איחוי מערכות

01.06.2005
ד"ר דבורה פאס. מבנה חלבוני דינמי
 
 
רטרו-וירוסים הם מגורמי המחלות הערמומיים והאכזריים ביותר, האחראיים, בין היתר, לאיידס ולסוגים מסוימים של צהבת נגיפית ולוקמיה. הכינוי רטרו-וירוס ניתן לנגיף שנושא את המטען הגנטי שלו במולקולות של אר-אן-אי, ולא בדי-אן-אי כמו רוב הנגיפים האחרים וכל בעלי-החיים, בני-האדם והצמחים בכדור- הארץ. מכיוון שנגיפים אינם יכולים לשכפל את עצמם בכוחותיהם שלהם, הם חודרים לתוך תאים חיים, משלבים את החומר הגנטי הנגיפי בזה של התא, ובכך, למעשה, משתלטים על התא ומשעבדים אותו לצורכיהם, כך שהתא ייצר עוד ועוד נגיפים בצלמם ובדמותם. תהליך זה גורם למחלה של האורגניזם שעל תאיו השתלטו הנגיפים.
 
כדי להשתלט על התא, חייבים הנגיפים לחדור לתוכו. רטרו-וירוסים עושים זאת באמצעות גושים חלבוניים מיוחדים המוצגים על מעטפת הנגיף. חלבונים אלה גורמים לאיחוי של מעטפת הנגיף עם קרום התא, דבר שמאפשר לחומר הגנטי הנגיפי לחדור לתוך התא ולהשתלב במטען הגנטי שלו. מניעה של האיחוי הזה עשויה למנוע את חדירתם של רטרו-וירוסים לתאים, דבר שמשמעותו היא מניעת המחלות שהם גורמים. צעד חשוב בכיוון הזה נעשה באחרונה, כאשר צוות של מדענים ממכון ויצמן למדע, בראשותה של ד"ר דבורה פאס מהמחלקה לביולוגיה מבנית, שפעלו בשיתוף פעולה עם מדענים ממכון מקס פלנק לביוכימיה שבגרמניה, הצליחו לפענח את המבנה המרחבי התלת-ממדי של החלבונים הנגיפיים שמאפשרים את האיחוי. ממצאים אלה פורסמו באחרונה בכתב העת המדעי "רשומות האקדמיה האמריקאית למדעים" (PNAS).
 
מדענים רבים, ממקומות שונים בעולם, ניסו במשך זמן רב לפענח את המבנה המרחבי התלת-ממדי של החלבונים הנגיפיים המעורבים בחדירת הרטרו-וירוסים אל תוך התאים. הדרך המקובלת לפיענוח מבנה מרחבי תלת-ממדי של חלבון מבוססת על יצירה של גבישים מהחלבון הנחקר. את הגבישים האלה מקרינים בקרני X ("רנטגן"). הקרינה החוזרת מהגביש נמדדת, ועיבוד ממוחשב של נתוני המדידות האלה מעיד על המבנה המרחבי התלת-ממדי של מולקולות החלבון שמרכיבות את הגביש. במילים אחרות, הצעד הראשון בדרך המקובלת לגילוי מבנה של מולקולת חלבון הוא יצירה של גבישים מאותו חלבון. אבל לרוע המזל, חלבוני המעטפת של הרטרו- וירוסים אינם נוטים להתגבש: במקרים רבים,ברגע שהם מופרדים ממעטפת הנגיף, הם מתפרקים. כך קרה שניסיונות רבים מאוד ליצור מהם גבישים, לא עלו יפה.
 
ד"ר דבורה פאס הצליחה, בעבר, לקבוע את המבנים של חלקים שונים בחלבוני המעטפת הנגיפיים, אבל במחקרה הנוכחי היא שאפה להבין איך כל המערכת המורכבת פועלת ביחד. כדי להשיג את המטרה הזאת יצרו ד"ר פאס ותלמיד המחקר נתן זאוברמן קשר עם מדענים מהמחלקה לביולוגיה מבנית במכון מקס פלנק במרטינסריד (ליד מינכן), שבגרמניה. יחד הם חיפשו שיטה חלופית, "דרך עוקפת גיבוש", לפיענוח מבנה החלבון. הם השתמשו במיקרוסקופ אלקטרונים, כלי שמשמש בדרך כלל להתבוננות במבנים גדולים יותר כמו חתכי תאים. ההתבוננות במערכת חלבוני המעטפת של הרטרו-וירוסים, שהיא יחידה קטנה בהרבה מתא חי,מתחה את גבולות הטכנולוגיה הזאת. מדובר בשיטה הקרויה טומוגרפיה קריו-אלקטרונית, הכרוכה בהקפאת נגיפים (רטרו-וירוסים) שלמים באתן נוזלי. את הנגיפים הקפואים מצלמים באמצעות מיקרוסקופ האלקטרונים בזוויות שונות, ולאחר מכן, באמצעות מערכת ממוחשבת, מרכיבים מהתצלומים השונים את המבנה המרחבי התלת-ממדי של מולקולות החלבון.
 
המבנה שמושג בדרך זו מתאפיין ברזולוציה נמוכה מזו שאפשר להשיג בדרך המקובלת של גיבוש החלבונים והקרנת הגבישים בקרני X, אבל גם רזולוציה זו מספקת מידע רב-ערך, מפורט ומדויק של החלבונים הנחקרים - בסביבה הטבעית שלהם. "אחרי שנים של מאמצים וניסיונות, פתאום המבנה האמיתי הופיע מול עינינו", אומרת ד"ר פאס. "אמנם, חלקים שונים והיבטים אחדים היו מוכרים לנו מהעבר, אבל היו גם חלקים אחרים, בלתי-צפויים לחלוטין". בלט במיוחד השוני הרב בין המערכות של הרטרו-וירוסים לבין מבנים מקבילים של נגיפים אחרים, דוגמת נגיף השפעת. למעשה, התברר שהמבנה החלבוני של הרטרו-וירוס משנה במידה רבה ומשמעותית את צורתו ואת סדר המרכיבים שלו בתהליך יצירת הקשר שלו עם התא, המוביל לאיחוי מעטפת הנגיף עם קרום התא.
 
ד"ר פאס הצליחה לראות כיצד מרכיב חלבוני המהווה חלק מהמבנה הנגיפי, שהיא פיענחה את המבנה המרחבי התלת- ממדי שלו בעבר באמצעות גיבוש, משתלב במערכת הנגיפית השלמה. הרטרו-וירוס שנחקר במחקרים אלה דומה לזה שגורם לוקמיה בבני-אדם. עכשיו המדענים מתכננים סדרת ניסויים חדשה במטרה להבין את השינויים שמתרחשים בתצורה של מערכת החלבונים במעטפת הנגיף, ולפתח דרכים ושיטות לבלום את ההתרחשות הזאת. הצלחת המשימה הזאת תסמן את תחילת הדרך לפיתוח דרכים ושיטות לבלימה ולמניעה של מחלות שונות שגורמים רטרו-וירוסים, דוגמת סוגים מסוימים של לוקמיה, צהבת נגיפית, איידס, ועוד.
 רטרו-וירוס הגורם לוקמיה
 
המבנה החלבוני שמאפשר לנגיף לחדור לתוך תאים חיים
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם