גנטיקה - השורשים של העתיד

01.01.1999
01-01-1999
 
 
 
 

עטוף ברחמים

מדעני המכון היו הראשונים שהשתמשו בתאים מהנוזל המקיף את עובר האדם לצורך אבחנות רפואיות קדם-לידתיות. הדגמות ראשוניות אלו ליישום הקליני של בדיקת מי שפיר שבוצעו בשנות החמישים - כללו את קביעת מין הוולד ואבחנות נוספות. הטכניקה הזאת נחשבת כיום לנוהל רפואי נפוץ מאוד לאיבחון קדם-לידתי של פגמים גנטיים שונים.
 
 

 

ניוון שרירים ופיגור שכלי

חלק מהחולים בניוון שרירים מסוג דושן, הצורה הנפוצה ביותר של ניוון שרירים, סובלים גם מפיגור שכלי. חוקרי המכון גילו כי הגן הפגום האחראי למחלה התורשתית הקטלנית הזאת פועל גם במוח. ממצא זה מסייע להסביר את בעיות הלמידה המתגלות לעתים אצל חולים בניוון שרירים מסוג זה. בהמשך תרמו מדעני המכון להבנת מבנהו המורכב של הגן האחראי להתחוללות מחלת דושן.
 
 

 

תסמונת דאון

מדעני המכון פיתחו עכברים טרנסגניים שבמטען הגנטי שלהם משולבים גנים אנושיים, המקדדים חלבונים היכולים לגרום להתפתחות סימפטומים של תסמונת דאון. מדובר בגנים שמקורם בכרומוזום 21 (הכרומוזום שעותק שלישי, עודף שלו, גורם להתפתחות התסמונת). העכברים הטרנסגניים, הנושאים את הגנים האנושיים, מהווים כיום מודל מחקר חשוב ומרכזי בחקר הגורמים הגנטיים המשתתפים בהתפתחותה של תסמונת דאון, וכן בהתחוללות (התדירה יחסית) של מחלת אלצהיימר ולוקמיה בבני אדם הלוקים בתסמונת זו.
 
 

 

תסמונת המוח החלק

מדעני המכון גילו ושיבטו את הגן האחראי להתחוללותה של תסמונת המוח החלק. הסובלים מתסמונת זו נולדים כשמוחם חסר את הפיתולים והחריצים המאפיינים מוח בריא. התסמונת מתבטאת בעיכובים התפתחותיים חמורים ורוב הסובלים ממנה מתים בעשור הראשון לחייהם. חוקרי המכון מפתחים זן עכברים שבמטען הגנטי שלהם ייכלל הגן הפגום האחראי להתחוללותה של תסמונת המוח החלק. עכברים אלה ישמשו מודל מחקרי מרכזי בחקר התסמונת, ובניסיונות להתמודד אתה ולמונעה.
 
 

 

רותמים את המוות למען החיים

באמצעות שיטה ייחודית שפותחה במכון ויצמן למדע, גילו חוקרי המכון קבוצה בת חמישה גנים המקודדים חלבונים שמכונים DAP , הקשורים לתהליכים גורמי מוות בתאים. אחד מהגנים האלה אחראי לייצורו של אנזים (קינז) מסוג חדש, ששיבושים במבנהו ובהרכבו קשורים להתפתחות גידולים סרטניים. לחלבונים שהם תוצריהם של הגנים האלה - ולמעכביהם - עשויים להיות שימושים רפואיים חשובים בטיפול במחלות רבות כגון סרטן, מחלות אוטו-אימוניות (מחלות שבהן המערכת החיסונית של הגוף תוקפת והורסת - בטעות - רקמות בריאות וחומרים החיוניים לגוף), אלצהיימר, פרקינסון, וכן במניעת מוות של תאי המערכת החיסונית בחולי איידס.
 
 

 

התבטאות גנטית

חוקרי המכון גילו שלבים חשובים בתהליכי ההתבטאות של גנים (המביאים להיווצרות חלבונים שונים). מכיוון שהיווצרות עודף או מחסור בחלבונים שונים עלולה להביא להתפתחות הפרעות בריאותיות ומחלות שונות, נראה שתגליות אלה עשויות להוות חלק חשוב בהתפתחותה של הרפואה הגנטית החדשה.
 
 

 

ביטוי מאולץ

מדעני המכון פיענחו את המנגנון המולקולרי שבאמצעותו נגיפי צהבת מסוג B מסוגלים לאלץ גנים אנושיים מסוימים "להתבטא" (התבטאות גנים היא תהליך של יצירת חלבונים על פי המידע הגנטי המקודד ב-DNA). יכולת זו נובעת מהעובדה שנגיפים אלה נושאים חלבון ייחודי המשבש את התהליך התקין של התבטאות הגנים בתאים.
 
ההתבטאות המאולצת של הגנים האנושיים האלה, מביאה ליצירת חלבונים שמאפשרים לנגיפים לגרום לכך שהתאים האנושיים ייצרו ביעילות רבה חלבונים נגיפיים. ממצא זה עשוי להוביל לפיתוח דרכים לניטרול יכולתם של הנגיפים להשתלט על תאים אנושיים.
 
 

 

שמורים במעלה האבולוציה

מדעני המכון הראו לראשונה כי פרוטואונקוגנים (גנים שמוטציות בהם גורמות להתפתחות סרטן), הממלאים תפקיד חשוב גם בתהליכים בריאים וחיוניים של התחלקות והתמיינות תאים בבעלי חיים עילאיים, פועלים פעולה דומה גם בבעלי חיים ירודים. המדענים הראו כי ב"תחנות" שונות בשרשרת התקשורת הבין-תאית, האחראית להתמיינות ולהתמחות של תאים בעיניהם המורכבות של זבובי פירות מהמין תסיסנית המחקר (דרוזופילה), פועלים חלבונים המיוצרים על פי מידע המקודד בפרוטואונקוגנים - שהם בעלי מבנה דומה למבניהם של פרוטואונקוגנים של בעלי חיים עילאיים. הדמיון המבני הזה מרמז על כך שהפרוטואונקוגנים בבעלי החיים העילאיים, התפתחו למעשה, בתהליך האבולציה, מהפרוטואונקוגנים שבבעלי החיים הירודים. העובדה שהמבנים האלה שרדו במהלך האבולוציה מעידה על כך שהם ממלאים תפקידים חיוניים בחייו של האורגניזם.
 
הודות לאוניברסליות הרבה של הטבע, שהתגלתה במחקרים האלה, נראה שהבנה מפורטת של שלבי העברת המסרים ברשת התקשורת התאית, עשויה לסייע בבחירת אתרים ו"תחנות" שבהם אפשר יהיה לבצע התערבות טיפולית רפואית. כך, לדוגמה, מלימוד תהליך תקשורת שאינו גורם סרטן בתולעת כמו נמטודה, או בזבוב פירות, ייתכן שאפשר יהיה לזהות שלבים שעל פיהם יתוכננו ויבוצעו התערבויות שימנעו את התפתחותן של מחלות סרטניות בבני אדם.
 
 

 

בזכות המוטציה

מדי יום ניזוק ה-DNA שבתאי הגוף. קרינת שמש ונוכחותם של עשן וחומרים מזהמים אחרים בסביבה משפיעים על המבנה העדין והמורכב של מולקולות החומר הגנטי, בדרך המובילה לעתים לשיבוש סדר מרכיביו. כל שיבוש כזה, גדול כקטן, הוא למעשה מוטציה - התמרה גנטית. מוטציות גנטיות עלולות לגרום למחלות שונות, ובהן סרטן. אבל יחד עם זאת, בלעדיהן לא תיתכן אבולוציה. כך, כדי למנוע מחלות ומוטציות פועלות בגוף מערכת תיקון ייחודית. אבל, המערכת הזאת אינה יעילה בכל מאת האחוזים, ולא תמיד היא מצליחה למלא את משימתה כראוי. כתוצאה מכך, חלק מה"קילקולים" אינם מתוקנים. עובדה זו, היא המשאירה פתח של תקווה ליד הגורל ומאפשרת את האבולוציה.
 
ה"פועל" שמבצע את שיכפול ה-DNA בתהליך התחלקות התאים הוא האנזים פולימרז. כשהאנזים הזה נתקל בקטע DNA שניזוק, הוא "קופא על מקומו" ועוצר לחלוטין את פעולת ההכפלה. תגובה זו (הנובעת ממערכת קפדנית של "ביקורת עצמית" שמפעיל הפולימרז על עצמו), עלולה להיות הרת אסון ולסכל כל תהליך של התחדשות רקמות בגוף. כדי "לחלץ" את הפולימרז ה"תקוע" (ולא במחיר של יצירת מוטציה), פועלת בגוף מערכת מיוחדת של חלבונים, הקרויים "גורמי מעקף".
 
מדעני המכון פיתחו מערכת ייחודית לחקר גורמי המעקף האלה. מערכת זו משתמשת ב"רסק" של תאים חיים (חיידקי אשריכיה קולי), ומפעילה בו תהליכים שונים, ממש כאילו היה זה תאי חי גדול. במערכת הזאת (שרק עוד אחת מסוגה קיימת בעולם), בוחנים מדעני המכון את יכולתו של הפולימרז להתגבר על פגיעות בחומר הגנטי, ואת זהותם ודרך פעולתם של החלבונים ("גורמי המעקף") המסייעים לו בכך.
מדעני המכון גילו כי אחד החלבונים הללו, המכונה "תת-היחידה ביתא" ממלא את תפקיד ה"חישן-הסורק" האחראי לסריקת ולקריאת המידע בגדיל ה-DNA שעליו נע הפולימרז, ובה בעת, הוא משמש גם "תפס" האחראי להחזקתו של הפולימרז במסלול ההתקדמות על גדיל ה-DNA. כאשר הפולימרז נתקל בקטע DNA שניזוק, תת-היחידה ביתא (התפס הסורק) משתחררת ו"נופלת". כתוצאה מכך מאבד הפולימרז את אחיזתו בגדיל ה-DNA, והוא נותר "תקוע" בצד הדרך. בשלב זה נחלצים לפעולה גורמי המעקף, היוצרים "תחליף" ל"תפס" הפגוע, ומאפשרים לפולימרז ה"תקוע" לחזור, לנוע ולפעול במסלולו.
 
 

המעבדה הלאומית לחקר הגנום ולביו-אינפורמטיקה

המעבדה הלאומית לחקר הגנום ולביו-אינפורמטיקה פועלת במכון, במסגרת הפרויקט הבינלאומי למיפוי ולפיענוח גנום האדם (גנום הוא כל המטען הגנטי). פרויקט זה, הנחשב לאחד מהאתגרים המדעיים החשובים בסוף המאה העשרים, נועד לקבוע את מיקומם המדויק של כל אחד כ- 40,000 הגנים הכלולים בגנום האדם, ולאחר מכן לקבוע את הסדר המדויק שבו מסודרות ה"אותיות" הכימיות של ה-DNA בכל אחד מהגנים האלה (גנום האדם כולו מכיל שלושה מיליארד "אותיות" כימיות כאלה). לנוכח היקפו של הפרויקט, שאפתנותו והמשמעויות המיוחסות לו, נוהגים רבים להשוותו לפרויקט הנחתת האדם על הירח, שמיקד את המאמץ המדעי-טכנולוגי של ארה"ב בשנת השישים.
 
במכון מבוצעת פעילות מחקרית רבה וענפה בתחום זה, ובעקבות זאת החליטו האקדמיה הלאומית למדעים ומשרד המדע להקים במכון את המעבדה הלאומית. ביו-אינפורמטיקה הוא שמו של מדע חדש, עתיר-מיחשוב, המאפשר לביולוגים לנתח באופן מתוחכם את סדר ה"אותיות" הכימיות במולקולות השרשרת הארוכות של ה- DNA . בתחום הביו-אינפורמטיקה נכללת גם הפעילות בתחום חקר החלבונים, המבנה המרחבי שלהם, והכנת מאגרי נתונים בינלאומיים בתחום זה.
 
 

 

אל המקורות הגנטיים

מדעני המכון פיתחו גישה מקורית שעשויה להאיץ את פרויקט המיפוי והפיענוח של גנום האדם, אחד מהמאמצים המדעיים הבינלאומיים המרכזיים בימינו, שנועד לגלות את הסדר של שלושה מיליארד זוגות הבסיסים הכלולים ב-DNA שמצוי בכל אחד מתאי גופנו. גנטיקאים שינצלו את יתרונות השיטה החדשה, יוכלו לפענח את רצפי הנוקליאוטידים (ה"אותיות" הכימיות) במקטעי DNA במהירות העולה פי 300 על המהירות שבה אפשר לבצע את הפעולה הזאת בדרכים מסורתיות.
 
 

 

גנים סרטניים חבויים

מדעני המכון פיתחו גישה חדשה שמסייעת לחוקרים בכל העולם באיתור גנים סרטניים "חבויים". מדובר בגנים המדכאים ריבוי לא רצוי של תאים. כאשר בגן מסוג זה חל שיבוש, הוא אינו ממלא את תפקידו, דבר שעלול להוביל להתפתחות גידול סרטני. כאשר הגן המדכא ריבוי תאים הוא פעיל, אפשר לזהות אותו בקלות יחסית, בטכניקות מקובלות. אבל כאשר הגן הזה הוא "חבוי" ואינו פעיל, קשה יותר להבחין בו. תקלות בגנים מסוג זה גורמות למספר מחלות סרטניות נפוצות, כמו רטינובלאסטומה, שאת וילמס, וקרצינומות שונות של החלחולת והמעי הגס.
 
השיטה שפיתחו מדעני המכון (הקרויה "ברירת נוק-אאוט טכני"), מבוססת על שורת תהליכים מורכבים של הנדסה גנטית (כגון "מידע גנטי נגדי" ושימוש ב"ספריות" גנטיות). תהליכים אלה גורמים לשיתוק אקראי של הגנים השונים בתאים. כאשר השיתוק פוגע בגן שמדכא ריבוי תאים, הוא מביא להישרדות התא, דבר שמאפשר לזהות את הגן. בדרך זו התגלה, למשל, שהגן המקודד את החלבון תיורדוקסין משתייך לקבוצת הגנים הסרטניים החבויים.
 
 

 

אריזה גנטית

הכמות הגדולה של חומר גנטי, המצויה בכל אחד מתאי הגוף, מחייבת "לארוז" את החומר הזה בדרך חסכונית במיוחד. עם זאת, יש לאפשר ל-DNA הארוז לתפקד, לפעול ו"להתבטא" (לגרום ליצירת חלבונים שונים, החיוניים לתאים). בעבר נמצא שכאשר החומר הגנטי DNA מגיע לריכוז גבוה, הוא מתארגן כגביש נוזלי (מצב ביניים, בין גביש מוצק שכל המולקולות המרכיבות אותו מסודרות באותו כיוון, לבין נוזל שהמולקולות הכלולות בו פונות לכיוונים שונים ואקראיים). למשל, מדעני המכון הראו שכאשר כמות ה-DNA בחיידקים גדלה, החומר הגנטי הזה מתארגן במעין גביש נוזלי. קיימות עדויות ראשוניות שגם ה-DNA שבתאי הזרע הזכריים מאורגן כגביש נוזלי. המדענים משערים שהתארגנות זו של ה-DNA חיונית לפוריות הגבר. מדעני המכון הראו שטיפולים כימותראפיים מעכבים או מונעים את התארגנות ה-DNA שבתאי הזרע הזכריים בגביש נוזלי, ושבכך הם עלולים לפגוע בפוריותם של גברים המטופלים בכימותראפיה. מדענים במקומות שונים בעולם בודקים עכשיו מה הקשר בין התארגנות ה- DNA שבתאי הזרע, לבין כושר הפוריות של התאים.
 
ה-DNA שבתאים מלופף סביב מבנים חלבוניים הקרויים "נוקליאוזומים". מדעני המכון מציעים תיאוריה מקורית שלפיה אחד מתפקידיהם של הנוקליאוזומים הוא למנוע את הידחסות ה- DNA ואת התארגנותו במבנה מסודר וצפוף ביותר של גביש נוזלי, דבר שיקשה על תהליכי ה"התבטאות" של החומר הגנטי. תיאוריה זו נסמכת, בין היתר, על העובדה שבתאים חסרי נוקליאוזומים (למשל, חיידקים), הנקלעים לתנאי עקה, ה- DNA קורס למבנה מהודק של גביש נוזלי. תהליך זה נועד כנראה להאט את פעולת התא "עד יעבור זעם", ולהגן על החומר הגנטי. אם תאושר התיאוריה הזאת, היא עשויה לפתוח פתח להבנות חדשות של העקרונות שלפיהם החומר הגנטי מתארגן בתאים, וכן של תהליכים שונים הקשורים בטיפולים כימותראפיים.
 
 
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם