חוקרים של Mayo Clinic הפסיקו פעולת גנים של דגי זברה ואחר כך חידשו את פעולתם

המחקר עשוי לשפוך אור על בעיות רפואיות דוגמת צורת ההתפשטות של תאים סרטניים, מדוע אנשים מסוימים חשופים יותר להתקפי לב או איזה תפקיד ממלאים הגנים בהתמכרויות 

חוקרים של Mayo Clinic תכננו כלי חדש שמסייע לגלות תפקוד של חלבונים על סמך הקוד הגנטי. צוות החוקרים, שבראשו עמד ד”ר סטיבן אקר, הצליח להפסיק פעולה של גנים נפרדים ואחר כך לחדש את פעולתם ולצפות בהתפתחות העוברים והדגיגים. המחקר פורסם בכתב העת Nature Methods.
המחקר עשוי לשפוך אור על בעיות רפואיות דוגמת צורת ההתפשטות של תאים סרטניים, מדוע אנשים מסוימים חשופים יותר להתקפי לב או איזה תפקיד ממלאים הגנים בהתמכרויות. בשיטה זו ניתן לחקור גם סוגיות מורכבות יותר, דוגמת הגנטיקה של ההתנהגות, הגמישות והזיכרון של התאים, לחץ, למידה ואפיגנטיקה.

המחקר שנערך במתקן לדגי זברה (Zebrafish Core Facility) של Mayo Clinic עשוי לתרום לאיחוד בין הביולוגיה לבין הגנטיקה ולתאר את המרקם המורכב של היחסים ההדדיים בין ה-DNA, תפקוד הגן והביטוי או המעבר של הגנים והחלבונים. במחקר נבדקו ביטויי החלבון והתפקוד של 350 מקומות (loci) מבין כ-25,000 גנים בקידוד חלבון. החוקרים מתכוונים לגלות 2,000 מקומות נוספים.
“בעיניי, מערכת זו היא ארגז כלים שיכול לתת תשובות לשאלות מדעיות יסודיות” אמר ד”ר אקר, ביולוג מולקולרי של Mayo Clinic והמחבר הראשי של המאמר. “התוצאות פותחות את הדרך לתחום ביולוגי שעד עתה היה בלתי אפשרי, או בלתי מעשי, בשיטות הקיימות של המחקר הגנטי”.

לראשונה אי פעם…

המחקר כולל מספר הישגים חלוציים בחקר הגנטיקה. הישגים אלה כוללים יכולת הפיכה להחדיר בצורה יעילה מוטגן טרנספוזוני. כמעט בכל המקומות שנבחנו, עלה שיעור הביטוי האנדוגני על 99 אחוזים.
המחקר הניב אוסף ראשון של אללים מוטנטים מותנים שלא בעכבר; בניגוד לאללים המותנים הפופולאריים בעכברים, שעוברים ממצב פעולה להפסקת פעולה, עוברים המוטנטים המותנים בדגי הזברה ממצב של הפסקת פעולה למצב פעולה – ובכך מציעים תובנות חדשות על דרישות מקומיות של גנים. המערכת הטרנספוזונית כוללת כרומוזומים מוטנטים עם תיוג פלואורסצנטי, דבר שפותח את הדלת לעולם גנטי חדש שעד כה היה קשה מאוד להשיג, או כלל לא ניתן היה להשיג, בשיטות המוט-גנטיות המקובלות, דוגמת החדרה כימית או רטרו-ויראלית.
הפרויקט מייצג גם הישג ראשון נוסף במוטציה של בעלי חוליות. בזכות השקיפות הטבעית של גופם של דגיגי הזברה, הצליחו החוקרים לתעד את תפקוד הגנים והדינמיקה של החלבונים, ולמצוא קשרים בין הביטוי של הגנים או החלבונים לבין התפקוד במערכת בודדת, כדי לספק קשרים גנטיים ישירים.
בכוונת החוקרים לשלב מידע מהמחקר בקודקס גנטי חדש, שיוכל לשמש כנקודת ייחוס למידע המאוחסן בגנום של בעלי חוליות.

לשפוך אור על מחלות…
החוקרים חשפו דגיגי זברה שקופים לטרנספוזונים – המכונים גם גנים קופצים – משום שהם נעים ברחבי הגנום של התא. הטרנספוזונים הורו לתאים של דגי הזברה לסמן חלבונים מוטנטים ב-‘תגית’ חלבון פלואורסצנטית.
“כך ניתן לחקור מערך חדש ושלם של בעיות” אמר ד”ר אקר. “הדבר מוסיף עוד רמה של מורכבות לפרויקט הגנום”.
הצוות של ד”ר אקר מגדל כ-50,000 דגי זברה במתקן Zebrafish Core Facility. כדי לצפות במוטציות, לצלם ולתעד אותן, בדגים הרבים והזעירים, משתפים חברי הצוות פעולה עם חוקרים מרחבי העולם ומסתייעים גם במורים מבית הספר היסודי הציבורי רוצ’סטר. במסגרת התוכנית של Mayo Clinic ואוניברסיטת ווינונה ((Winona State University, אשר מכונה InSciEd Out (Integrated Science Education Outreach), מתעדים המורים מוטציות ולומדים על השיטה המדעית.
על החברים הנוספים בצוות החוקרים נמנים ד”ר קרל קלרק; ד”ר יונג דינג; סטפני ווסטקוט; ויקטוריה בדל; תמי גרינווד; מרק אורבן; קימברלי סקוסטר; ד”ר אנדרו פטצולד; ד”ר ג’ון ני; וד”ר קסיאלואי קסו, כולם מ-Mayo Clinic; ד”ר דריוס בלקיונס; אודרי נילסן; וד”ר סרידהאר סיווסובו, כולם מאוניברסיטת מינסוטה; ד”ר הנס-מרטין פוגודה, וד”ר מתיאס המרשמידט מאוניברסיטת קלן בגרמניה; ואשוק פתוברי וד”ר וינוד סקריה מהמכון לגנטיקה וביולוגיה משלבת בניו דלהי.

את המחקר מימנו המכון הלאומי למלחמה בסמים ((The National Institute on Drug Abuse, המכון הלאומי למדעים רפואיים כלליים (National Institute of General Medical Sciences), המכון הלאומי לסוכרת ומחלות של דרכי העיכול והכליות (National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases), וכן Mayo Clinic.