החיים כאילתור

 

בכל יום מתחלקים בגופנו מיליארדי תאים. כך נוצרים תאים חדשים ורעננים המיועדים למלא את מקומם של התאים שנשחקו והגיעו לסוף מסלול חייהם. בתהליך חלוקת התאים מועתק החומר הגנטי, די-אן-אי, שלהם אל התאים החדשים הנוצרים. תהליך ההעתקה הזה מבוצע על-ידי אנזימים מסוג פולימרז, שהם,  למעשה, מעין מכונות שיכפול משוכללות המותאמות במיוחד לשיכפול די-אן-אי. מדעני מכון ויצמן גילו באחרונה, שאנזימי הפולימרז מסוגלים לפתור בעיות וקשיים בתהליך ההעתקה בדרך של אילתור.  ממצאים אלה - שהתפרסמו בכתב העת המדע Proceedings National Academy of sciences-  -PNASעשויים לסייע בהבנת מחלות הנובעות מבעיות בהעתקת הדי- אן-אי, ובהן סוגים מסוימים של מחלות  סרטניות.

 

אנזימי הפולימרז המשכפלים די-אן-אי "רוכבים" על גדילי מולקולת הדי-אן-אי ו"נוסעים" לאורכה, כשהם "קוראים" את  המידע הגנטי ויוצרים לפיו גדילים גנטיים זהים. בדרך זו נשמרת המשכיות קיומו של המטען הגנטי שלנו, העובר מדור לדור. הבעיות מתחילות כשהדי-אן-אי נפגע (למשל, בשל גורמים כמו עישון, קרינה, או תהליכים שגויים המתחוללים בגוף). אמנם, בגופנו קיימים אנזימים מיוחדים שמתקנים את הנזקים הנגרמים לדי-אן-אי, אך חלק מהפגמים חומקים מאנזימי התיקון, כך שאנזימי  הפולימרז משכפלי הדי-אן-אי נאלצים להתמודד אתם בזמן אמיתי, בעת שיכפול החומר הגנטי בתהליך חלוקת התא.

פרופ' צבי ליבנה, ראש המחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, שעבד עם תלמידת המחקר איילת מאור-שושני, בחן עם קבוצת המחקר שלו את מידת יכולתם של אנזימי הפולימרז משכפלי הדי-אן-אי להתמודד עם נזקים הנגרמים לחומר הגנטי. המדענים חתכו גדיל די-אן-אי בחיידק ( E.coli) ושילבו בו חומר זר לחלוטין, הדומה לאחד ממרכיבי הנפט. בשלב זה עקבו אחר אנזים די-אן-אי פולימרז שהחל לשכפל אתהמקטע הגנטי הפגום. כשהגיע לחומר הזר נעצר האנזים המשכפל, כצפוי, אבל  בשלב זה הופתעו המדענים לגלות שאנזים פולימרז משכפל די-אן-אי מסוג אחר הופיע לפתע במקום, נחלץ לעזרתו של האנזים  התקוע, והמשיך את פעולת ההעתקה.  למעשה, ההפתעה גדלה עוד יותר כשהתבררשהאנזים "ממלא המקום" לא מעתיק מידע גנטי, אלא יוצר מידע חדש בדרך של אילתור: מול הקטע שמכיל חומר זר, שאינו מכיל כל מידע גנטי, האנזים בוחר למקם "אותיות" גנטיות באופן אקראי. במובן מסוים, האנזים פועל בדומה לאדם ששוכח כמה מילים בשיר, וממציא, בזמן אמיתי, מילים חדשות כדי שיוכל להמשיך לשיר. 

 

במקרים אחרים נמצא שאנזימי הפולימרז משכפלי הדי-אן-אי מדלגים מעל לחומר הזר או חותכים אותו החוצה, כך שהם יכולים להמשיך את מסע השיכפול שלהם.  "ממצאים אלה מראים את היכולת המדהימה של התא להתגבר על תקלות ולהתחלק בתהליך שהוא חיוני להמשכיות החיים",  אומר פרופ' ליבנה. "באותה עת הם גם מעוררים תקווה שגוף האדם יכול למצוא בתוכו את הכוחות הדרושים כדי להתגבר עלתקלות חמורות שבהן חומרים זרים יחדרו לתוך המטען הגנטי שלנו".

 

תהליך האילתור הזה של אנזימי הפולימרז משכפלי הדי-אן-אי עלול, כמובן, ליצור מוטציות בתאים החדשים.  "אבל", מסביר פרופ' ליבנה, "במקרים רבים הגוף מעדיף לקבל תא המכיל מוטציה מסוימת, העשוי לפעול במידה סבירה של יעילות. גישה דקדקנית מדי עלולה להוביל למותם של תאים רבים מדי, דבר שהגוף בוודאי לא יכול להרשות לעצמו". פשרנות מסוימת, מתברר, היא תכונה חיונית  להמשך החיים לא רק בעולם הגדול, אלא גם בעולמם המיקרוסקופי של מולקולות ותאים.