השיטה שמתחרה באבולוציה

הנדסה גנטית היא אחד הנושאים המדוברים ביותר בימינו. באמצעותה מדענים ברחבי העולם משנים בתנאי מעבדה את הקוד הגנטי של זני צמחים ובעלי חיים המשמשים למחקר ולשיפור איכות החיים שלנו. בשנים האחרונות התחום עובר מהפכה ממשית, בזכות פריצת דרך טכנולוגית משמעותית: מנגנון מלאכותי בשם "דחיפת גֵנים" שמאפשר לשינויים גנטיים שיצרה ההתערבות האנושית להתחרות באבולוציה הטבעית ולהתפשט לאוכלוסיות שלמות.

לכל בעלי החיים המתרבים ברביה מינית קיימים שני עותקים של גֵנים שהם קיבלו מהוריהם ועתידים להוריש לצאצאיהם. ההסתברות שכל אחת משתי הגרסאות של גן מסוים תעבור לצאצא היא 50 אחוז, וזה הבסיס ל"חוקי התורשה" שהגדיר גרגור מנדל עוד במאה ה-19. בהיעדר יתרון תחרותי שעותק מסוים של גֵן מקנה על פני גֵן אחר, תפוצתו באוכלוסייה תהיה מתונה ביותר.

עם זאת, קיימים בטבע מקרים יוצאי דופן שבהם מולקולות ה-DNA, אותן יחידות שנושאות את המטען הגנטי, מתנהגות בצורה שונה ויוצרות הטיה בהסתברות והעדפה של גרסת גֵן מסוימת על פני אחרת. במצבים כאלה הגרסה ה"מועדפת" תתפשט באוכלוסייה בצורה מהירה במיוחד, עד כדי הפיכתה לעותק הדומיננטי במין כולו.

דוגמה למקרה כזה ניתן למצוא בגֵן הנקרא P element, שלא היה קיים עד לשנות ה-50 של המאה הקודמת, אולם כיום אפשר למצוא אותו כמעט בכל אחד מזבובי הפירות החיים בטבע, אף על פי שלכאורה הוא אינו מקנה כל יתרון לצאצאי הזבוב. לתהליכים כאלה אלו ניתן השם Gene Drive, או "דחיפת גֵנים", בשל היכולת של הגֵן לדחוף את עצמו על פני גֵנים מתחרים באוכלוסייה, בצורה שסותרת את חוקי התורשה של מנדל.

דחיפת גֵנים מלאכותית

הרעיון ליצירה מלאכותית של תהליכי דחיפת גֵנים הועלה לראשונה לפני יותר מ-60 שנה, כשהתעוררה האפשרות התיאורטית לכפות שינויים גנטיים על אוכלוסיות של חרקים מזיקים. המדענים נזקקו ליותר מחמישים שנה רק כדי לפתח את ההבנה הבסיסית איך אפשר לממש את זה. קפיצת הדרך חלה לפני כשנתיים, לאחר ששיתוף פעולה בין מדענים מאוניברסיטת הרווארד והמכון המטכנולוגיה של מסצ'וסטס (MIT) הניב את הכלי "קריספר" (CRISPR/Cas9), שהביא למהפכה בעולם ההנדסה הגנטית.

ההשראה לשימוש ב-"קריספר" נולדה מצפייה במערכות מתוחכמות של הגנה עצמית של חיידקים מפני נגיפים. לחיידקים יש מנגנון שחותך את ה-DNA הנגיפי הפולש ושומר אותו כחלק מהצופן הגנטי של החיידק עצמו. הייחוד של המערכת הוא בכך שאותה פיסת DNA נגיפי מועברת לצאצאיו של החיידק, ומאפשרת גם להם לזהות רצפי DNA אופייניים לנגיף. מאחר שקריספר יכול לעבוד אצל בעלי חיים רבים, המדענים הסיקו שאפשר לנצל אותו באמצעות שינוי מלאכותי של "טביעת האצבע", וליצור כלי חדש אשר המאפשר חיתוך, הדבקה ועריכה גנטית מדויקת כמעט בכל גֵן.

היתרון בשימוש בקריספר ליצירת דחיפת גֵנים הוא בכך שאפשר להצמיד אותו לכל גֵן, ולגרום לו לבצע שינויים בעותק השני של אותו גֵן, אשר יתקבל כשהפרט המהונדס גנטית יזדווג עם פרט מזן הבר. אפשר גם להנדס מערכת שתשכפל את עצמה ותיצור שני עותקים של הגן בכל דור, כך שההסתברות למעבר הגֵן הרצוי בתורשה תהיה 100 אחוז.

השיטה צפויה לפעול רק במינים שמתרבים ברבייה מינית, ובהם חרקים, יונקים, זוחלים, דגים ומרבית הצמחים. הזמן שיידרש לתכונה לחלחל אל המאגר הגנטי של מרבית האוכלוסייה תלוי באורך הדור של כל מין ובמספר הפרטים שיתחילו את דחיפת הגֵנים. לדוגמה, אם נשחרר עשרה פרטים מהונדסים לתוך אוכלוסייה של מאה אלף פרטים, יידרשו כ-16 דורות עד שהגֵן שאנו מעוניינים בו יתבטא ב-99 אחוז מהאוכלוסייה. השיטה צפויה לעבוד הרבה יותר מהר במינים שמתרבים מהר, כמו חרקים, ופחות אצל יונקים גדולים.

להלכה אפשר להניח שעקרון דחיפת הגֵנים יכול לפעול גם בבני אדם, אולם גם אם היינו מחליטים לבצע שינויים גנטיים בעצמנו, היו נדרשות מאות שנים עד שהגן היה מחלחל לחלק משמעותי באוכלוסייה. לצורך השוואה, אם נרצה להוביל דחיפת גֵנים בפילים, שדור שלהם נמשך בערך כמו אצל בני אדם, בעוד מאה שנה נראה גידול של פי ארבעה בלבד בנשיאת הגֵן המהונדס. וגם זה נכון רק בהנחה שבמהלך כל הזמן הזה אף אחד לא ישנה את דעתו ויהנדס דחיפת גֵנים נגדית.

גם כאשר מדובר ביבולים חקלאיים השיטה עלולה להיתקל בקשיים, שכן דחיפת גֵנים דורשת עירוב אפקטיבי בתוך האוכלוסייה, ואילו מרבית התוצרת החקלאית מגודלת כיום בצורה מבוקרת מזרעים. בדומה, גם צורת הרבייה של בהמות וחיות מבויתות מבוקרת מאוד, ולכן כל שינוי גנטי יוגבל לאוכלוסייה המקומית בלבד.

כך פועלת השיטה: המחשה של התפשטות הגנים המהונדסים באוכלוסיה הכללית

סיכויים וסיכונים

נכון להיום, שיטת דחיפת הגֵנים לא יצאה עדיין מבין כותלי המעבדה. עם זאת, עצם המחשת היכולת בניסויים סגורים הספיקה כדי שקהילת המדענים תעלה את הנושא לדיון ציבורי במטרה לשקול את מכלול הסיכונים הכרוכים במניפולציות של אוכלוסיות שלמות.

החשש העיקרי מיצירת דחיפת גֵנים הוא הופעת השפעות משניות בלתי צפויות במערכת האקולוגית בעקבות שינויים ביחסי הגומלין בין אוכלוסיית היעד לבין הסביבה שלה. עם זאת, לאחרונה פרסם ארגון האקדמיות הלאומיות למדעים, להנדסה ולרפואה, שהוא הגוף העיקרי המייעץ לממשל בארה"ב בענייני מדע, דוח שמאשר את המשך המחקר של הטכנולוגיה הזאת, לאחר שהגיע למסקנה שהיתרונות הפוטנציאליים שלה עולים על הסיכונים.

ממשלות, עמותות וגופי מחקר מגלים עניין רב בטכנולוגיה ומעוניינים לבחון את היכולת שלה לתרום לבריאות הציבור, לחקלאות ולהגנת הסביבה. אולם, לפני שתתקבל ההחלטה לשחרר לטבע זן מהונדס גנטית, יש לפתח מנגנוני בטיחות שיאפשרו לעצור את התפשטותו אם חלילה יתגלה שהוא גורם נזק.

נראה כי בשלב הזה הפיתוח של מערכות דחיפת גֵנים יעבור מהמגרש של המדע המולקולרי לשדה המחקר האקולוגי והסביבתי. כבר היום החוקרים נושאים את עיניהם אל ניסויי ענק, ללא שימוש בטכנולוגיות דחיפת גֵנים, שבהם מיליוני זבובים או יתושים ישוחררו לטבע במטרה להיאבק באוכלוסיות חרקים שיוצרות מטרדים או מעבירות מחלות. ההשלכות של ניסוים כאלה יגדירו בשנים הקרובות את היחס של הקהילה המדעית והציבור הרחב לשימוש בטכנולוגיות הגנטיות.

שימוש מושכל בהנדסה גנטית של אוכלוסיות שלמות יכול להתבטא בין השאר במלחמה העכשווית נגד נגיפי המלריה והזיקה, המועברים על ידי יתושים, ולמנוע ממזיקים לפתח עמידות לחומרי הדברה. בנוסף אפשר יהיה למגר כך זנים פולשים שמסכנים מערכות אקולוגיות שלמות, או דווקא להציל מינים של בעלי חיים הנתונים בסכנת הכחדה. אך עם כל האפשרויות האלו חשוב לזכור גם את מה שאמר ספיידרמן – גיבור קומיקס שיודע דבר או שניים על שינויים גנטיים: "עם כוח גדול באה אחריות גדולה".