השאלה המקורית: שלום רב, כיצד יכול גילוי הדנ"א להועיל ולעזור, ובאילו תחומים? אהרון
שלום אהרון,
צאצאים דומים להוריהם – את זה כל ילד רואה, אבל רק במאה ה-19 ניסח הנזיר גרגור מנדל את חוקי התורשה. מנדל הסיק שקיימות יחידות בדידות שקובעות את תכונותיו של הנושא אותן ועוברות בתורשה לצאצאיו. בצמחי האפונה שהוא חקר היחידות האלה שלטו בתכונות כמו צבע הפרח, צורת התרמיל וגובה הצמח. מאוחר יותר זכו היחידות האלה לשם "גנים", ואוסף כל הגנים של יצור נקרא "גנום".
אולם במשך זמן רב לא ברור היה מהו טיבם של הגנים האלה – היכן הם נמצאים? מאיזה חומר הם עשויים? רק בשנות ה-50 של המאה הקודמת החלה התמונה להתבהר: הגנים מקודדים במולקולה שנקראת דנ"א– חומצה דאוקסי-ריבונוקלאית.
גילוי הדנ"א היה "המפץ הגדול" של הביולוגיה המולקולרית, התחום שחוקר איך פועלים תאים חיים. המנגנון נחשף: תוכניות המתאר שקובעות את תכונות התא מאוחסנות בדנ"א ומכונות תאיות מיוחדות מתרגמות את המידע שבהן לחלבונים, שממלאים בתורם תפקידים שונים בתא. כמעט כל מחקר שנעשה כיום בביולוגיה מתבסס כיום על הגילוי הזה, וגם הרפואה, המחקר, החקלאות, המשפט והתעשייה עושים בו שימוש.
הנדסה גנטית
ירקות ופירות רבים שאנו אוכלים כיום עברו הנדסה גנטית, כלומר בגנום שלהם נעשו שינויים שעושים אותם קלים יותר לגידול ולשיווק או מוסיפים להם ערך תזונתי. יש למשל זן של תירס שהוסיפו לו גן שמקנה לו עמידות בפני חרקים מזיקים. מקורו של הגן הזה בחיידק שמייצר חומר שרעיל לאותם חרקים, וכשהתירס מייצר גם הוא את אותו חומר הוא הופך חסין מפניהם.
אפשר גם להעניק לצמח עמידות מפני חומרי הדברה מסוימים, כדי שיקטלו רק את העשבים השוטים בשדה ולא את הגידול שהחקלאי מבקש לטפח. מעריכים שכ-90 אחוז מיבולי התירס, הכותנה והסויה שנמכרו בארצות הברית בשנת 2014 היו מהונדסים גנטית.
אפשר להשתמש בהנדסה גנטית גם כדי לשפר את ערכו התזונתי של צמח, כפי שנעשה למשל עם האורז המוזהב. זהו זן של אורז שגן שהוסיפו לו גרם לו לייצר בטא קרוטן – החומר שממנו הגוף מייצר ויטמין A. במדינות מתפתחות רבות אנשים סובלים ממחסור בוויטמין הזה בעקבות תזונה לקויה, ומעריכים שבעקבות זאת מתים 2-1 מיליון אנשים בשנה. מאחר שברבות מהמדינות האלה, דוגמת הודו, אורז הוא רכיב עיקרי בתזונה, מקווים ששילובו של אורז מוזהב בתפריט המקומי יסייע לפתור את הבעיה.
אורז מוזהב | צילום: באדיבות IRRI(International Rice Research Institute)
גנטיקה רפואית
ברפואה תרם גילוי הדנ"א, ובעקבותיו ריצוף הגנום האנושי, להבנת מקורן של מחלות תורשתיות. תסמונת דאון, והמחלות טאי זקס וסיסטיק פיברוזיס, לדוגמה, נובעות משינויים ספציפיים בגנום של האדם הסובל מהן. כיום אפשר לאבחן בעיות כאלה כבר אצל עוברים ברחם אמם.
כמו כן התגלו מאפיינים גנטיים שהם גורמי סיכון משמעותיים למחלות. לדוגמה, BRCA-1 ו-BRCA-2 הם גנים שתפקידם למנוע חלוקה לא מבוקרת של תאים. מוטציה בהם, כלומר שינוי ברצף ה-דנ"א של הגן, מעלה באופן משמעותי את הסיכון ללקות בסרטן השד. כיום יכולות נשים עם היסטוריה משפחתית של סרטן השד לבדוק אם הן נושאות את המוטציה הזאת. אם זה אכן המצב, מומלץ להן להיבדק לעתים קרובות לגילוי מוקדם של המחלה הקטלנית או במקרים קיצוניים אף למנוע אותה על ידי כריתת שד, כמו שעשתה השחקנית אנג'לינה ג'ולי לפני שנתיים.
השחקנית אנג'לינה ג'ולי. אבחון מוקדם | צילום: גייג' סקידמור, ויקיפדיה
יצורים מהונדסים גנטיים משמשים גם לייצור תרופות. כיום משתמשים למשל בחיידקים שבדנ"א שלהם הושתל הגן האנושי לייצור אינסולין, כדי לגרום להם לייצר את החלבון ולתת אותו לחולי סוכרת שזקוקים לו. גם חולים בהמופיליה, שסובלים מבעיות בקרישת הדם, מקבלים את החלבונים החסרים להם – פקטורי קרישה – מחיידקים שהוסף להם הגן המקודד לחלבונים אלה.
אפילו עזים נרתמו למשימה של ייצור תרופות: מדענים יצרו זן של עז מהונדסת גנטית שהחלב שלה מכיל כמות גבוהה של חלבון נוגד קרישה בשם אנטיתרומבין, שחסר לחולים במחלה גנטית שמתאפיינת בבעיות בקרישת הדם.
במחקר ברפואה ובביולוגיה, משתמשים בגנים פלורוסנטיים של מדוזה כדי לחקור תאים שונים – למשל תאים של חיידקים, עכברים או תאי סרטן. אצל מדוזות הגנים האלה קיימים באופן טבעי וגורמים להן לזהור במים. כשמוסיפים את הגנים האלה במקום ספציפיים אצל היצור הנחקר אפשר לגלות מתי והיכן מיוצרים בתאיו חלבונים מסוימים, בזכות הפלורסנטיות שלהם. בסרטון הבא אפשר לראות למשל את החלבונים שמשתתפים בחלוקת התא בפעולה.
תהליך החלוקה של תאי כליות של יונקים. החלבון הירוק נצבע בזכות גנים שמקורם במדוזה והאדום מקורו באלמוג.
זיהוי פלילי
בעולם המשפט נעזרים בכך שרצף הדנ"א של כל אדם מיוחד רק לו. אמנם 99.9 אחוז מהגנום זהה אצל כל בני האדם, אבל לכל אחד מאיתנו יש אזורים ייחודיים ברצף הדנ"א ואפשר לזהות אותם בבדיקת סמני דנ"א. אם בשתי דגימות דנ"א נמצא שהסמנים זהים סימן שמקורן באותו אדם, אלא אם כן יש לו תאום זהה שהרצף הגנטי שלו זהה. העובדה הזאת מאפשרת לקשור חשודים לזירת הפשע: אם נמצאה בזירת הפשע דגימת דנ"א שזוהתה כשייכת לחשוד, אפשר להוכיח שהוא היה במקום.
בדיקת סמני דנ"א יכולה לסייע גם בזיהוי קרבה משפחתית בין שני אנשים. אנו מקבלים כחצי מהדנ"א שלנו מאבינו והמחצית השנייה מאמנו, כך שאם הדמיון בין דגימות של שני אנשים הוא 50 אחוז אפשר להניח שיש ביניהם קרבה מדרגה ראשונה – הורה וילדו או שני אחים. דמיון של 25 אחוז יעיד על קרבה רחוקה יותר, כמו זו של בני דודים או סב ונכדתו. באמצעות הבדיקה הזו אפשר להוכיח למשל שאביו של ילד הוא אכן אביו הביולוגי.
רובוטים מדנ"א
ויש חוקרים שעושים שימוש בידע על המבנה הכימי של מולקולת הדנ"א כדי לבנות מכונות מיקרוסקופיות עשויות דנ"א. המבנים האלה של דנ"א אינם קיימים בתאים בטבע, שבהם המולקולה נמצאת בתצורה של גדיל סלילי כפול. החוקרים משתמשים בטכניקה שנקראת "אוריגמי דנ"א", על שם טכניקת קיפול הנייר היפנית, כדי לייצר את המבנים האלה במעבדה.
בדרך הזאת יצרו למשל מעין כספת מיקרוסקופית עשויה דנ"א, שיכולה להיפתח רק בנוכחות צירוף חלבונים מסוים. ב"כספת" הזאת אפשר להטמין תרופה שהורגת תאים ולפתוח אותה רק כשהיא מזהה תאי סרטן שמציגים את צירוף החלבונים הנכון. כך מקווים שאפשר יהיה לתקוף רק תאים מזיקים בלי לפגוע בתאים הבריאים הסמוכים להם. הטכנולוגיה הזאת נמצאת עדיין בשלבי מחקר ופיתוח, אך אבות טיפוס ראשונים כבר נוצרו.
ייצורם ושימושיהם של ננו-רובוטים עשויים דנ"א
בומרנג – בחזרה אליך
אילו שימושים יכולים להיות לגילוי הדנ"א במחקר ההיסטוריה של האדם?
יעל כורם
המחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
