חיפשו דרך לשפר יוגורט – ומצאו חלבון שישנה את עולם הרפואה

"זה יכול להאיץ בצורה משמעותית את קצב התגליות בכל תחומי הביולוגיה, לרבות טיפול גנטי ברפואה, יצירת סחורות חקלאיות משופרות והנדסת מיקרובים מפיקי אנרגיה", אומר לוציאנו מראפיני מאוניברסיטת רוקפלר.

לקבלת כל העדכונים, הדירוגים והניתוחים – עשו לנו לייק בפייסבוק

מהפכת הביוטק, שיצרה תרופות כמו אריתרופויאטין לאנמיה ויבולים כמו פולי סויה העמידים בפני קוטל עשבים, התבססה על שיטות גסות יחסית להכנסת גן מאורגניזם אחד למשנהו. במשך עשור מנסים כמה ביולוגים להציג גישה חדשה, המכונה ביולוגיה סינתטית, שמאפשרת לבצע שינויים גנטיים רבים יותר, במטרה "להנדס" צורות חיים.

היכולת לערוך שינויים בדי.אן.איי של חיידק או של אצות פרימיטיביות הולידה חברות תרופות ודלק ביולוגי שונות, אבל עד כה היה קשה מאוד לבצע שינויים בגנום של אורגניזמים מורכבים יותר.

אף שאפשרי להכניס גן בודד ממין אחד למין אחר, קשה הרבה יותר לחתוך את הקוד הגנטי במקומות ספציפיים כדי לאפשר העתקה והדבקה כמו שאנו מכירים מן המחשב. שתי טכניקות שהצליחו לאפשר העתקה כזו מוקמו על-ידי המגזין "סיינס" בין החידושים המובילים של 2012, והוגדרו על ידי מומחים כ"חושפות אפשרויות חדשות ומרגשות לטיפול במחלות אנושיות", אולם אחת מהן, zinc finger nucleases, יכולה להגיע למחיר של 6,000 דולר, והטכנולוגיה השנייה – Transcription Activator-Like Effector Nucleases (TALENs) – מתבררת כבעלת יעילות של חמישית בלבד לעומת Cas9.

"זה מתפשט כאש בשדה קוצים, וזה בהחלט מרגש", אומר ג'ורג' צ'רץ' מאוניברסיטת הרווארד. "קל להיכנס לזה ולהתחיל לערוך המון ניסויים".

צילום: IngImages ASAP

פיליפ הורבאת' ורודולף בראנגו ניסו במקור למצוא דרך טובה יותר לייצר יוגורט. החיידקים המשמשים להחמצת חלב פגיעים במיוחד לזיהום בנגיפים שהורגים אותם, מה שמפחית את יעילותם. במשך עשורים הבינו החוקרים שלחיידקים יש דפוסים מוזרים וחוזרים של רצפי די.אן.איי המפוזרים בכל הדי.אן.איי שלהם, הידועים כ-CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats). הורבאת' ובראנגו גילו מה הם היו: צילומי פוטו רצח.

החיידקים עקבו אחר פיסות קוד גנטי שמספקות מידע על נגיפים שעשויים לנסות לזהם אותם, והשתמשו בצורה כלשהי בקודים הללו כדי להרוג את הנגיפים בזמן שהם תוקפים. CRISPR הייתה למעשה מערכת חיסונית פרימיטיבית. הורבאת' הבין שהידע הזה יכול לשמש ליצירת חיידקים עמידים יותר לזיהום, שתהיה בהם תועלת רבה בהכנת יוגורט ואולי גם בייצור תרופות.

אבל הוא תפס במהירות גם משהו נוסף: איכשהו, לחיידקים הייתה היכולת לסמן כיעד פיסות ספציפיות של קוד גנטי. אם המדענים יוכלו לרתום זאת לצרכיהם, תהיה להם דרך חדשה לעריכת די.אן.איי. בעקבות המאמר של הורבאת' ובראנגו החל מרוץ בדרך להבנת הנשק הסודי המסתורי של החיידקים. ברור היה שקיים סוג מסוים של אנזים חותך-די.אן.איי, חלבון שיש לו היכולת לחתוך חומר גנטי.

עמנואל שרפנטיה מאוניברסיטת Umea בשבדיה ליקטה רמזים לחלבון אפשרי שכזה. בכנס מדעי היא התיידדה עם ג'ניפר דודנה, חוקרת במכון הרפואי ע"ש הווארד יוז, באוניברסיטת קליפורניה, ברקלי. שיתוף הפעולה הטרנסאטלנטי שלהן שגשג בין היתר משום שמרטין ז'ינק, מדען במעבדה של דודנה, דיבר באותו ניב פולני שבו דיבר אחד ממדעניה של שרפנטיה. הם קראו לחלבון שגילו CRISPR-associated system 9.

בעבודה שפורסמה ב"סיינס" בקיץ האחרון, הם גילו שהחיידקים שילבו את Cas9 עם חומר גנטי ליצירת "מולקולות מתבייתות" שתוקפות נגיפים. חיידקים, כמו בני אדם וכמעט כמו כל יצור חי אחר, מחזיקים את הקוד הגנטי שלהם בספריה של מולקולות די.אן.איי. אולם כדי להשתמש בקוד הזה, מעתיק האורגניזם את הדי.אן.איי למולקולה קשורה המכונה אר.אן.איי.

Cas9 יכול להיות מזווג לתעתיק אר.אן.איי כדי להגיע לרצף די.אן.איי המסומן כמטרה, ולחתוך אותו. זה הורג נגיפים, אבל המדענים משתמשים בזה כדי לחתוך די.אן.איי בדיוק במקום שבו הם מעוניינים. התוצאה דומה לגרסת המעבדה לביולוגיה למה שעשו בעבר עורכי סרטים כשצירפו יחד חתיכות סרט.

צילום: רויטרס

צ'רץ' ועמיתיו הראו שביכולתם להשתמש במערכת כדי לבצע עריכות מרובות בבת אחת בדי.אן.איי של תא, וטוב אף יותר, להפוך את השימוש הזה לתעשייתי. פנג שנג, סטודנט לשעבר של צ'רץ', הצליח אף הוא להפעיל זאת, והוא מקווה להשתמש בזה כדי להבין טוב יותר את המוח. שתי התוצאות פורסמו בסיינס בינואר. עבודתה של דודנה עצמה התקבלה בעיתון האלקטרוני לייף. דודנה אף הקימה חברה, קריבו ביוסיינסנס, כדי למסחר את עבודתה.

בטווח הקצר, אומר צ'רץ', הפוטנציאל של Cas9 הוא שניתן להשתמש בו בחקר הגנטיקה באופן שלא היה אפשרי קודם לכן. נאמר שיש 3 שינויים בדי.אן.איי, בתוך גן או בסביבותיו, שיכולים לגרום מחלה. כעת, אומר צ'רץ', אפשר יהיה לקחת תא מאדם שכבר עבר ריצוף די.אן.איי, כפי שהוא עושה בפרויקט הגנום האישי (Personal Genome Project) שלו. אז אפשר ליצור את מה שידוע כ"תא גזע פלוריפוטנטי מושרה", תא המתנהג במידה רבה כמו תא עוברי. לאחר מכן, אפשר להשתמש ב-Cas9 כדי לשנות כל אחד משינויי האיות הללו בדי.אן.איי.

"היכולת לעשות את כל זה במקביל היא זו ש'באמת תטיל את הפצצה'", אומר אריק סונטהיימר מנורת'ווסטרן יוניברסיטי. חוקרים יוכלו להשוות תאים זהים גנטית למעט הבדלים בודדים, ספציפיים. זה יכול להועיל בפיתוח תרופות חדשות, לדוגמה.

לאחרונה התחוללה מהומה מסוימת באינטרנט לאחר שכמה חברות לקחו ריאיון שהעניק צ'רץ' לעיתון גרמני והוציאו אותו מהקשרו, וגרמו לזה להישמע כאילו הוא שואף לשבט ניאנדרטלים. הוא לא. אבל זהו סוג הטכנולוגיה שבה ניתן יהיה להשתמש כדי להחזיר לחיים את האדם הניאנדרטלי, או ממותות, לצורך העניין, שהדי.אן.איי האמיתי שלהם אבד בזמן.

צ'רץ' אמר שמבחינה תיאורטית, זה ניתן לביצוע באמצעות שינוי הגנים של תא גזע אנושי (במקרה של ניאנדרטל) או תא גזע של פיל (במקרה של הממותה) כך שיתאימו לקרוב משפחה פרהיסטורי. אם אתה רוצה להחזיר לחיים חיות מעידן הקרח, Cas9 עשויה להיות הדרך לעשות זאת.

אבל אנחנו עדיין רחוקים מאוד מדברים מעין אלה. נכון לעכשיו, המדענים עושים שימוש נרחב בטכנולוגיה הזו על תאים בכלי מעבדה, לא על אורגניזמים שלמים. והדרך מניסויי מעבדה לטיפול היא ארוכה. סנגאמו ביוסיינסס עובדת כבר יותר מעשור על מסחור הטכנולוגיה המוקדמת יותר, של נוקלאז אצבע האבץ, כסוג של תרופה. הוצאת Cas9 מהמעבדה החוצה יכולה להיות ממושכת באותה מידה. אבל זה לא הופך את זה לפחות מסעיר.