מדווחים מהשטח

 

התקשורת המודרנית מציפה אותנו בשטף בלתי-פוסק של מידע, לעיתים בזמן אמיתי, על המתחולל בעולם. מדענים העוסקים בביולוגיה מולקולרית עומדים בפני אתגר לא פחות מורכב: איסוף וניתוח מידע עדכני על העולם המולקולרי הזעיר וההפכפך של היצורים החיים. לדוגמה, המטען הגנטי של האדם מכיל כ-20,000 עד 30,000 גנים, שעל פיהם מיוצרים חלבונים שונים. תהליך זה, הקרוי "התבטאות גנים", מבוקר על-ידי מנגנונים מורכבים ומסועפים, הקובעים אילו מהגנים יתבטאו, באיזה תא, מתי, ובאיזו מידה. החלבונים שנוצרים בסופו של תהליך זה קובעים כיצד יתפקד התא החי, דבר שמשפיע על האורגניזם כולו. כך, למשל, התבטאות גנים משפיעה על תהליכים כמו יצירת כלי-דם, חילוף חומרים, וגם על התחוללות מחלות שונות, לרבות סרטן.

 

כשמדובר בבעלי חיים, בצמחים ובפטריות, הרי שלאורך המסלול של ביטוי הגנים, מדי-אן-אי ועד לחלבון, קיימים מספר שלבים הניתנים לבקרה באמצעות מנגנונים שונים. לדוגמה, השלב שבו מועתקים גדילי הדי-אן-אי, שלב העיבוד של מולקולת אר-אן-אי שליח (על-פי המידע הגנטי המקודד בגנים), השלב הסופי של יצירת החלבון, ועוד. מדענים רבים מנסים לפתח שיטה שתאפשר להם לקבוע איזה מנגנון שולט באילו גנים, ומהי התוצאה המדויקת של ביטוי גנים מסוימים.

 

לצורך זה משתמשים המדענים בגנים-מדווחים, המוסרים להם מידע בזמן אמיתי, היישר ממוקדי האירועים של העולם המולקולרי. כאשר הגנים המדווחים האלה מתבטאים, נוצר על-פיהם חלבון שניתן לזיהוי בקלות. לדוגמה, GFP הוא אחד הגנים המדווחים הנפוצים, משום שכאשר הוא מתבטא כחלבון, הוא "מכריז" על נוכחותו באמצעות אור ירוק. הגן המדווח מוצמד, בשיטות של הנדסה גנטית, לגן אותו החוקרים מעוניינים לבדוק. בדרך זו הם מקבלים דיווחים אמינים על המקומות שבהם הגן מתבטא, וכן על מידת התבטאותו, אופי פעילותו, מנגנוני הבקרה המשפיעים עליו, ועוד. עם זאת, כאשר הגנים האלה מדווחים על פעילות המתרחשת באיבריו הפנימיים של בעל-חיים או אדם, קשה לקלוט את המידע הזה, בגלל קושי טכני בזיהוי הגן המדווח במעמקי הגוף. כך, למשל, גנים מדווחים אינם יכולים למסור מידע על התפתחות העובר (מאחורי מחסום השליה), או במערכת העצבים המרכזית (מאחורי מחסום הדם-מוח). לכן, מדענים רבים מחפשים גנים מדווחים חדשים, שאפשר לעקוב אחר פעילותם בדרכים אחרות, כגון דימות בתהודה מגנטית - MRI. עד כה נמצאו כמה גנים כאלה, אלא שהם מחייבים שימוש בחומר נוסף.

 

קבוצה מהמחלקה לבקרה ביולוגית במכון ויצמן למדע, בראשות פרופ' מיכל נאמן, ובהשתתפות ד"ר בתיה כהן, ותלמידות המחקר ויקי פלקס וקרן זיו, גילתה באחרונה גן, העשוי לדווח ביעילות על תהליכים ביולוגיים. גן זה, הקרוי פריטין, מקודד לחלבון שממלא תפקיד חשוב בגוף: הוא לוכד ברזל מהתאים ומנטרל אותו. באמצעות הגברת הביטוי של הגן (דבר שגורם להגדלת שיעור החלבון פריטין בגוף), אפשר להגדיל את אגירת הברזל. השינויים בכמות הברזל ניתנים לזיהוי באמצעות MRI - ללא צורך במתן חומר חיצוני נוסף כלשהו. הרעיון הזה החל במחקר משותף של פרופ' נאמן עם ד"ר יואב צתרי ז"ל. 

 

גן הפריטין הוחדר למקטע די-אן-אי מעגלי שהוזרק לעכברים. כדי לבדוק את אמינות הדיווח של הפריטין צירפו אליו גן מדווח ותיק ומנוסה - GFP. מהשוואת הדיווחים העצמאיים של כל אחד מהגנים אפשר ללמוד על מידת הדיוק של הגן המדווח החדש. בנוסף לכך, צורף גם גן המגיב לנוכחותה של התרופה האנטיביוטית טטרציקלין. גן זה מתפקד כמעין מפסק, המפעיל ומכבה בעת ובעונה אחת את שני הגנים המדווחים. כך אפשר לוודא שמקור המידע המתקבל הוא אכן בגנים המדווחים, ולא בפעילותם של גנים אחרים.

 

במחקר שתוצאותיו פורסמו בכתב-העת המדעי Nature Medicine הראתה קבוצת המחקר, כי הפריטין פועל כגן מדווח מדויק, יעיל ואמין. דיווחיו מהכבד, מתאי האנדותל (התאים המדפנים את כלי הדם), ומשלבים שונים במהלך ההתפתחות העוברית של עכבר, נקלטו ב-MRI ללא צורך במתן  חומר חיצוני כלשהו.

 

ד"ר כהן: "ממצאים חדשים אלה מראים, כי החלבון פריטין עשוי לדווח על ביטוי גנים ועל פעילותם הביולוגית ביעילות רבה יותר בהשוואה לגנים מדווחים אחרים שאפשר לקלוט את דיווחיהם ב-MRI. גישה זו עשויה לסייע בחקר פעילותם של גנים שונים בתהליכי התפתחות, ובמעקב אחר תאים נודדים בגוף. כמו כן אפשר יהיה להשתמש בשיטה בחקר מודלים של מחלות שונות, למשל בכבד ובמוח, ובמעקב אחר התפתחות גידולים".