוניים שרק גורמים לבררה מתוך השונות הגנטית הנוצרת לאטה. אוכלוסיית הנגיפים העצומה, בשילוב עם קצב ההתרבות ויצירת המוטציות המהירים שלהם, הופכים את הנגיפים למקור המוביל בעולם לחידושים גנטיים, משום שהם כל הזמן "ממציאים" גנים חדשים. וגנים ייחודיים ממקור נגיפי יכולים לנדוד, למצוא את דרכם אל יצורים אחרים ולתרום לשינויים האבולוציוניים.
מידע שפורסם בידי הקונסורציום לקביעת רצף הגנום האנושי מרמז שכ-113 עד 223 גנים המצויים הן בחיידקים והן בגנום האנושי נעדרים מאורגניזמים מוכרים היטב כמו השמר Saccharomyces cerevisiae, זבוב הפירות דרוזופילה מלנוגסטר והנמטודה (תולעת עגולה) Caenorhabditis elegans, המצויים בין שני קצוות אבולוציוניים אלו. יש חוקרים הסבורים שאורגניזמים אלו, שהתפתחו אחרי החיידקים אך לפני בעלי חוליות, פשוט איבדו את הגנים האלה בנקודה כלשהי בהיסטוריה האבולוציונית שלהם. אחרים טוענים שגנים אלו הועברו באופן ישיר אל שושלת בני האדם על ידי חיידקים פולשים.
גרעין התא ממקור נגיפי
שותפי למחקר ויקטור דה-פיליפיס, מן המכון לתרפיה חיסונית וגנטית באוניברסיטת אורגון לבריאות ולמדע, ואני מציעים אפשרות שלישית, והיא שנגיפים ייצרו את הגנים האלה ואז התיישבו בשתי שושלות שונות, כגון חיידקים ובעלי חוליות. ייתכן שגן שניתן, לכאורה, לאנושות על ידי חיידק ניתן בעצם לשניהם על ידי נגיף.
למעשה, פיליפ בל מאוניברסיטת מקווארי בסידני, חוקרים אחרים ואני טוענים שגרעין התא עצמו הוא ממקור נגיפי. אי אפשר להסביר בדרך המניחה את הדעת את הופעת הגרעין, המבדיל אוקריוטים (אורגניזמים המכילים גרעין תא אמיתי) ובכללם בני אדם, מפרוקיוטים, כגון חיידקים, רק על סמך התפתחות הדרגתית של תאים פרוקריוטים עד שהם הפכו לאוקריוטים. במקום זאת, ייתכן שהגרעין התפתח מנגיף דנ"א גדול שהשתכן באופן קבוע בתוך פרוקריוטים. תמיכה מסוימת לרעיון זה אפשר למצוא בנתונים על רצפי דנ"א המראים שיש קרבה הדוקה בין הגן לדנ"א פולימראז (אנזים המשכפל דנ"א) של נגיף הנקרא T4 והמדביק חיידקים, לבין גנים אחרים לדנ"א פולימראז הן באוקריוטים והן בנגיפים המדביקים אותם. גם פטריק פורטר מאוניברסיטת דרום פריס ניתח נתונים על אנזימים המשכפלים דנ"א והסיק שמקורם של הגנים של אנזימים אלו באוקריוטים הוא ככל הנראה נגיפי.
נגיפים משפיעים על כל צורות החיים שעל פני כדור הארץ, החל מאורגניזמים חד-תאיים וכלה באוכלוסיות אנושיות, והם קובעים פעמים רבות מה ישרוד. אך גם הנגיפים עצמם מתפתחים. ייתכן שנגיפים חדשים, כמו נגיף ה-HIV הגורם לאיידס, הם הישויות הביולוגיות היחידות שהחוקרים עדים ממש להיווצרותן. נגיפים חדשים אלו מספקים דוגמאות בזמן אמת לאבולוציה בפעולה.
נגיפים חשובים לחיים. הם הגבול המשתנה תמיד בין עולם הביולוגיה ובין עולם הביוכימיה. ככל שנתקדם בפענוח הגנומים של יותר ויותר אורגניזמים, כן נבין יותר את התרומה של מאגר גנים עתיק ודינמי זה. כבר ב-1959 חשב חתן פרס נובל סלבדור לוריא על השפעת הנגיפים על האבולוציה. "האם אין עלינו לסבור," הוא כתב, "שהנגיפים, המסוגלים להתאחד עם גנום תאי ואז להיפרד ממנו, הם למעשה היחידות והתהליך שבמהלך האבולוציה יצרו את התבניות הגנטיות המוצלחות העומדות בבסיס כל התאים החיים?" אם אנו מגדירים נגיפים כיצורים חיים ואם לא, הגיע הזמן להכיר בהם ולחקור אותם בסביבתם הטבעית - בתוך מרקם החיים.
לפנייה לכתב/ת 
