פרויקט הגנום האנושי קרוב לסיומו. אבל מה עושים עשרות אלפיהחלבונים שהתגלו בכל תא? המדענים משנסים מותניים ופותחים במבצעהגדול הבא
מאת ינאי עופרן
הרעיון שעמד בבסיס פרויקט הגנום האנושי התבקש כמעט מאליו: על גבי הד-נ-א מצויים הגנים – הוראות הייצור של כל החומרים שהתא יודע לייצר. על פי ההוראות האלה, התא מייצר סוגים שונים של חלבונים. אפשר לקחת מקטע של ד-נ-א ובשיטות כימיות פשוטות יחסית לפענח את ההוראות שבו. כך אפשר לקבוע אילו חלבונים התא מייצר על פי ההוראות שבמקטע ומהו ההרכב הכימי של כל אחד מהם.
יוזמי פרויקט הגנום האנושי קידמו שיתוף פעולה בינלאומי שתכליתו פענוח כל רצף הד-נ-א שמצוי בתאי אדם. כך יהיה אפשר לקבוע אילו חלבונים יכול תא אנושי לייצר ומהו הרכבם הכימי.
פילוסופים בגרוש מיהרו, עם ראשיתו של הפרויקט, לדון במה שנראה להם אז כקץ דרכה של הביולוגיה; כשיפוענח הגנום, הם צהלו, כבר נדע איך הכל עובד. טיוטה ראשונה של הגנום האנושי צפויה בחודשים הקרובים, אבל, כצפוי, הממצאים שהניב הפרויקט הענק מספקים יותר שאלות מתשובות.
אלפי סוגים של חלבונים, ולפעמים עשרות אלפים, פועלים כמו מכונות בתוך התא, בתיאום מלא. הוראות הייצור של כל המכונות האלה מצויות בד-נ-א. התא מפעיל מערכת להסעת חומרים בין חלקיו השונים, מנהל קשר עם הסביבה החיצונית, קולט חומרים מבחוץ ומוציא חומרים החוצה, מקיים קשר עם תאים אחרים, מווסת את ריכוז החומרים בתוכו, שואב מים מבחוץ על פי הצורך, מכניס מזון אך מונע כניסת רעלים, מייצר לעצמו אנרגיה, משתכפל, מפעיל מערכות בקרה רגישות המתאמות את מחזור החיים שלו, ואפילו עוקד את עצמו ומתאבד על מזבח טובת הגוף, אם יש צורך. ניהול המערכת הזאת מצריך מערכת סבוכה להעברת מסרים בין חלקי התא. כל זה נעשה באמצעות החלבונים שמיוצרים בהוראת הגנים. התקווה היתה שפענוח הגנום האנושי השלם יבהיר את אופן תפקודה של המערכת המסובכת הזאת.
הגנום האנושי לא יהיה הגנום הראשון שפוענח במלואו. קדמו לו גנומים של כמה חיידקים, שמרים, וגם מין זבוב אחד. בכולם חזרה אותה בעיה: התגלה גן חדש המכיל הוראות לייצור חלבון מסוים, אפשר לקבוע מהו ההרכב הכימי של החלבון הזה, מהו אורכו, מהו משקלו, ולעתים נדירות אפילו כיצד הוא נראה. אבל מה החלבון הזה עושה? על כך פרויקט הגנום לא מסוגל לענות. המחקר שמנסה לברר את תפקידם וחשיבותם של חלבונים חדשים ממושך ומורכב, וכך מצטברים במאגרי המידע עוד ועוד פרטים על חלבונים חדשים שאיש אינו יודע מהו תפקידם ומהי חשיבותם הביולוגית.
מחקר שפורסם בתחילת החודש בכתב העת “”Nature מציע פתרון לבעיה – שיטה חדשה שתאפשר למפות את כל החלבונים שפועלים בתוך תא אחד.
איך זה עובד? החוקרים, בראשות פיטר אץ מחברת הביוטכנולוגיה “קורה-גן”, עבדו עם שמרים. הגנום של שמר האופים כבר פוענח לפני שלוש שנים. יש לו 6,000 חלבונים. ההרכב הכימי של כולם ידוע, אבל רק על מעט מהם הצליחו החוקרים לברר מה הם עושים בתא.
המחקר החדש השתמש בשיטה שנקראת “שיטת הכלאיים”. החוקרים הניחו שאם שני חלבונים מעורבים בתהליך אחד, אז באיזשהו שלב בפעילותם הם צריכים להיקשר זה לזה או לפחות להתקרב מאוד. אם יהיה אפשר לברר אילו חלבונים מקיימים מגעים ביניהם, יהיה אפשר לדעת שהם מתפקדים באותו תהליך. כך יוכלו החוקרים לחלק את החלבונים לקבוצות, שבכל אחת מהן מעורבת באותו תהליך. פיענוח תפקידו של חלבון אחד בכל קבוצה יאפשר להקיש על תפקידם של החלבונים האחרים בקבוצתו.
החוקרים פיתחו זן שמרים שבתוכו מצוי גן הצובע את השמר בצבע מיוחד (גן מדווח). את המנגנון החלבוני שקורא את הוראות הייצור של הצבע ומייצר אותו הם חילקו לשני חצאים. חצי אחד קשרו לחלבון אחד וחצי שני קשרו לחלבון אחר. ההנחה היתה שאם שני החלבונים האלה משתפים פעולה, אז קיים שלב שבו שני חלקי המנגנון נקשרים מחדש, והמנגנון יכול לייצר את הצבע.
החוקרים פיזרו עשרות אלפי מושבות שמרים על לוח מיוחד. בכל מושבה היו שני חלקי המנגנון קשורים לשני חלבונים שונים. רק מושבות שבהם החלבונים שיתפו פעולה נצבעו בצבע. כך הצליחו לגלות את תפקידם של מאות חלבונים חדשים.
למעשה, המחקר החדש מציע את ראשיתו של הפרויקט הבא שאתו כנראה תתמודד הביולוגיה – הניסיון להבין את היקף המידע העצום שהניב פרויקט הגנום. אפילו שם כבר הספיקו לתת לפרויקט הזה – אם למערכת הגנים של יצור קוראים גנום, אז למערכת החלבונים (פרוטאינים) של היצור קוראים פרוטאום.
{הופיע בעיתון הארץ, 27/2/2000{
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~291805937~~~28&SiteName=hayadan
