החלבונים של העידן החדש

30 בנובמבר, 2017
3 ד׳
חוקרים מארה"ב שיצרו חיידק בעל צופן גנטי מלאכותי למחצה הראו כעת שאפשר לגרום לו לייצר חלבונים שאינם קיימים בטבע

בשנת 2014 חוקרים ממעבדתו של פלויד רומסבג (Romesberg) ממכון סקריפס בקליפורניה, הציגו לעולם שני בסיסי DNA מלאכותיים, שקיבלו את הכינוי X ו-Y. החוקרים הצליחו לשלב את שני הבסיסים האלה ב-DNA של חיידק עם ארבעת הבסיסים הרגילים המרכיבים את החומר הגנטי, ומסומנים באותיות G, C, T ו-A. כעת, שלוש שנים וחצי לאחר מכן, החוקרים מראים שאפשר  להשתמש בבסיסים האלה גם כדי לייצר חלבונים מלאכותיים בתא.

באופן כללי, רצף ה-DNA כולל הוראות לייצור חלבון. מקטעים מה-DNA מועתקים למולקולות דומות של RNA, והן משמשות "תכנית עבודה" לייצור החלבון עצמו. הריבוזום, מכונת ייצור החלבונים בתא, קורא את רצף ה-RNA ומרכיב את החלבון ממולקולות קטנות הנקראות חומצות אמינו.

במחקר החדש החדירו רומסברג ועמיתיו לחיידקים מולקולת DNA הכוללת את שני הבסיסים החדשים, עם הוראות הפעלה לייצור חלבון פלורסנטי ירוק (GFP). החידוש העיקרי היה שהפעם רצף ה- DNA המלאכותי למחצה כלל הוראות לייצור חלבון מלאכותי, המתבסס על שילוב של חומצות אמינו רגילות עם חומצות אמינו שאינן קיימות בחלבונים באופן טבעי. העובדה שהתוצר היא חלבון הזוהר כשמאירים עליו באורך גל מסוים, איפשרה לחוקרים לבדוק במיקרוסקופ אם התהליך עובד כשורה. אם רואים במיקרוסקופ אור ירוק חזק בתוך התא, זה סימן שהחלבון התבטא בהצלחה, ואם האות הירוק חלש סימן שמשהו השתבש בדרך.  

החיידקים בניסוי אינם מסוגלים לייצר בעצמם את בסיסי ה-DNA החדשים או את חומצות האמינו הייחודיות, ולכן גידלו אותם החוקרים על מצע המכיל את הרכיבים האלה. לאחר שסיפקו להם את כל התנאים הדרושים, ראו החוקרים בתוך החיידקים את החלבון המלאכותי החדש שזהר בצבעי ירוק עז, ואישר להם כי המערכת המלאכותית למחצה פועלת כמתוכנן.


הירוק הזוהר מאשר שזה עובד. חיידק יחיד עם החלבון המכיל חומצות אמינו לא טבעיות | צילום: מכון סקריפס, William B. Kiosses

הקיום של החלבון החדש העיד על כך שהחיידק הצליח לתרגם את מולקולת ה-DNA למולקולת RNA, ואילו הריבוזום החיידקי הצליח לקרוא את הבסיסים החדשים ולייצר מהם חלבון תקין. החוקרים גילו שיעילות התהליך אינה נפגעת החיידקים מצליחים לייצר את החלבון המלאכותי למחצה באותה יעילות שבה הם מייצרים חלבון טבעי, וכמו כן מצליחים לשכפל את ה-DNA המלאכותי למחצה כשהם מתרבים.

במחקר הזה החוקרים אמנם לא הראו שהתוספות המלאכותיות שינו את אופיו של החלבון, אבל זו בהחלט הוכחת היתכנות של אפשרות כזו. בעתיד החוקרים יוכלו לנסות לתכנן DNA בעל מרכיבים מלאכותיים ולנסות לגרום לתא לייצר חלבונים בעלי פעילות רבה יותר, או דווקא להרוס את פעילותם אם מדובר בחלבונים מזיקים לנו. כמו כן, המחקר סולל את הדרך – לפחות תיאורטית - לייצור חלבונים בעלי פעילות חדשה לגמרי. מדענים רבים שוקדים כיום על פיתוח חלבונים חדשים, שאינם קיימים בטבע, ועשויים להיות שימושיים ביותר ברפואה, בתעשייה ובמחקר. ייתכן שהעבודה החדשה של רומסברג ועמיתיו תסייע להגשים את החלום הזה.