הצלופח ששינה אותי

מדי יום מדענים מחשמלים תאים באמצעות זרם חשמלי חזק ומהיר. הטכנולוגיה הזו, המכונה "אלקטרופורציה", מאפשרת לחוקרים להכניס DNA זר לתאים וכך להנדס אותם גנטית. כל שצריך הוא לקחת את התאים ואת מקטעי החומר התורשתי שרוצים להחדיר לתוכם, להכניס אותם למבחנה עם מעט נוזל, לחבר אליה אלקטרודה, ולהפעיל זרם לרגע. התהליך יקרה מעצמו.

מתברר שתנאים די דומים לאלו שנדרשים לאלקטרופורציה במעבדה קיימים גם בטבע. הצלופח החשמלי (.Electrophorus sp) הוא דג שפולט באופן טבעי זרם חשמלי חזק ומהיר, על מנת להמם את טרפו או כהגנה מאויבים. עתה חוקרים מיפן מצאו שהזרמים החשמליים של הצלופח מסוגלים לגרום למקטעי DNA חופשיים לחדור לתאים של דגי זברה בתנאי מעבדה – ממש כפי שעושים מדענים באופן מבוקר.

הזרמים החשמליים של הצלופח מסוגלים לגרום למקטעי DNA חופשיים לחדור לתאים של דגי זברה בתנאי מעבדה. פגית של דג זברה עם DNA זר בתאיה, שגורם להם לזרוח בירוק | Shintaro Sakaki

לא רק חיידקים

מולקולות DNA נמצאות בסביבה כל הזמן. מקורן בעיקר בהתפרקות של יצורים מתים, אך גם בפסולת ובהפרשות כגון צואה וריר. כבר ב-1928 נמצא שחיידקים, לדוגמה, עשויים לספוג DNA מהסביבה. כיום היכולת הזאת מטרידה מאוד את עולם הרפואה,שכן חיידקים מסוגלים להעביר כך זה לזה גֵנים שיעניקו להם עמידות לאנטיביוטיקה. אולם האם גם יצורים מפותחים יותר מסוגלים לספוג DNA מסביבתם?

קבוצת המחקר של אטסו אידה (Iida) מאוניברסיטת קיוטו ביפן ביקשה לבדוק אם השילוב של DNA במים עם הזרם שמפיק הצלופח החשמלי יכול להחדיר DNA זר לתאיהם של בעלי חיים שנמצאים ליד מוקד החשמול. לשם כך הם הרכיבו אקווריום מחובר לאלקטרודות, והצמידו לאלקטרודה החיובית מכל קטן ובו פגיות של דגי הזברה – עוברי דגים שלא סיימו עדיין את התפתחותם. מכל הפגיות הכיל גם DNA בריכוז של מיקרוגרם אחד לכל מיליליטר – ריכוז DNA דומה לזה שקיים בנהר האמזונס. ה-DNA שבו השתמשו כלל גֵן שמייצר חלבון שזורח באור ירוק (GFP). כך, אם הגֵן נכנס לתא והשתלב בחומר התורשתי הרגיל של הפגית, התא יזהר באור ירוק תחת מיקרוסקופ פלואורסצנטי.

כדי לדרבן את הצלופח להפיק את הזרם החשמלי, הכניסו החוקרים לאקווריום דג זהב, שישמש טרף לצלופח. הפגיות ספגו אף הן את מכת החשמל שבאמצעותה הצלופח הימם את טרפו, ויותר מ-90 אחוז מהן שרדו. מבין השורדות, אצל כחמישה אחוזים התגלו תאים שקלטו את ה-DNA הזר וזרחו באור ירוק. רוב התאים המושפעים נמצאו ברקמות החיצוניות ביותר של הפגיות, או בראשיהן. לעומת זאת, אצל פגיות דומות ששהו באקווריום זהה אך לא ספגו מכת חשמל, רק חצי אחוז מהן נצבעו – שיעור נמוך פי עשרה.

סרטון מהמחקר, שמראה את הצלופח החשמלי תוקף את דג הזהב ומהמם אותו:

זוהי הפעם הראשונה שמדענים הצליחו להדגים חדירה של DNA זר לתאיו של בעל חיים רב-תאי חי בעקבות חשיפתו למכה חשמלית של צלופח. למרות ההצלחה של הניסוי, שיעור החדירה נמוך במידה ניכרת בהשוואה לתהליכי אלקטרופורציה שנעשים במעבדה – שם 75-50 אחוז מפגיות דגי הזברה שנחשפו לזרם חשמלי מלאכותי קלטו DNA זר לתאיהם. החוקרים ציינו שהם בדקו בעבר האם המכה החשמלית של הצלופח תצליח להכניס DNA זר לתוך יצורים חד-תאיים כמו חיידקים או סנדליות, אך נכשלו. הם משערים שמכת החשמל שיוצר הצלופח אינה חזקה מספיק לשם כך.

החוקרים מבהירים שהממצאים לא בהכרח מעידים שתהליך דומה של קליטת DNA מהסביבה מתרחש גם בטבע. ואכן, התנאים שבהם נמצאו הפגיות בניסוי אפשרו לזרם החשמלי להשפיע עליהן בעוצמה רבה ובצורה מרוכזת יותר מזו שאפשר למצוא מחוץ למעבדה. האם בכל זאת התהליך הזה מתרחש, גם אם בשיעור נמוך יותר? אם כן, מה המשמעות הסביבתית או האבולוציונית שלו? לא יהיה פשוט לחקור את זה בטבע, אבל אם התהליך מתרחש באופן טבעי, יתכן שזו דרך נוספת שבה בה בעלי חיים זוכים בגֵנים חדשים.