החיים מציבים ותנו לא פעם בצמתים שבהם אנו נדרשים לקבל החלטות. בכל פעם שאנו מקבלים החלטה כזאת, אנו בוחרים לעצמנו מסלול התפתחות אחד, ובה בעת מוותרים על מסלולים רבים אפשריים, שיותר לא נוכל לחזור אליהם. בתהליך ההתפתחות וההתמיינות מוצאים תאי הגזע העובריים את עצמם במספר צומתי החלטה כאלה. עובר מתפתח מתחיל מתא אחד שנחלק לשני תאים, שנחלקים לארבעה תאים, וכך הלאה. עתידו של כל תא בהמשך תהליך התפתחות העובר תלוי בתזמון מורכב של אירועים מולקולריים ("החלטות"), אשר מושפעים בין היתר מעיתוי ומסדר תהליכי התקשורת שבין התאים, וכן ממידת הקירבה של התא ש"מקבל את ההחלטה" לתאים אחרים.

 

תאים עובריים בכלל, ותאי גזע בפרט, משתנים, מתפתחים ומתמיינים ללא הרף. התקשורת המולקולרית שהם מקיימים ביניהם משפיעה על התפתחותם ועל גורלם כשהם מקבלים שורה של החלטות שהופכות תא אחד, הביצית המופרית, למיליארדי תאים הנחלקים לאלפי סוגי תאים שונים. בשלבים המוקדמים ביותר של התפתחות העובר יכול תא הגזע העוברי לבחור לעצמו מסלול התפתחות מבין מספר רב של מסלולים אפשריים. כמו ילד שחושב על מה שיהיה "לכשיהיה גדול", ורואה את כל האפשרויות פתוחות לפניו, תא גזע עוברי יכול לפנות למסלולי התפתחות שיובילו אותו, למשל, ל"קריירה" של תא בשריר הלב, או תא דם, או תא עצב, או תא עור, ועוד אפשרויות רבות ומגוונות.אבל עם האפשרויות הפתוחות באות גם הסכנות: החלטות שגויות של התאים האלה עלולות לגרום לאורגניזם השלם בעיות בריאות משמעותיות.למשל, כאשר תאים האמורים להתפתח, להתמיין וליצור את שריר הלב מעבירים ביניהם מסרים שגויים, עלול הדבר להוביל למחלות לב מולדות. המדענים סבורים, שאם נבין את מסלולי ההתפתחות התקינים של תאים עובריים, נוכל אולי לתקן או אפילו למנוע את הטעויות לפני שהן מתפתחות וגורמות מחלות. השאיפה הזאת היא הכוח המניע מאחורי מחקרים שנועדו למצוא דרכים להשפיע על "קבלת ההחלטות" של תאים עובריים, ובדרך זו לכוון אותם למסלולי התפתחות והתמיינות מסוימים.

 

ד"ר אלדד צחור מהמחלקה לבקרה ביולוגית במכון ויצמן למדע, וחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה, שואפים לזהות את סדרת האירועים שמתרחשים בזמן התפתחות עוברית תקינה המובילה להיווצרות לב או רקמת שריר. לשם כך הם מבצעים סדרה של מחקרים בעוברי תרנגולת. עובר התרנגולת מתאים במיוחד למחקר זה מכיוון שקל לגדלו בתנאי מעבדה, התפתחותו נמשכת זמן קצר יחסית (21 ימים בלבד), וכן מכיוון שבשלבי ההתפתחות הראשונים אין הבדלים משמעותיים בין עובר התרנגולת לבין עוברים של בעלי-חוליות אחרים, לרבות בני-אדם. מכיוון שכך, בשלבים אלה עשוי עובר התרנגולת לשמש מודל מתאים ללימוד התהליכים שעלולים לגרום מומים מולדים בבני-אדם. גודלו של העובר ונגישותו מאפשרים לחוקרים להתערב בתהליכי ההתפתחות שלו, ולבחון את תוצאות ההתערבות. כך אפשר, למשל, לדמות הפרעות שונות בתהליך ההתפתחות ולבחון דרכים חדשות לתיקון ההפרעות הללו.

 

במחקר קודם בידד ד"ר צחור תאים מעובר תרנגולת, ובחן את מסלול ההתפתחות שהיה אמור להוביל אותם להתמיין לרקמת שריר. אבל להפתעתו, הפכו התאים המתמיינים לתאי לב פועמים. ד"ר צחור: "מתברר שתאים שבדרך כלל אינם מתמיינים לתאי שריר הלב, עשויים לעיתים, בכל זאת, להפוך לתאי לב. תופעה זו מתחוללת כאשר התאים הללו מתפתחים ומתמיינים בסביבה השונה מסביבתם המקורית".בהמשך גילה ד"ר צחור מסלול אחד של תקשורת מולקולרית בין-תאית, הקרוי WNT, שפעילותו מונעת מתאי העובר להפוך לתאי לב. מסלול זה מבוסס על אותות תקשורת כימית המגיעים אל התא, ומפעילים בו שרשרת של העברת מסרים כימיים, המגיעה לגרעין התא ומפעילה גנים שונים שהחלבוניםהם מייצרים משנים את התנהגות התא. במחקריו הנוכחיים שואף ד"ר צחור לגלות מסלולי תקשורת נוספים המעכבים התמיינות, וכן מסלולים המעודדים התמיינות של תאים עובריים לתאי לב.במחקר נוסף מנסים החוקרים לאתר את מיקומם - ואת מאפייניהם המולקולריים - של תאי הגזע המיועדים ליצור את הלב.

 

יכולתם של תאי הגזע העובריים להתמיין לכל סוג של תא, וליצור רקמות שונות, עשויה לאפשר "הטלאה" של רקמות שונות, כגון רקמת לב שנפגעה כתוצאה מהתקף לב. רקמה זו אינה מסוגלת להשתקם ואינה צומחת מחדש. לפיכך, "תגבורת" בדמותם של תאי גזע שיתמיינו לתאי לב ו"ימלאו את השורות החסרות", עשויה להוות דרך טיפול יעילה וייחודית שאין לה כיום כל תחליף ידוע.

 

"מתברר, שהתאים צריכים ללכת זה לצד זה ולדבר זה עם זה כדי שיוכלו לקבל החלטות נכונות, אשר בסופו של דבר מובילות לדרכי התפתחות נפרדות", אומר ד"ר צחור. "התקשורת המולקולרית בין התאים מאפשרת את התזמון המושלם של האירועים בתהליך התפתחות העובר. אנחנו שואפים להבין על בוריה את השפה שבה מתנהלת התקשורת הזאת. כדי להבין את תהליך ההתפתחות של הלב, למשל, אנחנו צריכים לשאול את השאלות הבסיסיות ביותר, ולמצוא ולפתח דרכים חדשות שיאפשרו לנו לבחון תהליכים דינמיים ומורכבים במיוחד של התפתחות העובר".

 

לב העניין

 

 

התפתחות ,התמיינות וסרטן

 

האבולוציה היא סוג של הימור: כדי להימצא תמיד צעד אחד לפני אחרים, בסביבה משתנה, האורגניזמים חייבים להשתנות ללא הרף. זו פשוט בחירה בין שינוי להכחדה. אבל הכלי העיקרי בתהליך השינוי הזה, המוטציה, כרוך בסיכון משמעותי. למעשה, הסיכוי שמוטציה מסוימת תזיק הוא גדול פי כמה מאות מאשר הסיכוי שהיא תביא לשינוי מועיל. לפיכך, טבעי שאורגניזמים מחפשים דרכים להקטין את הסיכון ולהגדיל את הסיכוי. צוות של מדענים ממכון ויצמן למדע גילה באחרונה דרך אפשרית שבה החלבונים מקיימים פשרה בין הסיכון והסיכוי - או בין הברכה והקללה - שמביאות המוטציות. ממצאי המחקר הזה התפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי "נייצ'ר ג'נטיקס".

 

ד"ר דן תופיק מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, שעמד בראש קבוצת המחקר,מאמין שחלבונים המבצעים מספר פעילויות בעת ובעונה אחת, מעניקים לטבע נקודת התחלה טובה לפיתוח תיפקודים חדשים. מתברר, שחלבונים שהתפתחו כדי לבצע תפקידים מוגדרים, מסוגלים לעיתים לאמץ מטלות אחרות, לבצע "חלטורות צדדיות", שלפעמים אינן קשורות כלל לפעילות העיקרית שמבצע אותו חלבון. למשל, אחד האנזימים שנחקרו על-ידי קבוצת המחקר של ד"ר תופיק, הקרוי 1NOP, ידוע בזכות יכולתו להסיר את הכולסטרול מדפנות העורקים, וכן בשל יכולתו לפרק חומרי הדברה מסוימים. אבל כל הפעילויות החשובות הללו אינן אלא "חלטורות", שכן התיפקוד העיקרי של האנזים הזה הוא ביצוע קטליזה (זירוז) של תהליך פירוק של קבוצת תרכובות בשם לקטונים, שמהווים מעין פסולת ביולוגית הנוצרת בגוף.

 

כדי לחקור איזה יתרון אבולוציוני מעניקה החלטורה לאנזים, יצרו המדענים והפעילו מסלול אבולוציוני מהיר במעבדה. הם גרמו מוטציות בגנים המקודדים חלבונים שונים באופן אקראי לחלוטין. לאחר מכן הפעילו על אוסף החלבונים המוטנטיים שנוצרו "לחץ אבולוציוני", שהתבטא בברירה של החלבונים המוטנטיים אשר הצטיינו ברמות גבוהות יותר של פעילות "חלטוריסטית". אחרי כמה שלבים של מוטציה וברירה בדקו המדענים את האנזימים ובחנו את השינויים שחלו בהם. כצפוי, הם הצליחו להגביר את היקף הפעילות ה"חלטוריסטית" (שהועדפה באמצעות הברירה) בשיעור של פי מאה ויותר. למעשה, התברר שההעדפה האבולוציונית שהעניקו המדענים לפעילות "חלטוריסטית" מסוימת השפיעה גם על הפעילויות ה"חלטוריסטיות" האחרות שמבצע אותו אנזים. ממצאי הניסויים הראו בבירור, שחלק מאותן פעילויות "צדדיות" פחתו במידה ניכרת, בעוד שפעילויות "צדדיות" אחרות גברו. אבל להפתעתם גילו המדענים, כי השינויים הללו לא פגעו וכמעט שלא שינו דבר בתחום הפעילות העיקרי של האנזים. עבודה קבועה היא דבר אחד, ואילו "חלטורות" הן דבר אחר לחלוטין. "זו תופעה מפתיעה במיוחד, לנוכח העובדה שכל הפעילויות הללו - 'חלטורות' ועבודה 'רצינית' כאחת - מתרחשות באותו אתר במולקולת החלבון", אומר ד"ר תופיק. "אבל התופעה נראית הגיונית יותר כאשר מסתכלים עליה מנקודת מבט אבולוציונית. הישרדות האורגניזם כרוכה בשני תנאים מנוגדים. מצד אחד, הוא צריך להיות חסין בפני מוטציות. כלומר, שמוטציות יגרמו לשינוי קטן ככל האפשר ביכולתו של החלבון לבצע את תפקידו העיקרי. אבל מצד שני, היכולת להתקדם במעלה האבולוציה תוך התאמה לתנאים סביבתיים משתנים תלויה באפשרות שמספר קטן של מוטציות יצליחו להעניק לאורגניזם תכונות חדשות. הטוב שבכל העולמות הוא העולם שמאפשר לאורגניזם להחזיק בשתי האפשרויות בעת ובעונה אחת: התיפקוד העיקרי של החלבון נהנה מחסינות יחסית להשפעתן של המוטציות, בעוד הפעילויות ה'חלטוריסטיות' שלו מושפעות מהן במידה רבה".

 

המדענים סבורים שה"חלטורה" עשויה להיות מעין שלב ביניים בהתפתחותם של חלבונים. במצבים שבהם הלחץ האבולוציוני ממשיך, עשוי מסלול ההתפתחות של החלבון להתפצל, עד לשלב שבו ייווצרו שני חלבונים שונים. ייתכן שתופעת התיפקודים ה"חלטוריסטיים" עשויה להסביר חלק מחידה ביולוגית אחרת: התפתחות מהירה של זני חיידקים החסינים לתרופות אנטיביוטיות, וכן הופעת אנזימים המתאימים לפירוק חומרים מעשה-ידי אדם, הקיימים עשרות שנים בודדות. האבולוציה הטבעית, לפי התיאוריה המקובלת, פועלת על-פני משכי זמן ארוכים מאוד, אלפי ומאות אלפי שנים.

 

כיצד, אם כן, מתחוללים שינויים אבולו-ציוניים במשך שנים בודדות? ייתכן שהמפתח לתעלומה זו מצוי בתופעת התיפקודים ה"חלטוריסטיים" שהברירה האבולוציונית מעולם לא הופעלה עליהם. ד"ר תופיק סבור, שייתכן כי הכישורים הכמוסים ה"מחתרתיים" האלה אולי מאפשרים לחלבונים לבצע קיצורי דרך אבולוציוניים, ולהסתגל במהירות רבה לשינויים בתנאי הסביבה.