פרס נובל בכימיה

01.11.2014
פרופ' עדה יונת בטקס קבלת הפרס
 

 

פרס נובל לכימיה לשנת 2009 הוענק לפרופ' עדה יונת ממכון ויצמן למדע. פרופ' יונת היא האשה הרביעית שזוכה בפרס נובל בכימיה, והאשה הראשונה שזוכה בו ב-45 השנים האחרונות. הפרס, אותו חלקה עם המדענים תומס סטייץ מאוניברסיטת ייל, וונקטראמאן רמקרישנן ממכוני הבריאות הלאומיים בקיימברידג', ניתן להם על פיענוח המבנה המרחבי והבנת עקרונות הפעולה של הריבוזום. ההישג עשוי לסייע, בין היתר, בשיפור יעילותן של תרופות אנטיביוטיות.

 
בשנות ה-70 הצטרפה פרופ' יונת לסגל הפקולטה לכימיה - שם הקימה את המעבדה הראשונה בארץ לפיענוח מבנים של חלבונים באמצעות קריסטלוגרפיה בקרני X ("רנטגן"). אז החליטה פרופ' יונת לקרוא תיגר על אחת משאלות המפתח באשר לדרכי הפעולה של תאים חיים: לפענח את המבנה ואת עקרונות הפעולה של הריבוזום, בית-החרושת בו מתורגמות ההוראות המוצפנות בצופן הגנטי, די-אן-אי, ליצירת חלבוני התא. זו הייתה תחילתו של מסע ארוך שנמשך עשרות שנים, ונתקל - לכל אורכו - בתגובות חוסר אמון ולגלוג מצד הקהילה המדעית. עבודתה, שהחלה במעבדה בעלת תקציב צנוע, התרחבה עם השנים והקיפה חוקרים מכל קצות תבל. מחקרה הוביל לימים להבנת הדרך שבה פועלות מספר תרופות אנטיביוטיות, דבר שעשוי לסייע בפיתוח תרופות מתקדמות ויעילות יותר, וכך גם לעזור במאבק בחיידקים שפיתחו עמידות לאנטיביוטיקה - אחד האתגרים הרפואיים המרכזיים של המאה ה-21.
 
חלבונים הם החומרים העיקריים המבצעים את תהליכי החיים. פעילותם מתאפשרת הודות למבנה המרחבי שלהם, הנקבע על-פי רצף אבני הבניין המרכיבות אותם (הקרויות חומצות אמינו) שמוכתב בצופן הגנטי. הריבוזום, המייצר את החלבונים על פי המידע הצפון בגנים, מורכב בעצמו ממספר רב של חלבונים וחומצות גרעין, המאורגנים בשתי יחידות משנה: גדולה וקטנה. יחידות אלה קיימות בנפרד אך פועלות יחד, בהרמוניה, ביעילות ובדיוק מרבי בביצוע התהליך המסובך של יצירת החלבונים. תהליך היווצרותם של החלבונים בריבוזום הוא אחד מתהליכי החיים הבסיסיים והמסקרנים ביותר. מדענים רבים בעולם ניסו זמן רב לפענח ולהבין את דרך פעילות הריבוזום, אך הצלחתם הייתה חלקית, מאחר שהמבנה המרחבי של הריבוזום לא היה ידוע.
 
כדי לגלות את המבנה המרחבי של מולקולות ביולוגיות וגופיפים אחרים - שזעירותם אינה מאפשרת צפייה אפילו במיקרוסקופ אלקטרוני - יוצרים מהם גבישים, אותם מקרינים בקרני X. מדידת הקרינה המתפזרת מהגביש עשויה ללמד על המבנה המרחבי של המולקולות המרכיבות אותו - עד כדי יכולת ליצור "מפה" המתארת את פיזור האלקטרונים במולקולה הנחקרת. אולם כאשר עוסקים בריבוזום, מדובר בבעיה מאתגרת במיוחד. זהו צבר (קומפלקס) בעל מבנה מורכב מאוד, גמיש להפליא, לא יציב וחסר סימטריה פנימית - ולכן קשה מאוד ליצור ממנו, או מיחידות המשנה שלו, גבישים. בנוסף, לעיתים קרובות גורם השימוש בקרינת רנטגן להרס הגבישים. קושי נוסף הוא מחסום ההפרדה (רזולוציה): מדענים שעסקו בתחום זה לא הצליחו מעולם לקבל מידע על מרכיבי הריבוזום בהפרדה מספקת, שתאפשר להסביר את פעילותו.
 
בסוף שנות ה-90 הצליחה פרופ' יונת לפרוץ גם את מגבלת ההפרדה, הודות לטכניקות חדשות של קריסטלוגרפיה, פרי פיתוחה. כך קיבלה "מפת צפיפות אלקטרונים" ראשונית של יחידת המשנה הקטנה של הריבוזום. תת-יחידה זו היא שמתרגמת את הצופן הגנטי המקודד במולקולות האר-אן-אי שליח למידע הנדרש לייצור חלבונים. בשנים 2000 ו-2001 פירסמה פרופ' יונת פיענוח ראשון ומלא של שתי תת-היחידות מריבוזום של חיידק. זאת הייתה נקודת שיא במחקר שנמשך 20 שנה, אולם מסעה של פרופ' יונת להבנת הריבוזום רק החל. מצוידת בתובנות שהשיגה על מבנה הריבוזום, היא ניגשה להבין כיצד מאפשרת הבנת המבנה המרחבי לתאר את פעילותו ואת הדרך בה משמשות תרופות אנטיביוטיות להשבתתו.
 
 
משימתם הבאה של פרופ' יונת ושל חברי קבוצת המחקר שלה הייתה להבין את השלב שבו נוצר המגע הראשון בין מולקולת האר-אן-אי שליח לבין הריבוזום. מגע זה מאותת על האפשרות להתחלת תהליך ייצורו של חלבון על-פי המידע הגנטי. לשם כך החדירו פרופ' יונת ועמיתיה לגביש מרכיב תאי מסוים, אשר נצמד בחוזקה אל הריבוזום ומאתחל את פעולתו.
 
מטרתה הבאה של פרופ' יונת הייתה לגלות כיצד משפיעות תרופות אנטיביוטיות על פעילותו של הריבוזום. לשם כך הכינה - יחד עם חברי קבוצת המחקר שלה, ביניהם ד"ר ענת בשן ותלמיד המחקר רז זריבץ, ומדענים ממכון מקס פלאנק בגרמניה - גבישים של יחידות מבנה של ריבוזומים מחיידקים, שאליהם צמודה בכל פעם אחת מבין חמש תרופות אנטיביוטיות. לאחר מכן, על בסיס היכרותם עם מבנה הריבוזום, פיענחו את המבנה המרחבי של ה"כיסים" בהם נקשרות התרופות. בשיטה זו הצליחו המדענים להבחין במולקולות התרופות האנטיביוטיות, כשכל אחת מהן צמודה לאתר המאפשר שלב מסוים בתרגום הצופן הגנטי, כך שלמרות זעירותה היא מסכלת את מכלול פעילותו התקינה של הריבוזום. כתוצאה מההיצמדות משותקים בתי החרושת לחלבוני התא, הפועלים בשיטת הסרט הנע, דבר שמשבש את ייצור החלבונים של החיידק, וגורם את מותו. מאז הצליחה פרופ' יונת לחשוף את שיטות פעולתן של מרבית האנטיביוטיקות המצויות בשימוש, ומחקריה בתחום זה נמשכים גם היום.
 
ומה בהמשך? מעט מאוד ידוע על "לידת" החלבונים, כיצד הם מתנהגים בעודם גדלים בתעלה הריבוזומלית, ומה קורה להם ביציאתם למרחבי התא. בנוסף, התפקיד החיוני שממלאים הריבוזומים, העובדה שהם מצויים בכל תא חי - החל בשמרים ובחיידקים וכלה ביונקים - ושהאתרים הפעילים שלהם שמורים להפליא מבחינה אבולוציונית, כל אלה הובילו לתיאוריה, כי צורות מוקדמות של ריבוזומים היוו את תחילת החיים על פני כדור-הארץ. כיצד נוצרו הריבוזומים הקדומים? כיצד רכשו את המבנה המאפשר להם לייצר חלבונים? כיצד התפתחו לבתי החרושת המתוחכמים הקיימים כיום בכל תאי בעלי-החיים? שאלות אלה עומדות כיום במוקד מחקריה של פרופ' יונת.
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם