לחלבוני הקרום חשיבות רבה בהנדסת תרופות, ברפואת האדם ובהנדסה גנטית של צמחים
חוקרים מהאוניברסיטה העברית וממכון מקס פְּלַנְק בגרמניה הצליחו לפענח את מבנה החלבון הקרומי NhaA. חלבוני הקרום נמצאים בחזית המחקר הביולוגי המודרני ונודעת להם חשיבות רבה בהנדסת תרופות, ברפואת האדם ובהנדסה גנטית של צמחים. מאמר על מחקרם התפרסם באחרונה בכתב העת המדעי Nature.
המחקר התבצע בראשות פרופ' איתנה פדן (יחד עם ד"ר רימון אברהם) מהמכון למדעי החיים באוניברסיטה העברית בירושלים ופרופ' הרטמוט מיכֵל, חתן פרס נובּל בכימיה לשנת 1988, ממכון מקס פלנק לביופיסיקה בפרנקפורט. המחקר נתמך בידי הקרן הדו-לאומית גרמניה ישראל.
חלבונים דוגמת NhaA מצויים בקרום של כל תא חי מהחיידק ועד האדם. עד כה פוענח המבנה של פחות מחמישים חלבוני קרום לעומת כשלושים אלף חלבונים מסיסים. "מיקומם של החלבונים בקרום התא יוצר קושי עצום במחקר", מסבירה פרופ' איתנה פדן מהאוניברסיטה העברית. "בניגוד לרוב החלבונים המסיסים במים, חלבוני הקרום נמסים רק בשומן או בנוכחות דטרגנטים".
קרום התא הוא צומת של תנועה דו-כיוונית סואנת דרכו עוברים ללא הרף אותות וחומרים אל התא ומחוצה לו. קרום התא השומני אינו חדיר בעצמו לרוב החומרים והאותות, לכן על הקשר בין התא וסביבתו אחראים חלבוני הקרום.
יותר מ-60% מן התרופות בשוק מכוונות לחלבוני הקרום. מאחר שהם חשופים בחלקם מחוץ לתא, יכולה התרופה להגיע אֲליהם מבלי להיכנס לתא; בניתוח לב פתוח, למשל, נוהגים לעכב את פעילותו של חלבון מסוג זה המצוי בתאי שריר הלב כדי להוריד את החומציות בתוך התאים; בחיידקי מעיים לרבות חיידק הכולרה, לחלבונים כאלה חלק ניכר בהתפשטות המחלה ואפילו במידת פגיעתה באדם; חלבונים דומים בצמחים ידועים כאחראים על עמידות למלח וכבר משתמשים בגֵנים המקודדים להם להנדסה גנטית של צמחים עמידים למלח.
במעבדתה של פרופ' פדן בודדו את הגֵן המקודד את החלבון NhaA בחיידקים והצליחו להפיק ממנו כמויות גדולות בצורתו הפעילה. הישג זה אִפשר לפענח את המבנה של החלבון וכך לשפוך אור על דרך פעולתו. NhaA שומר על נפח התא ועל סביבתו הפנימית הקבועה מבחינת מלח (נתרן) וחומציות (מימן).
פענוח החלבון NhaA נעשה על גבישים תלת ממדיים של החלבון המפזרים קרני X. ההקרנה ובדיקת הפיזור של הקרניים נעשו במאיצי האלקטרונים האירופיים (בגרנובל ובציריך). "התגלה מבנה חדש ומופלא של חלבון קרומי שלא היה ידוע עד כה", מתארת פרופ' פדן. "במרכז החלבון נפתח משפך רחב אל תוך התא. המשפך הולך וצר ומסתיים באתר הקושר את המימן או הנתרן עמוק בתוך קרום התא. סמוך לאתר זה מצטלבות שתי שרשראות של החלבון במבנה ייחודי".
החוקרים משערים כי מבנה ייחודי זה הוא הבסיס לפעולת החלבון. החלבון פועל כמו משאבה תוך ניצול אנרגיה המתקבלת מתהליכים המתרחשים בתא. את מבנה החלבון הם מדמים למנוע מולקולרי. "המנוע" קשור לאתר המצוי בפתח המשפך של החלבון, שכנראה מעביר אותות המופעלים משינויים בחומציות התוך תאית. בדרך זו פעילות החלבון מבוקרת בהתאם לצורכי התא מבחינת דרגת החומציות או הבסיסיות שלו.
תגובה אחת
אילנה, כל הכבוד! אוהבים אותך 🙂