השבב המחולל את המהפכה

כיצד פועלים הגנים בדקות הראשונות להיווצרותו של תא סרטני, אילו גנים פעילים ברקמות של אדם צעיר ואילו ברקמות של זקן – אלה רק חלק מהגילויים שמאפשרים שבבי הדנ”א, כלי חדש ומרתק בחקר הגנום

במעבדה בקליפורניה, הדומה לאלפי מעבדות המחשבים שבעמק הסיליקון, קבוצת טכנאים מרכיבה שבבים באותן שיטות של תעשיית שבבי המחשבים. אלא שהשבבים האלה אינם עשויים משכבות סיליקון. הם עשויים מדנ”א, החומר שצפון בו כל המידע הביולוגי של האדם. ומטרתם – לקרוא את הכמות העצומה של המידע הכתוב ברצף יחידות הדנ”א.

לדברי ביולוגים, שבבי הדנ”א של החברה, אפימטריקס שמה, מעוררים כעת עניין רב יותר מכל תחום אחר בחקר הגנום. המכירות של החברה עלו ברבעון האחרון ב-%115 לעומת הרבעון המקביל אשתקד.

באחרונה החלו אפימטריקס וחברות אחרות לשווק שבבים היכולים לאתר מוטציות העלולות לגרום סרטן וכן שבבים היכולים למדוד את פעילותם של אלפי גנים בו בזמן. “זאת מהפכה במחקר”, אמרה הד”ר שירלי הורן-סבן, מנהלת יחידת שבבי הדנ”א במכון ויצמן למדע. עד כה היתה רק דרך אחת לחקור את המורכבות העצומה של הגנום: מדענים נאלצו לבלות שנים במעבדה בלמידת פעילותו של גן אחד ואחר כך לקשר אותו לפעילות של גן אחר, בתקווה שיום אחד יוכלו לשרטט את תמונת פעילותם של כל הגנים. בעזרת שבבי הדנ”א אפשר לבדוק את הפעילות של אלפי גנים בעת ובעונה אחת.

השבב הוא ריבוע זכוכית, קטן ממטבע של שקל, ארוז במחסנית פלסטיק שחורה. על הזכוכית מודפסים הגנים. החוקר מפיק את הרנ”א (תשליל של הדנ”א המעביר את המתכון לייצור חלבון הכתוב בדנ”א אל האזור בתא שהחלבונים מיוצרים בו, הריבוזום) מהרקמה שברצונו לבדוק. הרנ”א מוזרק לשבב וקטעיו מתחברים במדויק לקטעי הדנ”א המקוריים שלהם, המודפסים על השבב. קטעי הרנ”א נצבעים בצבעים פלורסצנטיים, הפולטים אור, ומכשיר בעל קרן לייזר קורא את השבב. כל הנקודות בשבב שיש בהן התאמה בין הדנ”א לרנ”א יפלטו אור, ואילו נקודות שאין בהן התאמה יישארו חשוכות. ככל שרמת הפעילות של הגן בתא גבוהה יותר, כך ייפלט אור רב יותר מהנקודה המייצגת אותו.

טכנולוגיית שבבי הדנ”א שבתה את לבם של המדענים. השבבים מאפשרים לבדוק את פעילות הגנים בדקות הראשונות של היווצרות תא סרטני ולעקוב אחריו עד שהוא מתחיל לשלוח גרורות. אפשר לבדוק אילו גנים פעילים ברקמות של אדם צעיר ואילו ברקמות של אדם זקן, וכך להתקרב לגילוי הגנים האחראים להזדקנות ולבסוף אף למוות. רק הדמיון משרטט את הגבול, אמרה הורן-סבן.

אחד ממוקדי המחקר בשבבים הוא הגן p53, שפגם בו מאפיין רבים מחולי הסרטן. כאשר הגן תקין, הוא אחראי לבקרת קצב החלוקה של התא. כשהוא פגום, הוא יוצר שרשרת של תהליכים מולקולריים העלולים להוביל להתפתחות סרטן. הפרופ' דוד גבעול ממכון ויצמן והפרופ' גידי רכבי, מנהל המחלקה לאונקולוגיית ילדים במרכז הרפואי שיבא, גילו כי גן ושמו MIC1, שפגם בו עלול לגרום סרטן הערמונית, מופעל למעשה על ידי p53. ניתוח השבב הראה שגם כאשר p53 אינו פעיל, הוא הופך שורה ארוכה של גנים לפעילים ויוצר מצב העלול גם הוא להוביל לסרטן.

ייחודו של השבב, על פי רכבי, “שאתה יכול לגלות מסלולים ביוכימיים שלמים שלא ידעת על קיומם קודם לכן, או לא ידעת שמעורבים בתהליך כזה או אחר. אפשר לקבל תמונות אמיתיות ומשקפות הרבה יותר מאלה שהתקבלו בעבר, כשהיינו מסתכלים על גן אחד או שניים ולפיהם מנסים לחבר תיאוריות. אנחנו רק בראשית הדרך, למעשה קורים בתא עוד עשרות דברים. אבל חלק גדול מהבעיות שנחשבו לכאלה שאין להבינן – כיום נדמה שבעוד שנים לא רבות יהיו מובנות”.

כמויות המידע האדירות שמניב ניתוח השבב מציבות אתגר חדש: איך לעבד מידע כה רב. בשבב ששיווקה אפימטריקס לפני כחודשיים כבר יש 35 אלף גנים. סריקת השבב מודדת את פעילותו של כל אחד מהם. אבל רבים מהגנים האלה עדיין אינם מוכרים, אין יודעים היכן הם ועל מה הם אחראים וכמובן גם לא מה הקשרים שביניהם. “אנחנו עוד רחוקים מהיום שבו עושים ניסוי ומבינים הכל”, הסביר רכבי. “אנו עושים ניסוי במשך שבועיים ומנתחים את התוצאות במשך שנה”.

באוקיינוס המידע הזה, החוקרים מתחילים לעבוד על כמה גנים שהכירו מראש. ובעזרת תוכנות שמפתחים אנשי הביו-אינפורמטיקה – מדע חדש המשלב בין מחשבים לביולוגיה – הם מחפשים מטרות חדשות ומעניינות למחקר ולפיתוח תרופות.

במחקר שתוצאותיו מפתיעות גילה צוות חוקרים, בראשותו של ד”ר אש אליזדה מאוניברסיטת סטנפורד, כי סוג שכיח של סרטן הלימפומה, לימפומה של תאי B גדולים, הוא בעצם שני סוגי מחלה שונים לגמרי. הרופאים ידעו עוד קודם לכן, שהטיפולים הכימותרפיים וההקרנות מסייעים ל-%40 מהחולים להחלים, אך אין להם שום השפעה על הגידולים של שאר החולים; אלה ממשיכים להתפשט עד שהחולה נכנע למחלה. אלא שהסיבה לכך לא היתה ידועה. בבדיקות הנעשות כיום במעבדות הפתולוגיה בבתי החולים, הגידולים נראים זהים. אבל בבדיקה של ביטוי הגנים ברקמות החולים, בעזרת שבב, התברר כי יש הבדל בגנים הפעילים ברקמת הגידול ולכן התרופות משפיעות עליהם אחרת.

“לא בטוח שנוכל לרפא את כל סוגי הסרטן”, אמר רכבי. עם זאת, “עד היום טיפלנו בסרטן בכימותרפיה והקרנות, אלה כלים גסים מאוד ולא מכוונים. היום ההרגשה היא שאפשר לתכנן טיפול מושכל יותר, להתאים אותו לחולה ולפתח מטרות לתרופות שיהיו ספציפיות, שיתבייתו על המולקולה הנכונה”.

רכבי והפרופ' מוטי שוחט, מנהל המכון הגנטי בבית החולים בילינסון, עומדים להתחיל לבדוק דגימות דנ”א של משפחה שרבים מבניה סובלים מאי ספיקת כליות תורשתית. הם יעשו זאת באמצעות “שבב סני”פים”: סני”פ (ראשי תיבות של Single Nucleotide Polymorphism) הוא שינוי של אות דנ”א אחת – למשל, כשבמקום יחידת הדנ”א המסומנת באות T מופיעה יחידה המסומנת באות G. לחלק גדול מהסני”פים אין שום השפעה, אבל אחרים יכולים להשפיע על מידת הסיכון של אדם ללקות במחלה או על רגישותו לתרופות.

לדברי שוחט, מחקרים שעשו הראו היכן בערך מצוי הסני”פ הגורם את המחלה, ובעזרת השבב הם מקווים למצוא את מיקומו המדויק. “בשבב אפשר לעשות את הבדיקה הזאת בתוך יום; בשיטות הקונוונציונליות זה היה אורך כמה חודשים”.

אף על פי שעדיין אין מרפא לאי ספיקת כליות, זיהוי הפגם יוכל להועיל לנשאיו, הוסיף שוחט. “היום פנה אלי בן המשפחה, בחור בן 20 שאמו חולה, ושאל אם אני יכול להגיד לו אם הוא נשא. הוא שוקל לתרום כליה לאמו, ואם הוא עתיד לחלות מובן שזאת תהיה טעות גדולה. הוא גם רוצה להתחתן; המשפחה דתית, ואם הוא לא נשא זה יכול לעזור לו בשידוך”.

בינתיים כבר יצרה חברת אפימטריקס, בין השאר, שבב עם גנים של חיידק האי-קולי, הגורם הרעלות קיבה, ושבב היכול לאתר את כל המוטציות בגן p53, אבל החוקרים אינם תלויים רק בה. בעזרת מכשיר שרכשו באחרונה האוניברסיטה העברית ומכון ויצמן הם יכולים לעצב את השבבים בעצמם; להכין שבב מדנ”א של כל אורגניזם שהוא – מבני אדם ועד לצמחים ונגיפים – ולהניח בו קבוצות של הגנים שהם חוקרים.

הד”ר אורלי ריינר והד”ר אביב כהנא ממכון ויצמן נעזרים בשיטה זו לחקר תסמונת המוח החלק, תסמונת תורשתית שמוחם של הלוקים בה נטול קפלים והם סובלים מפיגור שכלי קשה. לפני שבועיים הדפיסה הורן-סבן גנים שריינר הפיקה ממוחות של עכברים. את הגנים הניחה במגשים ובהם גומות קטנות, בכל גומה גן אחר. זרוע רובוטית עם סיכות טובלת בגומות ונעה ומדפיסה את הגנים על משטח זכוכית. מכשיר סורק לייזר קורא אילו גנים מתבטאים. ריינר תתחיל בקרוב לבדוק את ההבדלים בפעילות הגנים של מוחות העכברים הבריאים לזו של החולים.

ריינר מציינת שהמורכבות של המוח עצומה ופעילים בו יותר גנים מבכל רקמה אנושית אחרת. קשה לתפוש את המורכבות העצומה של הגנום האנושי. בגוף יש מאות סוגי תאים והם שונים מאוד אלה מאלה. בתאי עור שגדלות מהם שערות, למשל, פעילות הגנים שונה מזו שבתאי עור בלי שערות. הטכנולוגיה הכוללת הדרושה כדי להבין את המערכת המורכבת הזאת עדיין איננה, אומר רכבי, “עדיין אין לנו כל הגנים על שבב אחד, ומדובר ב-70-50 אלף גנים. זה הרבה מאוד, אבל אלה לא מספרים בלתי מוגבלים, ויש לנו הכלים למדוד אותם. מבחינה טכנולוגית פתרנו את הבעיה הזאת”.
{הופיע בעיתון הארץ, 21/7/2000}

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~292418423~~~27&SiteName=hayadan