זכר או נקבה בהזמנה

באמצעות טכנולוגיה לעריכת גֵנים, הצליחו מדענים לגרום לעכברות להמליט עכברים ממין (זוויג) אחד בלבד. למחקר יש השלכות חשובות על שיפור רווחת בעלי החיים המשמשים למחקר מדעי ולחקלאות, ועל מניעת השמדתם של צאצאים מהמין הפחות "שימושי".

כבר אלפי שנים בני האדם רותמים בעלי חיים לצרכיהם. מה שהחל בגידול בעלי חיים למזון, משא ורכיבה התפתח בעשרות השנים האחרונות גם לשימוש לצרכי מחקר. לצד הדיון המוסרי והאתי בנוגע לשימוש בבעלי חיים למטרות מחקר, ברור כי הוא תרם תרומה מכרעת להבנת הבסיס הביולוגי של מערכות חיות, להבנת מחלות, לקידום הרפואה ולהארכת תוחלת החיים האנושית.

אולם פעמים רבות אנו זקוקים לפרטים ממין אחד בלבד של בעל החיים. למשל בתעשיית החלב זקוקים לפרות נקבות בלבד. גם תעשיית הביצים זקוקה רק לתרנגולות נקבות שמסוגלות להטיל ביצים, ואילו בגידול בקר למאכל נוטים להעדיף עגלים זכרים, כיוון שהם גדלים מהר יותר ובבשרם יש פחות שומן.

גם במדע יש תחומי מחקר שבהם נדרשות חיות מעבדה ממין אחד בלבד. כך קורה למשל בתחומים העוסקים בחקר הורמונים ובמערכת הרבייה הנקבית או הזכרית, מחקרים העוסקים במחלות האופייניות למין אחד כמו סרטן השד, השחלות או הערמונית. במצבים אלו נוהגים להרוג גורים מהמין הלא נחוץ זמן קצר אחרי לידתם.

כדי לצמצם את הפגיעה הזאת בבעלי החיים פותחו בעבר שיטות שמאפשרות להטות את היחס בין זכרים לנקבות בלידה. שיטות כאלה כללו למשל מיון תאי זרע על פי משקל כרומוזומי המין, הפרדה בין תאי זרע זכריים או נקביים על פי מהירות תנועתם או החדרת "גֵן להתאבדות" שמצמצם את מספר העוברים מאחד המינים. אך יעילותן של השיטות הללו מוגבלת ולעיתים הן כרוכות בסבל לאם או לעוברים.

כדי למנוע חיסול בעלי חיים שאינם רצויים עולה הצורך לפתח שיטות יעילות שיובילו להמלטה של עוברים ממין אחד בלבד. שיטות כאלה לא רק ימנעו סבל רב מבעלי החיים, אלא גם יחסכו הוצאות מיותרות בענפי החקלאות וביישומיי המחקר המדעי.

מערכת CRISPR-Cas9 המשמשת לעריכת גנים. מולקולת RNA מובילה את האנזים Cas9 לאתר המטרה ב-DNA | איור: Nathan Devery, Shutterstock

עריכת גֵנים

לפני כמה שנים הצליחו חוקרים מאוניברסיטת תל אביב להטות באמצעות טכנולוגיית CRISPR את מין הילוד אצל עכברים, כך שימליטו בעיקר נקבות. עם זאת, השיטה לא הייתה מושלמת ועדיין נוצרו גם זכרים מעטים. כעת, במחקר שפורסם בכתב העת Nature Communications השתמשו מדענים בטכנולוגיה דומה כדי ליצור ביעילות של 100 אחוז עוברים ממין אחד בלבד – זכרים או נקבות.

CRISPR היא שיטה לעריכת גֵנים, כלומר להכנסת שינויים ב-DNA, שמבוססת על מנגנון הגנה שבו חיידקים מסוימים משתמשים כדי לפגוע בנגיפים התוקפים אותם. על חלקן בפיתוח השיטה זכו המדעניות עמנואל שרפנטייה (Charpentier) וג'ניפר דאודנה (Doudna) בפרס נובל לכימיה לשנת 2020.המערכת כוללת שני מרכיבים עיקריים. הראשון הוא אנזים בשם Cas9, שחותך את רצף ה-DNA לשניים, כמו מספריים זעירים. כדי להנחות את האנזים בדיוק לנקודה הדרושה ב-DNA משתמשים במולקולה שנקראת RNA מוביל, או RNA מנחה.

ברירת עוברים

החוקרים בחרו לכוון את מערכת ה-CRISPR לגֵן בשם Top1, שממלא תפקיד חיוני בהתרבות התאים אחרי ההפריה וביצירת העובר. כשהגֵן נפגע, העובר שנוצר לא יתפתח מעבר לשלב מוקדם ביותר שבו הוא מורכב עדיין מ- 32-16 תאים בלבד. לפיכך, השימוש בטכנולוגיה הזאת מקל על ההתמודדות עם דילמות אתיות הקשורות לעצירת ההיריון, מכיוון שעצירת ההתפתחות של העובר נעשית בשלב מוקדם מאוד, אפילו לפני שהעובר הספיק להשתרש ברחם האם.

כדי להביא ליצירת עוברים מפותחים ממין אחד בלבד, הנדסו החוקרים עכברות ועכברים שנשאו רק רכיב אחד של מערכת CRISPR: הנקבות העבירו לביציות שלהן את הגֵן האחראי על ייצור מולקולת ה-RNA המוביל, ואילו תאי הזרע של הזכרים כללו את ההוראות לייצור Cas9. וכך, כשהתרחשה ההפריה, שני המרכיבים נפגשו ונטרלו בתוך זמן קצר את גֵן המטרה – שבלעדיו, כאמור, תאי העובר אינם מתחלקים.

החוכמה והפשטות של השיטה החדשה טמונות בכך שהחוקרים הצמידו את הגֵן שאחראי על ייצור האנזים לאחד מכרמוזומי המין של העכברים הזכרים, שנקראים כרומוזום X וכרומוזום Y. כשהאב מוריש לצאצא את כרומוזום X שלו תיווצר נקבה, וכשהוא מוריש את כרומוזום Y ייווצר עובר זכר. לכן, כשהאנזים נמצא על כרומוזום X של האב, הנקבות שיווצרו מההפריה יקבלו את מנגנון ה-CRISPR בשלמותו והתפתחותן תיעצר בשלב מוקדם. לכן יתפתחו רק עוברים זכרים. אם האנזים נמצא על כרומוזום המין השני יקרה ההפך, ויתפתחו רק נקבות.

החוקרים הצליחו להביא ל-72 המלטות, 36 מכל סוג, וקיבלו בכל המלטה 100 אחוז זכרים או 100 אחוז נקבות, לפי בחירתם. כל גורי העכברים שנולדו היו שלמים ובריאים ומסוגלים להעמיד צאצאים בריאים.

ההפריה קובעת. זיווג של זכר עם Cas9 על כרומוזום X עם נקבה מהונדסת (מימין) יניב רק זכרים. זיווג של זכר עם Cas9 על כרומוזום Y עם נקבה מהונדסת (משמאל) יניב רק נקבות | איור: מריה גורוחובסקי

פיצוי בגודל ההמלטה

החוקרים משערים כי באופן טבעי במהלך הביוץ של עכברות, משתחררות מהשחלה יותר ביציות מהדרוש וחלקן מסולקות בהמשך כדי למנוע צפיפות יתר שתסכן את ההיריון. אך כשמאפשרים מלכתחילה רק לעוברים ממין אחד להתפתח לפני ההשתרשות ברחם, גוברים הסיכויים של העוברים ששרדו לשגשג ולהשלים את ההיריון עד סופו.

החוקרים מציינים שמכיוון שהגֵן Top1 קיים אצל יונקים רבים, ולא רק אצל עכברים, ייתכן שיהיה אפשר ליישם את השיטה גם על בעלי חיים נוספים. לשם כך יהיה צורך לבחון את הבטיחות והיעילות של השיטה על בעלי חיים שונים ואת ההשלכות המוסריות והרגולטוריות של מניפולציות כאלה – במיוחד כשמדובר בבעלי חיים המשמשים למאכל ולצרכים חקלאיים אחרים. עם זאת כבר כיום אפשר ליישם את השיטה על בעלי חיים לצורכי מחקר והיא תסייע לשמור על רווחתם ולהפחית הרג מיותר.

האם בקרוב נוכל ליישם את השיטה גם כדי לבחור את מינם של עוברים אנושיים? סביר להניח שלא. מעבר להיבט המוסרי, כדי להתאים את השיטה לבני אדם יש לעשות שינויים גנטיים גם בהורים, דבר שלא בא בחשבון כשמדובר בבני אדם. בעיה נוספת היא שהשיטה לא מספיק בטוחה. קיימת סכנה שהמנגנון יכניס שינויים גם ברצפי גֵנים אחרים הדומים לרצף המטרה, וייווצרו מוטציות לא רצויות. כמו כן, הטכנולוגיה לא מתאימה להיריון האופייני לבני אדם, שהוא ארוך וכולל בדרך כלל צאצא אחד בלבד, או שניים בלידת תאומים.