זיהוי התנועתיות של אטומים במערכות ביולוגיות וכימיות, עשוי לסייע בפיענוח מבנה המעטפת שמגנה על החומר הגנטי של נגיפים מסוימים, דבר שאולי, בעתיד, יאפשר לפגוע בהתרבותם
נגיפים בנויים מצבר מולקולות ביולוגיות שכוללות חומר גנטי (די-אן-אי או אר-אן-אי), שעטוף במעטפת חלבונית שמגנה עליו. נגיפים אינם יכולים להתרבות בכוחות עצמם. לשם כך הם זקוקים לתא מארח (של בני אדם / בעלי חיים / צמחים / חיידקים). כדי להתרבות, הנגיף חודר לתא המארח, משלב בו את החומר הגנטי הנגיפי – וכך הוא, למעשה, מאלץ את התא לשכפל עוד ועוד נגיפים. בתהליך הזה, הנגיפים יכולים גם לחולל מחלות.
פרופ’ אמיר גולדבורט מבית הספר לכימיה באוניברסיטת תל אביב וצוותו מפתחים שיטות תהודה מגנטית גרעינית (תמ”ג) כדי לחקור מערכות ביולוגיות וכימיות, דוגמת נגיפים ומולקולות חלבון. בבדיקות תמ”ג, בוחנים החוקרים את תגובתפם של אטומים לשדה מגנטי, דבר שיכול ללמד על מבני המערכות הכימיות והביולוגיות בהפרדה (רזולוציה) אטומית. כלומר, באמצעותן אפשר לדעת היכן ממוקם כל אטום במערכת ומהי סביבתו הכימית.
מה השאלה?כיצד ניתן לפענח במהירות את תנועתיות האטומים שאוחזים בחומר הגנטי של נגיפים?
פרופ’ גולדבורט וצוותו מתמקדים בחקר בקטריופאג’ים – נגיפים שתוקפים חיידקים, הנפוצים והקדמונים ביותר בטבע מבין מגוון הנגיפים הידועים לנו כיום. הבקטריופאג’ים מחדירים לחיידקים את החומר הגנטי שלהם, מתרבים בתוכם – ואז פורצים החוצה, לעתים תוך כדי הרס תא החיידק.
אם נבין את מבנה הבקטריופאג’ים, ייתכן שנוכל לסייע בפיתוח חומרים שיפגעו במעטפת החלבונית של נגיפים מסוגים רבים ושונים, או בתהליך שבו הם מבצעים את ההדבקה
החיידקים שהותקפו ולא נפגעו מכך ממשיכים לשכפל את החומר הגנטי שחדר לתאיהם וכך מסייעים לייצור נגיפים חדשים. אומר פרופ’ גולדבורט: “אנחנו חוקרים את המבנה של הבקטריופאג’ים כחלק מתחום ששמו וירולוגיה מבנית. אנו מתמקדים בעיקר בדרך שבה המעטפת החלבונית של הנגיפים בנויה ברמה האטומית (היכן ממוקם כל אטום), ואיך היא מחזיקה את החומר הגנטי בתוכה ומגנה עליו עד לשחרורו לצורך הדבקה. אם נבין את מבנה הבקטריופאג’ים, ייתכן שנוכל לסייע בפיתוח חומרים שיפגעו במעטפת החלבונית של נגיפים מסוגים רבים ושונים, או בתהליך שבו הם מבצעים את ההדבקה, במטרה להתרבות”.
המעטפת החלבונית של נגיפים בנויה מאלפי אטומים, ותזוזתם התמידית משפיעה על חוזקה ואחיזתה בחומר הגנטי. לכן, במחקריהם – שזכו במענק מחקר מהקרן הלאומית למדע, מעוניינים החוקרים לפענח את המיקום הממוצע של האטומים בזמנים שונים ואת התנועתיות (דינמיקה) של כל אחד מהם. מטרת מחקרם האחרון הייתה לגלות את עוצמת התנועתיות של האטומים בזמן קצר ככל האפשר (כדי לנסות לייעל התמודדויות עם נגיפים בעתיד). לשם כך פיתח הדוקטורנט תום אהרוני תוכנה שמנתחת נתונים מניסויים בשיטת תהודה מגנטית, בתוך שניות אחדות. החוקרים מזינים לתוכה את נתוני המעטפת החלבונית של הנגיף וספקטרום תמ”ג (מעין מפה טופוגרפית עם עוצמות משתנות). הנתונים האלה מתקבלים מאטומים של פחמן, מימן וחנקן, אשר מהם בנויות חומצות האמינו שמרכיבות את חלבוני המעטפת. אטומים אלה יוצרים תדרי תהודה בשדה מגנטי. התוכנה סורקת את התדרים הללו וכך מנתחת את מבנה האטומים וממפה את התנועתיות של כל אחד מהם. התוצאות מתקבלות בפלט בתוך שניות אחדות מרגע הזנת הנתונים. החוקרים כבר ערכו ניסויים בתוכנה – וגילו באמצעותה את עוצמת התנועתיות של האטומים שמרכיבים מעטפות חלבוניות של בקטריופאג’ים פילמנטים (בעלי צורה של סיב גמיש).
“מדובר בתוכנה שאפשר לגלות באמצעותה, במהירות, תנועתיות של אטומים בכל מערכת חלבונית כמעט, וגם במערכות ביולוגיות וכימיות”, אומר פרופ’ גולדבורט. “היא גם נגישה מאוד: אפשר להוריד אותה מהאתר שלנו ולהשתמש בה בקלות. כך אנו מקווים שאפשר יהיה לפענח מבנים של נגיפים וגורמי מחלות נוספים”.
החיים עצמם:
פרופ’ אמיר גולדבורט, 51, נשוי ואב לשני ילדים (21, 18), גר בראש העין. הוא חובב ריצה, טיולי הליכה ממושכים בטבע, ומוזיקה (“מקלאסית ועד קאנטרי ורוק”).
עוד בנושא באתר הידען:
