ריאגנט הוא שם כולל לחומרים או לתערובות של חומרים המשמשים ליצירת תגובה כימית או ביוכימית. השימוש במילה תלוי בהקשר, אך במקרים רבים מדובר בחומרים המיועדים לשימוש במעבדות או בתהליכי ייצור מסחריים. ריאגנטים משמשים בין השאר לייצור תרופות, לזיהוי חומרים כימיים או ביולוגיים ולהפרדה בין חומרים. בהקשר הביולוגי, ריאגנטים עשויים להכיל גם נוגדנים, אנזימים או חומצות גרעין כמו DNA. במקרים רבים תמיסות הריאגנטים כוללות גם בּוּפֶרִים (Buffers), שהם תמיסות השומרות על תנאי הסביבה הקבועים הדרושים לביצוע תהליך מסוים – למשל חומציות.
קיימות כיום שתי שיטות לאבחון מחלת הקורונה (COVID-19). אחת בודקת נוכחות של הנגיף בגוף (בדיקה מולקולרית) והאחרת מבוססת על נוכחות נוגדנים שהגוף מייצר לאחר החשיפה לנגיף (בדיקה סרולוגית). מדענים רבים מנסים לפתח שיטות בדיקה נוספות, או לשכלל את השיטות הקיימות, אך אלה תהליכים שלוקחים זמן רב.
מכיוון שעובר זמן מההידבקות בנגיף עד שהגוף מייצר נוגדנים, ואנו מעוניינים לקבל תוצאות בשלב מוקדם ככל האפשר של ההדבקה, האבחון כיום מבוסס בעיקר על בדיקה מולקולרית לנוכחות החומר הגנטי של נגיפי SARS-CoV-2 בדגימה שלוקחים מדרכי הנשימה.
הבדיקה מורכבת מכמה שלבים, ולכל אחד מהם דרושים ריאגנטים אחרים.
ערכה לבדיקת קורונה של המרכז האמריקאי לבקרת מחלות (CDC), המכיל מגוון ריאגנטים. מקור: CDC, נחלת הכלל
העברה: מהנבדק למעבדה
השלב הראשון בתהליך הבדיקה הוא נטילת דגימה מרירית פנים האף, בשני הנחיריים, ומהלוע של הנבדק. עושים זאת בעזרת מטוש שהוא מעין מקל ארוך שבקצהו פוליאסטר דמוי צמר גפן, או חומר דומה, שהנגיף נספח אליו. את המטוש עם הדגימה מכניסים למבחנה המכילה נוזל העברה, שאליו עוברים הנגיפים מהמטוש. כדי לתמוך בנגיפים לאורך זמן על הנוזל להיות סטרילי, בעל חומציות ורמת מלחים יציבות המתאימות לנגיפים, וכן עליו להכיל חומרי שימור וחומרים אנטיביוטיים נגד חיידקים ופטריות. "אסור שנוזל ההעברה יפריע לתהליכי בדיקת הדגימה או יפגע בנגיפים. לצורך אישורם אנו מוודאים שכל הסוגים של נוזלי ההעברה שאנחנו מקבלים מתאימים להיות מעבירים של נגיפים, ויעילים במערכות שלנו", מסבירה ד"ר אורנה מור, מנהלת המעבדה לווירולוגיה קלינית והמרכז הארצי ל-HIV ולנגיפי דלקת הכבד של משרד הבריאות, בבית החולים שיבא. "המטושים ונוזלי ההעברה הם גורמים המגבילים את מספר הבדיקות שניתן לבצע, מכיוון שבשלב מסוים היה מחסור שלהם. נכון להיום אין לנו מחסור משמעותי בהם".
מחסור עולמי בריאגנטים מגביל את קצב הבדיקות. ד"ר אורנה מור | צילום באדיבותה
מיצוי: להישאר עם החומר הגנטי
בשלב השני דגימות מגיעות בקירור למעבדה, שם מוסיפים ריאגנט שהורס את הפעילות המידבקת של הנגיף (viral inactivation) כדי שלא לחשוף את עובדי המעבדה לסכנת הידבקות. זה נעשה למשל באמצעות חומרים שהורסים את המעטפת החלבונית של הנגיף, בלי לפגוע בחומר הגנטי שלו, הדרוש להמשך הבדיקה. יש גם נוזלי העברה המשביתים את הנגיף עוד לפני הגעתו למעבדה, אך הם עדיין לא נכנסו לשימוש בישראל.
בשלב השלישי ממצים מנוזל ההעברה את החומר הגנטי של הנגיף, שבמקרה של SARS-CoV-2 הוא RNA. בשלב המיצוי (extraction) מוסיפים חומרים שהורסים את המעטפת השומנית של הנגיף, מוספים חומרים הקושרים את מולקולות ה-RNA, למשל לחלקיקים מגנטיים, ושוטפים את כל שאר המרכיבים בנוזל, שעלולים לפגוע בשלבים הבאים של הבדיקה. בניגוד ל-DNA, שהוא מולקולה יציבה מאוד, RNA מתפרק בקלות יחסית, והריאגנטים בשלב המיצוי חייבים לשמור על שלמותו, וכן למנוע מאנזימים בדגימה לפרק אותו, בעיקר אנזימי ריבונוקלאז (Ribonuclease, או בקיצור RNAse), שתפקידם - כפי שאפשר להבין משמם - הוא לפרק RNA. אלו אנזימים עמידים מאוד ופעילים, הנמצאים בכל האורגניזמים ואף בסביבה - על בני אדם, אבק, כלי מעבדה ובתוך כימיקלים. עיכוב אנזימי הריבונוקלאז יכול להתבצע למשל בעזרת כימיקלים שהורסים את המבנה שלהם בתהליך שנקרא דנטורציה, חומרים המשנים קשרים כימיים של מרכיבי האנזימים, או בעזרת חלבונים הנקשרים אל האתר הפעיל של הריבונוקלאז ובכך מונעים ממנו לפרק RNA.
"מיצוי חומצות הגרעין צריך להיות יעיל, וחשוב גם שלא יהיו בתמיסה הסופית מרכיבים שיפגעו בפעילות האנזימים החיוניים לבדיקת ה-PCR בהמשך התהליך", מציינת מור. "מכיוון שבכל העולם עושים כעת בדיקות כאלה, נוצר מחסור זמני בריאגנטים הקשורים למיצוי והוא מגביל את קצב הבדיקות".
האנזימים משכפלים מיליארדי עותקים של הגנים המבוקשים. מכשיר לבדיקת PCR | צילום: Oleksii Fedorenko, Shutterstock
בדיקה סופית: לראות את האור
השלב הבא הוא בדיקת החומר הגנטי של הנגיף במכשיר RT-PCR בזמן אמת. בדיקת PCR (קיצור של Polymerase Chain Reaction) מבוססת על יצירת עותקים רבים של מקטע DNA שאנו יודעים את הרצף שלו. מכיוון שהחומר הגנטי של הנגיף הוא RNA, ממירים אותו ל-DNA בתהליך שנקרא שעתוק לאחור (Reverse transcription). ל-DNA שנוצר מוסיפים מקטעים קצרים של DNA הנקשרים לקצוות של גנים מסוימים, במקרה זה – גנים ייחודיים לנגיף SARS-CoV-2. אנזימים מתאימים משכפלים את מקטעי ה-DNA של הגנים הייחודיים. אם הדגימה הכילה מספר קטן של נגיפי SARS-CoV-2, בתהליך השכפול יווצרו מיליארדי עותקים של אותם מקטעי DNA ייחודיים שבחרנו.
את המולקולות שמהן האנזימים בבדיקה יוצרים את רצף ה-DNA מסמנים בסמן פלואורסצנטי, חומר שזוהר בצבע מסוים כשמאירים עליו. לפי עוצמת האור של ה-DNA ששוכפל במכשיר אפשר להעריך את ריכוז הגנים האלה, ומכיוון שאנו יודעים כמה מחזורי הכפלה בוצעו בבדיקה, אפשר לחשב את הכמות ההתחלתית של החומר הגנטי, כלומר לדעת איזו כמות של נגיפים הייתה בדגימה שנטלנו.
הריאגנטים המשמשים בבדיקת ה-PCR כוללים אנזימים; נוקלאוטידים, המרכיבים את חומצות הגרעין (DNA ו-RNA); וכן מקטעים של חומצות גרעין. כל מקטע ממלא תפקיד ייעודי: חלקם נקשרים לקצה ה-RNA ומאפשרים לאנזים מסוים ליצור ממנו עותק DNA, אחרים, שנקראים תחלים (Primers) נקשרים לקצוות מקטעי ה-DNA ומאפשרים לאנזים אחר לייצר על כל גדיל DNA את הגדיל המשלים אותו לקבלת סליל כפול, וישנם מקטעים הנקראים גלאים (Probes) המכילים חומר פלואורסצנטי ופולטים אור. התחלים והגלאים המשמשים בבדיקה הם ספציפיים לגנים מסוימים של נגיף SARS-CoV-2, וכדי לייצר אותם עלינו להכיר את רצף ה-RNA של הנגיף. יש כמה גנים כאלה שמקובל לבדוק, והדבר מאפשר גמישות מסוימת בתהליך הבדיקה.
בימים כתיקונם מעבדות מחקר אינן צריכות לייצר בעצמן את הריאגנטים לבדיקה. חברות מסחריות מוכרות ערכות לביצוע חלקים שונים של הבדיקה. החלק הראשון הכולל את המטושים, המבחנות ונוזל ההעברה, החלק השני מכיל את הריאגנטים הקשורים למיצוי והחלק השלישי את החומרים הקשורים לזיהוי הנגיף. "לא כל הערכות המיובאות המשמשות לזיהוי הנגיף עברו בהצלחה תיקוף ובדיקה שהן אכן מתאימות לזיהוי הנגיף במעבדה קלינית", מדגישה מור. "לכן ייתכן בעתיד מחסור גם במשאב הזה". בכל מקרה, כשבעולם כולו יש לפתע צורך דחוף בכמויות עצומות של הריאגנטים לבדיקות, ייתכן שיהיה צורך בייצור מקומי של הריאגנטים לשלושת שלבי הבדיקה, ודאי אם מתכוונים להרחיב בשיעור ניכר את היקף הבדיקות לאוכלוסייה.