החוקים החדשים

מדעני המכון יצרו שיטה חדשה לחקר יחסי הגומלין בין החלבונים לבין קרום התא, ובאמצעותה הצליחו להראות כיצד החלבונים מבטיחים את תיפקודו התקין של קרום התא

קרום התא (הממברנה) הוא קו הגבול, הגדר, או החומה שמבדילה בין "פְּנים" ל"חוץ" – בין מה שמתרחש בתוך התא החי לבין העולם החיצון. זו שכבה דקה מאוד, כה דקה, עד שאפשר לדַמות אותה לדופן של בועת סבון: אם מנסים לבודד אותה, היא עלולה להתפוצץ. בקרום התא ממוקמים, בין היתר, חלבונים שחלקם מתַפקדים כמעין שערים, אשר דרכם עוברים חומרים ואותות במסעם מהעולם החיצון אל תוך התא, ומתוך התא – החוצה. כ-30% מהחלבונים בגוף האדם הם חלבוני ממברנה, ורוב התרופות, לרבות תרופות המיועדות לטיפול בסרטן, ממוקדות בחלבונים אלה.

במחקר שפורסם באחרונה בכתב-העת המדעי eLife יצרו ד"ר שראל פליישמן ותלמידי המחקר אסף אלעזר ויהונתן וינשטיין, בשיתוף עם פרופ' איתן ביבי ותלמיד המחקר עידו בירן, כולם מהמחלקה למדעים ביומולקולריים במכון ויצמן למדע, שיטה חדשה לחקר יחסי הגומלין בין חלבונים לבין קרום התא. הם התמקדו באבני הבניין אשר מרכיבות את החלבונים – חומצות האמינו – והצליחו להראות מהי האסטרטגיה אשר מאפשרת לחלבונים להבטיח תיפקוד תקין של קרום התא.

קרום התא מורכב משתי שכבות של מולקולות, שצִדן האחד "אוהב מים", ואילו צִדן האחר "שונא מים". בשל המבנה הזה, המולקולות האלה יוצרות, יחד, משטח המתאפיין במטען חשמלי שלילי בחלק הפונה אל פְּנים התא. בתחילת המחקר שאפו חברי קבוצתו של ד"ר פליישמן להבין כיצד מתייחסים חלבוני קרום התא זה לזה בתוך הקרום. הם השתמשו בחלבון טבעי, ויצרו מאות גרסאות שלו – כאשר כל אחת מהן הייתה שונה מחלבון המקור בחומצת אמינו אחת בלבד. המדענים מיזגו את הגנים הללו עם גן שמקודד חלבון היוצר עמידוּת לאנטיביוטיקה, ואת התוצר החדירו לחיידקים בתרבית. כאשר החיידקים באו במגע עם אנטיביוטיקה, החלבונים שהתבטאו ביתר העניקו לחיידק הגנה טובה יותר.

לאחר שהתחקו אחר רמת הביטוי של מאות הגרסאות המוטנטיות של החלבון, הבינו חברי קבוצת המחקר כי לפניהם מעין מפת דרכים, אשר מלמדת, כי מידת היעילות של החלבון המוטנט אשר נמצא בקרום התא תלויה במיקומה המדויק של כל חומצת אמינו בשרשרת החלבון. להפתעתם, הנתונים המפורטים שגילו לגבי היחסים בין החלבון לבין קרום התא איששו תיאוריות מסוימות הקשורות להרכב קרום התא. כך, לדוגמה, הם זיהו את חומצות האמינו, הנושאות מטען חשמלי חיובי, אשר בדרך כלל מצויות בחלק הקרום אשר פונה לפנים התא, ולו מטען חשמלי שלילי. המדענים אף זיהו חומצות אמינו בעלות מטען נייטרלי, שעשויות להימצא באזורים המרכזיים והשומניים יותר של הקרום.

"באמצעות שילוב בין שיטות מחקר כימיות וביולוגיות", אומר ד"ר פליישמן, "הצלחנו להפיק נתונים מדויקים, אשר מתווים כמה מהחוקים הבסיסיים לבניית חלבונים בקרום התא. הנתונים שאספנו פותרים כמה מחילוקי הדעות לגבי טבעם של קרומים ביולוגיים".

קבוצת המחקר של ד"ר פליישמן מתמקדת ביצירת חלבונים מלאכותיים באמצעות אלגוריתמים ממוחשבים, והחוקים החדשים שחשפו במחקר זה יסייעו להם לתכנן מבנים חדשים של חלבונים, שיוכלו לתפקד במיגוון תפקידים, לרבות בקרומי התאים. המדענים מקווים שחוקים אלה יסייעו, בעתיד, בתכנון תרופות שיתמקדו בקולטנים הממוקמים בקרומי התאים.