מדעני מכון ויצמן פיתחו שיטה להתקנת מתגי הפעלה וכיבוי בחלבונים

השיטה תיושם במחקר הביו-רפואי, ועשויה לשמש בעתיד בהנדסה גנטית ובריפוי גנטי.

התאים החיים מכילים אלפי חלבונים שונים, אשר מבצעים בהם הרבה מאוד פעולות חיוניות. חלבונים פגומים, או כאלה שאינם מתפקדים כראוי, גורמים למחלות. חקר החלבונים, מבניהם ודרך תיפקודם, הוביל בעבר לפיתוח תרופות ושיטות טיפול למחלות רבות. כך, למשל, גילוי מעורבותו של החלבון אינסולין במחלת הסוכרת, סלל את הדרך לפיתוח טיפול המבוסס על הזרקת אינסולין.

אך על-אף המאמץ המחקרי העולמי המושקע בתחום זה, תפקידם של חלבונים רבים עדיין אינו ידוע. חוקרי החלבונים מבצעים מניפולציות גנטיות שונות, המאפשרות להפסיק את יצורו של חלבון מסוים, או להגביר אותו מאוד. ניסויים כאלו מלמדים על פעילותו ותפקידו של החלבון הנחקר. הדרכים הקיימות לכיבוי ולהפעלה של גנים (האחראיים לייצור החלבונים), הן מורכבות ובעלות חסרונות שונים, ואינן נותנות מענה שלם לצרכי החוקרים.

פרופ' מוטי ליסקוביץ' ותלמיד המחקר אורן ארסטר מהמחלקה לבקרה ביולוגית במכון ויצמן למדע, יחד ד"ר מירי אייזנשטיין, מהמחלקה לתשתיות למחקר כימי, פיתחו באחרונה שיטה ייחודית להתקנת "מתגים" להפעלה ולכיבוי, שאתם ניתן להחדיר לכל חלבון רצוי, וכך לשלוט במידת פעילותו: להגביר אותה פי כמה, ואף להפסיק אותה כמעט לגמרי. השיטה מספקת מכשיר מחקרי פשוט, יעיל ושימושי לחוקרים המעוניינים לבדוק את תפקודם של חלבונים לא-מוכרים, ובעתיד עשויים להיות לה יישומים רבים נוספים.

שיטת ההפעלה של המתג מבוססת על מנגנון כימי-גנטי: אל רצף חומצות האמינו המרכיבות את החלבון מחדירים, בשיטות של הנדסה גנטית, רצף קצר של מספר חומצות אמינו. רצף זה מסוגל להיקשר, באופן חזק ובררני, לחומר כימי מסוים. קשירה של החומר הכימי לרצף חומצות האמינו משפיעה על רמת הפעילות של החלבון המהונדס – מגבירה או מפחיתה אותה. כאשר מפסיקים לתת את החומר, או מסלקים אותו מהמערכת, חוזר החלבון לרמת הפעילות הטבעית שלו.

השלב הראשון בשיטה, שפורסמה באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Methods, הוא הכנת מערך חלבונים מהונדסים, אליהם מוחדר רצף חומצות האמינו במיקומים שונים. בשלב השני נסרקים החלבונים, במטרה לזהות את אלה שמגיבים למתן החומר הכימי באופן הרצוי. ואכן, החוקרים גילו כי בחלק מהחלבונים המהונדסים הפחית החומר הכימי את רמת הפעילות, בעוד שחלבון נוסף הגיב לחומר הכימי בפעילות מוגברת. פרופ' ליסקוביץ': "יעילות השיטה הפתיעה אותנו – מתברר שיש צורך במערך קטן מאוד של חלבונים מהונדסים, כדי למצוא צורות שמגיבות לחומר הכימי. בחברות ביוטכנולוגיה אפשר יהיה ליצור מערך גדול בהרבה של חלבונים מהונדסים, וכך למצוא חלבון מהונדס שעונה לדרישות באופן מיטבי".

ואכן, השיטה שפיתחו מדעני המכון ניתנת ליישום מיידי, הן לצורך מחקר ביוכימי בסיסי על פעילותם של חלבונים שונים, והן בחברות תרופות המחפשות חלבונים המהווים מטרה מתאימה להתערבות תרופתית. מדובר במכשיר יעיל, פשוט ורב עצמה, שניתן ליישם עבור כל חלבון. היתרון החשוב של השיטה, לעומת טכניקות אחרות, הוא השליטה המוחלטת והמדויקת בפעילות החלבון המהונדס: ניתן לווסת את פעילותו במקומות מוגדרים, בזמנים מסוימים, להגיע לדרגת הפעילות הרצויה, ואף לחזור לרמת הפעילות הטבעית, וכל זאת באמצעות מתן מינונים מדויקים ומתוזמנים של חומר כימי פשוט.

בנוסף לכך, ניתן יהיה ליישם את השיטה, בעתיד, ברפואה גנטית. ייתכן שניתן יהיה להחליף חלבונים פגומים, הגורמים למחלות קשות, בחלבונים מהונדסים, ולשלוט ברמת פעילותם באופן מדויק – באמצעות מתן מינונים מתאימים של תרופה. יישום עתידי אפשרי נוסף הוא בתחום ההנדסה הגנטית. השיטה תאפשר, למשל, לייצר צמחים מהונדסים שבהם ניתן יהיה לשלוט במדויק במועד הבשלת הפרי, באמצעות מתן חומר כימי המגביר את פעילותם של החלבונים האחראיים על תהליך ההבשלה. בנוסף לכך, נעשה שימוש רב בחלבונים – כמוציאים לפועל של תהליכים תעשייתיים, כחישנים ביולוגיים (ביו-סנסורים), ועוד. היכולת לשלוט בקצב התהליכים הללו, להגבירם או לעצרם, בצורה מיידית והפיכה – היא בעלת ערך רב.

מידע נוסף, ותמונות, אפשר לקבל במשרד דובר מכון ויצמן למדע: 08-934-3856.