התא הבלתי פגיע

בקיצור

• התקפות של נגיפים על תאים עולות מיליארדים לחברות התרופות, שמשתמשות בתאים חיידקיים ליצירת תרופות, ולתעשיות אחרות. הן גם מזיקות לבריאות.
• פרויקט שפועל לקודד מחדש DNA של תא חיידק, מסיר את כל המסלולים הגנטיים שחושפים אותו לסכנה.
• התא המעוצב מחדש אמור לעבוד באופן טבעי ולסלול את הדרך ליצירת תאים אנושיים חסינים מפני נגיפים.

הנגיף נוחת על התא כמו עכביש שנוחת על בלון הגדול ממנו פי אלף. יש לו שש רגליים דקות פשוקות מתחת לגוף דמוי מזרק בעל ראש עגלגל. זהו טורף בשם לַמְדַא, והטרף שלו הוא החיידק אשרכיה קולי (Escherichia coli, או E. coli בקיצור). לאחר שמצא את קורבנו, למדא עושה כעת מה שטריליוני נגיפים עשו משחר קיומם של חיים עלי אדמות: הוא נאחז ברגליו בממברנת התא, מצמיד את החלק דמוי המזרק שלו לנקבובית ומתכווץ, וכך מזריק את ה-DNA שלו פנימה.

ה-DNA מכיל את ההוראות ליצירת נגיפים נוספים, וזוהי פחות או יותר מהות הנגיף: כמוסה חלבונית המכילה תרשימים לבניית עותקים נוספים של עצמה. לנגיפים אין מנגנונים מולקולריים שמאפשרים להם לבנות דברים חדשים. במקום זאת הם פורצים לתוך תאים, משתלטים על הציוד שלהם ומשתמשים בו כדי להשתכפל, עד שמספרם גדל עד כדי כך שהם פורצים דרך דפנות התא. הם מצליחים בזה מכיוון שכל היצורים, החל בקרנפים בערבות אפריקה וכלה בנגיפים שגורמים להתקררות, משתמשים באותה מערכת קוד, המתבססת על חומצות גרעין כגון DNA. מספיק להזין את הקוד לתוך התא, והוא ישתמש בהוראות האלה לבניית חלבונים.

בחיידק שהודבק התהליך הזה מתחיל. חלבונים נגיפיים חדשים מתעצבים. נראה שהלמדא מצליח לא רע. תוך דקות ספורות התא יהיה מפוצץ עד אפס מקום בהמוני נגיפים חדשים ישר מהמפעל. כשיפרצו החוצה, כל נגיף יחפש חיידק אחר, במטרה לחזור על התהליך הזה שוב ושוב.

אבל אז המנגנון התאי נתקע. הוא פשוט לא מצליח לקרוא את ה-DNA של הנגיף. במאבק המתמיד בין נגיפים לתאים, הכשל הזה לא קרה מעולם. ועכשיו זה אומר שגורלו של למדא נחרץ.

הסיבה לקיצו המר היא שהזן הזה של E. coli תוכנת מחדש כך שישתמש במערכת הפעלת DNA שלא התקיימה עד כה מעולם בכדור הארץ, והקוד הנגיפי לא מותאם אליה. השוני משאיר את למדא חסר תועלת כמו וירוס של מחשב בעל מערכת ההפעלה Windows בתוך מחשב של אפל. אותו גורל צפוי גם לנגיפים אחרים שיתקפו. האנשים שהרכיבו את החיידק הזה והקוד החדש שלו מאמינים שהמאפיין הזה ישאיר אותו חסין בפני כל הנגיפים. הם קוראים לו rE.coli-57 ויש להם תוכניות גדולות עבורו.

חיידקי E. coli | איור: Science Photo Library

rE.coli-57 נבנה במעבדה בבית הספר לרפואה של הרווארד בידי צוות בהובלת ביולוגית צעירה בשם נילי אוסטרוב. בחמש השנים האחרונות הקפידה אוסטרוב באדיקות על כל פרט קטן בבנייה הגנטית של החיידק המחודש, ועבדה בפרך שעות ארוכות תחת אור נורות הפלואורסצנטים של המעבדה הרטובה (מעבדה שנעשית בה עבודה ניסויית). זהו פרויקט העריכה הגנטית המתוחכם בהיסטוריה שהיה הבסיס למאמר היסטורי שפורסם ב-2016 ב-Science וזיהה 148,955 שינויים ב-DNA הנחוצים כדי שתא יהיה חסין מפני נגיפים. אוסטרוב ועמיתיה מדווחים שהם השלימו 63 אחוז מהם, והמפלצת מסתדרת נהדר.

שלוש שנים מאוחר יותר, התא שהורכב מחדש כבר כמעט הושלם. בקרוב הסצנה שתוארה תתרחש עם מאות נגיפים בצלחת פטרי, ולא רק עם אחד. אם rE.coli-57 ישרוד, זה עשוי לשנות לנצח את היחסים בין נגיפים לקורבנותיהם – ואנחנו ביניהם.

יש שפע עצום של נגיפים, כך ש-800 מיליון מהם מכסים כל מטר מרובע של הכדור הזה. הם מציקים לנו במחלות, אך הם מייסרים גם את התעשיות שמשתמשות בתאים לייצור מוצרים, החל ביוגורט וכלה בתכשירים רפואיים. ענקית הביוטק Genzyme (כעת חלק מ-Sanofi), המשתמשת בחיידקים כדי לייצר מולקולות של תרופות, איבדה מחצית משוויה בשוק אחרי שזיהום נגיפי שהתפרץ ב-2009 במפעל באלסטון שבמסצ'וסטס חיבל בקו היצור שלה, וכך יצר מחסור קריטי בתרופות. הנגיפים מסבים גם סבל יקר לתעשיית החלב – שמוצריה צריכים להיזרק כשהחיידקים חוטפים זיהום נגיפי. ערכו של חיידק חסין נגיפים עשוי להגיע אפילו למיליארד דולר.

תא כזה יוכל גם לפתוח את הדלת לעולם חדש של תרופות ייעודיות. "אם ברצוננו לייצר נוגדנים משוכללים ותרופות חלבוניות משוכללות, אנחנו צריכים ליצור בהם כימיה שונה", אומרת אוסטרוב. "זה ישנה את פני המשחק עבור חברות התרופות".

איורים: Cambell Medical Illustration

כל החלבונים הטבעיים בנויים מאותן 20 חומצות אמינו, אך מערכת ההפעלה ששונתה אצל rE.coli-57 תאפשר לו לבנות חלבונים חדשים מחומצות אמינו אקזוטיות, כפי שחלקי לגו חדשים מרחיבים את טווח הדברים שאפשר לבנות מערכה בסיסית של מתחילים. חלבונים מעוצבים יוכלו לפעול נגד מחלות כמו איידס וסרטן ברמת דיוק עילאית.

באופן שנוי יותר במחלוקת, ההצלחה של rE.coli-57 יכולה להיות צעד חשוב לקראת יצירת תאים אנושיים שיהיו חסינים מפני נגיפים על ידי הגנה על ה-DNA שלהם מהשתלטות נגיפית. הצלחה כזאת תועיל מאוד למחקר הרפואי, שסובל מזיהומים נגיפיים בתרביות תאים אנושיים בצלחות מעבדה שמשמשות לפיתוח ובדיקת תרופות טיפוליות. אולם ספקנים תוהים אם תאים שקודדו מחדש יפעלו כמו התאים הרגילים, כך שהם עלולים להפוך לכר ניסויים לא מהימן.

הרעיון גם מדאיג את אלה שחוששים שקידוד מחדש כזה יקרב אותנו עוד צעד לקראת יצירת בני אדם עם DNA מעוצב. (אף אחד מהמעורבים במיזם לא הציע להנדס אנשים). יהיה מסובך להחריד לקודד מחדש אפילו תא מעבדה אנושי אחד, משום שהגנום האנושי כולל 3.2 מיליארד "אותיות" – ארוך פי 800 מזה של E. coli. אך rE.coli הוא צעד ראשון חיוני ומאיר עיניים.

מפצחי הקודים

קידוד מחדש גובר על נגיפים פולשים משום שהוא משנה את השפה שבה התא משתמש כדי לייצר חלבונים, שהם המולקולות שכל היצורים החיים משתמשים בהן כדי לעשות משהו בעולם הזה. חלבונים מורכבים מיחידות קטנות יותר בשם חומצות אמינו, ולכל חומצת אמינו יש קוד DNA של שלוש אותיות המורכב משילוב זה או אחר של ארבעת הבסיסים של ה-DNA: אדנין (A), ציטוזין (C), גואנין (G) ותימין (T). לדוגמא, TGG מסמל את חומצת האמינו טריפטופן ו-CAA מצביע על גלוטמין. הקודים האלה קרויים קודונים וכל גֵן הוא פשוט רצף ליניארי שלהם.

יצירת החלבון נעשית כשהרצף נשלח לבתי חרושת תאיים שנקראים ריבוזומים, והקודונים משתדכים בהם עם מולקולות הנקראות RNA מעביר (tRNA או transfer RNA). לכל tRNA יש צד אחד שנקשר לקודון ספציפי וצד שני שנקשר לסוג אחד ויחיד של חומצת אמינו. בזמן שרצף הקודונים נע בקו הייצור החלבוני, מולקולות ה-tRNA שוזרות חומצות אמינו זו לזו, עד שהחלבון מוכן.

אך יש למערכת הזאת סגולה חשובה: יש בה הרבה יתירות. קיימים 64 קודונים, משום שיש 64 דרכים שונות לשלב שלוש אותיות של A, C, G ו-T. אך יש רק 20 חומצות אמינו. פירוש הדבר הוא שלרוב חומצות האמינו יש כמה קודים. לדוגמה AGG מקודד ארגנין, אך כך עושה גם CGA. לחלק מחומצות האמינו יש שישה קודונים שונים שיוצרים אותן.

ב-2004 הגנטיקאי ג'ורג' צ'רץ' (Church) מאוניברסיטת הרווארד, והבוס של אוסטרוב, החל לתהות אם כל הקודונים האלה באמת נחוצים. מה יקרה אם כל AGG בגנום של E.coli ישתנה ל-CGA? מאחר ששניהם מקודדים ארגנין, החיידק עדיין יבנה את כל החלבונים הרגילים שלו. אבל – וזאת נקודת מפתח – אם גם ה-tRNA שמתחבר ל-AGG יימחק מהתא, אזי הקודון של AGG יהפוך למבוי סתום בתהליך בניית החלבון.

בזמן שצ'רץ' חשב על ההשלכות שיהיו להיפטרות ממולקולות tRNA מסוימות, הוא חווה הארה. "הבנתי שכך התאים יקבלו עמידות מול כל הנגיפים", הוא אומר, "מה שיכול להיות בונוס עצום". נגיפים כמו למדא מתרבים על ידי כך שהם גורמים לתא לקרוא גֵנים נגיפיים ולבנות על פיהם חלבונים. אך אם ה-tRNA של AGG יוסר מהתא, כל גֵן נגיפי שמכיל את הקודון AGG ייתקע בציפייה ל-tRNA שכבר לא קיים, ושום חלבון נגיפי לא יושלם.

נגיפים מתפתחים במהירות הבזק. צ'רץ' חשד שהם יסללו מהר מאוד דרך עוקפת סביב tRNA בודד שנעלם. אבל אם יימחקו מספיק קודונים ו-tRNA, לא תהיה לנגיף כמעט שום אפשרות לעלות ספונטנית על שילוב המוטציות המדויק הנחוץ כדי להשתמש בקוד המעודכן. ל-E.coli היו שבעה קודונים נדירים יחסית. הם נמצאים בכל 3,548 הגֵנים שלו, בממוצע 17 פעמים בכל גֵן. אם כל סוגי ה-tRNA התואמים יימחקו, נגיף יצטרך לפתח בערך 60 אלף רצפים חדשים, שכל אחד מהם יקרא לקודון החליפי הנכון בדיוק בנקודה הנכונה. זה פשוט לא יקרה.

ב-2004 התרחיש הזה היה רק רעיון גולמי. היה קשה מספיק לשנות גֵן אחד של יצור, כך שעריכת אלפי הגֵנים הנחוצה למחיקת כל ההופעות של קודונים מסוימים לא עלתה על הדעת. אך בשנת 2014 כבר חלו פריצות דרך טכנולוגיות שאפשרו ליישם בדיוק את זה. כך שצ'רץ' התחיל לחפש מישהו עם די מרץ ויכולות ארגוניות כדי להתמודד עם פרויקט עריכת הגֵנים הגדול בהיסטוריה.

ואז הגיעה למעבדתו אוסטרוב, בתור חוקרת בפוסט-דוקטורט. אם נתייחס לצ'רץ' בתור הארכיטקט של rE.coli-57, אזי אוסטרוב היא המהנדסת וקבלנית הבניין.

לאוסטרוב היה ניסיון רב בבנייה מולקולרית. היא גדלה בישראל ולמדה באוניברסיטת תל אביב, שם היא שינתה חלבון על ידי הוספת חומצות אמינו שקושרות חלקיק מתכת. כשכמה מהחלבונים ששונו התחברו יחד, הם הפכו לננו-כבל שיכול להעביר זרם. "זה היה מדהים", היא משחזרת. "חשבתי, וואו, אנחנו יכולים להשתמש בביולוגיה כדי לייצר דברים שימושיים". בהמשך, באוניברסיטת קולומביה, היא זיכתה את עצמה בדוקטורט על ידי כך שהִנדסה שמרי אפייה שייצרו צבע אדום כשיזהו חיידקים מחוללי מחלה. הפרויקט זכה בפרס Grand Challenge Exploration של קרן ביל ומלינדה גייטס בזכות השימוש שנעשה בו לזיהוי כולרה.

קורות החיים האלה היו מרשימים, אך הפרויקט של צ'רץ' היה קשה לאין שיעור. שבעת הקודונים המיועדים למחיקה נמצאו 62,214 פעמים בקוד הגנטי של E. coli. קידודם מחדש דרש הכנסת 148,955 שינויים ל-DNA. פורסמו שלל כותרות מאירות עיניים על עריכת גֵנים מהירה וקלה, אבל שום כלי קיים לעריכת גֵנים לא מסוגל אפילו להתקרב לכמות השינויים הזאת.

עם זאת, פריצות דרך בסינתזת DNA הצביעו על פתרון אחר: בניית הקוד הגנטי של ה-E. coli המקודד מחדש מאפס. אפשר לייצר DNA באופן ביוכימי במדפסות DNA מיוחדות, שעובדות כמו מדפסות להזרקת דיו שמתיזות אותיות A, C, G ו-T. החברות שעוסקות כיום בסינתזת DNA יכולות לייצר באופן מהימן פיסות DNA באורך של עד כ-4,000 אותיות.

בסביבות שנת 2015 הוריד הצוות של אוסטרוב ממסד נתונים את הקוד הגנטי הרגיל של E. coli: מחרוזת ארוכה של ארבעה מיליוני אותיות, והעלה אותו למחשב. ואז החוקרים סקרו את הרצף כולו, ושינו את כל 62,214 ההופעות של אותם שבעה קודונים נדירים לקודונים נרדפים. לשם הבטיחות הם גם שינו גֵנים של החיידק כדי לפתח בו תלות בחומצת אמינו סינתטית שסופקה לו בעיסת המזון שלו. המולקולה המלאכותית הזאת אינה קיימת בטבע, כך שהחיידק ימות אם יחמוק אי פעם מהמעבדה.

התוצאה הייתה הקוד הגנטי של ה-rE.col-57 החדש, גלול על מסך המחשב. לאחר מכן חילקו המדענים את ארבעת מיליוני האותיות שלו לחתיכות של 4,000 אותיות עם קצוות חופפים ושלחו את הקבצים לחנות שמסנתזת DNA. "חתכנו אותו על המחשב", אומרת אוסטרוב, "ממש כמו קובץ וורד". החברה הדפיסה את ה-DNA ושלחה אותו בדואר. הקבוצה הרכיבה את 4,000 החלקים הללו ל-87 מקטעים גדולים הכוללים 50 אלף אותיות בכל אחד, כלומר כארבעים גֵנים.

החתיכות הללו היו רק DNA כמובן, ו-DNA הוא רק קוד. כדי להפיח חיים בקוד צריך תא, ואף אחד לא יודע לבנות תאים מאפס. במקום זאת נקטה אוסטרוב בגישת הטלאי על טלאי. היא התחילה עם מושבות של E. coli רגילים והחליפה בהדרגה את כל חלקי הגנום שלהם במקטעים שקודדו מחדש, בזה אחר זה. אחרי כל השתלה היא בדקה שהמטופל שרד.

לבנות תא מחדש

על שולחנות המעבדה הארוכים והשחורים במעבדתו של צ'רץ', בין צנטריפוגות, מערבלים, מדפי פיפטות וערמות של צלחות פטרי, גידלה קבוצתה של אוסטרוב 87 מושבות של E. coli רגילים בתוך אינקובטור בגודל של מקרר של מעונות, הכניסה מקטע מקודד מחדש של 50 אלף אותיות לקבוצות של חיידקים, וחיכתה לראות אם יחיו. היא לא פיתחה ציפיות. אולי האבולוציה בחרה דווקא בקודונים האלה ולא באחרים מסיבות שאיננו מבינים.

באופן מפתיע, רוב המושבות תפקדו היטב. רק עשרים מהמקטעים המתוקנים עצרו את גדילתם של החיידקים. אך גם עשרים זה יותר מדי. כדי ש-rE.coli-57 יהיה חסין מפני נגיפים, כל המקטעים שקודדו מחדש חייבים לעבוד. "ראשית ניסינו לצמצם ולראות איזה גֵן בדיוק לא עובד", אומרת אוסטרוב. "ביתרנו את המקטע של 40 הגֵנים לשתי גרסאות של 20 גֵנים ובדקנו אותן. ואז צמצמנו אותם לארבעה גֵנים שעשויים להיות מקור הבעיה. ואז לגֵן אחד. ואז הבנו מהו הקודון שממנו היא צמחה".

התברר שרוב הבעיות נבעו מתקלות בהדפסת ה-DNA. במילים אחרות, רצפי ה-DNA שקבוצתה של אוסטרוב קיבלה לא היו בדיוק מה שהזמינה – בעיה נפוצה בסינתזת DNA עד לאחרונה. אוסטרוב חזרה לחברה וקיבלה רצפים חדשים נקיים משגיאות. אחרי שה-DNA הפגום הוחלף, יותר מ-99 אחוז מהגֵנים שעוצבו מחדש פעלו. פתאום רעיון הקידוד מחדש כבר לא נראה בלתי שפוי.

אך נותר עוד קומץ של בעיות שנראו אמיתיות בנוגע לתפקוד של החלבון או ה-DNA, ולא בקרת איכות של המדפסת. אוסטרוב הייתה צריכה לפענח את הסודות שהאבולוציה גילתה לפניה. למה שינוי לקודון נרדף, שמכיל את ההוראות לייצור אותה חומצת אמינו בדיוק, יהרוג את היצור או יפגע בתפקודו?

פתרון הנקודות הללו דמה לניווט בשממה לא ממופה. לדוגמה, קצב ההתרבות של חיידקים שקטע 21 שלהם קודד מחדש האט מאוד. מדוע? היות שמקטעי ה-DNA המקודדים מחדש הללו לא נחקרו מעולם – הקבוצה של אוסטרוב הייתה הראשונה שעיצבה אותם מחדש – היה עליה לבחון בקפדנות את התפקוד של כל הגֵנים במקטע, ולהשוות את תוצריהם לאלה של חיידק רגיל. היא מצאה חמישה גֵנים קשורים שהיו שלמים, אך משום מה לא עשו דבר.

התברר שקיימת בעיה במקבילה הגנטית של מתגי כיבוי והפעלה. לפני גֵנים יש רצפי DNA שנקראים פרומוטורים ותפקידם הוא לבקר אם הגֵן יהיה פעיל או כבוי. אצל יצורים מפותחים יותר, הפרומוטורים והגֵנים מותווים בבירור, עם נקודות ברורות של התחלה וסוף, אך גֵנים חיידקיים עשויים לחפוף לפעמים. רצף ה-DNA בסוף גֵן אחד משרת למעשה תפקיד כפול כתחילת הגֵן הבא.

אוסטרוב מצאה שרצף DNA בגֵן שנקרא yceD עובד בתפקיד כפול בתור הפרומוטור, כלומר המתג, של חמשת הגֵנים שאחריו. כשקודדה מחדש את yceD היא כיבתה אותם לא בכוונה. היה עליה לשנות שלושה קודונים ב-yceD כך שה-DNA שלהם היה דומה יותר במבנהו לפרומוטור חזק ומוכר. תפוקת חמשת הגֵנים עלתה והחיידק התחיל להתרבות כמקובל.

משימה קשה אף יותר הציב בפני אוסטרוב וקבוצתה קטע 44 המקודד מחדש, שהרג את המושבה לחלוטין. החוקרים צמצמו את האזור הבעייתי לגֵן בשם accD שחיידקים משתמשים בו לייצור חומצות שומן. התאים המקודדים מחדש כלל לא ייצרו את החלבון accD. אוסטרוב הריצה אנליזת תכן על הגֵן המקודד מחדש ושיערה שהבעיה מופיעה כבר בתחילת הרצף שלו. ב-DNA, האותיות A ו-T נקשרות באופן טבעי, וכך גם G עם C. (ב-mRNA, שנקרא בעברית RNA שליח, המולקולה שה-DNA משתמש בה כדי לשלוח קוד לריבוזום המייצר חלבונים, בסיס שנקרא בקיצור U מחליף את ה-T, ונקשר ל-A במקומו). אם האותיות מופיעות בסדר מסוים – לדוגמה הרבה אותיות A שאחריהן הרבה T – סוף המולקולה עלול להתקפל על עצמו כמו דבק סלוטייפ ולתקוע את המנגנון התאי. אוסטרוב עיצבה מחדש את הגֵן במחשב שלה וערכה עשרה מ-15 הקודונים המקודדים מחדש שלו לקודונים שקולים אחרים שהיה פחות סביר להניח שייצרו קפלים דביקים. כשהכניסה את הקטע החדש ל-DNA של החיידק, המושבה קמה לתחייה.

כך זה עבד, פתרון בעיות בזו אחר זו, כשהחוקרים עוסקים בביולוגיה אך חושבים כמו מכונאים. למרבה הפלא, שום דבר לא הפיל את העסק. "עד כה לא הגענו למצבים בלתי אפשריים", אומרת אוסטרוב. "הקוד מעניק לנו מרחב תמרון גדול".

חסין מפני נגיפים

בשנה האחרונה, אחרי שהוסיפה מקטעים תקינים גנטית של זן אחד למקטעים תקינים של אחר, הפכה אוסטרוב את 87 הזנים שהיו לה במקור לשמונה שורות בריאות, שלכל אחת מהן שמינית ממכלול הגנום המקודד מחדש. כל פעם שהמדענים חיברו מקטעים צצו חוסר התאמות חדשות שדרשו את טיפולם. אך כבר בתחילת האביב, שמונה שורות התאים התחברו במהירות לארבע, שאמורות להפוך לשתיים בלבד. בקרוב יהיה זן אחד של 100 אחוז rE.coli-57 מקודד מחדש.

ברגע שהזן הזה יהיה מוכן ופעיל, הצעד האחרון יהיה למחוק את ה-tRNA המקושרים לקודונים החסרים. התא יפעל בלי שום בעיה מכיוון שהגֵנים שלו ישתמשו ב-tRNA נרדפים שעדיין קיימים. אבל נגיף שיגיע ימצא את עצמו בצרה צרורה. הגֵנים שלו, שלא הונדסו מחדש, יכללו קודונים שקוראים ל-tRNA שאינו קיים יותר. כשאין אף tRNA, אין גם אף חומצת אמינו באותו מקום ברצף בניית החלבון, כך שההרכבה שלו נעצרת. אין חלבון נגיפי חדש ואין עותקים חדשים של הנגיף. ה-DNA הנגיפי נשאר תקוע בתא, בודד ומבודד, בלי יכולת להשתכפל או להזיק.

אוסטרוב מתכננת לבחון את התרחיש הזה דרך גרסה מיקרוסקופית לסרט הישן "מקס הזועם 3: כיפת הרעם", שבו הגיבור, שלכוד בזירה, צריך להביס שורה ארוכה של תוקפים. הזירה הזו תהיה בתוך מכל זכוכית קטן. הביולוגים יוסיפו את למדא לצלחת המכילה מושבה בריאה של rE.coli-57. ואז הם ייסוגו ויניחו ליצורים להילחם לחיים ולמוות. אם rE.coli ישרוד, החוקרים יוסיפו עוד נגיף טורף חיידקים ואחריו עוד אחד. קשה להעלות על הדעת שאפילו הנגיפים המוכשרים ביותר יצליחו לפצח את הקוד של rE.coli ששונה בצורה כל כך מתוחכמת. מצד שני, שום נגיף לא נדרש עד כה לנסות את זה. שני יצורים ייכנסו – רק אחד ייצא.

אוסטרוב זהירה מדי להתחייב מתי יתקיים הקרב הזה, מכיוון שעדיין לא השלימה את הזן המקודד מחדש הזה, אך היא סבורה שהיא וצוותה קרובים ליעד. "במוקדם ולא במאוחר", היא אומרת. "אין ספק". והיא רומזת שבקרוב צפויה כנראה מסיבה גדולה עם הקוקטיילים הברזילאיים החביבים עליה. "כשזה ייגמר, אני לא אשמור את זה בסוד. אני אתקשר מהחוף עם כוס קפירניה ביד".

עצם השגת החסינות מפני נגיפים תצדיק מסיבה לכבוד rE.coli-57, או כמו שאוסטרוב ועמיתיה ניסחו את הדברים במאמרם ב-Science, "החיידק גם יאפשר מארז מיוחד עם תפקודיות סינתטית מורחבת שתהיה יישומית באופן נרחב לביוטכנולוגיה". במילים אחרות, החיידק ישמש בסיס גמיש להרכבת סוגים חדשים של חלבונים.

אוסטרוב. מחקר פורץ דרך | צילום: סטף סטיבנס

הישג כזה מבטיח רבות לתחום פיתוח התרופות. תרופות רבות לסרטן ואימונותרפיה הן חלבונים שמתפרקים במהירות בגוף, אבל אם נבנה אותן מחדש מחומצות אמינו אקזוטיות נוכל להאריך באופן ניכר את תוחלת החיים שלהם. צ'רץ' כבר פתח חברת הזנק בשם GRO Biosciences (ראשי תיבות של "אורגניזם מקודד מחדש גנומית") במטרה לעצב תרופות כאלה.

חיים שהשתנו

בעוד כמה שנים מצפה לנו חזון של תאים אנושיים חסינים מפני נגיפים. תאים כאלה יכולים לפתור את הבעיה המתמשכת של זיהומים נגיפיים של תרביות תאים אנושיות (כמו תאי הסרטן המפורסמים של הנרייטה לאקס) המשמשות במחקר רפואי. במעבדות נוהגים להשתמש בשורות של תאים אנושיים ככר ניסויים לפיתוח תרופות חדשות ורעיונות לטיפולים. אבל ברגע שנגיפים מדביקים תאים כאלה, אין כמעט שום דרך להיפטר מהם, כך שהניסויים נזרקים לפח והמדענים נאלצים להתחיל אותם מחדש. אם נוכל לזרז את פיתוח הטיפולים, הם יצילו חיים. המרכז למצוינות בהנדסת ביולוגיה, יוזמה משותפת עולמית שצ'רץ' הוא האב המייסד שלה, הכריזה על יצירת תאים אנושיים מקודדים מחדש כמיזם הראשון שלה. אין ספק ש-rE.coli-57 יהיה קרש קפיצה בדרך הזאת.

באופן לא מפתיע, יש מבקרים שמודאגים מהאפשרות לעיצוב מחדש של מערכת ההפעלה של תאים אנושיים. ראשית, ייתכן שהתאים לא יחקו כראוי את התאים הטבעיים. ואף שמדעני המרכז לא הציעו מעולם לעשות בתאים הללו שום דבר מעבר לתרביות תאים, ייתכן שמחקריהם יאפשרו ליצור בן אנוש מקודד מחדש שיהיה חסין גם הוא מפני נגיפים.

זה יהיה רע, אומר הווירולוג וינסנט רקניילו (Racaniello) מאוניברסיטת קולומביה, שמתח ביקורת על הרעיון בבלוג המדעי שלו. "לא סתם קיימים כמה קודונים – בין השאר הם משמשים חסם בפני מוטציות קטלניות", כתב. "קשה להאמין שקידוד מחדש שכזה של הגנום האנושי לא ילווה בתופעות לוואי משמעותיות".

אף אחד מהמדענים השותפים לפרויקט לא הציע לערוך סתם כך DNA של תינוק ולראות מה קורה, כמו שנעשה בסין בשנה שעברה. הם כן אומרים שמחקר זהיר ושקוף על התנהגות תאים אנושיים מקודדים מחדש יוכל לספק תובנות חדשות לגמרי על הקשר בינינו לבין רבות מהמחלות המזיקות ביותר שפוגעות בנו. מאז ראשית ימינו על פני אדמות היינו תקועים עם מערכת של 64 קודונים – ועם נגיפים מחוללי המחלה שמנצלים אותה. ייתכן שבעוד כמה שנים נדע אם עלינו להשלים עם המצב או שלא.

אוסטרוב לא לוקחת חלק בפרויקט של המרכז –"שיהיה ברור, אני לא מקודדת מחדש תאים אנושיים" – אבל היא אומרת שחשוב לחקור את הבלתי נודע הגנטי באופן בטוח, בצלחות מעבדה. "ברור שיש סיבה לכך שהאבולוציה בחרה בקודונים שבהם היא בחרה. אבל אנחנו יודעים שקיימות עוד אפשרויות", היא אומרת. "על ידי שינויים אנחנו יכולים לחקור מה קורה. נראה מה עובד ומה לא, וכך נבין טוב יותר את החוקים". הבנת העקרונות הללו עשויה לספק לנו הזדמנות לשפר חלק מהיצורים שמשתמשים בהם.

פורסם במקור בגיליון יולי 2019 של כתב העת Scientific American

לעיון נוסף

• Design, Synthesis, and Testing toward a 57-Codon Genome. Nili Ostrov et al. in Science, Vol. 353, pages 819–822; August 19, 2016.
• Beyond Editing to Writing Large Genomes. Raj Chari and George M. Church in Nature Reviews Genetics, Vol. 18, pages 749–760; December 2017.

מארכיון סיינטיפיק אמריקן

• הנדסת החיים: לבנות FAB לביולוגיה. דיוויד בייקר ואחרים; גיליון יוני 2006.