מנגנון הגנה של חיידקים יאפשר כנראה
בעתיד לתקן פגמים גנטיים אצל עוברים. במקום להשמיד את הדנ"א של נגיפים
פולשים אולי נוכל בעתיד לשנות את החומר התורשתי האנושי
תשכחו ממכוניות מעופפות ורובוטים בעלי אינטליגנציה מלאכותית. העתיד האמיתי
טמון ביכולת לשנות את הדנ"א שלנו, אנשים בשר ודם, וכך לשלוט בתכונות
פיזיות ומנטליות ולרפא מחלות ונכויות בלי צורך בתרופות. אנו יכולים גם
להעצים בדרך הזאת תכונות חיוביות ועוד מגוון בלתי נדלה של אפשרויות. כל
העולם פרוש לפנינו.
במחקר חדש שפורסם בחודש מאי 2015 בכתב העת המדעי "Protein & Cell", דיווחו חוקרים סיניים שהם הצליחו לראשונה לשנות את הגנום של עוברים אנושיים בשיטה ביוטכנולוגית חדשנית שנקראת CRISPR/Cas9 (ראשי תיבות של Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat). עכשיו תענו בכנות לעצמכם – נכון שזה הרבה יותר מגניב ממכוניות מעופפות?
איך הכל התחיל?
כמעט כמו כל דבר בביולוגיה, גם כאן הסיפור מתחיל בחיידק. בדיוק כמו בני אדם, חיידקים צריכים להגן על עצמם מפני נגיפים. הנגיף אינו יכול לחיות באופן עצמאי ולכן זקוק לתא מארח, שאליו הוא חודר ומשעבד אותו כדי לנצל אותו לצרכיו הביולוגיים – שכפול דנ"א ויצירת חלבונים נגיפיים שנחוצים לבנייה ולהרכבה של וירוסים נוספים.
כמעט כמו כל דבר בביולוגיה, גם כאן הסיפור מתחיל בחיידק. בדיוק כמו בני אדם, חיידקים צריכים להגן על עצמם מפני נגיפים. הנגיף אינו יכול לחיות באופן עצמאי ולכן זקוק לתא מארח, שאליו הוא חודר ומשעבד אותו כדי לנצל אותו לצרכיו הביולוגיים – שכפול דנ"א ויצירת חלבונים נגיפיים שנחוצים לבנייה ולהרכבה של וירוסים נוספים.
לחיידק, שבמקרה שלנו הוא קורבן תמים, יש מערכת הגנה טבעית מווירוסים שמורכבת מחלבון בשם Cas9
שמסוגל לחתוך רצפי דנ"א. כשהתא החיידקי מזהה נוכחות של דנ"א זר, החלבון
הזה ניגש אל רצפי הדנ"א של הנגיף וחותך אותם. כתוצאה מכך הווירוס אינו יכול
ליצור חלבונים ולשכפל את עצמו, וכך הוא מנוטרל.
איך זה עובד?כדי
להכיר קצת יותר טוב את המערכת עלינו להבין תחילה איך עובד מנגנון השכפול
והשעתוק של הדנ"א. הדנ"א הוא הקוד הגנטי שקיים בכל תא חי ונחוץ לו כדי
שיוכל לבנות ולקיים את עצמו. הקוד הזה ארוז ושמור היטב בגרעין התא בצורה של
סליל כפול שמורכב משני גדילים משלימים.
אפשר לראות הגרעין מעין כספת ששומרת בתוכה את המידע הדרוש ליצירת כל צרכי
התא. כל פעם שהתא רוצה להשתמש בקוד, עליו ליצור העתק, מעין טיוטה בשם רנ"א,
שנשלפת אל מחוץ לגרעין ועוברת שם תרגום שמאפשר ליצור ממנה את החלבונים –
אבני הבניין של התא.
מולקולות הרנ"א דומות מאוד במבנה ובצורה שלהן לרצפי הדנ"א, אולם לרוב
מופיעות בצורת גדיל יחיד, ולא גדיל כפול כמו בדנ"א. הגדיל הזה מסוגל לזהות
גדילים אחרים שמכילים את הרצף המשלים של הקוד ולהיצמד אליהם.
זה גם מה שקורה במערכת ה-CRISPR: ברגע שגוף התא של
החיידק מזהה חדירה של דנ"א זר, הוא מייצר מולקולות רנ"א הזהות ומשלימות
ברצף שלהן לדנ"א הנגיפי. המולקולות האלה חוברות ויוצרות מבנה אחד עם החלבון
Cas9 שיודע לחתוך דנ"א. ההתאמה בין רצפי הרנ"א הללו לרצפי הדנ"א של הווירוס מאפשרת לכוון את ה-Cas9 אל הדנ"א הנגיפי. החלבון חותך אותו וכך מציל את התא מההתקפה של הווירוס.
מה זה אומר?אז הבנו
איך החיידק מציל את עצמו מפני ההתקפה של הווירוס, אבל איך זה משנה את
העולם? ובכן, היופי בעולם המדע הוא טמון לא רק בתגליות עצמן, אלא גם בדרכים
היצירתיות שאנו מוצאים כדי להשתמש בהן כארגז כלים משוכלל וליצור מהן משהו
חדש.
מרגע שמערכת ה-CRISPR/Cas9 נחשפה, חוקרים הבינו את
הפוטנציאל העצום הגלום בה. אחרי הכול יש כאן מנגנון טבעי שמאפשר לחתוך
דנ"א באתרים ספציפיים. הספציפיות הזו מאפשרת לרתום את המערכת כדי לחתוך כל
רצף דנ"א שנבחר, גם אם הוא אינו ויראלי. כל מה שצריך זה לספק לחלבון ה-Cas9 גדיל רנ"א עם הרצף המשלים לרצף הדנ"א שנרצה לחתוך.
אפשר כמובן לשאול למה לנו לחתוך דנ"א שאינו של וירוס? תחשבו על זה ככה:
נניח שלאדם מסוים יש מחלה גנטית כלשהי שנובעת מגן פגום. במילים אחרות, רצף
הדנ"א של הגן הזה אינו תקין. מערכת ה-CRISPR/Cas9
תאפשר לנו לחתוך החוצה את הגן הפגום ולהחליף אותו ברצף התקין. מגוון
האפשרויות שהשיטה הזאת פותחת בפנינו הוא עצום – אפשר לשנות את חלבון ה-Cas9 עצמו ולחבר אליו חלבונים אחרים שממלאים תפקידים שונים. אפשר כך לא רק לחתוך גנים אלא גם לשנות את הרמה שבה הם יתבטאו.
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה
שים לב: רק חברים בבלוג הזה יכולים לפרסם תגובה.