ביטוי גנטי

01.06.2004
 
ד"ר צחי פלפל. ביולוגיה חישובית
 
הופעות משותפות של הזוג המוזר הזה גרמו במשך שנים להרמת גבות. אבל עכשיו אותו זוג הוא הוא הדבר החם בעיר, טבעי ומוכר כאילו היה כאן מאז ומעולם. מדובר בשילוב בין מדעי המחשב לביולוגיה, שאמנם ייתכן שלא התחתנו כדת וכדין, אבל אין חולק על מעמדם כידועים בציבור. ד"ר יצחק (צחי) פלפל מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדעהוא מסוללי דרכו של המדע החדש הזה, הקרוי ביואינפורמטיקה.
 
כאשר בחר פלפל בשדה המחקר הזה, עתידו של התחום עוד היה לוט בערפל ומוטל בספק. מעט מאוד אנשים שמעו את המלה "ביואינפורמטיקה". "התפיסה המקובלת הייתה שמחקר ביולוגי עושים במבחנה, או בחיות ניסוי", הוא אומר. אבל בתקופת לימודיו לתואר ראשון באוניברסיטת תל-אביב התברר לפלפל, שתפארתו לא תהיה על דרך המדע ה"רטוב", המעשי. "בהתחלה מינו אותי, במעבדה, לאחראי על זבוב הדרוזופילה, אך לאחר זמן קצר הפרופסור לקח אותי הצידה ואמר: 'אני חושש שאין ברירה, אתה תהיה תיאורטיקאי'. נעלבתי וניסיתי למחות, אבל תוך זמן קצר נשביתי בקסמה של הביולוגיה החישובית".
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
לאחר שביצע עבודת דוקטורט במכון ויצמן בהנחייתם של פרופ' אפרים קציר מהמחלקה לכימיה ביולוגית, ופרופ' דורון לנצט (כיום במחלקה לגנטיקה מולקולרית), נסע ד"ר פלפל לבצע מחקר בתר-דוקטוריאלי במעבדתו של פרופ' ג'ורג' צ'רץ' באוניברסיטת הרווארד שבארה"ב.
 
הביואינפורמטיקה נולדה כפועל יוצא מהשלמת פרויקט המיפוי והפיענוח של גנום האדם, והפרויקטים שבאו בעקבותיו, .שבמסגרתם מופו ופוענחו הגנומים של בעלי-חיים נוספים, וכן גנומים של צמחים, פטריות וחיידקים. בגנום האדם, למשל, מצויים כ30,000- גנים. ד"ר פלפל: "אחת מהשאלות המרתקות במדעי החיים היא, כיצד תאים עובריים מוקדמים (הקרויים גם תאי גזע עובריים), בוחרים לעצמם 'קריירות' נפרדות, ומתמיינים ויוצרים תאים שונים זה מזה בתכלית, כמו תאי עצב, תאי שריר, תאי דם לבנים מסוגים שונים, ועוד. אנו יודעים שבאופן כללי, התהליך הזה נובע מהעובדה שלא כל הגנים המצויים ב'ארגז הכלים הגנטי' מתבטאים במידה שווה בכל התאים. כאשר גנים מסוימים מתבטאים וגנים מסוימים אחרים אינם באים לידי ביטוי, התא מתפתח להיות תא שריר. שינויים בזהות הגנים שמתבטאים ואלה שאינם עושים זאת יובילו את התא למסלול 'קריירה' אחר. הגורמים השולטים בתהליכי ההתבטאות של הגנים הם חלבוני בקרה מיוחדים הנצמדים אל המקטעים הגנטיים הסמוכים לגנים, ובכך 'מפעילים' ו'משתיקים' את הגנים השונים. חלבוני הבקרה עצמם פועלים על-פי אותות שונים שהם מקבלים מהסביבה. הפעלת גן היא תהליך מורכב המוכרע על-ידי שילוב של כמה גורמי קרה גנטיים - כמו דלת שיש לה יותר ממנעול אחד, ולצורך פתיחתה חייבים להזדמן יחד, בעת ובעונה אחת, מספר אנשים שכל אחד מהם יפעיל את המפתח שברשותו".
 
ד"ר פלפל, וחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה, שואפים לחשוף את עקרונות הפעולה הבסיסיים של הרשתות המבקרות את התבטאות הגנים בתאים שונים, שמתחוללים בהם תהליכים שונים, למשל, תאים העוברים תהליך של התמיינות, וכן בתאים הנתונים לתנאי עקה, תאים העוברים תהליך של התחלקות, ועוד. לשם כך משתמשים מדענים העוסקים בביואינפורמטיקה, בין היתר, בטכנולוגיה המבוססת על שבבי די-אן-אי. שבבים אלה בנויים כמעין משטח שאליו צמודים מקטעים של די-אן-אי חד-גדילי המהווים מעין גלאי הנצמד ומזהה גן מסוים בלבד. על שבב אחד יכולים להצטופף עשרות אלפי גלאים מולקולריים כאלה, שבאמצעותם בוחנים המדענים את זהות הגנים המתבטאים בתאים שונים. כאמור, בגנום האדם השלם מצויים כ30,000- גנים, ועל כל שבב די-אן-אי מצויים עשרות אלפי גלאים. השילוב ביניהם יוצר כמות אדירה של נתונים כמותיים, העשויים להעיד על תבניות הפעולה של רשתות הבקרה של התבטאות הגנים. ד"ר פלפל וחברי קבוצת המחקר שלו מקבלים את שטף הנתונים הזה ממעבדות שונות בעולם, ומנתחים אותו במטרה למצוא בו תבניות משמעותיות שיוכלו ללמד על העקרונות הבסיסיים שלפיהם פועלות רשתות הבקרה. לשם כך הם יוצרים מודלים מתמטיים ממוחשבים המתארים רשתות בקרה אפשריות. השוואה בין המודלים האלה לממצאים הנאספים מניסויים שמבוצעים בפועל עשויה לחשוף את עקרונות הפעולה של רשתות הבקרה.
 

מודיעין שדה

כאשר מדובר באיסוף מודיעין והתוויית תוכנית פעולה על-פי המידע המצטבר, התאים החיים הם אלופי העולם. ד"ר פלפל מצא, למשל, שבתהליך קבלת ההחלטות המורכב של התאים, קיימות "רמות החלטה" שונות שמתנהלות על-פי נוהלים שטוב היה אילו היו קיימים גם במערכות מימשל וארגונים אחרים מיסודם של בני-האדם. למשל, בעולמם של התאים החיים, ה"נוהל" הוא, שככל שההחלטה העומדת על הפרק גורלית יותר, גדל מספר מקורות המידע הנחוצים לקבלת ההחלטה.
 
כמובן, לא כל החלטה שמתקבלת בתא היא גורלית. למשל, החלטה לייצר אנרגיה ולפרק מולקולות מתקבלת על-ידי הגנים האחראיים ל"ניהול משק הבית" באופן שוטף, ללא התלבטויות רבות מדי. אך כאשר משהו משתבש - למשל, כשקרינת השמש, עשן, או חומרים מזיקים כלשהם פוגעים בדי-אן-אי שבתא - נדרש התא לבצע הערכת מצב ולקבל החלטות חיוניות, ולעיתים גורליות. ניתוח המידע על הנזק שנגרם עשוי להוביל להחלטה על הפעלת מנגנוני תיקון שונים הקיימים בתא. אבל אם הערכת המצב היא שנמוכים סיכויי ההצלחה של מאמצי התיקון האלה, דבר שמשמעותו עלולה להיות, למשל, סכנה ממשית להתחלת התפתחות של גידול סרטני, כי אז התא יכול לקבל החלטה לאבד את עצמו לדעת, ובמותו לצוות לגוף את החיים. זו, כמובן, החלטה לא כך כך פשוטה, וכדי לקבל אותה, ולפעול לפיה, התא צריך להיות בטוח שהמצב אכן חמור. לפיכך, החלטה כזאת תתקבל רק אם בתא נאסף מידע ממקורות רבים ושונים, שכולם יחד משתלבים, מתאימים זה לזה ומובילים למסקנה האחת והבלתי נמנעת.
 
רשת של גורמי בקרה המשפיעים על התבטאות גנטית (מודל)
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם