פרוייקט פיענוח ומיפוי גנום האדם

01.01.1999
01-01-1999
 
 


מה משותף למחלות ותופעות כמו עוורון-צבעים, המופיליה, ניוון שרירים, ציסטיק פיברוזיס ומחלת טאי-זקס? כל אלה הן מחלות תורשתיות. הן אינן נגרמות על ידי חיידקים, או נגיפים, אלא מועברות בתורשה מדור לדור, מאב לבנו, מאם לבתה.
 
איך פועלת התורשה? איך אפשר לזהות מחלות תורשתיות? האם בעתיד נוכל לרפא אותן? מדענים רבים במקומות שונים בעולם מנסים למצוא תשובות לשאלות האלה. הגנטיקאים כבר הגיעו להישגים מרשימים למדי בתחום זה, אך "פרויקט גנום האדם" (Human Genomme Project) עתיד לתת בידיהם את הכלי העיקרי בדרך להשגת המטרה.
 
הגנטיקה המודרנית לימדה אותנו כי תכונות תורשתיות מועברות מדור לדור, באותה "טכנולוגיה" המבוססת על "שפה" כימית המשותפת לכל החי והצומח (לרבות האדם) עלי אדמות. המידע הגנטי הקובע את כל תכונותינו טמון במולקולות של החומר התורשתי הקרוי DNA. מולקולות אלה בנויות כמעין "סולם חבלים" מפותל היוצר סליל כפול. שלביו של ה"סולם" הזה הם, למעשה, מעין "אותיות" כימיות. ב - DNA קיימים רק ארבעה סוגים של אותיות כימיות: A,T,G,C. כל תכונותינו, החל מצבע השיער וכלה בנטייה לחלות בסרטן מוצפנות בשילובים שונים של ארבע האותיות האלה. כל קטע בסולם, המכיל אלפי אותיות, קרוי "גן", והוא מהווה מעין דף ב"ספר" התורשתי השלם שלנו. לכל אדם יש כ- 100,000 גנים, היוצרים יחד את ה"גנום" שלו, שבו אצור כל מטענו התורשתי. הגנים מקופלים ב- 46 "מארזים" זעירים הקרויים כרומוזומים, המצויים בגרעינו של כמעט כל אחד מ- 100 מיליון מיליוני התאים המרכיבים את גופנו. כך, למעשה, כמעט בכל אחד מהתאים שבגופנו מצוי עותק מושלם של הגנום כולו.
 
ה"אנציקלופדיה" התורשתית העצומה של גנום האדם זעירה מכדי להיראות לעינינו: גודלו של תא אופייני הוא כמאית המילימטר. כלומר, עשרה כמוהו יכולים להסתדר בשורה שאורכה כעוביה של שערה. הגרעינים, כמובן, קטנים מהתאים, והכרומוזומים (שכל אחד מהם מכיל אלפי גנים), זעירים עוד יותר. כיצד "קוראים" את הגנום, ומפענחים בו כל "מלה" "משפט" ופרק? איך מאתרים ב"אנציקלופדיה" העשירה הזאת "קטע" מבוקש, למשל גן האחראי לקרישת הדם במקרי פציעה? או את אחד מ- 5,000 הגנים שפגמים בהם גורמים מחלות תורשתיות? "פרויקט גנום האדם" מתמודד עם השאלות האלה. פרויקט זה - מפעל הענק של המדע בן-זמננו - נועד לפענח את האנציקלופדיה הגנטית שלנו במלואה.
 
בשנת 1991 הציגה ממשלת ארה"ב את אתגר פיענוח הגנום האנושי לפני הקהילה המדעית בארה"ב ובעולם. מאז מתנהל מאמץ מדעי בינלאומי לקבוע את מיקומם המדויק של כל אחד מ- 100,000 הגנים הכלולים בגנום האדם, ולאחר מכן, לקבוע את הסדר המדויק שבו מסודרות ה"אותיות" הכימיות בכל אחד מהגנים האלה (גנום האדם כולו מכיל שלושה מיליארד "אותיות" כימיות כאלה). על פי התוכניות יושלמו המשימות האלה עד לשנת 2005, בתקציב כולל של כמה מיליארדי דולרים. לנוכח היקפו של הפרויקט, שאפתנותו והמשמעויות המיוחסות לו, נוהגים רבים להשוות את פרויקט גנום האדם לפרויקט הנחתת האדם על הירח, שמיקד את המאמץ המדעי-טכנולוגי של ארה"ב בשנת השישים.
 
כדי לאפשר למדענים ישראליים להשתתף בפעילות המתרחשת בחזית המחקר העולמית, לתרום לפעילות הזאת ולהיות רשאים למשוך מידע מהמאגר העולמי המצטבר, הקימה האקדמיה הלאומית הישראלית את המעבדה הלאומית לביואינפורמטיקה ולקביעת רצפי DNA במכון ויצמן למדע. ביואינפורמטיקה הוא שמו של מדע חדש, עתיר-מיחשוב, המאפשר לביולוגים לנתח באופן מתוחכם את סדר ה"אותיות" הכימיות במולקולות השרשרת הארוכות של ה- DNA .
 
 
 
בחירתו של מכון ויצמן למדע כמקום ראוי להקמת המעבדה הלאומית לביואינפורמטיקה אינה פרי מקרה. במכון מתקיימת, זה שנים, פעילות מדעית ענפה ועתירת הישגים מדעיים חשובים בתחום הגנטיקה. מדעני המכון תרמו תרומות מרכזיות להכרת ולהבנת פעילותם של גנים שונים האחראיים לתהליכי התפתחותם של עוברים. באחרונה זיהו מדעני המכון גן ייחודי האחראי לייצורה של "תרופה טבעית" שעשויה לעכב התפתחות גידולים סרטניים מסוימים, דוגמת סרטן השד. מדענים רבים נוספים במכון ידועים בעולם כולו בזכות תרומותיהם המרכזיות לחקר גנים המעורבים בהתפתחות מחלות סרטניות שונות.
 
מחקרים אלה פורצים את הדרך לקראת פיתוחם של טיפולים גנטיים העשויים לבלום את המחלות הסרטניות האלה.
 
 

 

יישומים בדרך

 
חברת QBI אנטרפרייזס חתמה על חוזה עם חברת "ידע" הממונה על יישומים מסחריים של פירות מחקריהם של מדעני מכון ויצמן למדע, שלפיו צוות חוקרים מהמכון, יעסוק בפיתוח יישומים של קבוצה המונה חמישה גנים, הידועה בכינוי DAP. גנים אלה - שהתגלו בידי מדעני המכון באמצעות שיטה ייחודית שפותחה על ידם - קשורים לתהליכים גורמי מוות בתאים. 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 גם במניעת מוות של תאי המערכת החיסונית בחולי איידס.
 
מדען מהמכון פיתח בעל חיים טרנסגני (בעל חיים שבמטען הגנטי שלו שולב גן זר), כמודל להבנת תסמונת דאון. בעלי חיים (עכברים) אלה נושאים גנים אנושיים החשודים במעורבות בגרימת תסמונת דאון, שהיא אחת מהתסמונות הגנטיות הקשות ביותר. (על אף התפתחות הרפואה המודרנית, אחד מכל 800 יילודים סובל מהתסמונת הקשה הזאת, הנגרמת כתוצאה מקיומו של עותק שלישי, מיותר, של כרומוזום מספר 21). זני העכברים הטרנסגניים שפיתחו מדעני המכון משמשים כיום לחקר תהליכי ההתחוללות של מחלת אלצהיימר ולוקמיה בקרב הסובלים מתסמונת דאון.
 
חברת XTL ביופרמצבטיקלס חתמה על חוזה עם חברת "ידע" שלפיו, צוות חוקרים מהמכון מפתחים עכברים כימריים שייצרו בגופם נוגדנים אנושיים. פרויקט אחר שמבוצע במסגרת זו נועד לפתח דרכים לבחינת מרכיבים שונים של המערכת החיסונית האנושית, בעכברים טרנסגניים.
 
מדען מהמעון גילה גן שככל הנראה ממלא תפקיד חשוב בהתחוללות אלרגיות. מציאת דרכים להשפעה על דרך תפקודו של הן הזה, עשויה לאפשר, בעתיד, מניעת תגובות אלרגיות שונות. מדען אחר מהמכון פיתח דרכים גנטיות לייצור נוגדנים שונים "על פי הזמנה". מדענים נוספים במכון חוקרים את המקורות הגנטיים של תהליכי ההזדקנות. אחד ממדעני המכון, החוקר את הגנים המופקדים על חוש הריח, הממוקמים בכרומוזום מספר 17, התמנה לתפקיד ה"עורך" של כרומוזום 17 מטעם המינהלה העולמית של פרויקט גנום האדם. במסגרת זו, הוא מרכז את כל המידע הנצבר על הגנים הכלולים בכרומוזום זה.
 
לצדו של פרויקט גנום האדם מתבצעים גם מחקרים רבים בתחומי הגנום של בעלי חיים וצמחים. המידע שייאגר במחקרים אלה יביא ללא ספק לפיתוחה של חקלאות חדשה שתבטיח אספקת מזון לאוכלוסיה הגדלה והולכת של העולם. במכון ויצמן למדע פועלים כבר היום גם בכיוון זה. למטרה זו הוקם והופעל מרכז מיוחד לצמחים טרנסגניים.
 
חברת ברילה, יצרנית הפסטה האיטלקית הידועה, חתמה על חוזה עם חברת "ידע" שלפיו החברה מממנת מחקרים במכון שנועדו להשבחתה של חיטת דורום המשמשת להכנת פסטה. למטרה זו משתמשים
החוקרים בטכניקות של הנדסה גנטית, שבאמצעותן מעבירים אל חיטת הדורום, גנים שמקורם בחיטת בר.
 
החתירה הנמרצת אל יעדיו של פרויקט גנום האדם לא היתה אפשרית ללא מכלול שלם של הישגים מדעיים בתחומים רבים ושונים כמו כימיה, אלקטרוניקה, ביולוגיה מולקולרית, מדעי המחשב ועוד. למשל, מרכז הביואינפורמטיקה של מכון ויצמן למדע מפעיל, בין היתר, מערכות אוטומטיות לקביעת סדר ה"אותיות" הכימיות ב- DNA, רובוטים המרכיבים גנים מלאכותיים לפי סדר "אותיות" שמוכתב ומוזמן מראש על ידי המדענים, ומערכות ממוחשבות מתוחכמות המסייעות בניתוח המידע הגנטי שנצבר במחקרים השונים.
 
אבל בטכנולוגיות הקיימות כיום בתחום הביואינפורמטיקה, אין די. מינהלת פרויקט גנום האדם משקיעה רבות גם בפיתוח טכנולוגיות מתקדמות ויעילות יותר לקביעת סדר ה"אותיות" בגנים ולקביעת מקומם המדויק של הגנים עצמם. גם במחקרים אלה תרומתו של מכון ויצמן למדע מוכרת ומוערכת בעולם כולו. מדען מהמכון פיתח טכנולוגיה מתקדמת שעשויה להאיץ ולייעל במידה רבה את תהליכי הקביעה של סדר ה"אותיות" הכימיות הכלולות בגנים שונים. מדען אחר במכון פיתח שיטות חדשניות לאנליזה ממוחשבת של רצפי DNA גדולים ושיטותיו עתידות להשתלב בהמשך המחקרים המתוכננים במכון.
 

 

מחלות גנטיות הפוגעות בעיקר ביהודים:

  • סוגים מסוימים של סרטן השד.
  • סוגים מסוימים של סרטן השחלות.
  • מחלת טאי זקס.
  • אנמיה המוליטית מסוג מסוים (המכונה "מחלת הפול").
  • מחלת גושה.

 


 

מבט אל מעבר לאופק:

 
בתוך שנים לא רבות יפוענח רצף גנום האדם במלואו, וייוודע היכן נמצא כל גן ומהו סדר ה"אותיות" הכימיות הכלולות בו. מכיוון שכל גן נושא את המידע הדרוש לבנייתו של חלבון מסוים, יידרשו אז המדענים לגלות את מבניהם ואת תפקידיהם המדויקים של חלבונים רבים שעדיין אינם מוכרים היום. כידוע, מחסור או עודף בכמותם של חלבונים מסוימים הם הגורמים לרוב המחלות, והשליטה על ייצור החלבונים נתונה בידי הגנים. לפיכך, ברור שהידע שייצבר במסגרת פרויקט גנום האדם ישמש תשתית רחבה לפיתוח תרופות ודרכי טיפול חדשות לחלוטין במחלות אלה.
 
למעשה, אפשר לצפות בביטחון, שעם השלמת פרויקט גנום האדם והמחקרים הנלווים לו, נהיה עדים להתפתחות מהירה של רפואה חדשה ושונה מאוד מכל מה שהכרנו עד כה. לא עוד "ציד" או חיפוש באפלה של גורמי מחלות וגנים בודדים, אלא התבססות על תוכנית גנטית שלמה ומפורטת של גוף האדם. יהיה זה "עולם חדש ואמיץ" שיציע שפע של הזדמנויות חדשות לתעשיית התרופות המהפכנית של האלף הבא. במקביל לפיתוח תרופות חדשות יפותחו גם גם שיטות מתקדמות לריפוי גני שיאפשרו לחוקרים ולרופאים להחליף קטעים פגומים בגנום, ממש כמו שנהג מחליף גלגל ברכבו. בדרך זו אפשר יהיה לרפא מחלות תורשתיות כגון ציסטיק פיברוזיס וגם סוגים מסוימים של סרטן, יתר לחץ דם, מחלות לב, סכרת, טרשת נפוצה או מחלת אלצהיימר.
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם