נגיפים נתפסים בדרך כלל כמחוללי מחלות שעלינו להתגונן מפניהם. בואו נראה איך נגיף מסוכן כמו נגיף הכלבת מסייע לפענח את מבנה המוח ברמה המיקרוסקופית.

כשם שמחשב בנוי מרכיבים רבים המתקשרים זה עם זה לצורך תפקודו, כך גם במוח יש חלקים רבים המתקשרים זה עם זה וכך מבצעים תפקידים רבים ומגוונים. אם נבין את האופן שבו חלקים במוח מתחברים זה לזה ומתקשרים ביניהם, נוכל להתחיל להבין איך הוא מבצע פלאים שגם המחשבים המשוכללים ביותר שנבנו עד כה מתקשים לבצע.

למרות הדמיון למחשב, המוח אינו בנוי ממעגלים חשמליים שאפשר לעקוב אחריהם ולהתחקות אחר הקשרים ביניהם בקלות. למעשה, המוח הוא רקמה חיה הבנויה ממיליארדי תאי עצב מיקרוסקופיים, המתקשרים זה עם זה באמצעות רשת ענפה של שלוחות עצביות ובליל חומרים כימיים. איך אפשר להתיר את התסבוכת הזאת ולזהות חיבורים בין אזורים שונים במוח, ועוד יותר מכך להצביע על קשרים בין תאי עצב בודדים?

כאן נכנסים הנגיפים לתמונה. בדרך כלל איננו מייחסים לנגיפים מעלות כלשהן. אחרי הכול, נגיפים הם מחוללי מחלות רבות – החל בשפעת וצינון עונתי, איידס ואבולה וכלה בסוגים שונים של סרטן. אבל אם נניח את יחסי הציבור הגרועים שלהם בצד, יש לנגיפים תכונות מועילות שמדענים יכולים לנצל כדי לחקור את מסתרי המוח לעומקם.

ראשית, מהו בכלל נגיף (וירוס)? נפשט ונאמר שנגיף הוא 'חבילה' של חלבונים המכילה הוראות לייצור 'חבילות' מאותו סוג. האם נגיף הוא יצור חי? הדעות חלוקות בשאלה זו, שכן אין לנגיפים יכולת תנועה עצמאית והם אינם מתרבים בכוחות עצמם. נגיף מתרבה באופן אחר: הוא בא במגע עם תא מתאים, חודר אליו ומשתמש בו לשכפול עוד ועוד עותקים של הנגיף. היצור שהנגיף חדר אליו, מצידו, יעשה כל שביכולתו למנוע מהנגיף להדביק את התאים ולשעבד אותם לצורכי התרבות. כך התפתחו מנגנוני הגנה לצמצום הידבקות בנגיפים – ואילו הנגיפים פיתחו דרכים מתוחכמות מאוד לחדירה אל התאים ולהשתלטות עליהם.

יש נגיפים שהתמחו בהדבקה של תאי עצב, כמו נגיף הכלבת (Rabies, ממשפחת ה-Rhabdoviridae). כשנגיף הכלבת חודר לגוף, לרוב בנשיכה של חיה נגועה, הוא מתרבה באופן ראשוני בתאי השריר שבאזור החדירה. לאחר מכן הוא מדביק את תאי העצב שמגיעים אל השרירים דרך השלוחות העצביות שמפעילות אותם. הנגיף 'מטפס' לאיטו במעלה השלוחות עד שהוא מגיע לגוף של תא העצב, שם הוא יכול להשתלט על התא ולייצר עוד ועוד עותקים של עצמו [1].

בדרך כלל, עותקים חדשים של נגיף יוצאים מהתא המודבק כדי להדביק תאים נוספים. פעולה זו חושפת אותם למערכת החיסון של הגוף המאכסן, אשר עלולה לפעול נגדם ולהקשות עליהם להמשיך ולהתרבות. נגיף הכלבת ודומיו נוקטים גישה אלגנטית ויעילה יותר: כדי שלא להיחשף למערכת החיסון של הגוף המאכסן הם מדביקים רק תאי עצב המחוברים ישירות לתא העצב הראשון שהודבק. הם עושים זאת דרך הסינפסות – המרווחים הזעירים שתאי עצב מתקשרים זה עם זה באמצעותם. בדרך זו הנגיפים מתפשטים במערכת העצבים של החיה המודבקת, ועוברים מתא עצב אחד למשנהו, מבלי להתגלות על ידי מערכת החיסון, עד שלבסוף הם מגיעים למוח (ובמקרה של נגיף הכלבת, מביאים למותה של החיה המסכנה).

כעת נגיע אל התועלת שבנגיפים, כפי שהבטחנו: אופן ההדבקה המיוחד של נגיף הכלבת מאפשר לחוקרי מוח להבין כיצד חלקים שונים של המוח מחוברים ביניהם. החוקר יאן ויקרשאם ועמיתיו [2] פיתחו זן אלים-פחות של הנגיף, שחסר את המידע הגנטי המאפשר לו לעבור מתא עצב אחד לאחר, ולכן הוא בטוח לשימוש: הוא אינו מתפשט במהירות במוח כולו. החוקרים גם החדירו לנגיף הוראות לייצור חלבון בעל צבע בולט. כעת הם יכולים להחדיר את הנגיף לנקודה מסוימת בגוף או במוח של עכבר, וכעבור כמה ימים לבדוק אילו אזורים אחרים במוח צבועים בצבע זה: נוכחות הצבע מעידה על נוכחות הנגיף, משמע – התאים באזור הצבוע מקושרים אל האזור שאליו הוזרק הנגיף במקור.

נגיף הכלבת אינו היחיד שמשמש מדענים להבנה טובה יותר של המוח. זנים אחרים של נגיפים המדביקים תאי עצב – במיוחד זנים של adeno-associated virus (AAV), שאינם קטלניים לעכברים ואינם מסוכנים לאדם – הפכו להיות כלי חשוב ביותר בחקר הקישוריות והתפקוד של המוח ברמה המיקרוסקופית. באמצעות שימוש מושכל בנגיפים מזנים שונים, ולעתים אף צירוף של כמה מהם, חוקרי המוח יכולים לבצע ניסויים מורכבים ולענות על שאלות חשובות הנוגעות לאופן שבו המוח מקושר ופועל. לדוגמה, חוקרים הזריקו סדרה של נגיפים כאלה לאיברים שונים של עכבר, כגון קיבה, לב וריאות, כאשר כל נגיף נשא סמן שונה והוזרק לאיבר אחר. כך יכלו החוקרים לזהות את האזור במוח המחובר לכל איבר, לפי הסמן שהופיע באותו אזור מוחי. וכך גם נמצא שתאי עצב מסוימים בגזע המוח מקבלים מידע מכמה איברים במקביל [3]!

אם כן, נגיפים יכולים גם לסייע במשימות חשובות כמו חקר המוח. מומחיותם בהדבקה של תאים ויכולתם לשאת מטען גנטי הופכות אותם לכלי שימושי ומתוחכם בארגז הכלים של ביולוגים, חוקרי מוח ומדענים ביו-רפואיים.

עריכה: חגי גלרנטר

מקורות והרחבות:

[1] כלבת - מה חשוב לדעת?

[2] Wickersham, I., Finke, S., Conzelmann, KK. et al. Retrograde neuronal tracing with a deletion-mutant rabies virus. Nat Methods 4, 47–49 (2007).

[3] Zhao, Q., Yu, C.D., Wang, R. et al. A multidimensional coding architecture of the vagal interoceptive system. Nature 603, 878–884 (2022).