יד על הברז

 

 

...ישנם עתיקים שיינם משומר -
נקשיב אליהם בבלי נוע

 

מילים: חיים חפר

לחן: משה וילנסקי

 

לפני מיליארדי שנים, כאשר האורגניזמים החד-תאיים התחילו להשתלט על כדור הארץ והחיים היו פשוטים, ייתכן שעולם החי התבסס על אר-אן-אי, אותן מולקולות חד-גדיליות, המוכרות כיום בעיקר כ"שליחים" אשר מעבירים את המידע הגנטי ממולקולות הדי-אן-אי שבגרעין התא אל הריבוזומים שמייצרים על-פיהן חלבונים. באחרונה מתרבים המחקרים התומכים בתפיסה, שהאר-אן-אי מילא תפקיד מרכזי בחיי התא בזמנים ההם. היום, חלבונים מתמחים מפעילים את רוב פעילויות התא באמצעות הפעלת גנים וחלבונים אחרים. אבל מתברר שהאר-אן-אי, על-אף מבנהו הפשוט, יכול לקחת על עצמו חלק גדול מהפעילויות של בקרת תהליכי החיים בתא.

 

אחד הסוגים המעניינים ביותר של אר-אן-אי המסוגל לבצע תהליכי בקרה הוא, למעשה, מתג ("ריבו-מתג"). אלה הם מקטעי אר-אן-אי שיכולים לפעול ישירות על הגנים. הם חשים רמות של חומרים - בדרך כלל מולקולות קטנות כמו ויטמינים - ופותחים וסוגרים את תהליכי הייצור של החומרים האלה. המתגים האלה נוצרים יחד עם האר-אן-אי שנוצר בתהליך ההתבטאות של הגנים של החומרים האלה. המכניקה שלהם בסיסית: כאשר חישן הכלול במתג מזהה רמה מספיקה של חומר, החלק הסמוך לחישן משנה את צורתו, ובכך הוא מונע את תרגום המידע שהאר-אן-אי נושא לחלבון. כ-12 ריבו-מתגים התגלו עד כה בחיידקים, והם שולטים על שלושה אחוזים מהגנים החיידקיים. בצמחים, ובחיידקים המייצרים תיאמין (ויטמין B1), התגלה ריבו-מתג המבקר את ייצור הוויטמין החיוני הזה. ריבו-מתג זה נחקר באחרונה על-ידי תלמיד המחקר שמואל בוקובזא וד"ר אסף אהרוני, מהמחלקה למדעי הצמח במכון ויצמן למדע. המדענים גילו שמתג אר-אן-אי זה, הממוקם באופן חריג בסוף הגן, ולא בתחילתו, משפיע על תהליך הקרוי איחוי אלטרנטיבי. בדומה ל"גזירה והדבקה" של תמלילים במחשב, מנותקים קטעים בודדים של די-אן-אי, הנושאים  מידע חיוני לבניית חלבון (המופרדים זה מזה במקטעים ארוכים שהם חסרי מידע), מהרצף הכולל, ומוצמדים זה לזה כך שנוצר רצף הנושא מידע משמעותי שלפיו נבנה החלבון. למעשה, אפשר לשלב את המקטעים נושאי המידע בסדר שונה, וכך ליצור "משפטים" שונים שיגרמו לייצור חלבונים שונים. תהליך ה"עריכה" הזה קרוי איחוי אלטרנטיבי.

 

תהליך האיחוי האלטרנטיבי התפתח והופיע בשלב האבולוציוני שבו הופיעו גם גרעין התא וקטעים ארוכים של די-אן-אי שאינם מקודדים מידע בעל משמעות; כלומר, בשלב שבו אבולוציית האורגניזמים החד-תאיים הגיעה כבר לשלבים מתקדמים יחסית. לכן, הריבו-מתג שמצוי בצמחים, וממלא תפקיד בייצור תיאמין (ויטמין B1) תוך מעורבות בתהליך האיחוי האלטרנטיבי, עשוי להיות בעל תכונות ייחודיות, השונות מתכונותיהם של הריבו-מתגים החיידקיים. ריבו-מתג התיאמין יוצר אחת משתי גרסאות של המידע המקודד בגן התיאמין. כשרמת הוויטמין בגרעין התא נמוכה, מתחת לסף מסוים, הריבו-מתג אינו מבחין בה, ולכן הוא מפעיל את מערכת העריכה שגוזרת ומדביקה גדיל של אר-אן-אי שליח שמוביל לייצור מולקולות תקינות של הוויטמין. לעומת זאת, כאשר המתג מבחין ברמה גבוהה של הוויטמין, הוא משנה את תהליך האיחוי, כך שבתהליך העריכה ייווצר אר-אן-אי לא יציב, שמתפרק, דבר שגורם להפסקת הייצור של הוויטמין. כך מצליח תא הצמח להחזיק יד על הברז ולשמור על רמה מתאימה של ויטמין B1 (רמות גבוהות מדי או נמוכות מדי של ויטמין זה עלולות לגרום נזק לצמח).

 

האם הריבו-מתג הוא שריד אבולוציוני עתיק? המדענים שביקשו לענות על השאלה הזאת חיפשו ריבו-מתגים בצמחים שונים, מהמינים העתיקים ביותר של צמחי היבשה ועד לצמחים הפורחים הצעירים יחסית. הם מצאו, שהמינים הוותיקים יותר נשאו העתק שני של ריבו-מתג בגן נוסף. נראה שבמהלך האבולוציה, לפני כ-400 מיליון שנה, העותק השני הזה לא הצליח לשרוד. "התגלית הזאת", אומר ד"ר אהרוני, "תומכת ברעיון שעולם האר-אן-אי הקדום הפך, לאט לאט, למערכת בקרת גנים משוכללת שמופעלת על-ידי חלבונים, המוכרת לנו כיום". ממצאי המחקר פורסמו באחרונה בכתב העת Genes and Development  .

 

המנגנון העתיק של הריבו-מתג עשוי "לעשות Come Back" היישר לתעשיית הביו-טכנולוגיה העתידית. ד"ר אהרוני ושמואל בוקובזא עיצבו גנים מדווחים - שהחלבונים שהם מייצרים זוהרים, ובכך מדווחים על קיומם ומיקומם - המגיבים לרמות של ויטמין B1 ממש כמו הריבו-מתג. כשהגנים המדווחים האלה הוחדרו לתאי הצמחים, הם נדלקו בכל פעם שרמות הוויטמין ירדו. שילובים כאלה של גנים מדווחים וריבו-מתגים עשויים להוביל לעיצוב חישנים ביולוגיים למטרות שונות, בתחומי התעשייה, המחקר והביטחון.