שבבים, תאים ומה שביניהם

הסופר האנגלי צ'רלס קיילב קולטון אמר כי "חיקוי הוא הצורה הכנה ביותר של מחמאה", אבל אין זה אומר שמדובר בפעולה פשוטה, בייחוד כאשר מדובר בהעתקת הרשתות התאיות ויחסי הגומלין המולקולריים המתחוללים בתא חי. במחקר שהתפרסם בכתב-העת המדעי Science, מראים מדעני מכון ויצמן למדע כיצד יצרו מערכת תאית מלאכותית, המסוגלת לחקות את התהליך הטבעי של בניית חלבונים. הישג זה עשוי להעמיק את הבנתנו בתהליכים ביולוגיים פשוטים בקנה מידה גדול יותר, וייתכן שבעתיד אף יסלול את הדרך לשליטה בתהליך הבנייה של חלבונים טבעיים וחלבונים סינתטיים.

באמצעות קידוד שני גנים של בקרה לתוך הדי-אן-אי, צפו המדענים בביטוי חלבונים מחזורי, אשר עבר בין מצב "מופעל" למצב "כבוי" (לפי הוראות חלבוני הבקרה). תקופת הזמן שבה פעל התהליך בכל אחד מהמצבים האלה, נקבעה באמצעות המבנה הגיאומטרי של התאים. התנהגות מחזורית זו, אליה אפשר להתייחס כאל מעין גרסה בסיסית של פעילות מחזור התא, התאפשרה רק בזכות כך שהחלבונים שהורכבו יכלו לצאת מהתאים, ולהתפזר דרך הפתחים הקטנים והצינורות הדקים. בכך, הם למעשה חיקו את תחלופת החלבונים הטבעית, כפי שהיא מתבצעת בתאים חיים. באותו הזמן, חומרי מזון – שהמלאי שלהם מתחדש באופן קבוע – מתפזרים לתוך התא המלאכותי, ובכך מאפשרים לתהליך בניית החלבונים להימשך ללא הגבלת זמן. "מערכת התא המלאכותי, בה אנחנו יכולים לשלוט בתוכן הגנטי ובזמני פעילות החלבונים, מאפשרת לנו ללמוד על הקשר שבין רשת הגנים לבין תהליכי היווצרות החלבונים – פעולה שקשה יותר לבצע במערכת חיה" אומר קרצברון. "התבנית שתכננו, המבוססת על קידודם של שני גנים, מהווה דוגמה פשוטה לרשת תאית. אבל אחרי שהצלחנו להוכיח את היתכנות העיקרון, אנו מתכננים להכניס רשתות גנטיות מורכבות יותר לתאים המלאכותיים שלנו, כמו הרשתות המצויות ופועלות בחיידקים".