מדענים יצרו את היצור החי הסינתטי למחצה הראשון

פרופ’ פלויד רומסברג ועמיתיו ממכון סקריפט הראו כעת כי האורגניזם החד-תאי שהנדסו יכול לשמור לנצח על זוג הבסיסים הסינתטיים בעת חלוקתו

הקוד הגנטי של החיים מכיל ארבעה בסיסים טבעיים. בסיסים אלה משתדכים ליצירת שני “זוגות בסיסים” – משני צדי סולם ה-DNA – והם פשוט מסודרים מחדש כדי ליצור יצורים שונים: חיידקים ופרפרים, פינגווינים ואנשים. ארבעה בסיסים אחראים על כל החיים כפי שאנו מכירים אותה.

מדענים במכון המחקר SCRIPPS (TSRI) מודיעים על הפיתוח של האורגניזם הסינתטי למחצה היציב הראשון בהתבסס על מחקרם משנת 2014.

במחקרם משנת 2014 שבו הצליחו לסנתז זוג בסיסי DNA, יצרו החוקרים חיידק חדש המשתמש בארבעת הבסיסים הטבעיים (הקרויים: ,A T, C ו- G), אבל גם מכיל זוג בסיסים סינתטיים בשם X ו-Y בקוד הגנטי שלו.

פרופ’ פלויד רומסברג ועמיתיו ממכון סקריפט הראו כעת כי האורגניזם החד-תאי שהנדסו יכול לשמור לנצח על זוג הבסיסים הסינתטיים בעת חלוקתו. המחקר התפרסם ב-23 בינואר 2017 בגרסה המקוונת של כתב העת PNAS .

“בנינו את האורגניזם הזה דומה יותר לאורגניזם חי” אומר רומסברג, המחבר הראשי של המאמר. בעוד ששימושים מעשיים ביצור כזה עדיין רחוקים מלהעשות, החוקרים אומרים כי עבודתם יכולה לשמש ליצירת תכונות חדשות ביצורים חד תאיים שישחקו תפקיד חשוב בגילוי תרופות ובעוד יישומים.

בניית אורגניזם ייחודי

כאשר רומסברג ועמיתיו הודיעו על הפיתוח של בסיסי X ו- Y בשנת 2014, הם הראו גם כי חיידקי E. coli מהונדסים יכולים להחזיק זוג בסיסים סינתטי כזה בקוד הגנטי שלהם. מה שהחיידק זה לא יכול היה לעשות הוא לשמור על זוג הבסיסים החדשים בקוד הגנטי שלהם ללא הגבלת זמן בעת חלוקת התא. צמדי בסיסי X ו- Y נדחקו לאורך הזמן דבר שהגביל את הדרכים שבהן האורגניזם יכול להשתמש במידע הנוסף הנמצא ב-DNA שלהם.

“הגנום שלנו לא אמור להיות יציב רק למשך יום אחד” אמר רומסברג. “הגנום צריך להיות יציב לאורך כל החיים. אם אורגניזם סינתטי למחצה הולך באמת להיות יצור חי, הוא חייב להיות מסוגל לשמור על המידע הזה באופן יציב.”

ביחד עם תלמיד המחקר יורקה זאנג ובריאן לאמב, עמית פוסט דוקטורט במעבדו של רומסברג מטעם האגודה האמריקנית למלחמה בסרטן באותה התקופה, הם סייעו לפתח את האמצעים לכך שיצור חד תאי יוכל לשמר את זוג הבסיסים המלאכותיים.

ראשית ביצעו זאנג ולאמב אופטימיזציה לכלי המולקולרי המכונה nucleotide transporter המביא את החומרים הדרושים לזוג הבסיסים המלאכותיים כדי שאפשר יהיה להעתיקם מעבר לקרום התא. “הטרנספורטר בו השתמשו במחקר של 2014, אך הוא גרם ליצור הסינתטי למחצה להיות מאוד חולה” הסביר זאנג. החוקרים גילו כיצד ניתן להתאים את הטרנספורטר כדי להתגבר על הבעיה ולהקל על היצור לגדול ולהתחלק תוך שמירה על בסיסי ה-X וה-Y.

בנוסף ביצעו החוקרים אופטימיזציה לגרסה קודמת של בסיס Y. בסיס Y החדש היה מולקולה שונה מבחינה כימית שהאנזימים המסתנזים את מולקולות הDNA במהלך שכפולה יוכלו לזהות אותה. הדבר הקל על התאים להעתיק את זוג הבסיסים הסינתטיים.

שימוש חדש CRISPR-Cas9

לבסוף, פיתחו החוקרים מערכת “בדיקת איות” עבור האורגניזם באמצעות CRISPR-Cas9, כלי פופולרי יותר ויותר המשמש גם בניסוי עריכת הגנום האנושי. אבל במקום לערוך גנום, החוקרים ניצלו התפקיד המקורי של CRISPR-Cas9 בחיידקים.

הכלי הגנטי CRISPR-Cas9 מקורו בתגובה חיסונית של חיידקים. כאשר חיידק פוגש איום, כמו וירוס, הוא לוקח שברי גנום של הווירוס הפולש ומדביק אותם בגנום שלו עצמו. מאוחר יותר, הוא יכול להשתמש בגנים המודבקים כדי לכוון אנזים לתקיפת הפולש במקרה של חזרתו.

ביודעם זאת, החוקרים תכננו את האורגניזם שלהם כך שיזהה רצף גנטי ללא X ו- Y כפולש זר. תא ללא X ו- Y יושמד, וכך נשארים המדענים עם יצור שיכול להיאחז בבסיסים החדשים. כך הם הקנו לאורגניזם חסינות מפני אובדן בסיס הזוגות הלא טבעיים. “הצלחנו לטפל בבעיה ברמה הבסיסית,” אמר לאמב, שמשמש היום כמדען חוקר ב- Vertex Pharmaceuticals.

האורגניזם הסינתטי למחצה הצליח לשמר את זוגות X ו- Y אחרי 60 חלוקות, מה שמוביל את החוקרים להאמין שהוא יכול להיאחז בזוג הבסיסים ללא הגבלת זמן.

לדברי רומסברג. “ההצלחה מצביעה על כך שכל התהליכים של החיים יכולים להיות כפופים למניפולציה.”

בסיס למחקר עתידי

רומסברג מדגיש כי המחקר בוצע רק בחד תאיים ואין בכוונתם להשתמש בו ביצורים מורכבים יותר. לדבריו, מספר היישומים הנוכחיים לפיתוח שלו הוא אפס בעת הזו. עד כה הצליחו המדענים לגרום רק לכך שהאורגניזם יאגור את המידע הגנטי. בשלב הבא החוקרים מתכננים לחקור כיצד הקוד הגנטי החדש יכול להיות משועתק ל-RNA, המולקולה האחראית לתרגום הDNA לחלבונים. “המחקר מניח את התשתיות למה שאנו צריכים לעשות כדי להתקדם” אומר זאנג.

עוד בנושא באתר הידען:

• ראיון עם אחד ממפתחי ה-CRISPR-Cas9
• התקדמות בתחום הביולוגיה הסינתטית והמיחשוב הביולוגי
• שפת תכנות לבניית DNA סינתטי