תגובה הולמת

 

 

מערכת החישוב הביולוגית המולקולרית הזעירה בעולם, על פי ספר השיאים של גינס מהדורת 2004, עוברת משלב של חישובים פשוטים לתחום שאליו נועדה מלכתחילה: עכשיו היאמסוגלת לזהות - במבחנה - מולקולות ביולוגיות המייצגות תנאים האופייניים למחלות סרטן מסוימות, לאבחן את סוג הסרטן, ולהגיב בייצור מולקולות תרופה מתאימה.

 

בשנת 2001 הציגו פרופ' אהוד שפירא מהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית ומהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, ועמיתיו למחקר, מערכת חישוב ביולוגית מולקולרית המסוגלת לבצע חישובים פשוטים. הקלט, הפלט וה"תוכנה" של המערכת היו עשויים מולקולות DNA, החומר הגנטי. ה"חומרה" שלה הורכבה משני אנזימים ("מכונות מולקולריות") המבצעים פעולות חיתוך והדבקה של מולקולות DNA . כאשר מולקולות אלו נתונות יחד בתמיסה, מולקולות החומרה והתוכנה פועלות יחד, בתיאום, על מולקולות הקלט, ומייצרות את מולקולת הפלט. מערכת החישוב המולקולרית הזאת ניתנת לתיכנות באמצעות בחירת מולקולות שונות של "תוכנה" שיקבעו כיצד תפעל המערכת בתנאים שונים. בתיכנות מסוים, למשל, יכולה המערכת הזאת לבדוק האם במולקולת קלט המקודדת רשימה של ספרות 1-0, כל המופעים של 0 קודמים לכל המופעים של 1. בשנת 2003 הציג הצוות גרסה נוספת של המחשב, אשר משתמש רק באנזים חיתוך DNA, ומשתמש במולקולת הקלט גם כבכמקור האנרגיה שלהמחשב.

 

מחשב זה הוא הבסיס למחקר חדש של של פרופ' שפירא וצוותו, תלמידי המחקר יעקב בננסון, בנימין גיל ואורי בן-דור, וד"ר רבקה אדר, ממכון ויצמן למדע, שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי NATURE והוצג בכנס LIFE A NOBEL STORY בבריסל. במחקר זה נוסף למחשב מנגנון קלט, המאפשר לו לזהות מולקולות ביולוגיות (mRNA) מסוימות, אשר שינויים בכמות שלהן בהשוואה לכמות הנורמלית שלהן בתא מהווים סמן לסוגים מסוימים של סרטן. למחשב נוסף גם מנגנון פלט, המאפשר לו לשחרר בתגובה, באופן מבוקר, מולקולת DNA חד-גדילית, המיועדת לגרום למותו של התא הסרטני (הניסוי שעליו מדוחים המדענים בוצע במבחנה, אך בעתיד הם מקווים להפעיל את המערכת ברקמות תאים).

 

לדוגמה, בסדרת ניסויים אחת הצליחו המדענים לתכנת את המחשב כך שיזהה נוכחות של מולקולות mRNA הנושאות את הקוד לייצור חלבונים מסוימים, אשר ביטוי יתר שלהם אופייני למתחולל בתאים של גידולי סרטן הערמונית. המחשב, שמזהה את התנאים האלה ומאבחן סרטן ערמונית, מייצר בתגובה מולקולת DNA חד-גדילית, שהימצאותה בתא גורמת לתא סרטני "להתאבד". בדרך דומה הצליחו המדענים לאבחן - במבחנה - גם את התנאים האופייניים לגידולים של סוג מסוים של סרטן הריאה (SCLS).

 

פרופ' שפירא: "החזון שלנו לעתיד הוא, שמחשבים ביו-מולקולריים יפעלו בתוך רקמת תאים חיים, יזהו בעוד מועד מאפיינים של מחלות, יאבחנו את המחלה, ויגיבו מיידית בייצור תרופה שתבלום את המחלה שאובחנה בעודה באיבה. לכולנו ברור שהדרך להגשמת החזון ארוכה עד מאוד, וייתכן שיעברו עשרות שנים עד שמחשב כזה יוכל לפעול בגוף האדם. יחד עם זאת, לפני כשנתיים הערכתי שיחלפו לפחות עשר שנים עד שנגיע לתוצאות שהצגנו היום".